具有反向旋轉(zhuǎn)整體式傳動器和無導葉渦輪的發(fā)動機架構的制作方法
【專利說明】具有反向旋轉(zhuǎn)整體式傳動器和無導葉渦輪的發(fā)動機架構
[0001]相關申請的交叉引用
此實用新型專利申請根據(jù)35 U.S.C § 119，要求2013年I月18日提交的美國臨時專利申請61/754，086的優(yōu)先權，該申請通過引用而結合在本文中。
技術領域
[0002]公開的實施例大體涉及燃氣渦輪發(fā)動機。更特別地但不以限制的方式，目前的實施例涉及航空器發(fā)動機架構，其具有反向旋轉(zhuǎn)整體式傳動器和具有反向旋轉(zhuǎn)葉片的無導葉渦輪。
【背景技術】
[0003]典型的燃氣渦輪發(fā)動機一般擁有前端和后端，其若干核心或推進構件沿軸向定位在前端和后端之間?？諝馊肟诨蜻M口在發(fā)動機的前端處。按順序移向后端，進口的后面是壓縮機、燃燒室、渦輪，以及在發(fā)動機的后端處的噴嘴。對本領域技術人員顯而易見的將是，在發(fā)動機中還可包括額外的構件，諸如例如，低壓和高壓壓縮機，以及高壓和低壓渦輪。但這不是詳盡清單。發(fā)動機還典型地具有沿著發(fā)動機的中心縱向軸線沿軸向設置的內(nèi)部軸。內(nèi)部軸連接到渦輪和空氣壓縮機兩者上，使得渦輪對空氣壓縮機提供旋轉(zhuǎn)輸入，以驅(qū)動壓縮機葉片。
[0004]在運行中，空氣在壓縮機中加壓，并且在燃燒器中與燃料混合，產(chǎn)生熱的燃燒氣體，熱的燃燒氣體向下游流過渦輪級。這些渦輪級從燃燒氣體中抽取能量。高壓渦輪首先接收來自燃燒器的熱的燃燒氣體，而且包括定子噴嘴組件，其引導燃燒氣體向下游通過一排高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片，高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片從支承轉(zhuǎn)子盤沿徑向向外延伸。在兩級渦輪中，第二級定子噴嘴組件定位在第一級葉片的下游，它的后面是從第二支承轉(zhuǎn)子盤沿徑向向外延伸的一排第二級轉(zhuǎn)子葉片。渦輪將燃燒氣體能轉(zhuǎn)換成機械能。
[0005]燃氣渦輪發(fā)動機的各種構件在不同的速度下以最高效率工作。許多目前的航空器發(fā)動機利用將渦輪和壓縮機和風扇直接聯(lián)接在軸上的系統(tǒng)，使得核心構件之一可按最高效率工作的同時，由相同的軸聯(lián)接的其它構件不按最佳效率工作。非常合乎需要的是使航空器發(fā)動機按高效的高旁通比、低風扇壓力比、風扇、壓縮機或增壓器和低壓渦輪的最佳設計速度工作。
[0006]減少或最大程度地減少低壓渦輪中的低壓壓縮機或增壓器所需的級數(shù)也是合乎需要的。
[0007]如從前述可看出的那樣，克服燃氣渦輪發(fā)動機構件的這些和其它缺陷將是合乎需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)目前的方面，一種航空器發(fā)動機架構，其聯(lián)接渦輪的具有至少第一速度和第二速度的第一和第二級葉片、處于第一速度的增壓器和處于第三速度的風扇。
[0009]根據(jù)另一方面，提供一種傳動器，其中，渦輪利用反向旋轉(zhuǎn)級葉片。渦輪在反向旋轉(zhuǎn)級之間無導葉，使得反向旋轉(zhuǎn)級彼此直接相鄰。
[0010]根據(jù)一些方面，一種燃氣渦輪發(fā)動機包括:風扇；壓縮機；具有第一級葉片和第二級葉片的渦輪，第一級葉片沿第一方向旋轉(zhuǎn)，并且第二級葉片沿與第一方向相反的第二方向旋轉(zhuǎn)，第一級葉片和第二級葉片彼此直接相鄰；傳動器，其與風扇處于可操作式輸入連接，并且與第一級葉片和第二級葉片處于可操作式輸出連接，第一級葉片和第二級葉片通過傳動器來驅(qū)動風扇。
[0011]根據(jù)另外的其它方面，一種燃氣渦輪發(fā)動機包括:風扇；與燃燒器處于流體連通的壓縮機；與來自燃燒器的燃燒氣體處于流體連通的渦輪；具有至少兩個反向旋轉(zhuǎn)級葉片的渦輪，該兩個反向旋轉(zhuǎn)級葉片沒有中間導葉；可操作地連接到渦輪和風扇的中間的傳動器，傳動器具有接收來自至少兩個源的功率輸入的分離式(split)功率路徑，兩個反向旋轉(zhuǎn)級葉片的風扇軸和軸彼此獨立，兩個反向旋轉(zhuǎn)級葉片中的一個對壓縮機和風扇提供功率，并且兩個反向旋轉(zhuǎn)級葉片中的另一個對所述風扇提供功率。
