用于渦輪發(fā)動機的軸承支架的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動機的領(lǐng)域，并且更特別地涉及用于渦輪發(fā)動機的熱區(qū)的至少一個軸承的支架(14)，包括至少一個中心輪轂(15)，后者包括用于直接地接收軸承(13)的外軸承座，該支架還包括繞著中心輪轂(15)的環(huán)形殼體部分(16)，以及將所述中心輪轂(15)連接到所述環(huán)形部分(16)的多個徑向臂(17)。徑向臂(17)在軸向方向上和在切向方向上傾斜，以及構(gòu)建到中心輪轂(15)和環(huán)形殼體部分(16)中，以形成為單件。
【專利說明】用于渦輪發(fā)動機的軸承支架

【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪軸發(fā)動機的領(lǐng)域，并且特別地涉及用于渦輪軸發(fā)動機的熱區(qū)的至少一個軸承的支架，該支架包括中心輪轂，繞著中心輪轂的環(huán)形殼體部分和連接所述中心輪轂到所述環(huán)形殼體部分的多個徑向臂，該中心輪轂包括外軸承座，用于接收軸承。
[0002]在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“渦輪發(fā)動機”用于意指通過渦輪機中所述工作流體的膨脹，將工作流體的熱能轉(zhuǎn)換為機械能的任何機器。在下面的描述中，相對于渦輪發(fā)動機中工作流體的正常流動方向而定義術(shù)語“上游”和“下游”。
[0003]通常，在這種渦輪發(fā)動機中，在殼體和繞著中心軸線的至少一個旋轉(zhuǎn)軸之間的環(huán)形流道中包含工作流體。所述旋轉(zhuǎn)軸被限制與至少一個渦輪發(fā)動機葉輪一起旋轉(zhuǎn)，所述環(huán)形流體流道通過該渦輪發(fā)動機葉輪。為了支撐輪，通過至少一個軸承支撐旋轉(zhuǎn)軸，接著通過具有多個臂的軸承支架支撐該至少一個軸承，該多個臂徑向地通過流體流道，以將軸承連接到渦輪發(fā)動機的殼體。
[0004]在各種類型的潤輪發(fā)動機中，存在特別地潤輪軸發(fā)動機。在潤輪軸發(fā)動機中，位于壓氣機和燃燒室下游的至少一個渦輪機葉輪聯(lián)結(jié)輸出軸，用于輸出發(fā)動機所產(chǎn)生的機械能。這特別地區(qū)別渦輪軸發(fā)動機與渦輪噴氣發(fā)動機，在渦輪噴氣發(fā)動機中，主要由反應(yīng)噴嘴中膨脹的燃燒氣體回收機械能。因此，在渦輪軸發(fā)動機的熱區(qū)中，即，在燃燒室和其下游，因為與這種發(fā)動機的尺寸比較，大的溫度梯度，熱應(yīng)力是嚴(yán)重的。特別地，位于熱區(qū)中的軸承和軸承支架受到特別地嚴(yán)重的熱機械應(yīng)力。
[0005]為了容納軸線上的動態(tài)應(yīng)力以及為了掌握運行中渦輪機偏心移動的任何趨勢，期望即使在高溫時，獲得用于軸承支架的高度徑向剛性。然而，用于軸承支架的這種大的剛性對其壽命可以具有負(fù)面的影響。
[0006]在英國專利GB1010401中，描述了用于渦輪發(fā)動機的熱區(qū)的軸承支架，其中輪轂通過桿從渦輪發(fā)動機的環(huán)形殼體部分懸掛中心輪轂，該桿在徑向方向上和在切線方向上傾斜。然而，為了容納輪轂和環(huán)形殼體部分之間的熱機械力，鉸接這些桿的端部。另外，用具有外端的管狀整流罩保護桿，該管狀整流可以相對于環(huán)形殼體部分縱向地移動一點，以容納這些相同的熱機械力。因此，軸承支架非常復(fù)雜，由此導(dǎo)致了高的生產(chǎn)和維護成本。
[0007]發(fā)明的目的和概述
