用于支承间接驱动的涡扇发动机的转子轴的系统的制作方法

本主题大体上涉及间接驱动的涡扇发动机。更具体而言，本主题涉及用于支承涡扇发动机的燃气涡轮发动机部分的高压转子轴和低压转子轴的系统。

背景技术：

齿轮涡扇发动机大体上包括风扇区段和芯部燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括成串流顺序的低压压缩机、高压压缩机、燃烧区段、高压涡轮和低压涡轮。高压轴将高压压缩机联接于高压涡轮。低压轴在高压轴内同轴地延伸，并且将低压压缩机联接于低压涡轮。

风扇区段包括多个风扇叶片，其联接于风扇轴并且设置在低压压缩机的入口上游。风扇轴经由变速箱联接于低压轴。在特定构造中，外壳或机舱外接风扇叶片和燃气涡轮发动机的至少一部分。旁通空气通路限定在燃气涡轮发动机的外壳与机舱之间。

在操作中，空气流过风扇叶片，并且空气的一部分流入低压压缩机的入口中，同时空气的其余部分发送穿过旁通通路。流过入口的空气在其流过低压压缩机和高压压缩机时被逐渐地压缩，因此将高度压缩的空气提供至燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩的空气混合并且焚烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段发送穿过高压涡轮，因此经由高压轴可旋转地驱动高压压缩机。燃烧气体接着向后流过低压涡轮，由此经由低压轴和风扇轴可旋转地驱动低压压缩机和风扇叶片。风扇叶片的转速可经由变速箱修改。燃烧气体从燃气涡轮经由排气喷嘴排出，因此提供了涡扇发动机的总推力的一部分。总推力的最大部分由从旁通通路流动的空气提供。

发动机框架用于支承高压和低压轴并且/或者将燃气涡轮发动机经由塔架联接于安装结构如飞行器的翼。此外，发动机框架可承载各种轴承，用于可旋转地支承高压和低压轴。常规齿轮涡扇发动机具有风扇框架、中框架或压缩机前框架、后框架或涡轮中心框架，以及出口导叶框架或涡轮后框架。各个发动机框架将重量、长度、成本和复杂性加至涡扇发动机。结果，用于支承涡扇发动机的燃气涡轮部分的高压和低压转子轴的改进的系统将在涡扇发动机行业中有用。

技术实现要素：

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述中为明显的，或者可通过实践本发明而学习。

在一方面，本主题涉及一种用于支承间接驱动的涡扇发动机的轴的系统。系统包括风扇框架组件，其与涡扇发动机的中心线同轴地对准，并且定位在减速齿轮的前方，该减速齿轮将低压转子轴联接于风扇轴。压缩机框架组件在减速齿轮后方与中心线同轴地对准，并且沿轴向定位在涡扇发动机的低压压缩机与高压压缩机之间。涡轮框架组件与中心线同轴地对准，并且沿轴向定位在涡扇发动机的高压涡轮与低压涡轮之间。涡轮框架组件可旋转地支承高压转子轴的后端部和低压转子轴的后端部。

本主题的另一个方面涉及一种间接驱动的涡扇喷气发动机。间接驱动的涡扇喷气发动机包括风扇区段，其包括联接于风扇轴的多个风扇叶片，和燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括成串流顺序的低压压缩机、高压压缩机、燃烧区段、高压涡轮和低压涡轮。燃气涡轮还包括将高压压缩机联接于高压涡轮的高压转子轴、将低压压缩机联接于低压涡轮的低压转子轴，以及将低压转子轴的前端部联接于风扇轴的减速齿轮。风扇框架组件定位在减速齿轮前方。压缩机框架组件定位在减速齿轮后方，并且沿轴向定位在低压压缩机与高压压缩机之间。涡轮框架组件沿轴向定位在高压涡轮与低压涡轮之间。涡轮框架组件可旋转地支承高压转子轴的后端部和低压转子轴的后端部。

技术方案1. 一种用于支承间接驱动涡扇发动机的轴的系统，所述系统包括：

风扇框架组件，其与所述涡扇发动机的中心线同轴地对准并且定位在所述涡扇发动机的减速齿轮前方，其中所述减速齿轮将低压转子轴联接于风扇轴；

压缩机框架组件，其在所述减速齿轮后方与所述中心线同轴地对准并且沿轴向定位在所述涡扇发动机的低压压缩机与高压压缩机之间；以及

涡轮框架组件，其与所述中心线同轴地对准并且沿轴向定位在所述涡扇发动机的高压涡轮与低压涡轮之间；

其中所述涡轮框架组件可旋转地支承高压转子轴的后端部和所述低压转子轴的后端部。

技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述风扇框架组件包括至少一个风扇轴轴承支承结构和与所述风扇轴可旋转地接合的轴承，其中所述轴承为止推轴承或滚子轴承中的一种。

