本发明涉及用于支撑燃气涡轮发动机的轴、特别是转子端轴(stubshaft)的轴承装置并且涉及燃气涡轮发动机。此外，本发明涉及支撑燃气涡轮机的轴、特别是转子端轴的方法。
背景技术：
燃气涡轮发动机的轴通常由被液体动力润滑的流体轴承支撑。特别地，所谓的可倾瓦轴承(tiltingpadbearing)可以被用于支撑轴。
组合可倾瓦轴承模块具有三个支承表面，一个是用于传递径向力的转子轴颈支撑并且两个是轴向推力表面，其中的一个被设计成打算用于接收在燃气涡轮机的操作点的轴向推力的“有效”(active)侧(通常被设计用于接收最大推力)，并且另一个是用于涡轮机的瞬态关闭设计条件的短暂时期所要求的“无效”(inactive)侧(通常被设计用于接收有限的推力)。
通常该组合轴承模块类型的轴承关于“无效”和“有效”侧的设计意图在于轴承将被“方向性地”使用，其中“有效”侧相对于转子的主推力方向布置。
归因于作为或者法规的或者客户要求的结果的用于一些燃气涡轮机的可包括但不限于振动监测或轴向位移探针的仪器的要求，可能需要使用轴承的非对称设计(在推力瓦和例如润滑喷嘴的数量方面)，并因此在模块的各侧上具有均等止推能力(thrustcapacity)的轴承模块将是不可能的,再次确定轴承“方向性”。
跨越燃气涡轮机(特别是处于单轴设计的涡轮机)的操作寿命，诸如环境的温度/湿度(其影响入口条件)、燃气涡轮机过滤/清洁度或组成部件劣化/结垢的各种状态等的外部影响会引起燃气涡轮机的净推力平衡(netthrustbalance)改变。净推力平衡上的微小改变引起施加在这些轴承上的推力负载上的变化，这正常情况下将会在轴承模块推力负载额定的能力内并且不会引起担忧。然而，在净推力平衡上的显著改变可以引起发动机以关于设计意图的相反的转子推力方向上操作，其中轴承模块的“无效”侧有效地变成操作点处的主推力侧，该侧固有地具有较小止推能力，并且已知当推力负载超过在该侧上的轴承模块推力负载能力额定时引起故障。
GB309,124公开了被布置在两个壳体中使得公共轴上的端部推力相互平衡的径向-流动涡轮机。蒸汽可以流动通过串联或并联的径向-流动涡轮机。设置了推力轴环并且被驱动的机器布置在径向-流动涡轮机之间。
WO2013/011150Al公开了具有被安装在轴承中的转子的转动机器。转子经受到在操作时间期间基本上仅在轴向方向上起作用的推力。推力经由滑动部件被轴承的第一推力轴承接收和消散。轴承进一步包括第二推力轴承，其至少与推力发生暂时同时地产生在推力的方向上作用于第一推力轴承的力。
EP1479875Al公开了用于燃气涡轮机转子的轴向支撑的轴承。轴承具有其中安装有与液压系统连通的液压活塞布置的轴承组成部件。限流和流动控制阀介于液压活塞与液压系统之间并且可以被安装在轴承组成部件中。液压活塞布置具有被安装在各自的活塞室中的多个活塞，活塞室构造成筒状钻孔。
US3,784,266公开了包括被中央支撑的枢转轴承节段的液体动力枢转分段推力轴承，该轴承节段包括被布置在节段的与其径向边缘中的至少一个相邻且平行的支承表面中的至少一个长形润滑液体收集槽。轴承节段进一步包括穿过节段开口在一端到槽内并且在另一端到轴承的推力轴承井内布置的至少一个流体出口孔。收集槽将流体从支承表面排出到轴承井内，并且中断了支承表面润滑流体膜的形成，由此减少了在节段的一侧上的有效支撑表面。
GB2453143A公开了包括高熔化温度推力轴环和推力瓦的推力轴承。轴环和瓦的互相面对的表面涂覆有高硬度且低摩擦系数的涂层。基板优选是钢并且涂层优选是陶瓷涂层、更优选碳富集的钨碳化物层。发明主要适用于涡轮增压器的推力轴承。
技术实现要素：
