專利名稱：燃氣輪機裝置及其裝配方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及燃氣輪機，并且尤其涉及燃氣輪機裝置及其裝配方法。
背景技術：
至少一些已知的燃氣輪機包括前部的風扇、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，它們以串行流關系結合在一起。更具體的，壓縮機和高壓渦輪通過一軸結合以定義高壓轉子裝置。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，以可旋轉地驅動高壓渦輪，從而使得該軸接著可旋轉地驅動壓縮機。當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地驅動該風扇使得低壓轉子裝置由風扇、低壓軸和低壓渦輪限定。為了便于增加發(fā)動機效率，至少一個已知的燃氣輪機包括反向旋轉的低壓渦輪，該低壓渦輪連接到反向旋轉的風扇和/或反向旋轉的增壓壓縮機上。為了裝配包括反向旋轉的低壓渦輪的燃氣輪機，外部旋轉筒、旋轉框架、中部渦輪框架和兩個同心軸都安裝在燃氣輪機中以便于支撐反向旋轉的低壓渦輪。上述部件的安裝還能夠使得第一風扇裝置連接到第一渦輪上以及第二風扇裝置連接到第二渦輪上，從而使得第一風扇裝置和第二風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。因此，這樣的發(fā)動機的總的重量、設計復雜性和/或制造成本增加了。

發(fā)明內容
在一個方面，提供一種裝配燃氣輪機的方法。該方法包括連接低壓渦輪到中心燃氣輪機上，連接包括第一風扇裝置和第二風扇裝置的反向旋轉風扇裝置到低壓渦輪上，從而使得第一風扇以第一方向旋轉并且第二風扇以相反的第二方向旋轉。在另一個方面，提供反向旋轉的風扇裝置。該反向旋轉的風扇裝置包括連接到低壓渦輪上的第一風扇裝置，該第一風扇裝置包括盤和連接到該盤上的多個轉子葉片并且被構造為以第一旋轉方向旋轉；和連接到低壓渦輪上的第二風扇裝置，該第二風扇裝置包括盤和連接到該盤上的多個轉子葉片，第二風扇裝置被構造為以第二旋轉方向旋轉。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氣輪機，連接到中心燃氣輪機上的低壓渦輪，和連接到低壓渦輪上的反向旋轉的風扇裝置，反向旋轉的風扇裝置包括連接到低壓渦輪上并且被構造為以第一旋轉方向旋轉的第一的風扇裝置，和連接到低壓渦輪上的第二風扇裝置，該第二風扇裝置被構造為以相反的第二旋轉方向旋轉。


圖1是示例的渦輪機裝置的一部分的橫剖面視 圖2是如圖1所示的反向旋轉風扇的一部分的放大的橫剖面視圖；和 圖3是如圖2所示的反向旋轉風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包括中心燃氣輪機12、軸向連接到中心燃氣輪機12的后部的低壓渦輪14、和軸向連接到中心燃氣輪機12的前部的反向旋轉風扇裝置16。中心燃氣輪機12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，中心燃氣輪機12是中心CFM56燃氣輪機，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以用于通過第一驅動軸32驅動壓縮機26，然后流入第二或者低壓渦輪14以便于通過第二驅動軸34驅動反向旋轉風扇裝置16和增壓壓縮機24，該第二驅動軸34與第一驅動軸32同軸連接。在驅動低壓渦輪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。反向旋轉風扇裝置16包括圍繞縱軸11的前部的風扇裝置50和后部的風扇裝置52。術語“前部的風扇”和“后部的風扇”在此用于表示風扇裝置50是軸向連接在風扇裝置52的上游。在一個實施例中，風扇裝置50和52被設置在中心燃氣輪機12的前端，如圖所示。在一個可選擇的實施例中，風扇裝置50和52均設置在中心燃氣輪機12的后端。風扇裝置50和52每個分別包括至少一排轉子葉片60和62，并且設置在吊艙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包括多排轉子葉片70，這些轉子葉片70被連接到對應的轉子盤72上。在示例實施例中，增壓壓縮機24設置在入口導向葉片裝置74的后部并且連接到后部的風扇裝置52上，從而使得增壓壓縮機24以基本上等于后部的風扇裝置52轉速的轉速進行旋轉。