用於齒輪箱的三葉軸承的製作方法

2023-04-27 08:08:57

本發明總體涉及發動機，並且更具體地涉及一種用於傳送發動機的旋轉以驅動諸如發電機、泵和熱交換器之類的旋轉設備的齒輪箱。

背景技術：

燃氣渦輪系統包括安裝為在固定外部殼體內旋轉的轉子單元並且通常具有安裝在燃氣渦輪發動機的一端的齒輪箱。齒輪箱通常定位為與渦輪發動機鄰近，並且以這樣一種方式進行耦合：使用來自燃氣渦輪發動機的功率來驅動燃氣渦輪發動機的附件，諸如發電機、流體泵和用於冷卻油或加熱燃料的熱交換器。齒輪箱包括若干在油軸承上旋轉的聯鎖齒輪。在燃氣渦輪發動機和燃氣渦輪發動機附件的操作過程中，次同步振動可以由於燃氣渦輪發動機和燃氣渦輪發動機附件的旋轉部件內的扭轉振動和線性振動之間的流固耦合而產生。

I.Komori等人的美國專利申請授權前公開號2009/0148084公開了一種配備有高強度軸構件的流體動力軸承裝置。軸承裝置被公開為能夠以低成本維持高軸承性能。軸承裝置具有配備有軸坯件和樹脂部分的軸構件。作為一個整體單元，軸坯件具有由強度比樹脂更高的材料形成的軸部，以及從軸部徑向向外突出的突出部。樹脂部分覆蓋軸坯件的突出部的至少一個端表面並且面向推力軸承間隔。

本發明旨在克服一個或多個本發明人發現的或本領域中已知的問題。

技術實現要素：

在一個實施例中，描述了一種用於齒輪箱的軸承。軸承具有圓柱體。圓柱體限定中空內部腔室。圓柱體具有齒輪支承區段。齒輪支承區段具有由圍繞圓柱體的圓周等距分布的三個凸葉形成的橫截面。每個凸葉具有平臺部分、錐形部分、開口和流動通道。平臺部分在凸葉的至少20％上具有第一半徑。錐形部分從平臺部分的第一半徑逐漸向比第一半徑小的縮小半徑區域傾斜。錐形部分在小於每個凸葉的80％上形成。開口在凸葉的縮小半徑區域中形成。流動通道將圓柱體的中空內部與在縮小半徑區域中形成的開口流體連接。

在另一個實施例中，描述了另一種用於齒輪箱的軸承。軸承具有限定中空內部腔室的基本為圓柱形的主體。圓柱體具有第一齒輪支承區段和第二齒輪支承區段。第一齒輪支承區段具有由圍繞圓柱體的圓周等距分布的三個凸葉形成的橫截面。第一齒輪支承區段的每個凸葉具有平臺部分、錐形部分、開口和流動通道。第一齒輪支承區段的每個凸葉的平臺部分在第一齒輪支承區段的凸葉的至少20％上形成為具有第一半徑。錐形部分從平臺部分的第一半徑逐漸向比第一半徑小的縮小半徑區域傾斜。錐形部分在小於第一齒輪支承區段的每個凸葉的80％上形成。開口在第一齒輪支承區段的每個凸葉的縮小半徑區域中形成。流動通道將圓柱體的中空內部與第一齒輪支承區段的三個凸葉的每個開口流體連接。第二齒輪支承區段具有由圍繞圓柱體的圓周等距分布的三個凸葉形成的橫截面。第二齒輪支承區段的每個凸葉具有平臺部分、錐形部分、開口和流動通道。平臺部分在第二齒輪支承區段的每個凸葉的至少20％上形成為具有第一半徑。錐形部分從平臺部分的第一半徑逐漸向比第一半徑小的縮小半徑區域傾斜。錐形部分在小於第二齒輪支承區段的每個凸葉的80％上形成。開口在第二齒輪支承區段的每個凸葉的縮小半徑區域中形成。流動通道將圓柱體的中空內部與在第二齒輪支承區段的凸葉的縮小半徑區域中形成的每個開口流體連接。此外，第二齒輪支承區段的凸葉中的一個的流動通道成角度地定位為水平線以上15°至35°之間的角度。