本发明的目的可以是提供一种用于燃气涡轮机转子端轴的轴承，该轴承可以接收在两个轴向方向上的高轴向推力。
该目的通过根据独立权利要求的用于支撑燃气涡轮发动机的轴(特别是转子端轴)的轴承装置、燃气涡轮发动机和支撑燃气涡轮发动机的轴(特别是转子端轴)的方法来解决。
根据本发明的第一方面，呈现一种用于支撑燃气涡轮发动机的轴、特别是转子端轴的轴承装置。推力轴承装置包括轴承壳体元件和被安装至轴承壳体元件的第一支撑盘。轴承装置进一步包括被沿着周向方向一个接一个地可倾斜地布置在第一支撑盘处的第一倾斜瓦。轴承装置进一步包括被沿着轴向方向与第一支撑盘间隔开地安装至轴承壳体元件的第二支撑盘。轴承装置进一步包括被沿着周向方向一个接一个地可倾斜地布置在第二支撑盘处的第二倾斜瓦。
第一倾斜瓦相对于安装至轴的第一推力轴环被布置成使得第一轴向推力可从第一推力轴环传递至第一倾斜瓦。第二倾斜瓦相对于安装至轴的第二推力轴环被布置成使得在相对于第一轴向推力的相反方向上定向的第二轴向推力可从第二推力轴环传递至第二倾斜瓦。
第一倾斜瓦的第一数量大于第二倾斜瓦的第二数量的一半但小于第二倾斜瓦的第二数量。
根据本发明的进一步的方面，描述了一种燃气涡轮发动机，包括燃气涡轮机壳体、轴、被安装至轴的第一推力轴环、被安装至轴的第二推力轴环和在上面所描述的轴承装置。第一推力轴环被沿着轴向方向与第二推力轴环间隔开地布置。轴承壳体元件被安装至燃气涡轮将壳体。
根据本发明的进一步的方面，描述了一种通过上面所描述的轴承装置支撑燃气涡轮发动机的轴的方法。使第一轴向推力从第一推力轴环传递至第一倾斜瓦。使在相对于第一轴向推力的相反方向上定向的第二轴向推力从第二推力轴环传递至第二倾斜瓦。
燃气涡轮发动机包括被联接至下游涡轮机的上游转动压气机，和在两者间的燃烧室。轴将上游转动压气机与下游涡轮机联接。在一些实施例中，提供了双轴设计，其中例如通过齿轮联接的两个轴被布置在燃气涡轮发动机内。
术语上游和下游是指通过燃气涡轮发动机的空气流动和/或工作气体流动的流动方向，除非另有规定。术语向前和向后是指通过发动机的气体的大体流动方向。术语轴向、径向和周向是参照燃气涡轮发动机的轴的转动轴线做出的。
燃气涡轮发动机的轴由上面所描述的轴承装置可转动地支撑。特别地，上面所描述的轴承装置接收沿着轴的轴向方向作用的轴向推力。轴向推力分别通过第一和第二倾斜瓦被从轴分别传递至第一和第二支撑盘。
第一推力轴环和第二推力轴环被固定至轴并因此围绕转动轴线与轴一起转动。各自的推力轴环可以包括用于提供与各自的倾斜瓦滑动接触的接触表面，其中接触表面具有可以是近似平行于轴向方向的法线。
于是，倾斜瓦包括用于提供与各自的推力轴环滑动接触的接触表面。
倾斜瓦被布置到各自的支撑盘的各自的支撑表面上。各自的支撑表面可以包括近似平行于轴向方向的法线。倾斜瓦被可枢转地布置在各自的支撑盘和各自的支撑表面上。另外，支撑盘包括用于倾斜瓦的保持元件，其中保持元件以如下方式保持倾斜瓦：使得倾斜瓦不能沿着周向或径向不受控地滑动。保持元件可以例如是导轨或者用于将倾斜瓦保持到支撑盘的支撑表面上而不阻止倾斜瓦的倾斜的其他限制元件(downholdingelement)。
支撑表面可以包括例如倾斜瓦位于其上的钢销，其中钢销提供了与倾斜瓦的点接触使得倾斜瓦枢转。
第一支撑盘和第二支撑盘被固定至作为轴承壳体的一部分的壳体元件。轴承装置可以包括例如被布置在第一和第二支撑盘之间的中间盘部分。轴承壳体被固定至例如燃气涡轮机基座。轴承壳体形成将第一倾斜瓦和第一推力轴环围住用于润滑第一倾斜瓦与第一推力轴环之间的滑动表面的推力轴承井(thrustbearingwell)。于是，轴承壳体形成将第二倾斜瓦和第二推力轴环围住用于润滑第二倾斜瓦与第二推力轴环之间的滑动表面的进一步的推力轴承井。
