用於燃氣渦輪發動機的軸承支承殼的製作方法

2023-06-15 09:36:32 1

本發明涉及燃氣渦輪發動機中使用的軸承，且更具體而言，涉及用於在燃氣渦輪發動機內安裝滾動元件軸承的軸承支承件。

燃氣渦輪發動機包括安裝在若干軸承(通常為滾動元件類型)中用於旋轉的一個或多個軸。軸承裝入稱作「貯槽」的外殼中，其被加壓且設有用於潤滑和冷卻的油流。燃氣渦輪發動機中的軸承通常為滾柱軸承和滾珠軸承的組合。

燃氣渦輪發動機主軸軸承需要帶有特定徑向剛度的安裝結構來在其操作範圍上合適地調節發動機動態。在一些情況下，在使結構中不形成應力問題的情況下滿足目標剛度存在挑戰。

一種已知類型的軸承安裝結構是圓錐形殼，其在徑向方向上為基本剛性的(除了組成材料的固有柔性之外)。另一已知類型的安裝結構結合徑向陣列的沿軸向延伸的彈簧「指部」，其使軸承懸置且允許徑向方向上的受控偏移。

某些燃氣渦輪發動機的內部構造可從徑向剛度相比由傳統的錐形安裝(即，「較軟」)提供的較低但是相比通常利用彈簧指部獲得的較剛性的軸承安裝受益。

本發明的簡要描述

此需要由本發明解決，其提供了一種結合多個集成的切向和徑向梁以及內嵌的偏移限制器的軸承支承殼。

根據本發明的一個方面，一種用於燃氣渦輪發動機的軸承支承殼從中心向外以徑向順序包括：限定中心開孔的內環；包括一系列內槽的中間環，包括一系列外槽的外腹板，其中內槽和外槽的位置、尺寸和形狀確定為使得將中間環和外腹板分成一系列沿切向延伸的梁和沿徑向延伸的內支柱與外支柱；以及外環。

根據本發明的另一方面，內環包括沿軸向延伸的內唇部。

根據本發明的另一方面，內環利用一系列內孔穿透。

根據本發明的另一方面，環形的內腹板布置在內環和中間環之間。

根據本發明的另一方面，內腹板利用減重開口穿透。

根據本發明的另一方面，中間環利用一系列中間孔穿透。

根據本發明的另一方面，外環利用一系列外孔穿透。

根據本發明的另一方面，一種燃氣渦輪發動機的軸承裝置包括：靜止框架；安裝在框架中的環形的軸承支承殼；安裝在軸承支承殼的中心開孔中的軸承；以及安裝在軸承中的軸，其中軸承支承殼包括多個柔性的切向梁，其允許軸承相對於框架的受限的徑向運動。

