本公开主题大体上涉及燃气涡轮发动机架构。更确切地说，本公开主题涉及用于燃气涡轮发动机的涡轮区段。
背景技术：
燃气涡轮发动机大体上包括涡轮区段，所述涡轮区段在燃烧区段的下游，可随压缩机区段旋转以操作燃气涡轮发动机产生动力，例如推进力。一般燃气涡轮发动机设计标准常常包括必须平衡或折衷的冲突标准，包括提高燃料效率、操作效率和/或动力输出，同时维持或减少重量、零件数和/或包装(即发动机的轴向和/或径向尺寸)。
已知指状交叉的燃气涡轮发动机(即，沿着一个转子组件和另一转子组件的轴向长度的交替的行)在纵向尺寸上受限，且因此，可提高效率或动力输出的与另一涡轮转子的指状交叉受到转子动力、渗漏和其它低效率的约束。举例来说，由指状交叉获得的效率可能被由于密封接口处例如涡轮叶片与环绕防护罩之间的间隙增大而导致的效率低下所抵消。由于指状交叉所导致的不支撑的涡轮轴向长度的增加可能大体上增加横跨密封接口的渗漏，且不利地影响转子动力(例如，振动和平衡)和/或涡轮转子的结构寿命。
因此，需要一种可减小密封接口间隙、能够使涡轮转子沿着发动机长度进一步指状交叉、缩短不支撑的涡轮长度以及大体上提高燃气涡轮发动机效率的结构。
技术实现要素：
本公开的方面和优势将部分在以下描述中阐述，或可从描述显而易见，或可通过本公开的实践得知。
本公开涉及一种燃气涡轮发动机，其界定径向方向、周向方向、沿着纵向方向的轴向中心线。燃气涡轮发动机界定沿着纵向方向的上游端和下游端，且其中燃气涡轮发动机界定大体上沿着纵向方向延伸的核心流动路径。所述燃气涡轮发动机包括围绕所述轴向中心线界定的涡轮框架，所述涡轮框架包括沿着所述径向方向朝内安置的第一轴承表面。所述燃气涡轮发动机进一步包括涡轮转子组件，所述涡轮转子组件包括连接到所述涡轮框架的所述第一轴承表面和所述涡轮转子组件的轴承组件。所述涡轮转子组件进一步包括安置于所述涡轮框架上游的第一涡轮转子和安置于所述涡轮框架下游的第二涡轮转子。所述第一涡轮转子和所述第二涡轮转子可围绕所述轴向中心线一起旋转。
在一个实施例中，轴承组件界定滚柱轴承、滚珠轴承、轴颈轴承，或其组合。
在各种实施例中，涡轮框架进一步包括安置于燃气涡轮发动机的核心流动路径内的轮叶，其中所述轮叶包括界定翼面的表面。在一个实施例中，发动机进一步包括围绕涡轮框架安置的外部涡轮壳体，且其中涡轮框架进一步包括辐条，所述辐条大体上沿着径向方向从外部涡轮壳体外侧延伸，且通过涡轮框架的轮叶中的一个或多个连接到所述外部涡轮壳体上。在另一实施例中，涡轮框架包括三个或多于三个辐条。在又一实施例中，涡轮框架进一步包括沿着径向方向安置于轮叶的内侧的第一轴承外壳。在再一实施例中，辐条连接到发动机的核心流动路径内侧的第一轴承外壳。在再又一实施例中，第一轴承表面在第一轴承外壳上径向朝内界定且邻近于涡轮转子组件的第二涡轮转子。
在各种实施例中，第一涡轮转子包括第一转子毂且第二涡轮转子界定第二转子毂，且第一转子毂和第二转子毂各自以径向相邻布置连接。在一个实施例中，轴承组件在第一轴承表面处连接到涡轮框架，且轴承组件在第二转子毂处连接到涡轮转子组件。
在又各种实施例中，第一涡轮转子包括连接到盘或鼓的连接翼面，其中连接翼面连接到外部防护罩，且多个外部防护罩翼面沿着径向方向朝内延伸。第二涡轮转子包括在核心流动路径中沿着径向方向朝外延伸的多个第二翼面。在一个实施例中，燃气涡轮发动机进一步包括第三涡轮转子，所述第三涡轮转子包括在核心流动路径中沿着径向方向朝外延伸的多个第三翼面。第三翼面沿着纵向方向在第一涡轮转子的多个外部防护罩翼面之中指状交叉。在各种实施例中，第三涡轮转子界定高速或中速涡轮转子。
在一个实施例中，第一涡轮转子和第二涡轮转子一起界定低速涡轮转子。
在各种实施例中，发动机进一步包括燃烧区段。发动机沿着纵向方向以串联流动布置界定燃烧区段、第一涡轮转子的外部防护罩翼面、第三涡轮转子的第三翼面、第一涡轮转子的连接翼面、涡轮框架以及第二涡轮转子。
在又各种实施例中，发动机进一步包括连接到第一涡轮转子的外部防护罩的内径的外部轴承支撑组件，且其中外部轴承支撑组件连接到第三涡轮转子的多个第三翼面的外径。在一个实施例中，外部轴承支撑组件沿着纵向方向安置在第三涡轮转子的第一级处。在另一实施例中，外部轴承支撑组件界定差动箔片空气轴承。