在另一個實施例中，描述了一種齒輪箱。齒輪箱包括輸入軸、輸入行星齒輪、輸出行星齒輪、環形齒輪、輸出軸和軸承。輸入行星齒輪與輸入軸接合併且徑向偏移輸入軸。輸入行星齒輪限定第一中心孔。輸出行星齒輪限定與第一中心孔對齊的第二中心孔。輸出行星齒輪旋轉耦合至輸入行星齒輪。環形齒輪耦合至輸出行星齒輪。輸出軸耦合至環形齒輪。軸承插入至輸入行星齒輪的第一中心孔和輸出行星齒輪的第二中心孔中。軸承具有限定中空內部腔室的基本為圓柱形的主體。圓柱體具有輸出行星齒輪支承區段和輸入行星齒輪支承區段。輸出行星齒輪支承區段支承輸出行星齒輪並且輸入行星齒輪支承區段支承輸入行星齒輪。輸出行星齒輪支承區段具有由圍繞圓柱體的圓周等距分布的三個凸葉形成的橫截面。輸出行星齒輪支承部分的每個凸葉具有平臺部分、錐形部分、開口和流動通道。平臺部分在輸出行星齒輪支承區段的每個凸葉的至少20％上形成圓柱體的第一半徑與第二中心孔的內半徑之間的第一輸出間隙。錐形部分從平臺部分的第一半徑的第一輸出間隙逐漸向圓柱體的縮小半徑區域與第二中心孔的內半徑之間的大於第一輸出間隙的第二輸出間隙傾斜。錐形部分在小於輸出行星齒輪支承區段的每個凸葉的80％上形成。開口在輸出行星齒輪支承區段的每個凸葉的縮小半徑區域中形成。流動通道將圓柱體的中空內部與在輸出行星齒輪支承區段的每個凸葉的縮小半徑區域中形成的開口流體連接。輸出行星齒輪支承區段的凸葉中的一個的流動通道成角度地定位為水平線以下30°至50°之間的角度。輸入行星齒輪支承區段具有由圍繞圓柱體的圓周等距分布的三個凸葉形成的橫截面。輸入行星齒輪支承部分的每個凸葉具有平臺部分、錐形部分、開口和流動通道。平臺部分在輸入行星齒輪支承區段的每個凸葉的至少20％上形成圓柱體的第一半徑與第一中心孔的內半徑之間的第一輸入間隙。錐形部分從平臺部分的第一半徑的第一輸入間隙逐漸向圓柱體的縮小半徑區域與第一中心孔的內半徑之間的大於第一輸入間隙的第二輸入間隙傾斜。錐形部分在小於輸入行星齒輪支承區段的每個凸葉的80％上形成。開口在每個凸葉的縮小半徑區域中形成。流動通道將圓柱體的中空內部與在輸入行星齒輪支承區段的每個凸葉的縮小半徑區域中形成的每個開口流體連接。

附圖說明

圖1是示例性的燃氣渦輪發動機的示意圖。

圖2是圖1的局部去除齒輪箱殼體的齒輪箱的透視圖。

圖3是圖1的齒輪箱的驅動齒輪系統的透視圖。

圖4是圖1的齒輪箱的驅動齒輪系統的橫截面圖。

圖5是圖3的周轉齒輪系統的其中一個行星齒輪的軸承的側視圖。

圖6是圖5的軸承的端視圖。

圖7是圖5的軸承的橫截面圖。

圖8是沿圖7的線VIII-VIII截取的軸承的截面圖。

圖9是沿圖7的線IX-IX截取的軸承的截面圖。

具體實施方式

在此公開的系統包括用於燃氣渦輪發動機的齒輪箱，該齒輪箱包括具有至少一個齒輪支承區段的軸承。在各實施例中，每個齒輪支承區段由圍繞軸承的圓周等距間隔開的三個凸葉形成。每個凸葉包括具有第一半徑的平臺部分和朝具有小於第一半徑的半徑的縮小半徑區域傾斜的錐形部分。每個凸葉還包括與在軸承內形成的供油通路流體連通的供油開口。

