高負載事件期間的軸承外座圈固位的製作方法
2024-02-14 08:50:15
本主題大體上涉及燃氣渦輪發動機中的軸承，或更具體地涉及用於軸承的外座圈的固位(retention)的設備及方法。
背景技術：
燃氣渦輪發動機大體上包括布置成與彼此流動連通的風扇和核心，其中核心沿穿過燃氣輪機的流動方向設置在風扇下遊。燃氣渦輪發動機的核心大體上包括成串流順序的壓縮機區段、燃燒區段、渦輪區段和排氣區段。就多軸燃氣渦輪發動機而言，壓縮機區段可包括設置在低壓壓縮機(lp壓縮機)下遊的高壓壓縮機(hp壓縮機)，且渦輪區段可類似地包括設置在高壓渦輪(hp渦輪)下遊的低壓渦輪(lp渦輪)。就此構造而言，hp壓縮機經由也稱為高壓轉軸(hp轉軸)的高壓軸(hp軸)與hp渦輪聯接。類似地，lp壓縮機經由也稱為低壓轉軸(lp轉軸)的低壓軸(lp軸)與lp渦輪聯接。
在操作中，風扇上的空氣的至少一部分提供至核心的入口。空氣的此部分由lp壓縮機然後由hp壓縮機逐漸地壓縮，直到壓縮的空氣到達燃燒區段。燃料在燃燒區段內與壓縮的空氣混合且焚燒，以提供燃燒氣體。燃燒氣體從燃燒區段發送穿過hp渦輪且然後穿過lp渦輪。穿過渦輪區段的燃燒氣流驅動hp渦輪和lp渦輪，其各自繼而又經由hp軸(亦稱hp轉軸)和lp軸(亦稱lp轉軸)驅動hp壓縮機和lp壓縮機中的相應一個。燃燒氣體然後被發送穿過排氣區段，例如，至大氣。
在正常發動機操作期間，滾珠軸承組件可提供成用作使hp軸(亦稱hp轉軸)的軸向位置維持，且滾柱軸承80組件可提供成用作提供風扇/轉子系統的徑向阻尼。由與徑向擠壓膜油阻尼器組合的軸向彈簧夾(springfinger)殼體構成的傳統設計途徑可提供成在相對小的失衡負載情形期間保護軸承免受破壞。在這些正常操作狀態期間，擠壓膜阻尼軸承需要沿圍繞軸承的所有方向(徑向、切向和軸向)的空隙來用於動態操作。然而，此軸向彈簧夾殼體包含相對長的軸向彈簧夾，以用於滾珠軸承殼體的固位，且長的彈簧夾佔據發動機殼體中的空間，增加了發動機的重量，具有有限的扭力負載能力，且製造複雜。
此外，在由於無約束的風扇葉片、無約束的壓縮機葉片或無約束的渦輪葉片引起的故障模式中，與很高的扭轉卷繞組合的很高的徑向負載向軸承和向用於滾珠軸承的彈簧夾殼體提供了顯著的設計挑戰。徑向負載閉合阻尼器間隙和徑向緩衝器間隙，且產生以扭轉加載彈簧夾的諧波驅動效果。軸承和其固位殼體結構上的該扭轉負載導致相對的正弦負載分布，其充分扭轉彈簧夾，使得彈簧夾形成裂紋，這是很不期望的。
技術實現要素：
本發明的各方面和優點將在以下描述中闡明，或可從描述中清楚，或可通過實施本發明理解到。
在本公開內容的一個示例性實施例中，一種用於用作維持hp軸的軸向位置的滾珠軸承的外座圈的固位的殼體結構具有平而短的彈簧夾。固位殼體包括彈簧夾殼體，其連接到滾珠軸承殼體上，滾珠軸承殼體設置在彈簧夾殼體的徑向內側。彈簧夾殼體包括多個彈簧夾，其連接到滾珠軸承殼體上，且沿周向方向與多個支柱相互交叉。各個彈簧夾的相對的周向邊緣中的各個上的周向間隙限制彈簧夾的周向偏轉，且自動防止彈簧夾結構的扭轉。在各個彈簧夾的後端與彈簧夾殼體的後端的一部分之間，限定了軸向間隙，其用於限制固位殼體結構的軸向扭轉。在各個指的內直徑面與滾珠軸承殼體之間限定了徑向間隙，其用於沿徑向方向維持彈簧夾殼體。周向間隙、軸向間隙和徑向間隙中的各個根據預期負載，考慮固位殼體結構的尺寸和材料成分來控制。彈簧夾殼體的所得設計整體結合結構構件，使得它們變得能夠經得起扭轉卷繞和高徑向負載，徑向負載在伴隨葉片(不論風扇葉片、壓縮機葉片或是渦輪葉片)故障的負載的突然增大出現。此外，由於獨特的錐形和短彈簧夾設計，彈簧夾殼體所需的軸向和徑向空間的量連同固位殼體結構的重量的伴隨減少而減小，同時向固位殼體結構給予了很高的扭轉負載能力。
在本公開內容的另一個示例性實施例中，一種燃氣渦輪發動機包括具有至少一個壓縮機的壓縮機區段，以及位於壓縮機區段下遊且包括至少一個渦輪的渦輪區段。壓縮機區段可包括低壓壓縮機和在低壓壓縮機下遊的高壓壓縮機。渦輪區段包括高壓(hp)渦輪和hp渦輪下遊的低壓(lp)渦輪。燃氣渦輪發動機還包括將高壓壓縮機經由滾珠軸承機械地聯接到高壓渦輪上且包括用於滾珠軸承的外座圈的固位殼體的高壓軸。如上文概括描述和在下文中結合各種備選實施例更詳細描述那樣，固位殼體包括與支柱和夾指交叉的彈簧夾殼體。此外，如上文概括描述和下文結合各種備選實施例更詳細描述那樣，包括與支柱和夾指交叉的彈簧夾殼體的固位殼體的實施例也可應用於需要解決與滾珠軸承構件類似的挑戰的具有低壓軸的系統。