在各种实施例中，第一涡轮转子组件和涡轮转子组件的第二涡轮转子各自连接到低压(LP)轴，其中涡轮转子组件和LP轴一起在第一方向上旋转。在一个实施例中，第三涡轮转子在与沿着第一方向的周向方向相反的第二方向上旋转。
具体地，本申请的技术方案1涉及一种燃气涡轮发动机，其中所述燃气涡轮发动机界定径向方向、周向方向、沿着纵向方向的轴向中心线，且其中所述燃气涡轮发动机界定沿着所述纵向方向的上游端和下游端，且其中所述燃气涡轮发动机界定大体上沿着所述纵向方向延伸的核心流动路径，所述燃气涡轮发动机包括：涡轮框架，其围绕所述轴向中心线界定，所述涡轮框架包括沿着所述径向方向朝内安置的第一轴承表面；涡轮转子组件，其包括连接到所述涡轮框架的所述第一轴承表面和所述涡轮转子组件的轴承组件，其中所述涡轮转子组件进一步包括安置于所述涡轮框架上游的第一涡轮转子和安置于所述涡轮框架下游的第二涡轮转子，且其中所述第一涡轮转子和所述第二涡轮转子能够围绕所述轴向中心线一起旋转。
本申请的技术方案2涉及根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中：所述第一涡轮转子和所述第二涡轮转子一起界定低速涡轮转子。
本申请的技术方案3涉及根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中：所述涡轮框架进一步包括安置于所述燃气涡轮发动机的所述核心流动路径内的轮叶，其中所述轮叶包括界定翼面的表面。
本申请的技术方案4涉及根据技术方案3所述的燃气涡轮发动机，其中：所述发动机进一步包括：外部涡轮壳体，其围绕所述涡轮框架安置，且其中所述涡轮框架进一步包括辐条，所述辐条大体上沿着径向方向从所述外部涡轮壳体的外侧延伸，且通过所述涡轮框架的所述轮叶中的一个或多个连接到所述外部涡轮壳体上。
本申请的技术方案5涉及根据技术方案4所述的燃气涡轮发动机，其中：所述涡轮框架包括三个或多于三个辐条。
本申请的技术方案6涉及根据技术方案5所述的燃气涡轮发动机，其中：所述涡轮框架进一步包括沿着所述径向方向安置于所述轮叶的内侧的第一轴承外壳。
本申请的技术方案7涉及根据技术方案6所述的燃气涡轮发动机，其中：所述辐条连接到所述发动机的所述核心流动路径内侧的所述第一轴承外壳。
本申请的技术方案8涉及根据技术方案6所述的燃气涡轮发动机，其中：所述第一轴承表面在所述第一轴承外壳上径向朝内界定且邻近于所述涡轮转子组件的所述第二涡轮转子。
本申请的技术方案9涉及根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中：所述第一涡轮转子包括第一转子毂且所述第二涡轮转子界定第二转子毂，且其中所述第一转子毂和所述第二转子毂各自以径向相邻布置连接。
本申请的技术方案10涉及根据技术方案9所述的燃气涡轮发动机，其中：所述轴承组件在所述第一轴承表面处连接到所述涡轮框架，且其中所述轴承组件在所述第二转子毂处连接到所述涡轮转子组件。
本申请的技术方案11涉及根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中：所述第一涡轮转子包括连接到盘或鼓的连接翼面，且其中所述连接翼面连接到外部防护罩，且其中多个外部防护罩翼面沿着所述径向方向朝内延伸，且其中所述第二涡轮转子包括在所述核心流动路径中沿着所述径向方向朝外延伸的多个第二翼面。
本申请的技术方案12涉及根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机，其进一步包括第三涡轮转子，其中所述第三涡轮转子包括在所述核心流动路径中沿着所述径向方向朝外延伸的多个第三翼面，所述第三翼面在所述第一涡轮转子的所述多个外部防护罩翼面之中沿着所述纵向方向指状交叉。
本申请的技术方案13涉及根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，其中：所述第三涡轮转子界定高速或中速涡轮转子。