圖1是示例性的燃氣渦輪發動機和齒輪箱的示意圖。為了清晰起見和便於說明，已經省略或放大了一些表面(在此處且在其它附圖中)。而且，已經包括了放大的對齊線來圖示燃氣渦輪發動機的對齊。

出於定向的目的，本發明可以使用燃氣渦輪發動機100。具體地說，本發明可參考燃氣渦輪發動機100的旋轉中心軸線95，該旋轉中心軸線95大體由燃氣渦輪發動機100的軸120的縱向軸線限定。因此，除非另有說明，否則所有對徑向、軸向和圓周的方向和測量的參考指的是中心軸線95，並且諸如「內」和「外」的術語通常表示距中心軸線95的更小或更大的徑向距離，其中徑向96可以是在垂直於中心軸線95並從中心軸線95向外延伸出去的任意方向上。

通常，燃氣渦輪發動機100包括入口110、軸120(由軸承150支承)、壓縮機200、燃燒器300、渦輪400、排氣裝置500和功率輸出耦合器600。一個或多個區段可經由凸緣在其殼體上耦合在一起。另外，可提供凸緣來提升和/或支承燃氣渦輪發動機100的一個或多個區段。燃氣渦輪發動機100還包括支承燃氣渦輪發動機的對齊安裝座170。

壓縮機200可包括一個或多個旋轉壓縮機轉子組件220，所述一個或多個旋轉壓縮機轉子組件220裝有壓縮機葉片，從而組成了壓縮機轉子201。渦輪400包括一個或多個旋轉渦輪轉子組件420，所述一個或多個旋轉渦輪轉子組件420裝有渦輪葉片，從而組成了渦輪轉子401。壓縮機轉子201和渦輪轉子401可繞中心軸線95旋轉。

燃氣渦輪發動機100可耦合至齒輪箱700。齒輪箱700包括功率輸入耦合器720、驅動齒輪系統730和齒輪箱功率輸出端740。齒輪箱700還包括具有齒輪箱基底安裝座711和燃氣渦輪發動機接口712的齒輪箱殼體710。功率輸入耦合器720包括任何適當的耦合機構(例如，花鍵至接收器，凸緣至凸緣等)並且耦合至燃氣渦輪發動機100的功率輸出耦合器600。驅動齒輪系統730(下面將參照圖2至圖4更詳細地討論)包括齒輪裝置，並且通常配置為以期望的扭矩和速度將來自燃氣渦輪發動機100的功率傳送至齒輪箱功率輸出端740。齒輪箱功率輸出端740可以用來驅動諸如例如用於發電的發電機、用於循環流體的泵、用於冷卻油或加熱燃料的熱交換器的一個或多個附件(未示出)，或者本領域已知的任何其它附件或其組合。齒輪箱殼體710封裝驅動齒輪系統730。齒輪箱基底安裝座711附接至支承齒輪箱700的任何結構性地面、基底或支承結構。燃氣渦輪發動機接口712可包括配置為與燃氣渦輪發動機100耦合的任何適當的形式或結構。例如，齒輪箱殼體710可經由燃氣渦輪發動機接口712安裝至軸承殼體140並且經由軸承殼體140支承燃氣渦輪發動機100的第一端。

圖2是圖1的齒輪箱700的透視圖，其中局部去除了齒輪箱殼體710，以便圖示齒輪箱700的內部。驅動齒輪系統730包括若干將來自功率輸入耦合器720的功率傳送至齒輪箱功率輸出端740的齒輪731、732、733和734。如圖所示，燃氣渦輪發動機100的功率輸出耦合器600耦合至齒輪箱700的功率輸入耦合器720。齒輪箱700的功率輸入耦合器720也耦合至驅動齒輪系統730的第一齒輪731。驅動齒輪系統730的第一齒輪731與徑向鄰近第一齒輪731的至少一個第二齒輪732接合。第二齒輪732耦合至線性鄰近第二齒輪732的第三齒輪733。第三齒輪733與徑向鄰近第三齒輪733並耦合至齒輪箱功率輸出端740的第四齒輪734接合。