本發明的第一技術方案提供了一種用於燃氣渦輪發動機的高壓轉軸的滾珠軸承的外座圈的固位殼體，所述固位殼體包括：滾珠軸承殼體，其限定與沿軸向方向延伸的旋轉軸線等距地設置的圓柱形內表面，徑向方向沿正交於所述軸向方向的方向限定；彈簧夾殼體，其從所述滾珠軸承殼體沿徑向向外設置，且圍繞所述滾珠軸承殼體同心地設置，且限定與後端沿軸向分開而設置的前端；橋接腹板，其沿所述徑向方向在所述滾珠軸承殼體與所述彈簧夾殼體之間延伸，且將所述滾珠軸承殼體連接至所述彈簧夾殼體；所述彈簧夾殼體限定多個沿軸向延伸的支柱，各個支柱均限定前端和設置成沿軸向與各個相應的支柱的所述前端間隔開且相對的後端，所述多個支柱與所述彈簧夾殼體形成整體結構；所述彈簧夾殼體限定多個沿軸向延伸的夾指，各個夾指均限定前端和設置成沿軸向與各個相應的支柱的所述前端間隔開且相對的後端，多個所述夾指的前端與所述彈簧夾殼體形成整體結構；其中所述多個夾指中的每一個的所述後端限定與所述彈簧夾殼體的所述後端間隔開的後緣，且限定相應夾指的所述後緣與所述彈簧夾殼體的所述後端之間的軸向間隙；以及其中所述多個夾指中的每一個的所述後端限定與彼此沿周向間隔開的一對沿軸向延伸的側緣，其中各個夾指的所述後端的各個側緣在所述彈簧夾殼體的所述後端處與相應的相鄰支柱的相對的一對沿軸向延伸的側緣間隔開，且限定在所述彈簧夾殼體的後端處的相應的夾指的相應側緣與相應的支柱的相應相對的側緣之間的周向間隙。
本發明的第二技術方案是在第一技術方案中，徑向間隙限定在各個支柱與所述滾珠軸承殼體的相對的表面之間。
本發明的第三技術方案是在第一技術方案中，各個夾指均包括設置在各個夾指的所述前端與所述後端之間的中間部分，以及各個夾指的所述中間部分相對於各個夾指的所述前端和所述後端漸縮。
本發明的第四技術方案是在第一技術方案中，各個支柱均包括設置在各個支柱的所述前端與所述後端之間的中間部分，以及各個支柱的所述中間部分相對於各個支柱的所述前端和所述後端漸縮。
本發明的第五技術方案是在第三技術方案中，各個支柱均包括設置在各個支柱的所述前端與所述後端之間的中間部分，以及各個支柱的所述中間部分相對於各個支柱的所述前端和所述後端漸縮。
本發明的第六技術方案是在第五技術方案中，各個夾指的所述中間部分比各個支柱的所述中間部分更粗。
本發明的第七技術方案是在第一技術方案中，所述彈簧夾殼體、所述橋接腹板和所述滾珠軸承殼體形成為整體結構。
本發明的第八技術方案是在第一技術方案中，所述支柱和所述夾指圍繞所述彈簧夾殼體沿周向方向相互交叉。
本發明的第九技術方案是在第八技術方案中，在圍繞所述彈簧夾殼體沿周向前進時，單個所述夾指與單個所述支柱交錯。
本發明的第十技術方案是在第一技術方案中，所述橋接腹板將所述滾珠軸承殼體連接至所述彈簧夾殼體的多個夾指。
本發明的第十一技術方案是在第一技術方案中，所述橋接腹板相比於至所述彈簧夾殼體的所述前端或所述後端更接近於所述彈簧夾殼體的軸向中點而連接至所述彈簧夾殼體。
本發明的第十二技術方案是在第一技術方案中，還包括從所述彈簧夾殼體的所述後端沿徑向向外延伸的環形安裝凸緣。
本發明的第十三技術方案是在第十二技術方案中，所述彈簧夾殼體和所述環形安裝凸緣形成為整體結構。
本發明的第十四技術方案是在第一技術方案中，對於各個夾指的所述後端，所述軸向間隙和所述周向間隙組合來從所述彈簧夾殼體的所述後端釋放各個相應夾指的所述後端。
本發明的第十五技術方案提供了一種燃氣渦輪發動機，包括：風扇，其包括多個葉片，所述葉片從轂沿徑向延伸，且圍繞穿過所述轂中心地限定的第一旋轉軸線是可旋轉的；設置在所述風扇下遊的壓縮機；設置在所述壓縮機下遊的渦輪；機械地聯接所述壓縮機來與所述渦輪一齊旋轉的可旋轉的輸入軸；以及包圍所述風扇、所述壓縮機和所述渦輪的發動機封殼；具有相對於外座圈可旋轉的內圈的滾珠軸承，其中所述內圈非可旋轉地聯接至所述輸入軸；以及將所述發動機封殼非可旋轉地聯接至所述滾珠軸承的所述外座圈的固位殼體；以及其中所述固位殼體還包括：滾珠軸承殼體，其限定與沿軸向方向延伸的旋轉軸線等距地設置的圓柱形內表面，徑向方向沿正交於所述軸向方向的方向限定；彈簧夾殼體，其從所述滾珠軸承殼體沿徑向向外設置，且圍繞所述滾珠軸承殼體同心地設置，且限定與後端沿軸向分開而設置的前端；橋接腹板，其沿所述徑向方向在所述滾珠軸承殼體與所述彈簧夾殼體之間延伸，且將所述滾珠軸承殼體連接至所述彈簧夾殼體；所述彈簧夾殼體限定多個沿軸向延伸的支柱，各個支柱均限定前端和設置成沿軸向與各個相應的支柱的所述前端間隔開且相對的後端，所述多個支柱與所述彈簧夾殼體形成整體結構；所述彈簧夾殼體限定多個沿軸向延伸的夾指，各個夾指均限定前端和設置成沿軸向與各個相應的支柱的所述前端間隔開且相對的後端，多個所述夾指的前端與所述彈簧夾殼體形成整體結構；以及其中所述多個夾指中的每一個的所述後端限定與所述彈簧夾殼體的所述後端間隔開的後緣，且限定相應夾指的所述後緣與所述彈簧夾殼體的所述後端之間的軸向間隙，其中所述多個夾指中的每一個的所述後端限定與彼此沿周向間隔開的一對沿軸向延伸的側緣，其中各個夾指的所述後端的各個軸向側緣與所述彈簧夾殼體的所述後端間隔開，且限定相應的軸向側緣與所述彈簧夾殼體的所述後端之間的周向間隙。
