專利名稱：燃?xì)廨啓C裝置及其裝配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及燃?xì)廨啓C，并且尤其涉及燃?xì)廨啓C裝置及其裝配方法。
背景技術(shù)：
至少一些已知的燃?xì)廨啓C包括前部的風(fēng)扇、中心發(fā)動機和動力渦輪。該中心發(fā)動機包括至少一個壓縮機、燃燒器、高壓渦輪和低壓渦輪，它們以串行流關(guān)系結(jié)合在一起。更具體的，壓縮機和高壓渦輪通過一軸結(jié)合以定義高壓轉(zhuǎn)子裝置。進入到中心發(fā)動機的空氣與燃料混合并且被點燃以形成高能氣流。高能氣流流過高壓渦輪，以可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動高壓渦輪，從而使得該軸接著可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動壓縮機。
當(dāng)氣流流過低壓渦輪時，該氣流膨脹。低壓渦輪通過低壓軸可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動該風(fēng)扇使得低壓轉(zhuǎn)子裝置由風(fēng)扇、低壓軸和低壓渦輪限定。為了便于增加發(fā)動機效率，至少一個已知的燃?xì)廨啓C包括反向旋轉(zhuǎn)的低壓渦輪，該低壓渦輪連接到反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇和/或反向旋轉(zhuǎn)的增壓壓縮機上。
為了裝配包括反向旋轉(zhuǎn)的低壓渦輪的燃?xì)廨啓C，外部旋轉(zhuǎn)筒、旋轉(zhuǎn)框架、中部渦輪框架和兩個同心軸都安裝在燃?xì)廨啓C中以便于支撐反向旋轉(zhuǎn)的低壓渦輪。上述部件的安裝還能夠使得第一風(fēng)扇裝置連接到第一渦輪上以及第二風(fēng)扇裝置連接到第二渦輪上，從而使得第一風(fēng)扇裝置和第二風(fēng)扇裝置每個分別以與第一渦輪和第二渦輪相同的方向旋轉(zhuǎn)。因此，這樣的發(fā)動機的總的重量、設(shè)計復(fù)雜性和/或制造成本增加了。
發(fā)明簡述在一個方面，提供一種裝配燃?xì)廨啓C的方法。該方法包括連接低壓渦輪到中心燃?xì)廨啓C上，連接包括第一風(fēng)扇裝置和第二風(fēng)扇裝置的反向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇裝置到低壓渦輪上，從而使得第一風(fēng)扇以第一方向旋轉(zhuǎn)并且第二風(fēng)扇以相反的第二方向旋轉(zhuǎn)。
在另一個方面，提供反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇裝置。該反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇裝置包括連接到低壓渦輪上的第一風(fēng)扇裝置，該第一風(fēng)扇裝置包括盤和連接到該盤上的多個轉(zhuǎn)子葉片并且被構(gòu)造為以第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)；和連接到低壓渦輪上的第二風(fēng)扇裝置，該第二風(fēng)扇裝置包括盤和連接到該盤上的多個轉(zhuǎn)子葉片，第二風(fēng)扇裝置被構(gòu)造為以第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。
在進一步的方面，提供渦輪機裝置。該渦輪機裝置包括中心燃?xì)廨啓C，連接到中心燃?xì)廨啓C上的低壓渦輪，和連接到低壓渦輪上的反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇裝置，反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇裝置包括連接到低壓渦輪上并且被構(gòu)造為以第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)的第一的風(fēng)扇裝置，和連接到低壓渦輪上的第二風(fēng)扇裝置，該第二風(fēng)扇裝置被構(gòu)造為以相反的第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。


圖1是示例的渦輪機裝置的一部分的橫剖面視圖；圖2是如圖1所示的反向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇的一部分的放大的橫剖面視圖；和圖3是如圖2所示的反向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇的一部分的放大的橫剖面視圖。