技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述压缩机框架组件包括低压转子轴轴承支承结构，以及在所述减速齿轮后方与所述低压转子轴的前部可旋转地接合的轴承，其中所述轴承为止推轴承或滚子轴承中的一种。

技术方案4. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述压缩机框架组件包括高压转子轴轴承支承结构，以及与所述高压转子轴的前部可旋转地接合的轴承，其中所述轴承为止推轴承或滚子轴承中的一种。

技术方案5. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述涡轮框架组件包括高压转子轴轴承支承结构，以及与所述高压转子轴的后端部可旋转地接合的轴承，其中所述轴承为滚子轴承。

技术方案6. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述涡轮框架组件包括低压转子轴轴承支承结构，以及与所述低压转子轴的后端部可旋转地接合的轴承，其中所述轴承为滚子轴承。

技术方案7. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述涡轮框架组件包括低压转子轴轴承支承结构，以及与联接于所述低压转子轴的后端部的圆锥形轴延伸部可旋转地接合的轴承，其中所述轴承为滚子轴承。

技术方案8. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述涡轮框架组件仅支承所述低压转子轴的后端部。

技术方案9. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述风扇框架组件包括低压转子轴轴承支承结构，以及与所述低压转子轴的前部可旋转地接合的轴承，其中所述轴承为止推轴承或滚子轴承中的一种。

技术方案10. 一种间接驱动的涡扇喷气发动机，包括：

风扇区段，其包括联接于风扇轴的多个风扇叶片；

燃气涡轮发动机，其包括低压压缩机、高压压缩机、燃烧区段、高压涡轮、低压涡轮、将所述高压压缩机联接于所述高压涡轮的高压转子轴、将所述低压压缩机联接于所述低压涡轮的低压转子轴，以及将所述低压转子轴的前端部联接于所述风扇轴的减速齿轮；以及

定位在所述减速齿轮前方的风扇框架组件；

压缩机框架组件，其定位在所述减速齿轮后方并且沿轴向定位在所述低压压缩机与所述高压压缩机之间；以及

沿轴向定位在所述高压涡轮与所述低压涡轮之间的涡轮框架组件；

其中所述涡轮框架组件可旋转地支承所述高压转子轴的后端部和所述低压转子轴的后端部。

技术方案11. 根据技术方案10所述的间接驱动的涡扇喷气发动机，其特征在于，所述风扇框架组件包括至少一个风扇轴轴承支承结构和与所述风扇轴可旋转地接合的轴承，其中所述轴承为止推轴承或滚子轴承中的一种。

技术方案12. 根据技术方案10所述的间接驱动的涡扇喷气发动机，其特征在于，所述压缩机框架组件包括低压转子轴轴承支承结构，以及在所述减速齿轮后方与所述低压转子轴的前部可旋转地接合的轴承，其中所述轴承为止推轴承或滚子轴承中的一种。

技术方案13. 根据技术方案10所述的间接驱动的涡扇喷气发动机，其特征在于，所述压缩机框架组件包括高压转子轴轴承支承结构，以及与所述高压转子轴的前部可旋转地接合的轴承，其中所述轴承为止推轴承或滚子轴承中的一种。

技术方案14. 根据技术方案10所述的间接驱动的涡扇喷气发动机，其特征在于，所述涡轮框架组件包括高压转子轴轴承支承结构，以及与所述高压转子轴的后端部可旋转地接合的轴承。

技术方案15. 根据技术方案14所述的间接驱动的涡扇喷气发动机，其特征在于，所述轴承为滚子轴承。

技术方案16. 根据技术方案10所述的间接驱动的涡扇喷气发动机，其特征在于，所述涡轮框架组件包括低压转子轴轴承支承结构，以及与所述低压转子轴的后端部可旋转地接合的轴承，其中所述轴承为滚子轴承。

技术方案17. 根据技术方案10所述的间接驱动的涡扇喷气发动机，其特征在于，所述涡轮框架组件包括低压转子轴轴承支承结构，以及与联接于所述低压转子轴的后部的圆锥形轴延伸部可旋转地接合的轴承。