本發明的第十六技術方案是在第十五技術方案中，徑向間隙限定在各個支柱與所述滾珠軸承殼體的相對的表面之間。
本發明的第十七技術方案是在第十五技術方案中，各個夾指均包括設置在各個夾指的所述前端與所述後端之間的中間部分，以及各個夾指的所述中間部分相對於各個夾指的所述前端和所述後端漸縮。
本發明的第十八技術方案是在第十五技術方案中，各個支柱均包括設置在各個支柱的所述前端與所述後端之間的中間部分，以及各個支柱的所述中間部分相對於各個支柱的所述前端和所述後端漸縮。
本發明的第十九技術方案是在第十七技術方案中，各個支柱均包括設置在各個支柱的所述前端與所述後端之間的中間部分，以及各個支柱的所述中間部分相對於各個支柱的所述前端和所述後端漸縮。
本發明的第二十技術方案是在第十九技術方案中，各個夾指的所述中間部分比各個支柱的所述中間部分更粗。
本發明的這些及其它特徵、方面和優點將參照以下描述和所附權利要求變得更好理解。併入且構成本說明書的一部分的附圖示出了本發明的實施例，且連同描述用於闡釋本發明的原理。
附圖說明
包括針對本領域的技術人員的其最佳模式的本發明的完整且開放的公開內容在參照附圖的說明書中陳述，在附圖中：
圖1為根據本公開內容的各種實施例的示例性燃氣渦輪發動機的示意性截面視圖。
圖2為圖1中標為圖2的框的虛線輪廓線內的構件的分解示意性截面視圖。
圖3為圖2中示意性所示的固位殼體構件的示例性實施例的透視圖。
圖4為圖3中繪出的固位殼體構件的示例性實施例的圖3中標為圖4的框的虛線輪廓線內的區段的透視圖。
圖5為沿圖4中的標為5-5的箭頭的方向進行切割之後的對於觀察者露出的邊緣的截面視圖。
圖6為沿圖4中的標為6-6的箭頭的方向進行切割之後的對於觀察者露出的邊緣的截面視圖。
圖7為在經歷沿圖7中所示的大箭頭的方向的軸向指向的力後圖3至6中繪出的固位殼體構件的實施例的區段的示意性圖示。
圖8為在經歷沿圖8中所示的大箭頭的方向的周向指向的力後圖3至6中所示的固位殼體構件的實施例的區段的示意圖。
圖9為在經歷沿圖8中所示的大箭頭的方向的周向指向的力後圖3至6中所示的固位殼體構件的實施例的區段的示意圖。
圖10為從類似於圖4中所示的視圖的視圖截取的圖3中繪出的固位殼體構件的區段的備選實施例的示意圖。
圖11為圖10中繪出但從沿圖10中標為徑向方向(r)看的視圖截取的固位殼體構件的區段的視圖的示意圖。
圖12為在由大箭頭示意地表示的周向指向的力的施加之前的沿徑向方向(r)看的視圖中截取的固位殼體的另一個備選實施例的頂部平面視圖。
圖13為由兩個大箭頭示意性地表示的周向指向的力的施加之後的沿徑向方向(r)看的視圖中截取的圖12中的備選實施例的頂部平面視圖。
圖14為在由大箭頭示意地表示的周向指向的力的施加之前的沿徑向方向(r)看的視圖中截取的固位殼體的另一個備選實施例的頂部平面視圖。
圖15為由兩個大箭頭示意性地表示的周向指向的力的施加之後的沿徑向方向(r)看的視圖中截取的圖14中的備選實施例的頂部平面視圖。
圖16為從類似於圖4中所示的視圖的視圖中截取的固位殼體的另一個備選實施例的區段的透視圖。
圖17為從類似於圖4中所示的視圖的視圖中截取的固位殼體的又一個備選實施例的區段的透視圖。
零件列表
10渦扇噴氣發動機
12縱向或軸向中心線
14風扇區段
16核心渦輪發動機
18外殼
20入口
22低壓壓縮機
24高壓壓縮機
26燃燒區段
28高壓渦輪
30低壓渦輪
32噴氣排氣區段
34高壓軸/轉軸
36低壓軸/轉軸
38風扇
40葉片
42盤
44促動部件
45風扇軸
46動力變速箱
48機艙
50風扇殼或機艙
52出口導嚮導葉
54下遊區段
56旁通空氣流通路
58空氣
60入口
62空氣的第一部分
64空氣的第二部分
66燃燒氣體
67hp壓縮機的定子導葉
68hp渦輪的定子導葉
69靜止結構框架
70渦輪轉子葉片
71沿徑向向內懸掛於框架69的凸緣
72lp渦輪的定子導葉
74渦輪轉子葉片
76風扇噴嘴排氣區段
78熱氣體通路
80滾柱軸承
81滾柱軸承80的內環
82滾柱軸承80的保持器
83滾柱軸承80的滾柱
84滾柱軸承80的外環
86接口硬體
87接口硬體86的上覆內表面
88穿過凸緣71的螺栓
89固位殼體98的中心軸線
90滾珠軸承
91滾珠軸承90的內環
92滾珠軸承90的保持器
93滾珠軸承90的滾珠
94滾珠軸承90的外環
95滾珠軸承90的外環94的外表面