本申请的技术方案14涉及根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中：所述轴承组件界定滚柱轴承、滚珠轴承、轴颈轴承，或其组合。
本申请的技术方案15涉及根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，其中：进一步包括燃烧区段，且其中所述发动机沿着所述纵向方向以串联流动布置界定所述燃烧区段、所述第一涡轮转子的所述外部防护罩翼面、所述第三涡轮转子的所述第三翼面、所述第一涡轮转子的所述连接翼面、所述涡轮框架以及所述第二涡轮转子。
本申请的技术方案16涉及根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机，其中：进一步包括连接到所述第一涡轮转子的所述外部防护罩的内径的外部轴承支撑组件，且其中所述外部轴承支撑组件连接到所述第三涡轮转子的多个第三翼面的外径。
本申请的技术方案17涉及根据技术方案16所述的燃气涡轮发动机，其中：所述外部轴承支撑组件沿着所述纵向方向安置在所述第三涡轮转子的第一级处。
本申请的技术方案18涉及根据技术方案16所述的燃气涡轮发动机，其中：所述外部轴承支撑组件界定差动箔片空气轴承。
本申请的技术方案19涉及根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，其中：所述涡轮转子组件的所述第一涡轮转子组件和所述第二涡轮转子各自连接到低压(LP)轴，其中所述涡轮转子组件和所述LP轴一起在第一方向上旋转。
本申请的技术方案20涉及根据技术方案19所述的燃气涡轮发动机，其中：所述第三涡轮转子在与沿着所述第一方向的所述周向方向相反的第二方向上旋转。
参考以下描述和所附权利要求书，本公开的这些和其它特征、方面和优势将变得更好理解。并入在本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明了本公开的实施例，且与描述一起用以解释本公开的原理。
附图说明
本公开的完整和启发性公开，包括其对于所属领域的技术人员来说的最佳模式，在参考附图的说明书中被阐述，在所述附图中：
图1是根据本公开的并有涡轮区段的示范性实施例的示范性燃气涡轮发动机的示意性截面图；
图2是根据本公开的并有涡轮区段的示范性实施例的另一示范性燃气涡轮发动机的示意性截面图；
图3是图1-2中所示出的涡轮框架和涡轮区段的实施例的示意性截面图；以及
图4是包括涡轮框架的涡轮区段的另一实施例的示意性截面图。
在本说明书和附图中参考标号的重复使用意欲表示本公开的相同或相似特征或元件。
具体实施方式
现将详细参考本公开的实施例，在图中说明本公开的实施例的一个或多个实例。每个实例是为了解释本公开而非限制本公开而提供。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本公开的范围或精神的情况下可在本公开中进行各种修改和变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，希望本公开涵盖此类修改和变化，所述修改和变化处于所附权利要求书和其等效物的范围内。
如本文中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个组件与另一组件，而并不意图表示个别部件的位置或重要性。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。举例来说，“上游”是指流体从其流出的方向，而“下游”是指流体流到的方向。
除非另外规定，否则术语“低”、“中”、“高”或其相应比较级(例如更，如适用)各自是指发动机内的相对速度。举例来说，“低涡轮”或“低速涡轮”界定低于“高涡轮”或“高速涡轮”的转速。替代地，除非另外规定，否则前述术语可以其最高级理解。举例来说，“低涡轮”可以是指涡轮区段内最低最大转速涡轮，且“高涡轮”可以是指涡轮区段内最高最大转速涡轮。