技术方案18. 根据技术方案17所述的间接驱动的涡扇喷气发动机，其特征在于，所述轴承为滚子轴承。

技术方案19. 根据技术方案10所述的间接驱动的涡扇喷气发动机，其特征在于，所述涡轮框架组件仅支承所述低压转子轴的后端部。

技术方案20. 根据技术方案10所述的间接驱动的涡扇喷气发动机，其特征在于，所述风扇框架组件包括低压转子轴轴承支承结构，以及与所述低压转子轴的前部可旋转地接合的轴承，其中所述轴承为止推轴承或滚子轴承中的一种。

本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书的一部分中并且构成其的附图示出了本发明的实施例，并且连同描述用于阐释本发明的原理。

附图说明

包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开在参照附图的说明书中阐述，在该附图中：

图1为如可并入本发明的各种实施例的示例性齿轮或间接驱动的涡扇喷气发动机的示意性截面视图；

图2为根据本发明的各种实施例的具有用于支承轴和/或用于支承涡扇喷气发动机的燃气涡轮发动机部分的系统的齿轮或间接驱动涡扇喷气发动机的示例性实施例的纵向截面视图；

图3为根据本发明的至少一个实施例的如图2中所示的示例性风扇框架组件的放大视图；

图4为根据本发明的至少一个实施例的如图2中所示的示例性压缩机框架组件的放大视图；

图5为根据本发明的至少一个实施例的如图2中所示的示例性涡轮框架组件的放大视图；以及

图6为根据本发明的至少一个实施例的如图2中所示的示例性涡轮框架组件的放大视图。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。详细描述使用了数字和字母标记来指示附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标记用于指示本发明的相似或类似的部分。如本文中使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可以可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不旨在表示独立构件的位置或重要性。用语"上游"和"下游"指示相对于流体通路中的流体流的相对流方向。例如，"上游"指示流体流自的流方向，并且"下游"指示流体流至的流方向。

各个实例经由阐释本发明提供，而不限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本发明中作出改型和变型，而不脱离其范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可用于另一个实施例上以产生又一个实施例。因此，意图是本发明覆盖落入所附权利要求和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。

现在参照附图，其中同样的数字遍及附图指示相同元件，图1为如可并入本发明的各种实施例的本文中称为"涡扇10"的示例性齿轮或间接驱动涡扇喷气发动机10的示意性截面侧视图。如图1中所示，涡扇10具有出于参照目的延伸穿过其的纵向或轴向中心线轴线12。大体上，涡扇10可包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的芯部涡轮发动机或燃气涡轮发动机16。

芯部涡轮发动机16可大体上包括限定环形入口20的大致管状的外壳18。外壳18包围或至少部分地形成成串流关系的具有增压器或低压(LP)压缩机22、高压(HP)压缩机24的压缩机区段、燃烧区段26、包括高压(HP)涡轮28、低压(LP)涡轮30的涡轮区段，以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)转子轴34将HP涡轮28传动地连接于HP压缩机24。低压(LP)转子轴36将LP涡轮30传动地连接于LP压缩机22。LP转子轴36还可连接于风扇区段14的风扇轴38。在特定实施例中，如图1中所示，LP转子轴36可经由减速齿轮40(如以间接驱动或齿轮驱动构造)连接于风扇转子轴或风扇轴38。

如图1中所示，风扇区段14包括多个风扇叶片42，其联接于风扇轴38，并且从风扇轴38沿径向向外延伸。环形风扇壳或机舱44沿周向包绕风扇区段14和/或芯部涡轮发动机16的至少一部分。本领域技术人员将认识到的是，机舱44可构造成由多个沿周向间隔开的出口导叶或支柱46关于芯部涡轮发动机16支承。此外，机舱44的下游区段48可在芯部涡轮发动机16的外部之上延伸，以便限定在其间的旁通空气流通路50。

在涡扇10的操作期间，一定量空气52通过机舱44和/或风扇区段14的相关联的入口54进入涡扇10。当一定量空气52穿过风扇叶片42时，如由箭头56指示的空气52的第一部分引导或发送到旁通空气流通路50中，而如由箭头58指示的空气52的第二部分引导或发送到LP压缩机22中。空气的第一部分56与空气的第二部分58之间的比通常称为旁通比。空气的第二部分58的压力接着在其朝高压HP压缩机24发送(如由箭头60指示)时增大。空气的第二部分60从HP压缩机24发送到燃烧区段26中，其中其与燃料混合并且焚烧以提供燃烧气体62。