98用於滾珠軸承90的固位殼體
100滾珠軸承殼體
101滾珠軸承殼體100的前端
102滾珠軸承殼體100的後端
103滾珠軸承殼體100的開口
104附接螺栓
105固位螺母
106滾珠軸承殼體100的固位凸緣
107滾珠軸承殼體100的圓柱形內表面
108橋接腹板
109圖9中的粗箭頭
110彈簧夾殼體
111彈簧夾殼體110的前端
112彈簧夾殼體110的後端
113彈簧夾殼體110的環形安裝凸緣
114穿過環形安裝凸緣113的安裝孔
115彈簧夾殼體110的支柱
116支柱115的前端
117支柱115的後端
118相鄰支柱115的軸向邊緣
119圖8中的粗箭頭
120彈簧夾殼體110的夾指
121夾指120的前端
122夾指120的後端
123軸向間隙
124夾指120的後端122的後緣
125周向間隙
126各個夾指120的後端122的沿軸向延伸的側緣
127圖10和11的徑向間隙
128各個支柱115的後端117的內表面處的內緣
129滾珠軸承殼體100的相對邊緣129
130圖7中的粗箭頭
131沿周向延伸的長方形底切
132圖16和17中的箭頭。
具體實施方式
現在將詳細參照本發明的實施例，其一個或多個實例在附圖中示出。各個實例通過闡釋本發明的方式提供，而不限制本發明。實際上，本領域的技術人員將清楚的是，可在本發明中製作出改型和變型，而不會脫離其範圍或精神。例如，示為或描述為一個實施例的一部分的特徵可用於另一個實施例上以產生又一個實施例。因此，期望本發明覆蓋歸入任何權利要求和其等同物的範圍內的此類改型和變型。該詳細描述使用了數字和字母標號來表示附圖中的特徵。附圖中相似或類似的標記用於表示本發明的相似或類似的部分，且相同的標號表示附圖各處相同的元件。如本文中所使用的，用語"第一"、"第二"和"第三"可互換使用，以將一個構件與另一個區分開，且不旨在表示獨立構件的位置或相對重要性。
將理解的是，本文提到的範圍和極限包括位於規定極限內的所有子範圍，包括極限自身，除非另外規定。例如，從100到200的範圍還包括所有可能的子範圍，其中的實例為從100到150,170到190,153到162,145.3到149.6，以及187到200。此外，達到7的極限還包括達到5、達到3和達到4.5的極限，以及極限內的所有子範圍，諸如，從大約0到5，其包括0，且包括5，以及從5.2到7，其包括5.2且包括7。
用語"上遊"和"下遊"是指相對於流體通路中的流體流的相對方向。例如，"上遊"是指流體流自的方向，且"下遊"指示流體流至的方向。如本文中所使用的，流體可為諸如空氣的氣體，或諸如潤滑劑或液體燃料的液體。
現在參看附圖，圖1為燃氣渦輪發動機的示意性截面視圖，其提供了人們期望找到本公開內容的示例性實施例的典型環境。更具體而言，對於圖1的實施例，燃氣渦輪發動機為本文稱為"渦扇發動機10"的高旁通渦扇噴氣發動機10。此發動機通常體現為圓柱形對稱。如圖1中所示，渦扇發動機10限定軸向方向a(平行於為了參照提供的縱向中心線12延伸)和正交於軸向方向a的徑向方向r。如圖3中示意性所示，例如，周向方向c圍繞軸向方向a迴轉360°。大體上，渦扇10包括風扇區段14和設置在風扇區段14下遊的核心渦輪發動機16。
繪出的示例性核心渦輪發動機16大體上包括基本管狀的外殼18，其限定環形入口20。如圖1中示意性所示，外殼18以串流關係包圍包括增壓器或低壓(lp)壓縮機22下遊後接高壓(hp)壓縮機24的壓縮機區段；燃燒區段26；包括高壓(hp)渦輪28下遊後接低壓(lp)渦輪30的渦輪區段；以及噴氣排氣噴嘴區段32。高壓(hp)軸或轉軸34將hp渦輪28傳動地連接到hp壓縮機24上來使它們相對於縱向中心線12同心地一齊旋轉。低壓(lp)軸或轉軸36將lp渦輪30傳動地連接到lp壓縮機22上來使它們相對於縱向中心線12同心地一齊旋轉。壓縮機區段、燃燒區段26、渦輪區段和噴嘴區段32一起限定核心空氣流動通路。
對於圖1中所示實施例，風扇區段14包括可變槳距風扇38，其具有以間隔開的方式聯接到盤42上的多個風扇葉片40。如圖1所示，風扇葉片40從盤42大體上沿徑向方向r向外延伸。各個風扇葉片40是通過風扇葉片40關於盤42圍繞槳距軸線p可旋轉的，風扇葉片40可操作地聯接到適合的促動部件44上，促動部件44構造成一起地共同改變風扇葉片40的槳距。風扇葉片40、盤42和促動部件44經由風扇軸45是圍繞縱軸線12一齊可旋轉的，風扇軸45由穿過動力變速箱46的lp軸36供能。動力變速箱46包括用於將風扇軸45且因此風扇38關於lp軸36的轉速調整至更高效的風扇轉速的多個齒輪。