归因于推力轴环的相对于各自的倾斜瓦的转动并且归因于倾斜瓦的回转机动性，形成了在推力轴环的转动的方向上厚度减小的润滑流体的楔形膜并因此获得了更好的润滑。
通过本发明的途径，提供了具有倾斜瓦的非对称的布置和非均等的量的轴承装置。已发现通过提供具有大于第二倾斜瓦的第二数量的一半但小于第二倾斜瓦的第二数量的第一数量的第一倾斜瓦，可以接收在双方向力方向上的轴向推力的轴承装置被设计用于预期的燃气涡轮机产品的特定/所要求的止推能力。
因为跨越操作寿命监测涡轮发动机的推力平衡并接着作为反应性措施“在要求的条件下”指令关闭涡轮发动机进行维护以更换轴承不实用并且不太成本有效，所以通过发明性轴承装置，第一倾斜瓦和第二倾斜瓦具有几乎相同的磨损，使得在一个公共维护步骤中第一和第二倾斜瓦可以出于维护的原因而被更换。
通过发明性轴承装置，提供了通过具有(不同止推能力的)两个“有效”推力侧而不是以前限定了轴承的方向性的“有效”和“无效”侧而在转动轴向推力上被设计成双向的非对称倾斜瓦配置。具有两个“有效”侧(即，具有第一倾斜瓦的第一支撑盘和具有第二倾斜瓦的第二支撑盘)的含义在于轴承装置可以承受在两个推力方向上的已知的轴向推力。
根据本发明的示例性实施例，轴承装置进一步包括被沿着周向方向彼此间隔开地安装至第一支撑盘和第二支撑盘的至少三个轴颈瓦。三个轴颈瓦被布置在第一支撑盘与第二支撑盘之间使得径向力可在三个轴颈瓦与轴之间传递并且使得轴可相对于三个轴颈瓦转动。轴颈瓦可以被可交换地固定至第一和/或第二支撑盘。具体地，轴颈瓦可以被固定至第一和第二支撑盘之间的中间盘。
根据进一步的示例性实施例，第一支撑盘包括第一倾斜瓦被布置于其上的第一支撑表面。第一支撑盘包括沿着轴向方向从第一表面突出的至少一个间隔元件。例如间隔元件被进一步布置成使得间隔元件被布置在两个相邻的第一倾斜瓦之间用于防止两个相邻的第一倾斜瓦的接触。
根据进一步的示例性实施例，至少一个间隔元件是诸如针等的空喷嘴(blankednozzle)。
根据进一步的示例性实施例，至少一个间隔元件是油润滑喷嘴，用于喷射油使得在倾斜瓦与推力轴环之间可产生润滑油膜。油润滑喷嘴被联接至油润滑系统，该系统将高压力下的润滑剂供给至各自的油润滑喷嘴用于在倾斜瓦与各自的推力轴环之间产生油膜。
于是，第二支撑盘还包括第二倾斜瓦被布置于其上的第二支撑表面。第二支撑盘包括沿着轴向方向从第二表面突出的至少一个进一步的间隔元件。进一步的间隔元件被进一步地布置成使得进一步的间隔元件被布置在两个相邻的第二倾斜瓦之间用于防止两个相邻的第二倾斜瓦的接触。进一步的间隔元件可以是诸如针等的空喷嘴，或者是油润滑喷嘴。
根据进一步的示例性实施例，第一倾斜瓦被沿着周向方向不均等地分布到第一支撑表面上。第一倾斜瓦的不均等分布表示两个相邻的第一倾斜瓦之间的间隙尺寸是变化的并因此不同于其他两个相邻的第一倾斜瓦之间的另一间隙尺寸。
根据进一步的示例性实施例，第一倾斜瓦的超过2/3被布置到第一支撑盘的第一半部上，并且第一倾斜瓦的小于1/3被布置到第一支撑盘的第二半部上。
根据进一步的示例性实施例，第二倾斜瓦被沿着周向方向均等地分布到第二支撑盘的第二支撑表面上。第二倾斜瓦的均等分布表示两个相邻的第二倾斜瓦之间的间隙尺寸等于其他两个相邻的第二倾斜瓦之间的另一间隙尺寸。
根据进一步的示例性实施例，第一倾斜瓦的第一量是6至11、优选8，并且第二倾斜瓦的第二量是12至21、优选12。
发明性轴承装置具有用于预期的燃气涡轮机产品使用的优化的止推能力，使得轴承装置因为各侧(支撑盘)的负载能力而具有减小的偏置“方向性性质”，并因此可以被视为具有两个“有效”推力侧并因此用于“双向”应用。