圖3是圖1的齒輪箱的驅動齒輪系統730的透視圖。在圖3的實施例中，驅動齒輪系統730是周轉驅動齒輪系統(也稱為行星齒輪系)。然而，驅動齒輪系統730的其它實施例可具有對本領域普通技術人員而言可以是顯而易見的其它配置。

如圖3所示，功率輸入耦合器720旋轉地耦合至第一齒輪731並從第一齒輪731線性偏移，使得第一齒輪731中的功率輸入耦合器720圍繞公共軸線旋轉。在本實施例的周轉驅動系統中，第一齒輪731是太陽齒輪731，這是因為其他齒輪(732、733、734)在驅動齒輪系統730的操作期間圍繞第一齒輪731徑向隔開。

在圖3中，三個第二齒輪732設置成圍繞太陽齒輪731的圓周等距隔開。在本實施例的周轉驅動系統中，每個第二齒輪732是一對耦合行星齒輪中的其中一者且因此被視為輸入行星齒輪732，這是因為其是更靠近齒輪箱700的輸入側的行星齒輪。圖3還示出了三個第三齒輪733，每個第三齒輪733均與輸入行星齒輪732中的一者線性對齊。這三個第三齒輪733中的每一者是每一對耦合行星齒輪中的第二者且被視為是輸出行星齒輪733，這是因為其是更靠近齒輪箱700的輸出側的行星齒輪。每一對耦合行星齒輪(即輸入行星齒輪732/輸出行星齒輪733)安裝在旋轉軸承800上，旋轉軸承800從太陽齒輪731的旋轉中心徑向偏移。

這三個輸出側行星齒輪733中的每一者接合第四齒輪734並被第四齒輪734徑向環繞。在本實施例的周轉驅動系統中，第四齒輪734被視為是環狀或環形齒輪734。環形齒輪734耦合至齒輪箱700的功率輸出耦合器740。

對於本領域的普通技術人員應該顯而易見的是，本申請的實施例並不限於這種所描述的周轉驅動系統配置並且可以使用替代配置。

圖4是圖1的齒輪箱700的驅動齒輪系統730的橫截面圖。如圖所示，功率輸入耦合器720通過輸入軸721耦合至太陽齒輪731。在本實施例中，輸入軸721附接至功率輸入耦合器720及太陽齒輪731。並未對輸入軸721與功率輸入耦合器720和/或太陽齒輪731之間的附接機制特別地加以限制。

太陽齒輪731包括一系列齒735，其接合每個輸入行星齒輪732上所形成的一系列齒736。每個輸入行星齒輪732具有凹槽737，其容置輸出行星齒輪733上所形成的突出部738，從而形成將輸入行星齒輪732耦合至輸出行星齒輪733的摩擦或壓力配合。環形齒輪734環繞並接合輸入行星齒輪。環形齒輪734通過軸742耦合至齒輪箱功率輸出端740，軸742是由齒輪箱功率輸出端支承軸承741支承。

每個輸入行星齒輪732具有貫穿其中心而形成的中心孔739。另外，每個輸出行星齒輪733具有貫穿其中心而形成的中心孔743。輸入行星齒輪732的中心孔739與輸出行星齒輪733的中心孔743對齊，並且支承軸承800插入穿過中心孔739、743。在支承軸承800與中心孔739、743之間可形成小的間隙。如下文結合圖5至圖9所論述的，軸承800具有三葉設計，使得外徑810沿軸承800的圓周的各部分變化並且支承軸承800與中心孔739、743之間的間隙也可變化。例如，最大間隙可在13/1000英寸與18/1000英寸之間(在0.33mm與0.46mm之間)變化。進一步，最小間隙可在6/1000英寸與10/1000英寸之間(在0.15mm與0.25mm之間)變化。在其他實施例中，最大間隙可在15/1000英寸與165/10000英寸之間(在0.38mm與0.42mm之間)的範圍內變化。進一步，在這些其他實施例中，最小間隙可在7/1000英寸與85/10000英寸之間(在0.18mm與0.22mm之間)的範圍內變化。