具體實施例方式
圖1是具有縱軸11的示例的渦輪機裝置10的一部分的橫剖面視圖。在示例的實施例中，渦輪機裝置10包括中心燃?xì)廨啓C12、軸向連接到中心燃?xì)廨啓C12的后部的低壓渦輪14、和軸向連接到中心燃?xì)廨啓C12的前部的反向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇裝置16。
中心燃?xì)廨啓C12包括外殼20，其定義了環(huán)形中心發(fā)動機入口22。外殼20圍繞著低壓增壓壓縮機24以便于增加進氣的壓力到第一壓力水平。在一個實施例中，中心燃?xì)廨啓C12是中心CFM56燃?xì)廨啓C，其可以從俄亥俄州辛辛那提的通用電氣航空發(fā)動機公司中獲得。
高壓、多級、軸流壓縮機26從增壓壓縮機24中接收加壓的空氣，并且進一步增加空氣的壓力到更高的第二壓力水平。高壓空氣被引導(dǎo)入燃燒室28并且與燃料相混合。燃料空氣混合氣被點燃以提升加壓空氣的溫度和能量水平。高能燃燒產(chǎn)物流到第一或者高壓渦輪30以用于通過第一驅(qū)動軸32驅(qū)動壓縮機26，然后流入第二或者低壓渦輪14以便于通過第二驅(qū)動軸34驅(qū)動反向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇裝置16和增壓壓縮機24，該第二驅(qū)動軸34與第一驅(qū)動軸32同軸連接。在驅(qū)動低壓渦輪14之后，燃燒產(chǎn)物通過排氣噴嘴36離開渦輪機裝置10以提供推進的噴氣式推力。
反向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇裝置16包括圍繞縱軸11的前部的風(fēng)扇裝置50和后部的風(fēng)扇裝置52。術(shù)語“前部的風(fēng)扇”和“后部的風(fēng)扇”在此用于表示風(fēng)扇裝置50是軸向連接在風(fēng)扇裝置52的上游。在一個實施例中，風(fēng)扇裝置50和52被設(shè)置在中心燃?xì)廨啓C12的前端，如圖所示。在一個可選擇的實施例中，風(fēng)扇裝置50和52均設(shè)置在中心燃?xì)廨啓C12的后端。風(fēng)扇裝置50和52每個分別包括至少一排轉(zhuǎn)子葉片60和62，并且設(shè)置在吊艙64之中。葉片60和葉片62連接到各自的盤66、68上。
在一個實施例中，增壓壓縮機24包括多排轉(zhuǎn)子葉片70，這些轉(zhuǎn)子葉片70被連接到對應(yīng)的轉(zhuǎn)子盤72上。在示例實施例中，增壓壓縮機24設(shè)置在入口導(dǎo)向葉片裝置74的后部并且連接到后部的風(fēng)扇裝置52上，從而使得增壓壓縮機24以基本上等于后部的風(fēng)扇裝置52轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)。雖然增壓壓縮機24被示出僅具有三排轉(zhuǎn)子葉片70，應(yīng)認(rèn)識到增壓壓縮機24可具有單排轉(zhuǎn)子葉片70或者多排轉(zhuǎn)子葉片70，它們與多排導(dǎo)向葉片76相互交叉。在一個實施例中，入口導(dǎo)向葉片76被固定地連接到增壓器殼體78上。在另一個實施例中，轉(zhuǎn)子葉片70可旋轉(zhuǎn)地連接到轉(zhuǎn)子盤72上，從而使得入口導(dǎo)向葉片76在發(fā)動機運行期間是可移動的，以便于改變被引導(dǎo)通過增壓壓縮機24的空氣量。在另一個可選擇的實施例中，渦輪機裝置10沒有包括增壓壓縮機24。
在該示例實施例中，低壓渦輪14通過軸34連接到前部的風(fēng)扇裝置50上，使得低壓渦輪14和前部的風(fēng)扇裝置50以第一旋轉(zhuǎn)方向80進行旋轉(zhuǎn)。后部的風(fēng)扇裝置52連接到低壓渦輪14上，使得后部的風(fēng)扇裝置52以相反的第二旋轉(zhuǎn)方向82進行旋轉(zhuǎn)。
圖2是如圖1所示的反向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇裝置16的一部分的示意圖。圖3是如圖2所示的反向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇裝置16的一部分的示意圖。在一個實施例中，反向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇裝置16還包括齒輪箱100，其連接在后部的風(fēng)扇裝置52和第二驅(qū)動軸34之間以便于以與前部的風(fēng)扇裝置50相反的第二旋轉(zhuǎn)方向82旋轉(zhuǎn)后部的風(fēng)扇裝置52。