对于该特定设计，止推能力的优化通过附加倾斜瓦的添加和例如空和不空的油润滑喷嘴的不同配置的使用来实现，以确保/维持预先存在的燃气涡轮机产品轴承润滑和排水要求。
通过具有以该方式操作的轴承模块，该双向性允许公共设计在燃气涡轮发动机的单和双轴配置之间使用，并允许单轴以在推力负载中或者在反方向中在转子推力上的任何变化来操作，而在任一转子推力方向上维持例如API(美国石油学会)适应性。
必须注意的是，已参照不同主题描述了发明的实施例。特别地，一些实施例是参照设备类型的权利要求描述的，而其他实施例是参照方法类型的权利要求描述的。然而，本领域技术人员将从上面和下面的描述收集到的是，除非另外指出，除属于一个类型的主题的特征的任何组合之外，在涉及不同主题的特征之间、特别是在设备类型的权利要求的特征与方法类型的权利要求的特征之间的任何组合也被视作由该申请公开。
附图说明
本发明的上面所限定的方面和进一步的方面将从在下文中描述的实施例的示例变得显而易见并且参照实施例的示例进行说明。将在下文中参照不限制本发明的实施例的示例更详细地描述发明。
图1示出根据本发明的示例性实施例的轴承装置的第一支撑盘的示意性前视图，
图2示出根据本发明的示例性实施例的轴承装置的第二支撑盘的示意性前视图，
图3示出根据本发明的示例性实施例的轴承装置的示意性侧视图，
图4示出根据本发明的示例性实施例的轴承装置的立体图，和
图5示出根据本发明的示例性实施例的燃气涡轮发动机。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。需要注意的是，在不同的附图中相似或同样的元件设置有相同的附图标记。
图1示出根据本发明的示例性实施例的轴承装置100的第一支撑盘110的前视图，并且图2示出轴承装置100的第二支撑盘210的前视图。
在图3中，示出了轴承装置100的侧视图，轴承装置100包括图1中所示的第一支撑盘110和图2中所示的第二支撑盘210。
用于支撑燃气涡轮发动机10的轴103的轴承装置100包括被安装至轴承壳体元件104的第一支撑盘110。第一倾斜瓦111被沿着周向方向一个接一个地可倾斜地布置在第一支撑盘110处。第二支撑盘210沿着轴向方向102与第一支撑盘110间隔开地被安装至轴承壳体元件。第二倾斜瓦211被沿着周向方向一个接一个地可倾斜地布置在第二支撑盘210处。第一倾斜瓦111的第一数量大于第二倾斜瓦211的第二数量的一半，但小于第二倾斜瓦211的第二数量。
燃气涡轮发动机10的轴103由所描述的轴承装置100可转动地支撑。特别地，轴承装置100接收沿着轴103的轴向方向102起作用的轴向推力301、302。轴向推力301、302分别通过第一和第二倾斜瓦111、211被从轴103分别传递至第一和第二支撑盘110、210。
第一推力轴环303和第二推力轴环304被固定至轴103并因此与轴103一起围绕转动轴线转动。各自的推力轴环303、304包括用于提供与各自的倾斜瓦111、211滑动接触的接触表面，其中接触表面具有近似平行于轴向方向102的法线。
于是，倾斜瓦111、211包括用于提供与各自的推力轴环303、304滑动接触的各自的接触表面。
倾斜瓦111、211被布置到各自的支撑盘110、210的各自的支撑表面112、212上。各自的支撑表面112、212包括近似平行于轴向方向102的法线。倾斜瓦111、211被可枢转地布置到各自的支撑盘111、211和各自的支撑表面112、212上。另外，支撑盘111、211包括用于倾斜瓦的保持元件，其中保持元件以如下的方式保持倾斜瓦111、211：使得倾斜瓦111、211不能沿着周向101或径向方向不受控地滑动。