[0008]本發(fā)明尋求提出一種用于渦輪軸發(fā)動機的至少一個熱區(qū)軸承的支架，其即使在高溫時也可以獲得高度的徑向剛性和彎曲剛性，同時獲得好的壽命以及這么做具有大的簡單性。
[0009]為此目的，在本發(fā)明的至少一個實施方式中，所述的徑向臂在軸向方向上和在切線方向上傾斜，并且與中心輪轂和環(huán)形殼體部分一體形成單件。
[0010]在該上下文中，術(shù)語“在軸向方向上傾斜”用于意指在與軸承中心軸線對準(zhǔn)的縱向平面中相對于徑向方向的傾斜。在該上下文中，術(shù)語“在切向方向上傾斜”用于意指在垂直于軸承中心軸線的橫向平面中相對于徑向方向的傾斜。
[0011]因為臂的切向傾斜以及因為它們與中心輪轂和環(huán)形殼體部分一體形成單件，這些臂從彎曲中軸承轉(zhuǎn)移一部分它們的徑向載荷，而不是如GB1010401的支架的桿中只在牽弓1-和-壓縮中這么做，因此特別地避免了在殼體上徑向臂的根部，殼體的環(huán)形部分的任何徑向凹進。而且，徑向傾斜加強了相對于徑向載荷彎曲中的臂，因此也在支架的徑向剛性方面獲得了顯而易見的改進。因此，可以獲得非常剛性的軸承支架，同時即使在熱機械環(huán)境中也具有好的壽命，該熱機械環(huán)境是如渦輪軸發(fā)動機的熱區(qū)所要求的。
[0012]特別地，支架在所述環(huán)形殼體部分的軸向端上還可以包括至少一個緊固件凸緣，并且每個徑向臂可以從所述環(huán)形殼體部分上的根部軸向地傾斜，朝向具有緊固件凸緣的軸向端。因此，在環(huán)形殼體部分上臂的根部比在中心輪轂上臂的根部可以獲得徑向臂相對于所述緊固件凸緣的更大軸向距離。在環(huán)形殼體部分上該軸向距離用于更好地分配徑向臂和緊固件凸緣之間的機械載荷和熱梯度，因此增加了支架的壽命，而不會傷害其總的剛性。為了分配環(huán)形殼體部分上每個臂根部附近的力，所述緊固件凸緣可以被花飾對齊所述環(huán)形殼體部分上每個徑向臂的根部。這避免了所述根部附近環(huán)形殼體部分的過多剛性，在此處可以導(dǎo)致過多的力集中。此外，所述緊固件凸緣可以具有至少一個陽性接合構(gòu)件，諸如栓或用于接收互補栓的孔，為了在垂直于軸承中心軸線的平面中吸收力。
[0013]特別地，為了避免過多地增加支架的前面面積、重量和徑向靈活性，并且為了避免只加載彎曲中的徑向臂，所述徑向臂可以具有不大于70°的切向的傾斜角度β。
[0014]特別地，為了避免過多地增加支架的軸向范圍，并且由此避免過多地加載彎曲中的徑向臂，所述徑向臂可以具有不大于45°的軸向的傾斜角度a。
[0015]特別地，為了減小支架對流體流道中流體流動的阻力，每個所述的徑向臂可以具有流線型輪廓，該流線型輪廓以相對于軸向方向的角度設(shè)定。角度設(shè)定將輪廓指向到位于流體流道中螺旋流的方向上，為了減小輪廓對流的阻力，也為了增加橫向平面中輪廓的彎曲剛性。更特別地，所述流線型輪廓可以具有不大于30°的螺旋角度Y。
[0016]本發(fā)明也涉及包括至少一個這種軸承支架的渦輪發(fā)動機。特別地，所述軸承支架可以位于和位于鄰近渦輪軸發(fā)動機的渦輪機葉輪的下游，并且所述徑向臂可以在所述殼體部分的上游方向上軸向地傾斜，因此限制支架臂和渦輪機葉輪之間的偏移，同時獲得渦輪機葉輪的葉片頂端和環(huán)形殼體部分上徑向臂的根部之間一定數(shù)量的軸向間隔，因此限制了振動的氣動載荷。更特別地，為了將軸承支架緊固于渦輪機殼體，所述軸承支架可以包括位于所述環(huán)形殼體部分的上游軸向端的緊固件凸緣。在這種情況下，徑向臂的軸向傾斜也可以獲得緊固件凸緣和環(huán)形殼體部分上徑向臂的根部之間的軸向間隔，因此更好地分布凸緣和根部之間熱和機械力。
[0017]然而，例如，軸承支架可以可替代地位于和位于鄰近渦輪軸發(fā)動機的發(fā)動機葉輪的上游。