在該示例性實施例中，齒輪箱100具有大約2比1的傳動比，從而使得前部的風(fēng)扇裝置50以約為后部的風(fēng)扇裝置52的轉(zhuǎn)速大約2倍的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)。在另一個實施例中，前部的風(fēng)扇裝置50以比后部的風(fēng)扇裝置52的轉(zhuǎn)速快大約0.9和大約2.1倍之間的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)。在另一個實施例中，前部的風(fēng)扇裝置50以比后部的風(fēng)扇裝置52的轉(zhuǎn)速快大約1.5倍的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)。在又一個實施例中，前部的風(fēng)扇裝置50以約為后部的風(fēng)扇裝置52的轉(zhuǎn)速0.67倍的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)。所以，在此示例性實施例中，前部的風(fēng)扇裝置50以比后部的風(fēng)扇裝置52的轉(zhuǎn)速快的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。在可選實施例中，前部的風(fēng)扇裝置50以比后部的風(fēng)扇裝置52的轉(zhuǎn)速低的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。在此示例性實施例中，齒輪箱100是徑向齒輪箱，其基本上圍繞軸34并且包括支撐結(jié)構(gòu)102、結(jié)合在支撐結(jié)構(gòu)102內(nèi)的至少一個齒輪103、輸入104、和輸出106。
在此示例性實施例中，渦輪機裝置10還包括第一風(fēng)扇軸承裝置110、第二風(fēng)扇軸承裝置120、第三風(fēng)扇軸承裝置130和第四風(fēng)扇軸承裝置140。第一風(fēng)扇軸承裝置110包括軸承圈112和結(jié)合在軸承圈112內(nèi)的滾子元件114。后部的風(fēng)扇軸承裝置120包括軸承圈122和結(jié)合在軸承圈122內(nèi)的滾子元件124。在示例性實施例中，風(fēng)扇軸承裝置110和120每個都是推力軸承，分別有助于保持前部的風(fēng)扇裝置50和后部的風(fēng)扇裝置52在相對固定的軸向位置中。第三風(fēng)扇軸承裝置130包括軸承圈132和結(jié)合在軸承圈132內(nèi)的滾子元件134。第四風(fēng)扇軸承裝置140包括軸承圈142和結(jié)合在軸承圈142內(nèi)的滾子元件144。在示例性實施例中，風(fēng)扇軸承裝置130和140每個都是滾子軸承，它們有助于對后部的風(fēng)扇裝置52提供旋轉(zhuǎn)支撐使得后部的風(fēng)扇裝置52可以相對于前部的風(fēng)扇裝置50自由旋轉(zhuǎn)。所以，風(fēng)扇軸承裝置130和140有助于在反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇裝置16內(nèi)保持后部的風(fēng)扇裝置52在相對固定的徑向位置中。
在示例性實施例中，齒輪箱支撐結(jié)構(gòu)102結(jié)合到靜止部件上。更具體而言，并且在此示例性實施例中，風(fēng)扇軸承裝置120包括旋轉(zhuǎn)的內(nèi)圈126和靜止的外圈128，使得滾子元件124分別結(jié)合在兩個圈126和128之間。更具體而言，在此示例性實施例中，齒輪箱輸入104經(jīng)由花鍵聯(lián)接到驅(qū)動軸34的驅(qū)動軸延伸部分136而可旋轉(zhuǎn)地連接到第二驅(qū)動軸34，并且齒輪箱輸出106經(jīng)由輸出結(jié)構(gòu)138可旋轉(zhuǎn)地連接到后部的風(fēng)扇裝置52。更具體而言，輸出結(jié)構(gòu)138的第一端花鍵聯(lián)接到齒輪箱輸出106，而輸出結(jié)構(gòu)138的第二端連接到驅(qū)動軸168以便于驅(qū)動后部的風(fēng)扇裝置52。外圈128有助于在渦輪機裝置10內(nèi)將裝置齒輪箱100保持在基本固定的位置中。