仍參看圖1的示例性實施例，盤42由空氣動力地異型成促進空氣流穿過多個風扇葉片40的可旋轉的前轂48覆蓋。此外，示例性風扇區段14包括環形風扇殼或外機艙50，其沿周向包繞風扇38和/或核心渦輪發動機16的至少一部分。將認識到的是，機艙50可構造成由多個沿周向間隔開的出口導嚮導葉52關於核心渦輪發動機16支承。作為備選，機艙50也可由結構風扇框架的支柱支承。此外，機艙50的下遊區段54可在核心渦輪發動機16的外部上延伸，以便限定其間的旁通空氣流凹槽56。
在渦扇發動機10的操作期間，一定量空氣58穿過機艙50的相關聯的入口60和/或風扇區段14進入渦扇10中。當一定量空氣58橫穿風扇葉片40時，如由箭頭62指出的空氣58的第一部分被引導或發送到旁通空氣流凹槽56中，如由箭頭64指出的空氣58的第二部分被引導或發送到核心空氣流動通路的上遊區段，或更具體是進入lp壓縮機22的入口20中。空氣的第一部分62與空氣的第二部分64之間的比率通常稱為涵道比。空氣的第二部分64壓力然後在其被發送穿過高壓(hp)壓縮機24且進入壓縮區段26中時增大，其中高度加壓的空氣與燃料混合且焚燒以提供燃燒氣體66。
燃燒氣體66發送進入且膨脹穿過hp渦輪28，在該處，來自燃燒氣體66的熱能和/或動能的一部分經由聯接到外殼18上的hp渦輪定子導葉68和聯接到hp軸或轉軸34上的hp渦輪轉子葉片70的連續級獲得，因此促使hp軸或轉軸34旋轉，由此支持hp壓縮機24的操作。燃燒氣體66然後被發送進入且膨脹穿過lp渦輪30，在該處，熱能和動能的第二部分經由聯接到外殼18上的lp渦輪定子導葉72和聯接到lp軸或轉軸36上的lp渦輪轉子葉片74的連續級從燃燒氣體66獲得，因此促使lp軸或轉軸36旋轉，由此經由動力變速箱46支持lp壓縮機22的操作和風扇38的旋轉。
燃燒氣體66隨後發送穿過核心渦輪發動機16的噴氣排氣噴嘴區段32來提供推力。同時，空氣的第一部分62的壓力在空氣的第一部分62從渦扇10的風扇噴嘴排氣區段76排放(也提供了推進推力)之前發送穿過旁通空氣流凹槽56時增加。hp渦輪28、lp渦輪30和噴氣排氣噴嘴區段32至少部分地限定熱氣體通路78，以用於將燃燒氣體66發送穿過核心渦輪發動機16。
然而，應當認識到的是，圖1中所示的示例性風扇發動機10僅是舉例來說的，且在其它示例性實施例中，渦扇發動機10可具有任何其它適合的構造。例如，在其它示例性實施例中，風扇38可以以任何其它適合的方式(例如，作為固定間距風扇)構造，且還可使用任何其它適合的風扇框架構造支承。此外，還應當認識到的是，在其它示例性實施例中，可使用任何其它適合的hp壓縮機24和hp渦輪28構造。還應當認識到的是，在其它示例性實施例中，本公開內容的方面可結合到任何其它適合的燃氣渦輪發動機中。例如，在其它示例性實施例中，本公開內容的方面例如可併入渦輪軸發動機、渦輪螺旋槳發動機、渦輪核心發動機、渦輪噴氣發動機等，以及用於其它車輛或靜止應用的渦輪發動機。
圖2呈現了圖1中標為圖2的框的虛線輪廓線內的構件的分解示意性截面視圖。hp壓縮機24的定子導葉67的一端安裝到靜止結構框架69上，而定子導葉67的相對端在圖2中所示的視圖中為截頭圓錐形，但將保持相對於外殼18固定。凸緣71連接到靜止結構框架69上，且沿徑向向內懸掛在靜止結構框架69上。滾柱軸承80的內環81非可旋轉地聯接到hp轉軸34上。滾柱軸承80包括保持器82、多個滾柱83(僅一個滾柱83在圖2中所示的視圖中繪出)，以及外環84。如圖2中示意性所示，接口硬體86將滾珠軸承80的外環84經由機械緊固件(諸如螺栓88)非可旋轉地聯接到靜止結構框架69的凸緣71上。滾珠軸承90的內環91非可旋轉地聯接到hp轉軸34上。滾珠軸承90還包括保持器92、滾珠93(圖2的視圖中僅示出一個滾珠93)，以及外環94，外環94比內環91的設置更遠離旋轉軸線12沿徑向向外設置。
按照本發明的實施例，固位殼體98在圖2和3中大體上由數字98標記，且構造和設置成用於維持滾珠軸承90，且在風扇葉片、壓縮機葉片或渦輪葉片經歷其結構完整性的任何損害(例如，變得至少部分地分開或破壞)時，吸收由任何此類葉片的故障引起的負載。例如，如圖3中所示，固位殼體98期望包括滾珠軸承殼體100和設置在滾珠軸承殼體100的徑向外側且相對於固位殼體98的中心旋轉軸線89圍繞滾珠軸承殼體100同心的彈簧夾殼體110。例如，如圖3和4中示意性所示，滾珠軸承殼體100限定其自身的前端101，前端101設置成沿軸向與滾珠軸承殼體100自身的後端102分開。類似地，例如，如圖3和4中示意性所示，彈簧夾殼體110限定其自身的前端111，前端111設置成沿軸向與彈簧夾殼體110自身的後端112分開。