[0018]此外，渦輪軸發(fā)動機可以特別地包括至少一個壓氣機、燃燒室、通過第一旋轉(zhuǎn)軸與至少一壓氣機聯(lián)結(jié)旋轉(zhuǎn)的第一燃?xì)鉁u輪機，和通過第二旋轉(zhuǎn)軸與動力輸出聯(lián)結(jié)旋轉(zhuǎn)的第二燃?xì)鉁u輪發(fā)動機，并且軸承支架可以是用于第二旋轉(zhuǎn)軸的軸承支架，因此可以容納在這種渦輪軸發(fā)動機中自由渦輪機的軸承支架通常所受到的特別高的機械力和熱力。
[0019]然而，作為可替代的或另外的方案，第一旋轉(zhuǎn)軸的至少一個軸承支架也可以通過相同的方式配置，具有軸向地和切向地傾斜的臂，并且也可以具有流線型輪廓，該流線型輪廓以相對于軸向方向的角度螺旋上升。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]通過閱讀下面通過非限制性實施例所給出的實施方式的詳細(xì)說明，可以更好地理解本發(fā)明，并且可以更好地顯現(xiàn)它的優(yōu)點。本說明書參考了附圖，其中:
[0021]圖1是渦輪軸發(fā)動機的示意性縱向截面圖。
[0022]圖2是本發(fā)明實施方式中軸承支架的示意性縱向截面圖。
[0023]圖2A是沿著線IIA-1IA的圖2支架的臂的截面圖。
[0024]圖3是圖2軸承支架的前視圖。
[0025]圖4是圖2軸承支架的前立體圖；和
[0026]圖5是圖2軸承支架的細(xì)節(jié)圖。

【具體實施方式】
[0027]在圖1中示出了渦輪軸發(fā)動機I。渦輪軸發(fā)動機I包括氣體發(fā)生器部分2和自由渦輪機部分3。氣體發(fā)生器部分2包括軸向壓氣機4、徑向壓氣機5、燃燒室6、第一燃?xì)鉁u輪機7和在中心軸線X上用于與第一燃?xì)鉁u輪機7和壓氣機4、5的葉輪聯(lián)結(jié)在一起旋轉(zhuǎn)的第一旋轉(zhuǎn)軸8，因此當(dāng)發(fā)動機I工作時，軸的旋轉(zhuǎn)用于致動壓氣機4和5。位于氣體發(fā)生器部分2下游的自由渦輪機部分3包括稱為“自由渦輪機”的第二燃?xì)鉁u輪機9，和第二旋轉(zhuǎn)軸10，后者同樣對準(zhǔn)中心軸線X和將自由渦輪機9聯(lián)結(jié)到動力輸出11。因此，當(dāng)渦輪軸發(fā)動機I工作時，自由渦輪機9的葉輪的旋轉(zhuǎn)可以用于致動外部裝置，諸如，例如直升機轉(zhuǎn)子。
[0028]旋轉(zhuǎn)軸8、10由軸承支撐，而軸承由軸承支架支撐，該軸承支架包括穿過氣流通道12的多個徑向臂。特別地，在所示的實施方式的自由渦輪機部分3中，第二旋轉(zhuǎn)軸10由至少一個軸承13所支撐，而該軸承13依次由位于和位于鄰近自由渦輪機9的葉輪22的下游的軸承支架14所支撐，并且包括一體單件的中心輪轂15，環(huán)形殼體部分16和通過氣流通道12的多個徑向臂17，例如5個臂，以連接中心輪轂15和環(huán)形殼體部分16。軸承13直接地接收在中心輪轂15中所形成的外軸承座中，并且在其上游軸向端，環(huán)形殼體部分16具有用于將軸承支架14緊固到渦輪機殼體19的緊固件凸緣18。該緊固件凸緣18不僅具有用于接收用于緊固支架14的螺栓的孔30，而且也具有突出栓31，后者將要被接收在面對凸緣18的表面中互補孔中，為了獲得能夠使支架14被精確地定位的陽性接合，并且也為了吸收橫向平面中的力，特別地避免剪切所述螺栓。
[0029]在圖2、圖2A和圖3至圖5中更詳細(xì)地示出了該軸承支架14。因此，在圖2中，可以看到徑向臂17在軸向方向上相對于橫向平面的傾斜角度α，并且在圖3中，徑向臂17在橫向平面中相對于徑向方向的傾斜角度β。在所示的實施方式中，環(huán)形傾斜α小于或等于45°，而傾斜角度β小于或等于70°。