大体上提供包括安置于涡轮转子组件的第一涡轮转子与第二涡轮转子之间的涡轮框架的燃气涡轮发动机。第一涡轮转子安置于涡轮框架的上游且第二涡轮转子安置于涡轮框架的下游。第一涡轮转子和第二涡轮转子中的每一个可一起围绕发动机的轴向中心线旋转(即，第一涡轮转子和第二涡轮转子依赖性地一起旋转)。第一涡轮转子和第二涡轮转子连接在一起且任一转子连接或安放在涡轮框架的第一轴承表面上。
涡轮框架可实现指状交叉的涡轮区段的应用，同时进一步包括常规的涡轮转子。举例来说，第一涡轮转子可界定低速涡轮转子，低速涡轮转子与中速或高速涡轮转子指状交叉。第二涡轮转子可界定可与指状交叉的第一涡轮转子部分一起旋转的常规(即，非指状交叉的)低速涡轮转子。因此，涡轮转子组件可一起界定指状交叉和非指状交叉的涡轮转子组件。涡轮框架和燃气涡轮发动机可减小密封接口间隙，能够使涡轮转子沿着发动机长度进一步指状交叉，缩短不支撑的涡轮长度以及大体上提高燃气涡轮发动机效率。涡轮框架可进一步实现将指状交叉的涡轮区段应用到涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和螺旋桨风扇发动机中，以供用于例如但不限于飞机推进。此外，包括本文中所描述和示出的涡轮框架的一个或多个实施例的燃气涡轮发动机可优于具有类似轴向和/或径向尺寸和/或推力种类的已知发动机，提高发动机和飞机效率和性能。
现参看图式，图1-2是根据本公开的方面的并有涡轮区段90的示范性实施例的示出为高旁路涡轮风扇发动机的示范性燃气涡轮发动机10(本文中被称作“发动机10”)的示意性横截面图。尽管下文进一步参考涡轮风扇发动机进行描述，但本公开还可应用到一般来说包括螺旋桨风扇发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴燃气涡轮发动机的涡轮机械，包括船舶和工业涡轮发动机和辅助电力单元。如图1-2中所示出，发动机10具有出于参考目的在其中延伸穿过的纵向或轴向中心线轴线12。发动机10界定纵向方向L和沿着纵向方向L的上游端99和下游端98。上游端99大体上对应于沿着纵向方向L空气进入发动机10的发动机10的端且下游端98大体上对应于沿着纵向方向L大体上与上游端99相反的空气离开发动机10的端。
一般来说，发动机10可包括界定环形入口20的基本上管状的外部壳体18。外部壳体18包覆或以串联流动布置至少部分地流过压缩机区段21、燃烧区段26和涡轮区段90(本文中被称作“涡轮区段90”)。一般来说，发动机10以从上游端99到下游端98的串联流动布置界定风扇组件14、压缩机区段21、燃烧区段26和涡轮区段90。在图1-2中示出的实施例中，压缩机区段21以串联流动布置界定第一压缩机22和第二压缩机24。
在图1中示出的实施例中，发动机10界定双路式燃气涡轮发动机，在所述双路式燃气涡轮发动机中，第一压缩机22界定连接到低压(LP)轴36的低压压缩机(LPC)且第二压缩机24界定连接到第二轴34的高压压缩机(HPC)。在其它实施例中，风扇组件14可进一步包括或界定连接到风扇转子15和/或低压(LP)轴36且在径向方向R上从风扇转子15和/或低压(LP)轴36朝外延伸的多个风扇叶片42的一个或多个级。
在图2中示出的实施例中，发动机10界定三路燃气涡轮发送机，在所述三路燃气涡轮发送机中，第一压缩机22界定连接到第二轴34的中压压缩机(IPC)。第二压缩机24界定连接到第三轴35的HPC。第三轴35在涡轮区段90处驱动地连接到高速涡轮140。
参看图1-2，环形风扇壳体或外罩44周向地环绕风扇组件14的至少部分和/或外部壳体18的至少部分。在一个实施例中，外罩44可相对于外部壳体18由多个周向地隔开的出口导流板或撑杆46支撑。外罩44的至少部分可在外部壳体18的外部部分上方(在径向方向R上)延伸，以便在其间界定旁路空气流通道48。
现在参看图3-4，进一步详细提供图1中所示出的发动机10的涡轮区段90的部分的示范性实施例。涡轮区段90包括沿着纵向方向L安置于涡轮转子组件103的第一涡轮转子110与第二涡轮转子120之间的涡轮框架100。