例如，如圖2中示意性所示，固位殼體98非可旋轉地聯接到靜止結構框架69的凸緣71、用於燃氣渦輪發動機10的高壓轉軸34的滾珠軸承90的外環94上。彈簧夾殼體110可相對於外殼18固定，諸如通過機械地螺接或焊接到凸緣71上。在一個示例性實施例中，通過以可以以任何數目的常規方式執行的方式聯接到外殼18上來使彈簧夾殼體110靜止，其中任何一個方式都適用於示出本公開內容的示例性實施例的目的。例如，如圖2中所示，這可通過環形安裝凸緣113來實現，環形安裝凸緣113從彈簧夾殼體110的後端112大體上徑向方向伸長。彈簧夾殼體110和環形安裝凸緣113期望形成為整體結構。
如圖3中所示，環形安裝凸緣113鑽有穿過其間的多個沿軸向延伸的安裝孔114。例如，如圖2中所示，穿過固位殼體98的環形安裝凸緣113的各個安裝孔114均期望構造為收納相應的安裝螺栓88(其中一個在圖2的視圖中以截面繪出)，通過該螺栓88，安裝凸緣113可附接到靜止結構框架69的凸緣71上。例如，如圖2中所示，環形安裝凸緣113將彈簧夾殼體110經由機械緊固件(諸如螺栓88)非可旋轉地聯接到靜止結構框架69的凸緣71上，這允許固位殼體98從發動機10除去來用於替換、維護和/或修理。
例如，如圖3和5中所示，滾珠軸承殼體100的前端101設有多個開口103。各個此開口103構造成將附接螺栓104收納在其中，諸如圖2中的截面中所示，且附接螺栓104由固位螺母105鎖定。滾珠軸承殼體100包括固位凸緣106，其從滾珠軸承殼體100的後端102朝中心軸線89沿徑向向內延伸。例如，如圖2中所示，滾珠軸承90的外環94通過保持在滾珠軸承殼體100的固位凸緣106與固位螺母105之間來相對於軸向移動受約束。因此，在發動機10的正常操作狀態下，滾珠軸承90的外環94變得相對於hp轉軸34針對軸向移動受約束。如圖2和3中示意性所示，滾珠軸承殼體100限定圓柱形內表面107，其設置成與沿軸向方向延伸的中心旋轉軸線89等距設置。例如，如圖2中所示，固位殼體98的滾珠軸承殼體100的該內表面107期望接觸滾珠軸承90的外環94的圓柱形外表面95。
例如，如圖3,4和5中示意性所示，彈簧夾殼體110限定多個沿軸向延伸的支柱115。例如，如圖5中示意性所示，各個支柱115均限定前端和設置成與各個相應的支柱115的前端116沿軸向間隔開且相對的後端117。期望地，多個支柱115與彈簧夾殼體110形成整體結構。
例如，如圖3,4和6中示意性所示，彈簧夾殼體110限定多個沿軸向延伸的夾指120。各個指120均限定前端121，以及設置成與各個相應的夾指120的前端121沿軸向間隔開且相對的後端122。期望地，夾指120的多個前端111與彈簧夾殼體110形成整體結構。
例如，如圖3中所示，支柱115和夾指120沿由字母c指出的箭頭示意性指出的周向方向圍繞彈簧夾殼體110相互交叉。換言之，當沿周向圍繞彈簧夾殼體110前進時，單個夾指120與單個支柱115交錯。
例如，如圖5和6中示意性所示，支柱115和夾指120中的各個均包括中間部分，其在各個相應支柱115和夾指120的各個相應的前端116,121與相應後端117,122之間沿軸向延伸。這些中間部分中的每一個比各個相應支柱115和指120的各個相應的前端116,121和相應後端117,122更窄。各個相應的支柱115和夾指120經歷從各個相應支柱115和指120的各個相對端到一定程度的漸縮，直到達到該相應的支柱115或夾指120的變窄的大小。各個支柱115和夾指120的各個相對的周向側和頂面及底面可加工成獲得期望的漸縮。中間部分相對於前端116,121和後端117,122的特定相對大小將取決於固位殼體98的大小和成分，以及設計固位殼體98所針對的預期應力水平。
在典型的情況中，待由夾指120吸收的應力將大於預期由支柱115承載的應力，且在此典型情況中，夾指120將漸縮至小於支柱115的程度，且因此，夾指120總體上將比支柱115更粗。然而，預計可存在一些應用，其中將期望相反的，使得支柱115將比夾指120更粗，即使在兩個情況中將存在夾指120和支柱115的一些漸縮。由於夾指120和支柱115的這樣漸縮，故相應的支柱115和夾指120的軸向長度將相對於常規的夾指和支柱的長度而縮短。此外，在相比於常規固位殼體時，夾指120和支柱115的漸縮導致固位殼體98的總體重量的減輕。
例如，如圖3,4,6,9和10中示意性所示，多個夾指120中的每一個的後端122限定與彈簧夾殼體110的後端112間隔開的後緣124，且限定位於相應的夾指120的後緣124與彈簧夾殼體110的後端112之間的軸向間隙123。