[0030]每個徑向臂17是中空的，因此使得潤滑流體管道20從其穿過，還有用于感測渦輪機葉輪22破裂的傳感器21。因為徑向臂17的軸向角度傾斜，徑向臂17的內(nèi)根部和渦輪機葉輪22的內(nèi)根部之間的偏移可以最小化，因此可以特別地放置傳感器21特別地靠近渦輪機葉輪22。而且，在徑向臂17的外根部，從緊固件凸緣18的軸向距離，是相對剛性的和當(dāng)發(fā)動機I工作時保持比較涼，能夠使熱和機械力更好地分布在這些外根部和緊固件凸緣18之間。而且，該軸向距離也用于將徑向臂17的外根部與渦輪機葉輪22的葉片頂端之間分開。為了避免靠近這些外根部的環(huán)形殼體部分16的過多剛性，緊固件凸緣18以與其對齊被花飾。
[0031]如圖3中可以看到的，因為徑向臂17的切向傾斜角度，由徑向臂17傳遞軸承13的徑向載荷，不僅在牽引-和-壓縮方面，而且也部分地在彎曲方面，由此可以避免在徑向臂17的外根部處凹進環(huán)形殼體部分16。
[0032]現(xiàn)在參考圖2A，可以看出如何每個徑向臂17具有流線型輪廓，該流線型輪廓具有相對于軸向方向呈角度地螺旋上升的主軸線。在所示的實施方式中，輪廓的螺旋角度Y小于或等于30°。舉例說明，由此可以對準(zhǔn)輪廓的主軸線和渦輪機葉輪22下游的氣體流動方向，因此減小徑向臂17對流動的阻力。同時地，該螺旋角度增加了軸承支架14的橫向平面中彎曲中的徑向臂的剛性。
[0033]中心輪轂15包括外環(huán)32，其中徑向臂17的根部位于此，以及形成軸承13的所述外座的內(nèi)環(huán)33，以及將中心輪轂15的所述外環(huán)32和內(nèi)環(huán)33連接在一起的圓錐形壁34。為了限制中心輪轂15的重量，這些外環(huán)32和內(nèi)環(huán)33以及上述所有圓錐形壁34都可以是相對薄的。然而，為了確保中心輪轂15是剛性的，圓錐形壁34仍然具有特別地如圖5中所示的徑向肋35。
[0034]工作時，軸承支架14可以受到范圍在400°C到700°C之間的溫度，該溫度在氣流通道的中心處比在其徑向內(nèi)和外區(qū)域中通常更高。盡管如此，例如，使用基于鎳或鈷的耐火合金，使用渦輪軸發(fā)動機通常的所示形狀和維度，以獲得每米20，000牛頓(N/m)到80，000N/m,并且更特別地范圍在60，ΟΟΟΝ/m到70，ΟΟΟΝ/m之間數(shù)量級的徑向剛度，同時確保好的壽命，例如至少6400小時(h)的工作。
[0035]盡管參考了特定的實施方式描述了本發(fā)明，清楚地各種修改和改變可以應(yīng)用于這些實施例，而不超出權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的通常范圍。因此，應(yīng)該在示例性意義上，而不是限制性意義上考慮說明書和附圖。
【權(quán)利要求】
1.用于渦輪軸發(fā)動機的熱區(qū)的至少一個軸承(13)的支架(14)，該支架包括至少中心輪轂(15)，后者包括用于接收所述軸承(13)的外軸承座，該支架還包括繞著中心輪轂(15)的環(huán)形殼體部分(16)，以及將所述中心輪轂(15)連接到所述環(huán)形殼體部分(16)的多個徑向臂(17)，支架的特征在于:所述徑向臂(17)在軸向方向上和在切向方向上傾斜以及與中心輪轂(15)和與環(huán)形殼體部分(16) —體形成為單件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的支架(14)，還包括在所述環(huán)形殼體部分(16)的軸向端上的至少一個緊固件凸緣(18)，每個徑向臂(17)從所述環(huán)形殼體部分(16)上的根部軸向地傾斜，朝向具有緊固件凸緣(18)的軸向端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的支架(14)，其中所述緊固件件凸緣(18)被花飾對齊所述環(huán)形殼體部分(16)上每個徑向臂(17)的根部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3的支架(14)，其中所述緊固件凸緣(18)具有至少一個陽性接合構(gòu)件(31)，用于吸收在垂直于軸承的中心軸線的平面中的力。