燃烧气体62发送穿过HP涡轮28，其中来自燃烧气体62的热能和/或动能的一部分经由联接于外壳18的HP涡轮定子导叶64和联接于HP转子轴34的HP涡轮转子叶片66的连续级抽取，因此引起HP转子轴34旋转，由此支持HP压缩机24的操作。燃烧气体62接着发送穿过LP涡轮30，其中热能和动能的第二部分从燃烧气体62经由联接于外壳18的LP涡轮定子导叶68和联接于LP转子轴36的LP涡轮转子叶片70的连续级抽取，因此引起LP转子轴36旋转，由此支持LP压缩机22的操作和/或风扇轴38的旋转。

燃烧气体62接着传送穿过芯部涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32来提供推进推力。同时，空气的第一部分56的压力在空气的第一部分56在其从涡扇10的风扇喷嘴排气区段72排出之前发送穿过旁通空气流通路50时显著增大，由此提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径74，用于将燃烧气体62发送穿过芯部涡轮发动机16。

图2提供了根据本发明的各种实施例的具有用于支承HP转子轴34、LP转子轴36和风扇轴38的这里称为"系统100"的系统100的齿轮或间接驱动的涡扇喷气发动机10的示例性实施例的纵截面视图。包绕或包围燃气涡轮发动机10和各种发动机框架的各种外壳共同构成本领域中称为发动机构架或结构的物件。如图2中所示，系统100包括前或风扇框架组件200、中间或压缩机框架组件300，以及后或涡轮框架组件400。系统100可旋转地和/或在结构上支承涡扇10的HP转子轴34和LP转子轴36。风扇框架组件200、压缩机框架组件300和涡轮框架组件400可经由外壳18互连。系统100可提供用于将涡扇10联接于飞行器的器件(未示出)。例如，风扇框架组件200、压缩机框架组件300或涡轮框架组件400中的至少一个可构造成连接于飞行器翼、机身或尾部区段。

如图2中所示，风扇框架组件200定位在LP压缩机22上游，并且可大体上向风扇区段14和/或LP压缩机22提供结构支承。压缩机框架组件300沿轴向定位在LP压缩机22与HP压缩机24之间，并且可大体上向它们提供结构支承。涡轮框架组件400沿轴向定位在HP涡轮28与LP涡轮30之间。涡轮框架组件400向HP涡轮28和LP涡轮30两者提供结构支承。涡轮框架组件400仅支承LP涡轮30。

图3提供了根据本发明的至少一个实施例的如图2中所示的风扇框架组件200的放大视图。如图3中所示，风扇框架组件200包括与中心线12同轴对准的环形框架结构202。框架结构202可包括内环结构204、外环结构206，以及多个支柱或径向部件208，其在内环结构204与外环结构206之间沿径向延伸，并且定位在LP压缩机22的入口20下游。支柱208可为空气动力形状，以便减小流损失。风扇框架组件200还可包括一个或更多个轴承支承部件或结构。例如，在一个实施例中，风扇框架组件200包括风扇轴轴承支承部件或结构210，其固定地附接于框架结构202。在特定实施例中，如图3中所示，轴承212安装在风扇轴轴承支承件210内，并且与风扇轴38可旋转地接合。轴承212可为止推轴承或滚子类型的轴承。轴承212沿轴向和沿径向支承风扇轴38。

在特定实施例中，如图3中所示，风扇框架组件200可包括LP转子轴轴承支承部件或结构214，其限定或定位在变速箱40后方，并且固定地附接于框架结构202。在特定实施例中，如图3中所示，轴承216安装在LP转子轴轴承支承结构214内，并且与LP转子轴36的前部218可旋转地接合。轴承216可为止推轴承或滚子类型的轴承。轴承216可沿轴向和/或沿径向支承LP转子轴36的前部218。在该实施例中，LP压缩机22或风扇轴38可保持与LP涡轮30连接和/或成转矩耦合，以防止如可由LP转子轴失效引起的超速状态。

图4提供了根据本发明的至少一个实施例的如图2中所示的压缩机框架组件300的放大视图。如图4中所示，压缩机框架组件300包括与中心线12同轴对准的环形框架结构302。框架结构302可包括内环结构304、外环结构306，以及多个支柱或径向部件308，其在内环结构304与外环结构306之间沿径向延伸，并且定位在LP压缩机22下游和HP压缩机24上游。支柱308可空气动力定形成以便减小燃气涡轮发动机16内的流损失。