例如，如圖2,4,5,6,10和11中示意性所示，固位殼體98的各個實施例期望包括多個橋接腹板108。各個橋接腹板108沿徑向方向(r)在滾珠軸承殼體100與彈簧夾殼體110之間延伸，且將滾珠軸承殼體100連接到彈簧夾殼體110上。例如，如圖2,6和10中所示，各個橋接腹板108均期望連接到彈簧夾殼體110上，相比彈簧夾殼體110的前端111或後端112，更接近彈簧夾殼體110的軸向中點。
例如，如圖4,5,6和11中所示，單獨的橋接腹板108將滾珠軸承殼體100連接到彈簧夾殼體110的多個夾指120中的相應一個上。然而，彈簧夾殼體110沒有支柱115由沿徑向延伸的橋接腹板108連接到滾珠軸承殼體100上。例如，在圖4和5中所示的實施例中，沿周向延伸的長方形底切131設置在相應的支柱115下方，以使彈簧夾殼體110的支柱115與滾珠軸承殼體100分開。
例如，在圖10和11中所示的實施例中，替代長方形底切131，沿周向延伸的徑向間隙127設置在相應的支柱115下方，以使彈簧夾殼體110的支柱115與滾珠軸承殼體100分開。這些徑向間隙127限定在支柱115的內表面的內周向延伸的邊緣128與滾珠軸承殼體100的相對的沿周向延伸的邊緣129之間。
例如，如圖8,9,16和17中所示，多個夾指120中的每一個的後端122限定與彼此沿周向間隔開的多個沿軸向延伸的側緣126。各個夾指120的後端122的各個側緣126與彈簧夾殼體110的後端112近側的相鄰支柱115的相對的沿軸向延伸的側緣118間隔開，且限定彈簧夾殼體110的後端112附近的相應的相對側緣118,126之間的相對小的周向間隙125(也見圖3,4,5和10)。這些周向間隙125測量為千分之5英寸到千分之20英寸(包括)的範圍。
例如，如圖9中所示，軸向間隙123和周向間隙125組合來從彈簧夾殼體110的後端112和相鄰支柱115釋放各個相應夾指120的後端122，以允許各個彈簧夾120的後端122以在錨定於各個彈簧夾120的前端121處的樞轉動作且獨立於相鄰支柱115和彈簧夾殼體110和後端112而沿徑向方向移動。
例如，如圖7,16和17中所示，軸向間隙123和周向間隙125組合來從彈簧夾殼體110的後端112和相鄰支柱115釋放各個相應夾指120的後端122，以允許各個彈簧夾120的後端122以在錨定於各個彈簧夾120的前端121處的樞轉動作且獨立於相鄰支柱115和彈簧夾殼體110和後端112而沿周向方向移動。
實際上，圖16和17中的各個示出了固位殼體98的兩個附加備選實施例中的一個。這些實施例中的各個特別構造成補償順時針方向或反時針方向上的固位殼體98的預期的單向轉矩。因此，在各個夾指120的後端122的沿軸向延伸的側緣126中的一個與相鄰支柱115的相對的軸向邊緣118之間，將存在較大的加工的周向間隙125，其大約為軸向間隙123的尺寸，且與軸向間隙123連續。該相對大的周向間隙125導致固位殼體98的重量的伴隨減輕。然而，相對的側緣126將與其它相鄰支柱115的相對的軸向邊緣118限定相對小的周向間隙125。例如，圖3-11中繪出的大約千分之5英寸到千分之20英寸的周向間隙125的該相對較小的周向間隙125將在固位殼體98沿閉合相對較小的周向間隙125的方向施加轉矩時允許夾指120用作單向緩衝器。因此，例如，參看圖16，標為132的箭頭指出在夾指殼體110經歷沿反時針方向的轉矩時夾指120沿順時針方向關於夾指殼體110的移動。類似地，例如，參看圖17，標為132的箭頭指出在夾指殼體110經歷沿順時針方向的轉矩時夾指120沿反時針方向關於夾指殼體110的移動。
期望地，彈簧夾殼體110、橋接腹板108和滾珠軸承殼體100形成為整體結構。利用支柱115與滾珠軸承殼體100之間的分離的此構造，在粗線箭頭109在圖9中示意性示出的無約束葉片事件期間沿徑向方向(r)的hp轉軸34的移動由夾指120阻尼，夾指120具有錨定到彈簧夾殼體110的前端111上的其前端121，且具有相對於彈簧夾殼體110的前端121沿徑向方向(連同滾珠軸承殼體100的徑向移動)自由移動的其後端122。
在正常發動機操作期間，滾珠軸承組件90用於維持hp轉軸34的軸向位置，且相關聯的滾柱軸承組件80用於提供風扇/轉子系統的徑向阻尼。例如，在圖4-6中所示的實施例中，徑向緩衝器間隙限定在滾珠軸承殼體100的後端102與接口硬體86的上覆內表面87之間，例如，如圖2中示意性所示，該表面87連接到滾柱軸承80的外環84上。該徑向緩衝器間隙的尺寸控制成吸收hp轉軸34的預期的相對小的徑向偏離，且通常將具有在大約千分之5英寸到千分之20英寸的範圍內的大小。類似地，例如，在圖10和11中所示的備選實施例中，不需要如圖2,5和6中所示的接口硬體86。然而，例如，如圖10和11中示意性所示，各個支柱115的內緣128與滾珠軸承殼體100的相對的邊緣129之間的徑向間隙127控制成吸收hp轉軸的預期相對小的徑向指向的偏離，且通常將具有在大約千分之5英寸到千分之20英寸的範圍內的大小。