圖5是圖3的周轉齒輪系統730的一個行星齒輪的軸承800的側視圖。如圖所示，軸承800形成為基本為圓柱形的主體，該圓柱體具有直徑804以及一對軸承支承區段802、809。該對軸承支承區段802、809可在插入通過輸入行星齒輪732及輸出行星齒輪733的中心孔739、743時支承軸承800。軸承800還包括一個或多個齒輪支承區段803、805，其插入至輸入行星齒輪732及輸出行星齒輪733的中心孔739、743中。例如，在圖5的實施例中包括插入至輸入行星齒輪732的中心孔739中的輸入行星齒輪支承區段805以及插入至輸出行星齒輪733的中心孔743中的輸出行星齒輪支承區段803，其中在輸入行星齒輪支承區段805和輸出行星齒輪支承區段803的邊緣處形成壩區808。每個齒輪支承區段803、805可具有形成於其中的開口806、807，其在軸承800內與軸承800的中空內部腔室812(在圖5中未示出，下面將參照圖7及圖8更詳細地討論)連通。例如，在所示實施例中，輸出行星齒輪支承區段803具有開口806，並且輸入行星齒輪支承區段805具有開口807。

圖6是圖5的軸承800的其中一個軸承支承區段802的端視圖。如圖所示，軸承支承區段802的端部可具有形成於其中的開口811，其也與軸承800的中空內部腔室812(在圖6中未示出，下面將參照圖7及圖8更詳細地討論)連通。在一些實施例中，開口811還可以包括配件、密封件以及其他部件以允許供油管線的連接及連通，從而向軸承800的中空內部腔室812提供油。類似地，還可以在軸承800的相對端上的軸承支承區段809的端部處設置另一開口(未標記)。

軸承支承區段802還包括標引槽口813，其可用於相對於圍繞軸承800旋轉的輸入行星齒輪732及輸出行星齒輪733對軸承800進行定向。具體的放置、定向和/或形狀並不特別加以限制，並且可採用對本領域的普通技術人員而言可以是顯而易見的任何形式。

圖7是圖5的軸承800的橫截面圖。如上面所討論，軸承800包括第一齒輪支承區段803以及第二齒輪支承區段805，其中在輸入行星齒輪支承區段805和輸出行星齒輪支承區段803的邊緣處形成壩區808。第一齒輪支承區段803以及第二齒輪支承區段805中的每一者具有帶有三凸葉的橫截面，圖8及圖9中的軸承800的徑向尺寸(下面將更詳細地討論)在三凸葉上變化。第一齒輪(輸出行星齒輪)支承區段803具有一個或多個開口806，並且如圖所示，該一個或多個開口806通向與軸承800的中空內部812流體連通的流動通道。進一步，第二齒輪(輸入行星齒輪)支承區段805具有一個或多個開口807，並且如圖所示，該一個或多個開口807也通向與軸承800的中空內部812流體連通的流動通道。中空內部812還與形成於軸承800的軸承支承區段802的一端處的開口811連通。

圖8是沿圖7的線VIII-VIII截取的軸承800的輸入行星齒輪支承區段805的截面圖。在圖8中已經放大了第二齒輪支承部分805的尺寸以幫助進行說明。如圖所示，輸入行星齒輪支承部分805具有帶有三個凸葉910的橫截面，這三個凸葉910圍繞軸承800的圓周等距隔開。軸承800的半徑在每個凸葉910的圓周上變化。每個凸葉910形成為具有平臺部分925以及錐形區930，平臺部分925具有恆定半徑816，錐形區930的半徑從縮小半徑817至平臺部分925的半徑816變化。在一些實施例中，半徑816可為圖5所示的軸承800的圓柱體的總直徑804的一半。然而，在其他實施例中，半徑816可小於圖5所示的軸承800的圓柱體的總直徑804的一半。