雖然增壓壓縮機24被示出僅具有三排轉子葉片70，應認識到增壓壓縮機24可具有單排轉子葉片70或者多排轉子葉片70，它們與多排導向葉片76相互交叉。在一個實施例中，入口導向葉片76被固定地連接到增壓器殼體78上。在另一個實施例中，轉子葉片70可旋轉地連接到轉子盤72上，從而使得入口導向葉片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連接到前部的風扇裝置50上，使得低壓渦輪14和前部的風扇裝置50以第一旋轉方向80進行旋轉。后部的風扇裝置52連接到低壓渦輪14上，使得后部的風扇裝置52以相反的第二旋轉方向82進行旋轉。圖2是如圖1所示的反向旋轉風扇裝置16的一部分的示意圖。圖3是如圖2所示的反向旋轉風扇裝置16的一部分的示意圖。在一個實施例中，反向旋轉風扇裝置16還包括齒輪箱100，其連接在后部的風扇裝置52和第二驅動軸34之間以便于以與前部的風扇裝置50相反的第二旋轉方向82旋轉后部的風扇裝置52。在該示例性實施例中，齒輪箱100具有大約2比I的傳動比，從而使得前部的風扇裝置50以約為后部的風扇裝置52的轉速大約2倍的轉速進行旋轉。在另一個實施例中，前部的風扇裝置50以比后部的風扇裝置52的轉速快大約O. 9和大約2.1倍之間的轉速進行旋轉。在另一個實施例中，前部的風扇裝置50以比后部的風扇裝置52的轉速快大約1. 5倍的轉速進行旋轉。在又一個實施例中，前部的風扇裝置50以約為后部的風扇裝置52的轉速O. 67倍的轉速進行旋轉。所以，在此示例性實施例中，前部的風扇裝置50以比后部的風扇裝置52的轉速快的轉速旋轉。在可選實施例中，前部的風扇裝置50以比后部的風扇裝置52的轉速低的轉速旋轉。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并且包括支撐結構102、結合在支撐結構102內的至少一個齒輪103、輸入104、和輸出106。在此示例性實施例中，渦輪機裝置10還包括第一風扇軸承裝置110、第二風扇軸承裝置120、第三風扇軸承裝置130和第四風扇軸承裝置140。第一風扇軸承裝置110包括軸承圈112和結合在軸承圈112內的滾子元件114。后部的風扇軸承裝置120包括軸承圈122和結合在軸承圈122內的滾子元件124。在示例性實施例中，風扇軸承裝置110和120每個都是推力軸承，分別有助于保持前部的風扇裝置50和后部的風扇裝置52在相對固定的軸向位置中。第三風扇軸承裝置130包括軸承圈132和結合在軸承圈132內的滾子元件134。第四風扇軸承裝置140包括軸承圈142和結合在軸承圈142內的滾子元件144。在示例性實施例中，風扇軸承裝置130和140每個都是滾子軸承，它們有助于對后部的風扇裝置52提供旋轉支撐使得后部的風扇裝置52可以相對于前部的風扇裝置50自由旋轉。所以，風扇軸承裝置130和140有助于在反向旋轉的風扇裝置16內保持后部的風扇裝置52在相對固定的徑向位置中。在示例性實施例中，齒輪箱支撐結構102結合到靜止部件上。更具體而言，并且在此示例性實施例中，風扇軸承裝置120包括旋轉的內圈126和靜止的外圈128，使得滾子元件124分別結合在兩個圈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)接到驅動軸34的驅動軸延伸部分136而可旋轉地連接到第二驅動軸34，并且齒輪箱輸出106經(jīng)由輸出結構138可旋轉地連接到后部的風扇裝置52。更具體而言，輸出結構138的第一端花鍵聯(lián)接到齒輪箱輸出106，而輸出結構138的第二端連接到驅動軸168以便于驅動后部的風扇裝置52。外圈128有助于在渦輪機裝置10內將裝置齒輪箱100保持在基本固定的位置中。在操作期間，當?shù)诙寗虞S34旋轉時，第二驅動軸34使得齒輪箱輸入104旋轉，該齒輪箱輸出104隨后使齒輪箱輸出106旋轉。因為軸承外圈128連接到后部的風扇裝置52，第二驅動軸34經(jīng)由齒輪箱100使得后部的風扇裝置52在與前部的風扇裝置50相反的第二方向82上旋轉。在示例性實施例中，齒輪箱100位于貯槽160之內，該貯槽160限定在第二風扇驅動軸168和結構支撐件162之間，該結構支撐件162被構造來支撐后部的風扇裝置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。