涡轮框架100围绕发动机10的轴向中心线12界定。涡轮框架100包括沿着径向方向R从核心流动路径70朝内安置的第一轴承表面101。
涡轮转子组件103包括连接到涡轮框架100的第一轴承表面101和涡轮转子组件103的轴承组件95。在各种实施例中，轴承组件95界定滚动元件轴承，例如滚柱轴承或滚珠轴承，或轴颈轴承。涡轮转子组件103包括安置于涡轮框架100上游的第一涡轮转子110。涡轮转子组件103进一步包括安置于涡轮框架100下游的第二涡轮转子120。第一涡轮转子110和第二涡轮转子120可围绕发动机10的轴向中心线12一起旋转。
在各种实施例中，涡轮转子组件103界定经由沿着纵向方向L延伸的LP轴36连接到发动机10的风扇组件14的低速涡轮转子。第一涡轮转子110可界定涡轮转子组件103的指状交叉部分，其中第一涡轮转子110与界定中速或高速涡轮转子的第三涡轮转子130指状交叉(即，以沿着纵向方向L的交替布置)。更具体地说，包括沿着径向方向R朝内延伸的多个外部防护罩翼面218的第一涡轮转子110与包括沿着径向方向R朝外延伸的多个第三翼面233的第三涡轮转子130指状交叉。第二涡轮转子120可界定基本上包括沿着径向方向R朝外延伸的多个第二翼面217的涡轮转子组件103的部分。由于第一涡轮转子110和第二涡轮转子120一起连接到LP轴36，因此涡轮转子组件103可有利地从涡轮区段90中的更远上游提取更高能量且还在涡轮区段90中的更远下游提取能量，同时使涡轮框架100包括在其间以减少涡轮转子组件103的悬垂、悬臂或不支撑的质量和/或减少不合需要的转子动力。因而涡轮框架100和涡轮转子组件103布置可减小密封接口185处的间隙和渗漏，缓解不合需要的振动模式，减少转子不平衡，或缓解对纵向延伸的转子组件的其它有害影响，同时能够从沿着涡轮区段90的更远的上游和下游进行能量和功提取。
在如图1和图3-4中所示出的发动机10的一个实施例中，第三涡轮转子130界定驱动地连接到第二轴34且可与第二轴34一起围绕轴向中心线12旋转的高速涡轮转子。在此实施例中，第二轴34可界定沿着纵向方向L延伸且大体上以轴向中心线12为中心的高压(HP)轴。界定HP轴的第二轴34连接到界定压缩机区段21内HPC的第二压缩机24。
在如图2-4中所示出的发动机10的另一实施例中，第三涡轮转子130界定驱动地连接到第二轴34且可与第二轴34一起围绕轴向中心线12旋转的中速涡轮转子。在此实施例中，第二轴34可界定沿着纵向方向L延伸且大体上以轴向中心线12为中心的中压(IP)轴。界定IP轴的第二轴34连接到界定压缩机区段21内IPC的第一压缩机22。
在如图1-4中共同示出的发动机10的操作期间，第三涡轮转子130大体上以比包括第一涡轮转子110和第二涡轮转子120的涡轮转子组件103更高的转速旋转。包括第一涡轮转子110和第二涡轮转子120的涡轮转子组件103可在第一方向上沿着周向方向C旋转。第三涡轮转子130在与第一方向相反的第二方向上旋转。在发动机10的操作期间，如箭头74示意性地指示的一定体积的空气通过外罩和/或风扇组件14的相关联入口76进入发动机10。当空气74穿过风扇叶片42时，如箭头78示意性地指示的空气的部分被引导或传送到旁路空气流通道48中，而如箭头80示意性地指示的空气的另一部分通过风扇组件14被引导到经界定通过压缩机区段21、燃烧区段26和涡轮区段90的核心流动路径70中。空气80在朝向燃烧区段26流动通过压缩机区段21时被逐渐压缩。
如箭头82示意性地指示，经压缩空气现流动到燃烧区段26中，在所述燃烧区段26中引入燃料，与经压缩空气82的至少部分混合，且经点燃以形成燃烧气体86。燃烧气体86流动到涡轮区段90中，使得涡轮区段90的旋转部件旋转且支持压缩机区段21和/或风扇组件14中分别连接的旋转部件的操作。