進一步，在一些實施例中，縮小半徑817比平臺部分925的半徑816小6/1000英寸(6密耳或0.15mm)，但小於或等於9/1000英寸(9密耳或0.23mm)。然而，縮小半徑817與平臺部分915的半徑816之間的差值可小於或大於這些示例尺寸。縮小半徑817與平臺部分925的半徑816之間的半徑變化可產生圖4所示的中心孔739與軸承800之間的間隙變化。例如，平臺部分925處的間隙可在6/1000英寸(6密耳或0.15mm)至9/1000英寸(9密耳或0.23mm)的範圍內。進一步，縮小半徑816處的間隙可在13/1000英寸(13密耳或0.33mm)至18/1000英寸(18密耳或0.46mm)的範圍內。在其他實施例中，平臺部分925處的間隙可在15/1000英寸(15密耳或0.38mm)與165/10000英寸(16.5密耳或0.42mm)之間的範圍內變化。進一步，在這些其他實施例中，縮小半徑817處的間隙可在7/1000英寸(7密耳或0.18mm)與85/10000英寸(8.5密耳或0.22mm)之間的範圍內變化。

在本申請的一些實施例中，平臺部分925表示多達每個凸葉910的20％的圓周長度。進一步，在一些實施例中，錐形區920表示每個凸葉910的80％或更多。

在圖8所示的實施例中，三個開口807形成為圍繞軸承800的圓周等距隔開，並且每個開口807形成於每對相鄰凸葉910之間。如圖所示，每個開口807與軸承800的中空內部812連通。進一步，在本申請的一些實施例中，每個開口807佔軸承800的圓周的5％或更多。例如，每個開口807可覆蓋軸承800的圓周上與圓心角20°的弧對應的一部分(大約是軸承800的總圓周的5.5％)。進一步，開口807中的一者相對於如圖所示的水平位置(3點鐘位置)以角度θ2成角度地定位(即，時鐘式定位)。在一些實施例中，例如，角度θ2可在水平線上方15°與35°的範圍內。另外，在一些實施例中，第二齒輪支承區段805的開口807及凸葉910與第一齒輪支承區段803的開口806及凸葉905成角度地偏移45°與65°之間的角度。

圖9是沿圖7的線IX-IX截取的軸承800的輸出行星齒輪支承部分803的截面圖。在圖9中已經放大了輸出行星齒輪支承部分803的尺寸以幫助進行說明。如圖所示，輸出行星齒輪支承部803具有帶有三個凸葉905的橫截面，這三個凸葉905圍繞軸承800的圓周等距隔開。軸承800的半徑在每個凸葉905的圓周上變化。每個凸葉905形成為具有平臺部分915以及錐形區920，平臺部分915具有恆定半徑818，錐形區920的半徑從縮小半徑819至平臺部分915的半徑818變化。在一些實施例中，半徑818可為圖5所示的軸承800的圓柱體的總直徑804的一半。然而，在其他實施例中，半徑818可小於圖5所示的軸承800的圓柱體的總直徑804的一半。

進一步，在一些實施例中，平臺部分的半徑818比縮小半徑819大6/1000英寸(6密耳或0.15mm)，但小於或等於9/1000英寸(9密耳或0.23mm)。然而，平臺部分915的半徑818與縮小半徑819之間的差值可小於或大於這些示例尺寸。縮小半徑819與平臺部分915的半徑818之間的半徑變化可產生圖4所示的中心孔743與軸承800之間的間隙變化。例如，平臺部分915處的間隙可在6/1000英寸(6密耳或0.15mm)至10/1000英寸(10密耳或0.25mm)的範圍內。進一步，縮小半徑819處的間隙可在13/1000英寸(13密耳或0.33mm)至18/1000英寸(18密耳或0.46mm)的範圍內。在其他實施例中，平臺部分915處的間隙可在15/1000英寸(15密耳或0.38mm)與165/10000英寸(16.5密耳或0.42mm)之間的範圍內變化。進一步，在這些其他實施例中，縮小半徑819處的間隙可在7/1000英寸(7密耳或0.18mm)與85/10000英寸(8.5密耳或0.22mm)之間的範圍內變化。