在操作期間，當(dāng)?shù)诙?qū)動軸34旋轉(zhuǎn)時，第二驅(qū)動軸34使得齒輪箱輸入104旋轉(zhuǎn)，該齒輪箱輸出104隨后使齒輪箱輸出106旋轉(zhuǎn)。因為軸承外圈128連接到后部的風(fēng)扇裝置52，第二驅(qū)動軸34經(jīng)由齒輪箱100使得后部的風(fēng)扇裝置52在與前部的風(fēng)扇裝置50相反的第二方向82上旋轉(zhuǎn)。在示例性實施例中，齒輪箱100位于貯槽160之內(nèi)，該貯槽160限定在第二風(fēng)扇驅(qū)動軸168和結(jié)構(gòu)支撐件162之間，該結(jié)構(gòu)支撐件162被構(gòu)造來支撐后部的風(fēng)扇裝置52。在運行期間，齒輪箱100至少部分浸沒在包含在貯槽160中的潤滑液之中。這樣，齒輪箱100便于在發(fā)動機運行期間被持續(xù)潤滑。
在此描述的燃?xì)廨啓C裝置包括反向旋轉(zhuǎn)(CR)的風(fēng)扇裝置，其具有齒輪傳動的單向旋轉(zhuǎn)(SR)的低壓渦輪。該裝置便于減少與已知的反向旋轉(zhuǎn)低壓渦輪相關(guān)的至少一部分復(fù)雜性。更具體的，在此描述的燃?xì)廨啓C包括前部風(fēng)扇，其可旋轉(zhuǎn)地連接到單向旋轉(zhuǎn)的低壓渦輪上，和后部風(fēng)扇以及增壓壓縮機，它們可旋轉(zhuǎn)地連接一起，并且通過齒輪箱由低壓渦輪所驅(qū)動。而且，后部的風(fēng)扇裝置和增壓裝置以相同的速度被驅(qū)動，在一個實施例中，該速度是前部風(fēng)扇速度的大約一半。另外，在此描述的燃?xì)廨啓C裝置被構(gòu)造使得由低壓渦輪產(chǎn)生的動力的大約40％通過齒輪箱被傳送到后部的風(fēng)扇裝置上，以便于減少齒輪損失。因此，如果發(fā)生齒輪箱失效，即后部的風(fēng)扇裝置停止旋轉(zhuǎn)，前部的風(fēng)扇裝置將持續(xù)運行，因為前部的風(fēng)扇裝置是由低壓渦輪直接驅(qū)動。
結(jié)果，此處說明的燃?xì)廨啓C有助于提高風(fēng)扇效率、減小風(fēng)扇梢速和/或減小噪音。此外，因為此處說明的燃?xì)廨啓C不包括驅(qū)動反向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇裝置的反向旋轉(zhuǎn)低壓渦輪，所以諸如(但不限于)外部旋轉(zhuǎn)筒、旋轉(zhuǎn)后框架、第二低壓渦輪軸和低壓渦輪外部旋轉(zhuǎn)密封的各種部件可以省略，由此減小了燃?xì)廨啓C裝置的整體重量。此外，在某些燃?xì)廨啓C應(yīng)用中，利用此處說明的方法和裝置可以省略中部渦輪框架。
燃?xì)廨啓C齒輪箱的示例的實施例在上面詳細(xì)描述，其包括連接到風(fēng)扇裝置的齒輪箱。這些部件不限于在此描述的特定的實施例，而是每個系統(tǒng)的部件可以與在此描述的其它部件單獨和分離地利用。而且，在此描述的齒輪箱還能與包括前部和后部風(fēng)扇裝置的其他已知燃?xì)廨啓C相結(jié)合使用。
盡管本發(fā)明就不同的特定實施例進行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明可以進行在權(quán)利要求精神和范圍之內(nèi)的修改。
部件目錄表10渦輪機裝置11縱向中心軸12中心燃?xì)廨啓C13框架14低壓渦輪16旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇裝置20外殼22發(fā)動機入口24增壓壓縮機26軸流壓縮機28燃燒室30高壓渦輪32第一驅(qū)動軸34第二驅(qū)動軸36排氣噴嘴50前部的風(fēng)扇裝置52后部的風(fēng)扇裝置60轉(zhuǎn)子葉片62轉(zhuǎn)子葉片64吊艙66轉(zhuǎn)子盤68轉(zhuǎn)子盤70轉(zhuǎn)子葉片排72轉(zhuǎn)子盤74入口導(dǎo)向葉片裝置76入口導(dǎo)向葉片78增壓器殼體80第一旋轉(zhuǎn)方向82第二旋轉(zhuǎn)方向100 齒輪箱
102殼體103齒輪104齒輪箱輸入106齒輪箱輸出110第一風(fēng)扇軸承裝置112軸承圈114滾子元件120第二風(fēng)扇軸承裝置122軸承圈124滾子元件128外圈130第三風(fēng)扇軸承裝置132軸承圈134滾子元件136軸承內(nèi)圈結(jié)構(gòu)138輸出結(jié)構(gòu)140第四風(fēng)扇軸承裝置142軸承圈144滾子元件160貯槽162結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件168第二風(fēng)扇驅(qū)動軸
權(quán)利要求