第一支撑盘110和第二支撑盘210被固定至作为轴承壳体的一部分的轴承壳体元件104。
轴承装置包括例如被布置在第一和第二支撑盘110、210之间的中间盘部分305(参见图3)。轴承壳体例如被固定至燃气涡轮机基座。轴承壳体形成将第一倾斜瓦111和第一推力轴环303围住用于润滑第一倾斜瓦111与第一推力轴环303之间的滑动表面的推力轴承井(未示出)。于是，轴承壳体形成将第二倾斜瓦211和第二推力轴环304围住用于润滑第二倾斜瓦210与第二推力轴环304之间的滑动表面的进一步的推力轴承井。
归因于推力轴环303、304的相对于各自的倾斜瓦111、211的转动并且归因于倾斜瓦111、211的回转机动性(slewability)，形成了在推力轴环303、304的转动的方向上厚度减小的润滑流体的楔形膜并因此获得了更好的润滑。
通过本发明的途径，提供了具有倾斜瓦111、211的非对称的布置和非均等的量的轴承装置100。通过提供具有大于第二倾斜瓦211的第二数量的一半但小于第二倾斜瓦211的第二数量的第一数量的第一倾斜瓦111，可以接收在双方向力方向上的轴向推力301、302的轴承装置100被设计用于预期的燃气涡轮机产品的特定/所要求的止推能力。
第一支撑盘包括第一倾斜瓦111被布置于其上的第一支撑表面112。第一支撑盘110包括沿着轴向方向102从第一表面112突出的至少一个间隔元件(空喷嘴114或油润滑喷嘴113)。间隔元件被进一步布置成使得间隔元件被布置在两个相邻的第一倾斜瓦111之间用于防止两个相邻的第一倾斜瓦111的接触。至少一个间隔元件是诸如针(pin)等的空喷嘴114，或者是油润滑喷嘴113，用于喷射油使得倾斜瓦111与第一推力轴环303之间可产生润滑油膜是的。油润滑喷嘴113被联接至油润滑系统，该系统将高压力下的润滑剂供给至各自的油润滑喷嘴113。
空喷嘴114被特别地布置在各自的第一倾斜瓦111的相对于转动的方向(用箭头101指示出)之后并因此在倾斜推力瓦111的后边缘上，因为这将不损害润滑性能。
于是，如可以从图2得到的，第二支撑盘210也可以包括第二倾斜瓦211被布置于其上的第二支撑表面212。第二支撑盘210包括沿着轴向方向从第二表面212突出的至少一个进一步的间隔元件。进一步的间隔元件被进一步地布置成使得进一步的间隔元件被布置在两个相邻的第二倾斜瓦211之间用于防止两个相邻的第一倾斜瓦211的接触。进一步的间隔元件可以是诸如针等的进一步的空喷嘴214，或油润滑喷嘴213。
如可以从图1得到的，第一倾斜瓦111被沿着周向方向101不均等地分布到第一支撑表面112上。第一倾斜瓦111的不均等分布表示两个相邻的第一倾斜瓦111之间的间隙尺寸是变化的并因此不同于其他两个相邻的第一倾斜瓦111之间的另一间隙尺寸。
根据进一步的示例性实施例，第一倾斜瓦111的超过2/3被布置到第一支撑盘110的第一半部上，并且第一倾斜瓦111的小于1/3被布置到第一支撑盘110的第二半部上。
第二倾斜瓦210被沿着周向方向101均等地分布到第二支撑盘210的第二支撑表面212上。
具体地，根据图1和图2中示出的示例性实施例，第一倾斜瓦的第一量是8并且第二倾斜瓦210的第二量是12。
如图3所示，中间盘部分305被布置在第一和第二支撑盘110、210之间。润滑剂入口306可以形成在中间盘部分305内。从润滑剂入口306，润滑剂可以被喷射并引导至油润滑喷嘴113、213。