然而，在無約束的風扇葉片、無約束的壓縮機葉片或無約束的渦輪葉片引起的故障模式期間，很高的徑向負載閉合圖5和6中所示的實施例中的阻尼器間隙。類似地，在圖10和11中所示的實施例中，很高的徑向負載閉合徑向間隙127。在兩個實施例中，很高的徑向負載產生諧波驅動效果，其如粗線箭頭119在圖8中示意性指出那樣，以扭轉加載彈簧夾120。如圖8中所示，滾珠軸承90和其固位殼體98的該扭轉負載導致趨於使彈簧夾120扭轉的相反的正弦負載分布。然而，該扭轉在夾指120的側緣126沿周向方向(由圖8中標為119和圖16和17中標為132的粗線箭頭指出)移動足夠距離時變得受阻尼，以閉合各個相應夾指120的相對沿軸向延伸的側部中的一個上的相應周向間隙125，且與相應相鄰支柱115的相應相對側緣118接觸。各個夾指120的相對的沿軸向延伸的側部上的該周向間隙125的尺寸通過遠離相應相鄰支柱115的相應相對側緣118移動相同距離來等量加寬。當未在這些類型的扭轉負載下時，各個周向間隙125控制成吸收預期相對小的周向指向的移動，其預期扭轉彈簧夾殼體110，且因此各個相對較小的周向間隙125通常將具有大約千分之5英寸到千分之20英寸的範圍內的大小。
圖7示意性地示出了施加到滾珠軸承90(圖2)上的軸向推力負載的效果。軸向推力負載由數字130標記的粗線箭頭示意性表示，且為從固位殼體98的前端到後端移動的力。該軸向推力負載130的施加由固位殼體98通過夾指120的向後移動吸收，夾指120的向後移動由存在於各個夾指120的後緣124與彈簧夾殼體110的後端112之間的軸向間隙123允許。圖4-6中繪出的實施例中的軸向間隙123的寬度遠大於圖10和11中所示的實施例中的軸向間隙123。在後者中，軸向間隙123控制成在大約千分之5英寸到大約千分之20英寸的範圍內。
圖12,13,14和15中的每一個示意性地繪出了從彈簧夾殼體110上方的視角取得的且在彈簧夾殼體110的小區段的外表面處沿徑向向下看的彈簧夾殼體110的兩個備選構造。圖12和14中的各個繪出了扭轉負載的效果之前的情形，扭轉負載由數字119表示的粗箭頭示意性地代表。
在圖12和13中所示的實施例中，各個夾指120的前端121和後端122兩者連接到彈簧夾殼體110的其餘部分上，正如支柱115。以此方式，彈簧夾殼體110可相對軸向負載(例如，其示意性地由圖7中標為130的粗箭頭指出)增強，且因此有助於限制朝向後方向的偏轉。然而，周向間隙125仍存在以吸收伴隨葉片故障事件的扭轉負載119。
在圖14和15中所示的實施例中，僅各個夾指120的後端122連接到彈簧夾殼體110的其餘部分上，正如支柱115。然而，各個夾指120的前端未連接到彈簧夾殼體110的前端111上，且因此將變得由軸向負載的施加而偏轉，軸向負載例如由圖7中標為130的粗箭頭示意性指出。以此方式，彈簧夾殼體110可相對於軸向負載增強，且因此有助於限制朝向後方向的偏轉。然而，周向間隙125仍存在以吸收伴隨葉片故障事件的扭轉負載119。
具有本文所述的其彈簧夾殼體110的固位殼體98具有優於現有技術的若干優點。通過使用彈簧夾殼體110的獨立夾指120與滾珠軸承90的固位殼體98之間的周向間隙125、徑向間隙127和軸向間隙123，周向間隙125、徑向間隙127和軸向間隙123中的每一個可根據預期負載考慮固位殼體98的結構的尺寸和材料成分來控制。彈簧夾殼體110的所得設計整體結合結構構件，使得它們變得能夠經得起扭轉卷繞和高徑向負載，徑向負載在伴隨葉片(不論風扇葉片、壓縮機葉片或是渦輪葉片)故障的負載的突然增大出現。此外，由於彈簧夾120和支柱的獨特的錐形且相對短的設計，故彈簧夾殼體110所需的軸向和徑向空間的量連同固位殼體98的重量的伴隨減輕而減小，同時將給固位殼體98提供很高的扭轉負載能力。
本書面描述使用了實例來公開本發明，包括最佳模式，且還使本領域的任何技術人員能夠實施本發明，包括製作和使用任何裝置或系統，以及執行任何併入的方法。本發明的專利範圍由權利要求限定，且可包括本領域的技術人員想到的其它實例。如果此類其它實施例包括並非不同於權利要求的書面語言的結構元件，或如果它們包括與權利要求的書面語言無實質差別的等同結構元件，則期望此類其它實例在權利要求的範圍內。
儘管描述了本發明的特定實施例，但本領域的技術人員將清楚其各種改型可製作出，而不脫離本發明的精神和範圍。因此，本發明的優選實施例的以上描述和實施本發明的最佳模式僅出於示範目的而不出於限制目的來提供。