返回参看图3-4，静态或静止涡轮框架100可包括安置于发动机10的核心流动路径70内的轮叶105。轮叶105包括界定翼面的表面。翼面界定吸力侧、压力侧、前边缘和后边缘。轮叶105可界定静态或静止转向轮叶，其中当燃烧气体86流动经过轮叶105时燃烧气体86可至少部分地沿着周向方向围绕轴向中心线12从燃烧区段26朝向下游端98加速流动。以此方式，轮叶105可使沿着周向方向的燃烧气体86的速度对准或匹配到轮叶105下游的第二涡轮转子120。
仍参看图3-4，涡轮框架100可进一步包括沿着径向方向R安置于轮叶105内侧的第一轴承外壳108。第一轴承外壳108呈大体上环形且以轴向中心线12为中心。一个或多个辐条107可延伸通过轮叶105且连接到核心流动路径70内侧的第一轴承外壳108。在各种实施例中，第一轴承表面101在第一轴承外壳108上径向朝内界定且邻近于涡轮转子组件103的第二涡轮转子120。
参看图1-4，发动机10进一步包括围绕涡轮框架100安置且大体上沿着纵向方向L延伸的外部涡轮壳体150。涡轮框架100可进一步包括大体上沿着径向方向R从外部涡轮壳体150外侧延伸的一个或多个辐条107。辐条107在外部涡轮壳体150的径向朝外区域处连接到外部涡轮壳体150。辐条107可进一步连接到涡轮框架100的轮叶105中的一个或多个。在各种实施例中，涡轮框架100包括三个或多于三个辐条107。举例来说，辐条107可沿着周向方向C大体上等距安置。辐条107可以是可调式的且围绕发动机10的轴向中心线12同心地对准涡轮框架100或其部分。举例来说，多个辐条107可各自包括线性地调整每个辐条107的可调式连杆。辐条107可围绕中心线12周向等距安置，以便能够调整第一轴承外壳108相对于外部涡轮壳体150和/或轴向中心线12的同心度。
在各种实施例中，第一轴承表面101可大体上平行于轴向中心线12。替代地，第一轴承表面101可以是近似垂直于由涡轮转子组件103施加的力。在一个实施例中，第一轴承表面101可以相对于轴向中心线12的锐角渐缩。举例来说，第一轴承表面101可界定成角表面，例如界定渐缩滚柱轴承或推力轴承的轴承组件95可抵靠所述成角表面在至少纵向方向L和径向方向R上施加力。
在又各种实施例中，涡轮框架100界定平台112，第一轴承表面101连接到所述平台112上。平台112可界定发动机10的核心流动路径70内侧涡轮框架100上的环形表面或孔。举例来说，平台112可界定涡轮框架100的第一轴承外壳108上的环形表面或孔。
在一个实施例中，平台112经由适合于轴承95和/或轴承95安放在其上的外部座圈的尺寸和几何公差界定第一轴承表面101。
在另一实施例中，平台112界定轴承组件95安装或连接在其上的安装到涡轮框架100的套管。在各种实施例中，平台112处的涡轮框架100可界定轴承组件95连接到涡轮框架100的表面粗糙度或配合，例如松配合、紧配合或过盈配合。在又各种实施例中，第二涡轮转子120可界定对应于平台112的表面粗糙度或配合，例如松配合、紧配合或过盈配合。
现在参看图3-4，第一涡轮转子110包括第一转子毂111且第二涡轮转子120包括第二转子毂121。每个毂111、121大体上沿着纵向方向L延伸且围绕发动机10的轴向中心线12呈环形。每个毂111、121大体上在每个涡轮转子110、120处提供表面积以连接到彼此和/或到LP轴36。在图3-4中所示出的实施例中，第一转子毂111和第二转子毂121沿着径向方向R以相邻布置连接在一起。又另外，LP轴36沿着径向方向R以相邻布置连接到第一转子毂111。在一个实施例中，第一转子毂111、第二转子毂121和/或LP轴36可各自界定可实现以径向相邻布置连接每个毂111、121和LP轴36的表面粗糙度或配合，例如紧配合或过盈配合。在另一实施例中，第一转子毂111、第二转子毂121和/或LP轴36可界定花键连接，其中配对的毂111、121或毂111、121和LP轴36或其组合可彼此啮合。在各种实施例中，毂111、121和LP轴36可经由花键连接或配合而连接。
在一个实施例中，轴承组件95在第一轴承表面101处连接到涡轮框架100。轴承组件95在第二涡轮转子120的第二转子毂121处进一步连接到涡轮转子组件103。