此外，轴承装置100被示出处于其中第一轴向推力301大于第二轴向推力302的操作状态。因此，第一倾斜瓦111与和轴103一起转动的第一推力轴环303滑动接触。因此，在第二倾斜瓦211与第二推力轴环303之间存在间隙。
图4示出如图1至图3所示的轴承装置100的立体图。
在图4中示出了被安装至第一支撑盘110、中间盘305和/或第二支撑盘210的三个轴颈瓦401。轴颈瓦401被沿着周向方向彼此间隔开地布置。三个轴颈瓦401被布置在第一支撑盘110与第二支撑盘210之间使得径向力可在三个轴颈瓦401(并因此是轴承装置100)与轴103之间传递，其中轴103可相对于三个轴颈瓦401转动。轴颈瓦401可以被可交换地固定。
图5示出包括如图1至图4所示的轴承装置100的燃气涡轮发动机10。
燃气涡轮发动机10以截面图示出。燃气涡轮发动机10按流动系列包括入口12、压气机部14、燃烧部16和涡轮机部18，它们通常按流动系列并且通常在纵向或转动轴线20的方向上布置。燃气涡轮发动机10进一步包括可围绕转动轴线20转动并且纵向上穿过燃气涡轮发动机10延伸的轴103。轴103将涡轮机部18驱动地连接至压气机部12。
在燃气涡轮发动机10的操作中，通过空气入口12吸入的空气被压气机部12压缩并被输送至燃烧部或燃烧器部16。燃烧器部16包括燃烧器增压室(plenum)26、由双壁筒27限定的一个或多个燃烧室28和被固定至各燃烧室28的至少一个燃烧器30。燃烧室28和燃烧器30位于燃烧器增压室26内侧。通过了压气机12的压缩空气进入扩散器32并且被从扩散器32排放到燃烧器增压室26内，从那里空气的一部分进入燃烧器30并与气态或液态燃料混合。空气/燃料混合物接着被燃烧并且来自燃烧的燃烧气体34或工作气体经由过渡管道35被沿通道引导至涡轮机部18。
涡轮机部18包括被附接至轴22的多个叶片承载盘36。在本示例中，两个盘36各承载涡轮机叶片38的环形阵列。然而，叶片承载盘的数量可以不同，即仅一个盘或超过两个的盘。另外，被固定至燃气涡轮发动机10的定子42的引导导叶40被布置在涡轮机叶片38之间。在燃烧室28的出口与前列的涡轮机叶片38之间设置了入口引导导叶44。
来自燃烧室28的燃烧气体进入涡轮机部18并驱动涡轮机叶片38，这进而使轴103转动。引导导叶40、44用于优化燃烧或工作气体的到涡轮机叶片38上的角度。压气机部12包括引导导叶级46和转子叶片级48的轴向系列。
轴103由如图1至图4所示的至少两个轴承装置100支撑。
应该注意的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤并且“一”或“一个”不排除多个。还有与不同实施例相关联地描述的元件可以组合。还应该注意的是，权利要求中的附图标记不应该被解释为限制权利要求的范围。
附图标记列表
10燃气涡轮发动机
12入口
14压气机部
16燃烧部
18涡轮机部
20转动轴线
24空气
26燃烧器增压室
28燃烧室
30燃烧器
32扩散器
34燃烧气体
35过渡管道
36盘
38涡轮机叶片
40引导导叶
42定子
44引导导叶
46引导导叶级
48转子叶片级
100轴承装置
101周向方向
102轴向方向
103转子端轴
104轴承壳体元件
110第一支撑盘
111第一倾斜瓦
112第一支撑表面
113油润滑喷嘴
114空喷嘴
115第一半部
116第二半部
210第二支撑盘
211第二倾斜瓦
212第二支撑表面
213进一步的油润滑喷嘴
214进一步的空喷嘴
301第一轴向推力
302第二轴向推力
303第一轴向轴环
304第二轴向轴环
305中间盘
306润滑剂入口
401轴颈瓦