根據本發明的另一方面，軸承支承殼的一部分捕獲在螺栓連接中，其構造成限制軸承的徑向偏移至預先確定的量。

根據本發明的另一方面，軸承支承殼包括內唇部，其與螺栓連接的密封件凸緣相互作用以限制軸承的徑向偏移。

根據本發明的另一方面，螺栓連接構造成即使在切向梁中的一個或多個開裂的情況下將梁維持在單個平面中。

根據本發明的另一方面，靜止框架是渦輪框架。

根據本發明的另一方面，軸承是滾動元件軸承。

根據本發明的另一方面，螺栓連接將中間環捕獲在靜止的環形的空氣密封件和靜止的環形的貯槽蓋之間。

附圖的簡要描述

本發明可通過參照結合附圖的以下描述最佳地理解，在附圖中：

圖1是結合根據本發明的方面構造的護罩組件的示例性燃氣渦輪發動機的示意性半剖視圖；

圖2是根據本發明構造的軸承支承殼和貯槽的一部分的示意性剖視圖；

圖3是圖2中所示的軸承支承殼的透視圖；

圖4是圖3中所示的軸承支承殼的一部分的後立視圖；以及

圖5是圖2的一部分的放大視圖。

本發明的詳細描述

大體上，本發明提供了一種軸承支承殼，其結合相對較薄、柔性的部件以產生期望程度的徑向柔性，同時通過結合偏移限制器以在高載荷情況期間減輕應力來避免應力和壽命問題。

現在，參照附圖，其中相同的參考標號表示貫穿各個視圖的相同元件，圖1以示意性半剖面描繪了燃氣渦輪發動機10。發動機10具有縱向或中心線軸線11且包括風扇12和低壓渦輪(「LPT」)16，共同稱作「低壓系統」。LPT 16通過內軸18(也稱作「LP軸」)驅動風扇12。發動機10還包括高壓壓縮機(「HPC」)20、燃燒器22和高壓渦輪(「HPT」)24，共同稱作「燃氣產生器」或「核心」。HPT 24通過外軸26(也稱作「HP軸」)驅動HPC。高壓系統和低壓系統可一起以已知的方式操作以生成初始或核心流以及風扇流或旁路流。雖然圖示的發動機10是高旁路渦扇發動機，但本文描述的原理可同樣適用於渦輪螺旋槳發動機、渦輪噴氣發動機和渦輪軸發動機，以及用於其它交通工具或靜止應用中的渦輪發動機。

要注意的是，如本文所用，用語「軸向」或「縱向」表示平行於縱向軸線11的方向，而「徑向」表示垂直於軸向方向的方向，且「切向」或「周向」表示共同地垂直於軸向和切向方向的方向。(見圖1中的箭頭「A」、「R」和「T」)。如本文所用，用語「向前」或「前」表示相對於穿過發動機10的空氣流相對上遊的位置，且用語「向後」或「後」表示在穿過或圍繞發動機10的空氣流中相對下遊的位置。此流的方向由圖1中的箭頭「F」示出。這些方向用語僅用於描述中的方便且因而不需要描述的結構的特定定向。

發動機10包括靜止結構，其包括組裝成功能性非旋轉組件的各種罩殼、護罩和框架，在本文大體稱作發動機的「靜止結構」。構成此靜止結構的靜止構件中的一些是風扇框架28、渦輪中心框架30和渦輪後框架32。

內軸18和外軸26使用若干滾動元件軸承(在圖1中大體以「B」表示)安裝以用於相對於靜止結構旋轉。燃氣渦輪發動機中的軸承B通常是滾柱軸承和滾珠軸承的組合。軸承B位於發動機10的一個或多個封閉部分(稱作「貯槽」)中，在圖1中大體上以「S」表示。貯槽S被加壓且可操作地聯接至用於提供用於潤滑和冷卻的油流的器件，且以已知的方式清洗用過的油流。

圖2示出了發動機10的貯槽S的一部分。在貯槽內，外軸26由渦輪中心框架30環繞。環形的大體圓錐形的軸承支承殼36安裝在渦輪中心框架30的環形的框架凸緣34上，且沿徑向向內延伸至環形的軸承外擋圈38。外擋圈38環繞安裝至外軸26的軸承內擋圈40。一系列滾動元件42(在此示例中大體上為圓柱滾子)布置在內擋圈40和外擋圈38之間。共同地，內擋圈40、滾動元件42和外擋圈38組成軸承44。

如圖2和圖3中所見，軸承支承殼36包括中心開孔46，其由環形的沿軸向延伸的內唇部48限定。內唇部48的徑向外側是環形的沿徑向延伸的內環50，利用一系列內孔52穿透。內環50的徑向外側是內腹板54，其可選地由一系列減重開口56穿透。內腹板54的徑向外側是環形的沿徑向延伸的中間環58，利用與一系列內槽60交替的一系列中間孔59穿透。中間環58的徑向外側是外腹板62，利用一系列外槽64穿透。最終存在環形的沿徑向延伸的外環66，利用一系列外孔68穿透。

內槽60和外槽64的位置、尺寸和形狀確定為使得將中間環58和外腹板62分成多個相對細長、柔性的部分，具體而言相應地一系列沿切向延伸的梁70和沿徑向延伸的內支柱72與外支柱74。各個內支柱72具有穿過其的一個中間孔59。