仍参看图3-4，第一涡轮转子110包括将盘或鼓219连接到沿着纵向方向L朝向上游端99延伸的外部防护罩214的连接翼面216。盘或鼓219在径向方向R上连接到朝内端上的LP轴36。多个连接翼面216以周向布置连接到盘或鼓219。连接翼面216的径向朝外端连接到外部防护罩214。多个外部防护罩翼面218连接到外部防护罩214且沿着径向方向R朝内延伸。
在图3-4中示出的实施例中，限定低速涡轮的第一涡轮转子110在限定中速涡轮或高速涡轮的第三涡轮转子130中指状交叉。第一涡轮转子110经由在第三涡轮转子130径向外侧延伸且沿着纵向方向L朝向涡轮区段90的上游端99延伸的外部防护罩214指状交叉。涡轮框架100进一步经由在轴向延伸的第二涡轮转子120的第二转子毂121处接触轴承组件95的第一轴承表面101支撑朝向上游端99的第一涡轮转子110和朝向下游端98的第二涡轮转子120。因而，涡轮框架100能够在界定中速或高速涡轮的第三涡轮转子130前面或上游使涡轮转子组件103的界定低速涡轮的第一涡轮转子110的第一级延伸。
举例来说，发动机10可沿着纵向方向L以串联流动布置大体上界定燃烧区段26、第一涡轮转子110的外部防护罩翼面218、第三涡轮转子130的第三翼面233、第一涡轮转子110的连接翼面216、涡轮框架100和第二涡轮转子120。在各种实施例中，发动机10可包括沿着纵向方向L在连接翼面216上游的若干重复交错的外部防护罩翼面218和第三翼面233。在又其它实施例中，第一涡轮转子110可进一步包括沿着径向方向R从盘或鼓219，例如连接翼面216下游或后面朝外延伸的第二翼面217的一个或多个级。
在界定高速涡轮的第三涡轮转子130前面或上游延伸第一涡轮转子110的第一级可实现将静态或静止第一涡轮轮叶或喷嘴从燃烧区段26或燃烧腔室与涡轮区段90或燃烧区段26下游的第一转子之间移除，例如图1中所示出。移除通常包括于燃气涡轮发动机中的第一涡轮轮叶或喷嘴能够将涡轮区段90的第一级(即，紧靠着燃烧区段26下游的涡轮区段90的最上游级)设计成较低平均环形燃烧温度而非较高峰值环形燃烧温度(即，燃烧热点)。因此，涡轮框架100使第一涡轮转子110作为涡轮区段90的第一级可使发动机10利用更少的从压缩或燃烧转向的冷却空气。涡轮框架100可进一步使发动机10包括沿着涡轮区段90的更远上游的未冷却结构和材料，大体上扩大燃烧区段的设计公差，和/或大体上增加燃气涡轮发动机效率。
现参看图4，大体上提供的发动机10和涡轮区段90的实施例可进一步包括连接到第三涡轮转子130和第一涡轮转子110的外部防护罩214的外部轴承支撑组件96。更具体地说，外部轴承支撑组件96可连接到第一涡轮转子110的外部防护罩214的内径且到第三涡轮转子130的多个第三翼面233的外径。多个第三翼面233可沿着周向方向连接以为第三翼面233的外径提供环形表面或平台，外部轴承支撑组件96可连接到所述环形表面或平台上。
在例如图4中所示出的一个实施例中，外部轴承支撑组件96沿着纵向方向L安置在第三涡轮转子130的第一级处。举例来说，外部轴承支撑组件96可连接到在接近于第一涡轮转子110的向前或最上游端的多个第三翼面233的径向外侧的外部防护罩214。在其它实施例中，外部轴承支撑组件96可另外或替代地沿着纵向方向L安置于第一涡轮转子110的第一级下游或后面。
在各种实施例中，外部轴承支撑组件96界定差动箔片空气轴承(differential foil air bearing)。外部轴承支撑组件96可包括内座圈、外座圈和其间的箔片元件。举例来说，内座圈可连接到第三涡轮转子130的第三翼面233的外径。外座圈可连接到第一涡轮转子110的外部防护罩214的内径。内座圈或外座圈可包括接触径向相邻的座圈的箔片元件。