在本申請的一些實施例中，平臺部分915表示多達每個凸葉905的20％的圓周長度。進一步，在一些實施例中，錐形區920表示每個凸葉905的80％或更多。

在圖9所示的實施例中，三個開口806形成為圍繞軸承800的圓周等距隔開，並且每個開口806形成於每對相鄰凸葉905之間。如圖所示，每個開口806與軸承800的中空內部812連通。進一步，在本申請的一些實施例中，每個開口806佔軸承800的圓周的5％或更多。例如，每個開口806可覆蓋軸承800的圓周上與圓心角20°的弧對應的一部分(大約是軸承800的總圓周的5.5％)。進一步，開口806中的一者相對於如圖所示的水平位置(3點鐘位置)以角度θ1成角度地定位(即，時鐘式定位)。在一些實施例中，角度θ1可在水平線下方30°與50°之間的範圍內。例如，角度θ1可為水平線下方40°的角度。

在一些實施例中，第二(輸入行星)齒輪支承區段805的凸葉910的半徑817可等於第一(輸出行星)齒輪支承區段803的凸葉905的半徑819。然而，在其他實施例中，半徑817可不同於半徑819。

類似地，在一些實施例中，第二(輸入行星)齒輪支承區段805的凸葉905的縮小半徑816可等於第一(輸出行星)齒輪支承區段803的凸葉905的縮小半徑818。然而，在其他實施例中，縮小半徑816可不同於縮小半徑818。

工業實用性

燃氣渦輪發動機可適用於多種工業應用，諸如石油及天然氣工業的各個方面(包括石油和天然氣的傳輸、收集、存儲、回收和舉升)、發電行業、熱電聯產、航天以及其他運輸業。

參照圖1，氣體作為「工作流體」進入入口110，且被壓縮機200壓縮。在壓縮機200中，工作流體通過一系列壓縮機轉子組件220而在環狀流動路徑中壓縮。具體地，空氣在經過編號的「級」中進行壓縮，所述級與每個壓縮機轉子組件220相關聯。例如，「第4級空氣」可能與從入口110朝向排氣裝置500行進的下遊或「向後」方向上的第4個壓縮機轉子組件220相關聯。同樣，每個渦輪轉子組件420可與經過編號的級相關聯。

一旦離開壓縮機200，壓縮空氣便進入燃燒器300，在此壓縮空氣發生擴散並且添加燃料。空氣和燃料經由燃料噴射器噴射入燃燒室中並且發生燃燒。通過一系列渦輪轉子組件420的每個級，經由渦輪400從燃燒反應吸取能量。排氣隨後可以在排氣擴散器中擴散、收集且改向。排氣經由排氣收集器離開系統並且可以進行進一步處理(例如，以減少有害排放物和/或從排氣回收熱量)。

參照圖1和圖2，經由渦輪400從燃燒反應吸取的能量導致旋轉扭矩被施加到渦輪轉子組件420的每個渦輪轉子401。由扭矩產生的能量通過燃氣發生器軸120從渦輪組件420轉移到功率輸出耦合器600。燃氣渦輪發動機100的功率輸出耦合器600將能量轉移到齒輪箱700的功率輸入耦合器720，而功率輸入耦合器720將能量轉移到輸入軸721。輸入軸721將能量轉移到驅動齒輪系統730，驅動齒輪系統730以所需扭矩和速度將能量轉移到一個或多個燃氣渦輪發動機附件，例如發電機、流體泵和熱交換器(未示出)。

具體地，輸入軸721將能量轉移到太陽齒輪731，太陽齒輪731將能量轉移到輸入行星齒輪732。輸入行星齒輪732將能量轉移到輸出行星齒輪733，輸出行星齒輪733將能量轉移到環形齒輪734，環形齒輪734將能量轉移到輸出軸742和齒輪箱功率輸出端740。齒輪箱功率輸出端740以所需扭矩和速度將能量轉移到一個或多個燃氣渦輪發動機附件，例如發電機、流體泵和熱交換器(未示出)。