外環66利用穿過外孔68的多個機械緊固件76夾緊至框架凸緣34，諸如圖示的螺栓(和伴隨的螺母)。

中間環58使用多個機械緊固件84(諸如圖示的螺栓和伴隨的螺母)夾緊在靜止的環形的前空氣密封件80和靜止的環形的貯槽蓋82之間的中間螺栓連接78中。緊固件穿過中間孔59和前空氣密封件80與貯槽蓋82中的相應孔。中間環58的徑向外部部分沿軸向向前延伸以限定唇部86，其沿軸向與前空氣密封件80的密封件凸緣88重疊。

內環50利用穿過內孔52的多個機械緊固件92(諸如圖示的螺栓(和伴隨的螺母))夾緊至外擋圈38的擋圈凸緣90。髮夾形的外擋圈38的大體圓柱形的內表面94緊密徑向接近於中心開孔46沿軸向延伸，共同限定其之間的薄環形擠壓膜空間。根據已知的原理，緩衝流體（諸如加壓油）可引入到擠壓膜空間中，以在軸承44和外軸26上提供緩衝作用。

在操作中，外軸26相對於渦輪中心框架30遭受徑向方向R上的運動，導致徑向偏移且在互連外軸36和渦輪中心框架30的構件中施加機械載荷。軸承支承殼36的梁70的存在增加從內開孔46至外凸緣66的機械載荷通路的周向距離。軸承支承殼36因此具有相比現在技術的直的圓錐形殼較低的徑向剛度。這允許軸承44根據需要的柔性和徑向偏移。

為了限制梁70上的最大彎曲應力，中間螺栓連接78構造成限制軸承44的徑向偏移至預先確定的量。更特別地，當軸承44在未偏移的位置時，軸向唇部86和鄰近的密封件凸緣88限定徑向間隙「G」，如圖5中最佳所見。在操作中，由於軸承44和梁70在徑向方向R上向外側偏移，螺栓84和前空氣密封件58也向外側移動，從而封閉間隙「G」。當間隙G完全封閉時，密封件凸緣88鄰接軸向唇部86，從而阻止軸承44的進一步徑向運動和梁70的進一步偏移兩者。

在一些情況下，可能的是，切向梁70中的一個或多個可開裂且分開。圖4示出了帶有穿過其的示例性裂紋「C」的梁70。軸承支承殼36和中間螺栓連接78提出容許這種裂紋的設計。更特別地，萬一出現裂紋，它們構造成在軸向、徑向和切向方向上提供軸承支承殼36的內側部分的固持和限制偏移。如圖5中所示，前空氣密封件80和貯槽蓋82在徑向方向R上與梁70重疊。這提供了相對於破壞的部分的向前和向後運動的有效止擋。

如圖4和圖5中所見，螺栓連接78將中間凸緣58的所有區段維持在單個平面中。因此，即使梁70中的一個將要開裂，用於徑向載荷的機械載荷通路將從內支柱72出現，越過梁70，且到鄰近的外支柱74中。

最終，在切向方向上，載荷通路將從開裂的梁70的一半(在圖4中標記為70A)到梁70的另一半(標記為70B)出現，且然後到鄰近的外支柱74中，防止破壞部分的切向運動。

本文描述的軸承支撐裝置相比於現有技術具有若干優點。其提供所需要的軸承安裝剛度，同時滿足應力和壽命的需要且提供用於安裝軸承的較低重量的方案。其還結合偏移限制器，從而在高載荷情況期間限制結構中的最大應力。該構造是容許缺陷的且結構在破裂的情況下保持。

前面已經描述了用於燃氣渦輪發動機的軸承支承殼。此說明書(包括任何伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的全部特徵、和/或如此公開的任何方法或過程的全部步驟可在任何組合中組合，除了其中此類特徵和/或步驟中的至少一些相互排斥的組合之外。

在此說明書(包括任何伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的各個特徵可由用於相同、等同或相似目的的備選特徵替代，除非另外特別地說明。因此，除非另外特別地說明，公開的各個特徵是一般系列的等同物或相似特徵的僅一個示例。

本發明不局限於前述實施例的細節。本發明延伸至在此說明書(包括任何伴隨的可能的創新點、摘要和附圖)中公開的特徵的任何新穎的一個或任何新穎的組合，或如此公開的過程或任何方法的步驟的任何新穎的一個或任何新穎的組合。