压缩机框架组件300包括一个或更多个轴承支承部件或结构。在一个实施例中，压缩机框架组件300包括LP转子轴轴承支承结构310。LP转子轴轴承支承结构310可安装和/或固定地附接于框架结构302的前部312。在特定实施例中，如图4中所示，轴承314安装在LP转子轴轴承支承结构310内，并且与LP转子轴36的前部218可旋转地接合。轴承314可为止推轴承或滚子类型的轴承，在特定实施例中，轴承314为止推轴承或滚珠轴承。在特定实施例中，轴承314为滚子轴承。轴承314沿轴向和/或沿径向支承LP转子轴38的前部218。

在一个实施例中，如图4中所示，轴承314为止推轴承，并且压缩机框架组件300包括第二LP转子轴轴承支承结构316。第二LP转子轴轴承支承结构316可在LP转子轴轴承支承结构310轴向前方安装和/或固定地附接于框架结构302的前部312。在特定实施例中，如图4中所示，轴承318安装在第二LP转子轴轴承支承结构316内，并且与LP转子轴36的前部218可旋转地接合。在该构造中，轴承318为滚子类型的轴承，因此沿径向支承LP转子轴36的前部218。

在各种实施例中，如图4中所示，压缩机框架组件300包括HP转子轴轴承支承结构320。HP转子轴轴承支承结构320可安装和/或固定地附接于框架结构302的后部322处或附近。在特定实施例中，如图4中所示，轴承324安装在HP转子轴轴承支承结构320内，并且与HP转子轴34的前部326可旋转地接合。轴承324可为止推轴承或滚子类型的轴承。在特定实施例中，轴承324为止推轴承或滚珠轴承。在特定实施例中，轴承324为滚子轴承。轴承324沿轴向和/或沿径向支承HP转子轴34的前部326。

图5提供了根据本发明的至少一个实施例的如图2中所示的涡轮框架组件400的放大视图。如图5中所示，涡轮框架组件400包括与中心线12同轴对准的环形框架结构402。框架结构402可包括内环结构404、外环结构406，以及多个支柱或径向部件408，其在内环结构404与外环结构406之间沿径向延伸，并且定位在HP涡轮下游和LP涡轮30上游。支柱408可空气动力定形成以便减小HP涡轮28与LP涡轮30之间的流损失。

在各种实施例中，涡轮框架组件400包括一个或更多个轴承支承部件或结构。在各种实施例中，如图5中所示，涡轮框架组件400包括HP转子轴轴承支承结构410。HP转子轴轴承支承结构410安装于框架结构402的前部412。在特定实施例中，轴承414安装在HP转子轴轴承支承结构410内，并且与HP转子轴34的后部416可旋转地接合。在特定实施例中，轴承414为滚子类型的轴承。轴承414沿径向支承HP转子轴34的后部416。

在各种实施例中，如图5中所示，涡轮框架组件400包括LP转子轴轴承支承结构418。LP转子轴轴承支承结构418朝向或邻近框架结构402的后部420安装。在特定实施例中，如图5中所示，轴承422安装在LP转子轴轴承支承结构418内，并且与LP转子轴36的后部424可旋转地接合。在特定实施例中，轴承422为滚子类型的轴承，并且沿径向支承LP转子轴36的后部424。

图6提供了根据本发明的至少一个实施例的如图2中所示的涡轮框架组件400的放大视图。如图6中所示，发动机框架系统100还可包括圆锥形轴延伸部102，其连接于LP转子轴36的后部424。在特定实施例中，涡轮框架组件400包括第二LP转子轴轴承支承结构426，其在LP转子轴轴承支承结构418后方安装于框架结构402的部分428。在特定实施例中，轴承430安装在第二LP转子轴轴承支承结构426内，并且与圆锥形轴延伸部102和/或LP转子轴36的后部424可旋转地接合。轴承430为滚子类型的轴承。这产生用于LP转子轴36的固定-固定端状态。结果，LP转子轴36的第一弯曲振动自然频率增大。轴承430沿径向支承圆锥形轴延伸部102和/或LP转子轴36的后部416。

如本文中所述且如图2-6中所示的实施例提供了优于现有的齿轮或间接驱动的旁通涡扇类型的喷气发动机的各种技术益处。例如，现有的高旁通齿轮涡扇发动机具有至少4个结构框架。这些框架增加了复杂性、重量和成本，并且可在空气动力学上不利于热气流路径。通过将整个发动机框架系统100减少至如本文中提供的三个框架，可降低成本和复杂性。此外或作为备选，将整个发动机框架系统100减少至三个框架还可便于较大直径LP涡轮的封装，因此改进涡扇100的总体性能。

该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。