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的支架(14)，其中所述中心輪轂(15)包括徑向臂(17)的根部所位于的外環(huán)(32)和形成所述外座的內(nèi)環(huán)(33)，以及將中心輪轂(15)的所述外環(huán)和內(nèi)環(huán)連接在一起的圓錐形壁(34)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的支架(14)，其中所述圓錐形壁(34)具有徑向肋(35)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求的支架(14)，其中所述徑向臂(17)具有不大于70°的切向傾斜角度β。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求的支架(14)，其中所述徑向臂(17)具有不大于45°的軸向傾斜角度α。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一權(quán)利要求的支架(14)，其中每個所述徑向臂(17)具有流線型輪廓，該流線型輪廓以相對于軸向方向呈角度地螺旋上升。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的支架(14)，其中所述流線型輪廓具有不大于30°的螺旋角度Y O
11.渦輪軸發(fā)動機(I)，其包括根據(jù)任一前述權(quán)利要求的至少一個支架(14)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的渦輪軸發(fā)動機，其中所述支架(14)位于和位于鄰近渦輪發(fā)動機(I)的渦輪機葉輪的下游，并且所述徑向臂(17)在所述環(huán)形殼體部分(16)的上游方向軸向地傾斜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的渦輪軸發(fā)動機(I)，其中所述支架(14)包括位于所述環(huán)形殼體部分(16)的上游軸向端的緊固件凸緣(18)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一權(quán)利要求的渦輪軸發(fā)動機(I)，包括至少一個壓氣機(4,5)、燃燒室(6)、通過第一旋轉(zhuǎn)軸(8)與至少一壓氣機(4、5)聯(lián)結(jié)旋轉(zhuǎn)的第一燃?xì)鉁u輪機(7)，和通過第二旋轉(zhuǎn)軸(10)與動力輸出聯(lián)結(jié)旋轉(zhuǎn)的第二燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(9)，其中所述單件支架(14)支撐所述第二旋轉(zhuǎn)軸(10)的至少一個軸承(13)。
【文檔編號】F02C3/10GK104053865SQ201380005514
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月20日
【發(fā)明者】吉恩-弗朗西斯·佩羅內(nèi)特, 吉恩-盧克·布雷寧, 曼紐爾·希爾瓦 申請人:渦輪梅坎公司