外部轴承支撑组件96可为从涡轮框架100朝向燃烧区段26向前或向上游延伸的第一涡轮转子110提供支撑。由外部轴承支撑组件96提供的支撑可减少不合需要的振动模式或缓解或消除朝向发动机10的上游端99延伸的第一涡轮转子110的不支撑的自由半径。外部轴承支撑组件96可缓解或消除朝向发动机10的上游端99延伸的第一涡轮转子110的不支撑的长度或半径。外部轴承支撑组件96结合涡轮框架100可使涡轮转子组件103大体上从涡轮区段90的前面或最上游端(例如，界定高速涡轮的第三涡轮转子130的前面或上游，或紧靠着燃烧区段26的下游)延伸到涡轮区段90的后面或最下游端。外部轴承支撑组件96和涡轮框架100可一起使涡轮转子组件103利用整个涡轮区段90中的能量以更高效地驱动风扇组件14，同时减少沿着纵向方向L的发动机总长度或沿着径向方向R的发动机半径的增加。
现在参看图3-4，涡轮框架100和涡轮转子110、120中的一个或多个可一起界定包括防护罩180和密封件190的密封接口185。在各种实施例中，一个或多个防护罩180可界定至少部分地在纵向方向L上延伸的壁或平台。在一个实施例中，防护罩180在径向方向R上邻近于密封件190。一个或多个密封件190可界定大体上朝向防护罩180延伸以界定可接触防护罩180的大体上尖端的刀片、刀口或迷宫式密封件。防护罩180、密封件190、翼面216、217、218或涡轮区段90的其它部分可进一步包括在防护罩180和/或密封件190的表面上的涂层，例如但不限于，包括一层或多层粘合层和热层的热涂层，或基于例如金刚石或立方氮化硼、铝聚合物、氮化硼铝、铝铜聚合物或镍铬等磨料的耐磨涂层。可通过一种或多种方法涂覆涂层，方法例如等离子体喷射、热喷射、气相或其它方法。
本文中大体上示出且描述的涡轮区段90的各种实施例可构造为安装到鼓、盘或毂中的个别叶片，或一体式的装有叶片的转子(IBR)或装有叶片的盘，或其组合。叶片、毂或装有叶片的盘可由陶瓷基质复合(CMC)材料和/或适合于燃气涡轮发动机热区段的金属形成，金属例如但不限于，镍基合金、钴基合金、铁基合金或钛基合金，所述合金中的每一个可包括但不限于铬、钴、钨、钽、钼和/或铼。涡轮区段90或部分或其部分的组合可使用增材制造或3D打印或浇铸、锻造、机械加工或由经3D打印的模具形成铸件，或其组合来形成。可使用例如螺母、螺栓、螺钉、销钉、拉杆或铆钉等紧固件或使用例如焊接、钎焊、粘合、摩擦或扩散粘合等接合方法或紧固件和/或接合方法的组合来机械地接合涡轮区段90或其部分。又另外，应理解，第一涡轮转子110可并入有允许差动膨胀的特征。此类特征包括但不限于上述制造方法、各种防护罩、密封件、材料和/或其组合。
本文中所描述且在图1-4中所示出的系统和方法可减少燃料消耗、增加可操作性、提高发动机性能和/或动力输出，同时维持或减小重量、零件数和/或封装(例如径向和/或轴向尺寸)。本文中所提供的系统可允许优于例如涡轮风扇的现有燃气涡轮发动机，增大高旁路比和/或总压力比，同时相对于具有类似动力输出的其它燃气涡轮发动机维持或减小封装。本文中所描述的系统可促进提高旁路比和/或总压力比且由此提高燃气涡轮发动机的总效率。
又另外，本文中所描述且在图1-4中所示出的系统可减小流动面积与燃气涡轮发动机的转速的平方的乘积(乘积在本文中被称作“AN2”)。举例来说，关于图1-4示出和描述的发动机10相对于常规的齿轮传动的涡轮风扇配置可大体上减小AN2。一般来说，例如通过减小转速和/或流动面积而减小AN2增加了所需的平均级功系数(即旋转翼面的每个级上所需平均负载量)。然而，本文中所描述的系统可减小AN2，同时还减小平均级功系数且通过在第三涡轮转子130的一个或多个级中指状交叉第一涡轮转子110来维持涡轮区段90的轴向长度(与具有类似推力输出和封装的发动机比较)，同时还在第二涡轮转子120处界定朝向涡轮区段90的下游端98的非指状交叉的涡轮结构。因此，第一涡轮转子110可增加翼面的旋转级的数量，同时减小平均级功系数，且因此减小AN2，同时减少轴向长度的增加以产生类似的AN2值。第一涡轮转子110可进一步减小AN2，同时额外减少相对于具有类似动力输出和/或封装的燃气涡轮发动机的涡轮区段在涡轮区段90中旋转和静止的翼面的总数量。
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