在燃氣渦輪發動機100、齒輪箱700和燃氣渦輪附件的操作期間，可能會由於各個旋轉部件的平移和旋轉耦合而形成次同步振動。當軸721、742和齒輪731、732、733、734全速旋轉時，可能會產生次同步振動，從而導致齒輪箱700的功率損失、過早磨損和早期故障。為了減少支承一對行星齒輪(輸入行星齒輪732與輸出行星齒輪733)且具備中空內部腔室812的軸承800的振動，至少一個開口811形成於至少一個端部中，並且多個開口806、807形成於軸承800的圓周中。油能夠從在一個端部處形成的開口811饋送到中空內部腔室812中，並且從在軸承800的圓周中形成的開口806、807流出。通過在第一齒輪支承區段803中設置三個開口806且在第二齒輪支承區段805中設置三個開口807，申請人已發現能夠實現振動以及由振動引起的功率損失的顯著降低。另外，壩區808也可以設置在第一齒輪支承區段803和第二齒輪支承區段805中的每一個的每個邊緣處，以在齒輪箱700的操作期間控制來自第一齒輪支承區段803和第二齒輪支承區段805的油的損失。壩區808各自具有等於圓柱體的直徑804的直徑。

此外，通過形成各自具有如在圖8和圖9中所示的三葉橫截面的兩個齒輪支承區段(第一齒輪支承區段803和第二齒輪支承區段805)，申請人已發現能夠實現振動和由振動引起的功率損失的進一步降低。具體來說，申請人已發現，通過形成具有三個凸葉905的第一齒輪支承區段803，實現了振動的最大降低，其中，每個凸葉905具有表示凸葉905的20％或更大的平臺部分915、表示凸葉905的80％或更少的錐形部分920以及形成於鄰近凸葉905對之間的開口806。類似地，申請人已發現，通過形成具有三個凸葉910的第二齒輪支承區段805，實現了振動的最大降低，每個凸葉910具有表示凸葉910的20％或更大的平臺部分925、表示凸葉910的80％或更少的錐形部分930以及形成於鄰近凸葉910對之間的開口807。

另外，申請人還發現，如果平臺部分915、925處的軸承800與被支承的齒輪732、733的中心孔739、743之間的間隙在6/1000英寸(6密耳或0.15mm)與10/1000英寸(10密耳或0.25mm)之間的範圍內，那麼也能夠實現振動的降低。另外，如果平臺部分915、925處的軸承800與被支承的齒輪732、733的中心孔739、743之間的間隙在7/1000英寸(7密耳或0.18mm)與85/10000英寸(8.5密耳或0.22mm)之間的範圍內，那麼可實現振動的最大降低。另外，申請人還發現，如果縮小半徑817、819處的軸承800與被支承的齒輪732、733的中心孔739、743之間的間隙在13/1000英寸(13密耳或0.33mm)與18/1000英寸(18密耳或0.46mm)之間的範圍內，那麼能夠實現振動的降低。另外，如果縮小半徑817、819處的軸承800與被支承的齒輪732、733的中心孔739、743之間的間隙在15/1000英寸(15密耳或0.38mm)與165/10000英寸(16.5密耳或0.42mm)之間的範圍內，那麼可實現振動的最大降低。

通過如上文所論述的減少振動和由振動引起的功率損失，還能夠減少齒輪箱700的磨損和過早的故障，這能夠節省維修成本且避免由於需要維修而造成的工時損失。

以上詳細描述本質上僅僅是示例性的，並非意圖限制本發明或本發明的應用和用途。所描述的實施例不限於結合特定類型的燃氣渦輪發動機來使用。因此，儘管為了便於解釋，本發明描繪且描述了特定的燃料噴射器，但將會理解的是，根據本發明的燃料噴射器能夠以各種其它配置來實現、能夠結合各種其它類型的燃氣渦輪發動機使用、並且能夠用於其它類型的機器中。此外,不期望受到前述背景或詳細描述中所呈現的任何原理的限制。還應理解，圖示能夠包括放大的尺寸以更好地說明所引用的參考項目，並且不應認為是具有限制性的，明確地作出這樣的陳述的情況下除外。