在此描述的燃氣輪機裝置包括反向旋轉(CR)的風扇裝置，其具有齒輪傳動的單向旋轉(SR)的低壓渦輪。該裝置便于減少與已知的反向旋轉低壓渦輪相關的至少一部分復雜性。更具體的，在此描述的燃氣輪機包括前部風扇，其可旋轉地連接到單向旋轉的低壓渦輪上，和后部風扇以及增壓壓縮機，它們可旋轉地連接一起，并且通過齒輪箱由低壓渦輪所驅動。而且，后部的風扇裝置和增壓裝置以相同的速度被驅動，在一個實施例中，該速度是前部風扇速度的大約一半。另外，在此描述的燃氣輪機裝置被構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，即后部的風扇裝置停止旋轉，前部的風扇裝置將持續(xù)運行，因為前部的風扇裝置是由低壓渦輪直接驅動。結果，此處說明的燃氣輪機有助于提高風扇效率、減小風扇梢速和/或減小噪音。此外，因為此處說明的燃氣輪機不包括驅動反向旋轉風扇裝置的反向旋轉低壓渦輪，所以諸如(但不限于)外部旋轉筒、旋轉后框架、第二低壓渦輪軸和低壓渦輪外部旋轉密封的各種部件可以省略，由此減小了燃氣輪機裝置的整體重量。此外，在某些燃氣輪機應用中，利用此處說明的方法和裝置可以省略中部渦輪框架。燃氣輪機齒輪箱的示例的實施例在上面詳細描述，其包括連接到風扇裝置的齒輪箱。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扇裝置的其他已知燃氣輪機相結合使用。盡管本發(fā)明就不同的特定實施例進行了描述，本領域技術人員將認識到本發(fā)明可以進行在權利要求精神和范圍之內的修改。部件目錄表
10渦輪機裝置
11縱向中心軸
12中心燃氣輪機
13框架
14低壓渦輪
16旋轉風扇裝置
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第一驅動軸
34第二驅動軸
36排氣噴嘴
50前部的風扇裝置
52后部的風扇裝置
60轉子葉片
62轉子葉片64吊艙
66轉子盤
68轉子盤
70轉子葉片排
72轉子盤
74入口導向葉片裝置
76入口導向葉片
78增壓器殼體
80第一旋轉方向
82第二旋轉方向
100齒輪箱
102殼體
103齒輪
104齒輪箱輸入106齒輪箱輸出
110第一風扇軸承裝置
112軸承圈
114滾子元件
120第二風扇軸承裝置
122軸承圈
124滾子元件
128外圈
130第三風扇軸承裝置
132軸承圈
134滾子元件
136軸承內圈結構
138輸出結構
140第四風扇軸承裝置
142軸承圈
144滾子元件
160貯槽
162結構支撐構件
168第二風扇驅動軸
權利要求
1.一種渦輪機裝置(10)，其包括 中心燃氣輪機(12)； 連接到所述中心燃氣輪機的低壓渦輪(14);和 連接到所述低壓渦輪的反向旋轉的風扇裝置(16)，所述反向旋轉的風扇裝置包括連接到低壓渦輪上并且被構造以第一方向(80)旋轉的第一風扇裝置(50)，和連接到低壓渦輪上的第二風扇裝置(52)，所述第二風扇裝置被構造為以相反的第二方向(82)旋轉。
2.如權利要求1所述的渦輪機裝置(10)，還包括 連接在所述低壓渦輪(14)和所述第一風扇裝置(50)之間的驅動軸(32);和 連接在所述軸和所述第二風扇裝置(52)之間的齒輪箱(100)，所述齒輪箱構造為使所述第二風扇裝置以相反的第二方向(82)旋轉。
3.如權利要求1所述的渦輪機裝置(10)，其中所述第二風扇裝置(52)軸向連接在所述第一風扇裝置(50)之后。
4.如權利要求1所述的渦輪機裝置(10)，其中所述第一風扇裝置(50)構造為以第一轉速旋轉，并且所述第二風扇裝置(52)構造為以不同于所述第一轉速的第二轉速旋轉。
5.如權利要求4所述的渦輪機裝置(10)，其中所述第二風扇裝置(52)構造為以約為所述第一風扇裝置轉速一半的第一轉速旋轉。
全文摘要
燃氣輪機裝置及其裝配方法。一種渦輪機裝置(10)，其包括中心燃氣輪機(12)；連接到所述中心燃氣輪機的低壓渦輪(14)；和連接到所述低壓渦輪的反向旋轉的風扇裝置(16)，所述反向旋轉的風扇裝置包括連接到低壓渦輪上并且被構造以第一方向(80)旋轉的第一風扇裝置(50)，和連接到低壓渦輪上的第二風扇裝置(52)，所述第二風扇裝置被構造為以相反的第二方向(82)旋轉。
文檔編號F02C3/107GK103061918SQ201210582710
公開日2013年4月24日 申請日期2006年10月19日 優(yōu)先權日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