1.一種反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇裝置(16)，其包括連接到低壓渦輪(14)上的第一風(fēng)扇裝置(50)，所述第一風(fēng)扇裝置包括盤(66)和連接到所述盤上的多個轉(zhuǎn)子葉片(70)并且被構(gòu)造為以第一旋轉(zhuǎn)方向(80)旋轉(zhuǎn)；和連接到低壓渦輪上的第二風(fēng)扇裝置(52)，所述第二風(fēng)扇裝置包括盤(68)和連接到所述盤上的多個轉(zhuǎn)子葉片，所述第二風(fēng)扇裝置被構(gòu)造為以第二旋轉(zhuǎn)方向(82)旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇裝置(16)，還包括齒輪箱(100)，所述齒輪箱連接到所述第二風(fēng)扇裝置(52)，所述齒輪箱構(gòu)造為使所述第二風(fēng)扇裝置以不同于第一轉(zhuǎn)速的第二轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇裝置(16)，其中所述第二風(fēng)扇裝置(52)軸向連接在所述第一風(fēng)扇裝置(50)之后。
4.如權(quán)利要求1所述的反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇裝置(16)，其中所述第二轉(zhuǎn)速小于所述第一轉(zhuǎn)速。
5.如權(quán)利要求1所述的反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇裝置(16)，還包括連接在所述低壓渦輪(14)和所述第一風(fēng)扇裝置(50)之間的驅(qū)動軸(32)；和連接在所述軸和所述第二風(fēng)扇裝置(52)之間的齒輪箱(100)，所述齒輪箱構(gòu)造為使所述第二風(fēng)扇裝置以相反的第二方向(82)旋轉(zhuǎn)。
6.一種渦輪機裝置(10)，其包括中心燃?xì)廨啓C(12)；連接到所述中心燃?xì)廨啓C的低壓渦輪(14)；和連接到所述低壓渦輪的反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇裝置(16)，所述反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇裝置包括連接到低壓渦輪上并且被構(gòu)造以第一方向(80)旋轉(zhuǎn)的第一風(fēng)扇裝置(50)，和連接到低壓渦輪上的第二風(fēng)扇裝置(52)，所述第二風(fēng)扇裝置被構(gòu)造為以相反的第二方向(82)旋轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的渦輪機裝置(10)，還包括連接在所述低壓渦輪(14)和所述第一風(fēng)扇裝置(50)之間的驅(qū)動軸(32)；和連接在所述軸和所述第二風(fēng)扇裝置(52)之間的齒輪箱(100)，所述齒輪箱構(gòu)造為使所述第二風(fēng)扇裝置以相反的第二方向(82)旋轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求6所述的渦輪機裝置(10)，其中所述第二風(fēng)扇裝置(52)軸向連接在所述第一風(fēng)扇裝置(50)之后。
9.如權(quán)利要求6所述的渦輪機裝置(10)，其中所述第一風(fēng)扇裝置(50)構(gòu)造為以第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并且所述第二風(fēng)扇裝置(52)構(gòu)造為以不同于所述第一轉(zhuǎn)速的第二轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的渦輪機裝置(10)，其中所述第二風(fēng)扇裝置(52)構(gòu)造為以約為所述第一風(fēng)扇裝置轉(zhuǎn)速一半的第一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種裝配燃?xì)廨啓C(10)的方法。該方法包括連接低壓渦輪(14)到中心渦輪機(12)上，連接包括第一風(fēng)扇裝置(50)和第二風(fēng)扇裝置(52)的反向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇裝置(16)到低壓渦輪上，從而使得第一風(fēng)扇裝置在第一方向(80)旋轉(zhuǎn)，并且第二風(fēng)扇裝置以相反的第二方向(82)旋轉(zhuǎn)。
文檔編號F02C3/067GK1952365SQ200610135558
公開日2007年4月25日 申請日期2006年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月19日
發(fā)明者R·J·奧爾蘭多, T·O·莫尼茲 申請人:通用電氣公司