[0012]上面描繪的所有特征都應理解為僅是示例性的，而且可從本文的公開中找到本發(fā)明的更多特征和目標。因此，將在不進一步閱讀整個說明書、權利要求及其包括的附圖的情況下，理解此
【發(fā)明內(nèi)容】
的非限制性解釋。
【附圖說明】
[0013]在以下附圖中示出本發(fā)明的實施例。
[0014]圖1是燃氣渦輪發(fā)動機的側面截面圖。
[0015]圖2是燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖，在渦輪中具有整體式傳動器和反向旋轉(zhuǎn)級。
[0016]圖3是燃氣渦輪發(fā)動機的備選示意圖。
[0017]圖4是圖3的整體式傳動器的空轉(zhuǎn)(idler)星形級。
[0018]圖5是圖3的整體式傳動器的星形級。
[0019]圖6是渦輪的無導葉級的示意圖。
[0020]圖7是燃氣渦輪發(fā)動機的備選實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]現(xiàn)在將詳細參照所提供的實施例，在圖中示出實施例的一個或多個示例。各個示例是以說明的方式提供的，而不是限制公開的實施例。實際上，對本領域技術人員顯而易見的將是，可對目前的實施例作出各種修改和變型，而不偏離本公開的范圍或精神。例如，被示為或描述成一個實施例的一部分的特征可用于另一個實施例，以產(chǎn)生另外的實施例。因而意于的是，本發(fā)明覆蓋落在所附權利要求及其等效物的范圍內(nèi)的這樣的修改和變型。
[0022]參照圖1-7，教導了燃氣渦輪發(fā)動機的各種實施例，其中，渦輪具有在第一級的下游的反向旋轉(zhuǎn)級無導葉。另外，發(fā)動機提供整體式傳動器，其允許有來自兩個渦輪級的功率的分離式輸入，其中，一個級的一部分對增壓器或低壓壓縮機提供功率，而且一部分對發(fā)動機風扇提供功率。第二級對風扇提供功率，這允許獨立于通常由軸聯(lián)接在一起的其它構件，使分量速度最優(yōu)化，以實現(xiàn)最佳效率和最佳運行速度。
[0023]如本文所用，用語“軸向”或“沿軸向”表示沿著發(fā)動機的縱向軸線的維度。用語與“軸向”或“沿軸向”結合起來使用的“前面”表示沿朝向發(fā)動機入口的方向移動，或者構件比另一個構件更接近發(fā)動機入口。用語與“軸向”或“沿軸向”結合起來使用的“后面”表示沿朝向發(fā)動機噴嘴的方向移動，或者構件比另一個構件更接近發(fā)動機噴嘴。
[0024]如本文所用，用語“徑向”或“沿徑向”表示在發(fā)動機的中心縱向軸線和發(fā)動機外邊界之間延伸的維度。單獨使用用語“近側”或“沿近側”，或者與用語“徑向”或“沿徑向”結合起來使用表示沿朝向中心縱向軸線的方向移動，或者構件比另一個構件更接近中心縱向軸線。單獨使用用語“遠側”或“沿遠側”，或者與用語“徑向”或“沿徑向”結合起來使用表示沿朝向發(fā)動機的外邊界的方向移動，或者構件比另一個構件更接近發(fā)動機外邊界。
[0025]如本文所用，用語“側向”或“沿側向”表示垂直于軸向維度和徑向維度兩者的維度。用語“前面”、“后面”、“上部”、“下部”、“下面”等參照了發(fā)動機的正常工作位置，而且不應以別的方式認為是限制。
[0026]用語“級”大體包括固定導葉和旋轉(zhuǎn)葉片兩者。但是，反向旋轉(zhuǎn)葉片可不包括分開葉片(這在本領域中是常見的)的固定導葉。
[0027]首先參照圖1，顯示了燃氣渦輪發(fā)動機10的示意性側面截面圖，燃氣渦輪發(fā)動機10具有發(fā)動機入口端12，其中，空氣進入推進器或核心13，推進器或核心13大體由壓縮機14、燃燒器16和多級高壓力渦輪20限定。共同地，推進器13在運行期間提供推力或功率。燃氣渦輪10可用于航空、功率生產(chǎn)、工業(yè)、航海等。
[0028]在運行中，空氣通過發(fā)動機10的空氣入口端12進入，并且移動通過至少一個壓縮級，在那里，空氣壓力提高，而且空氣被引導到燃燒器16。壓縮空氣與燃料混合且燃燒，從而提供熱的燃燒氣體，熱的燃燒氣體離開燃燒器16，朝向高壓渦輪20。在高壓渦輪20處，從熱的燃燒氣體中抽取能量，使渦輪葉片旋轉(zhuǎn)，這又使軸24旋轉(zhuǎn)。軸24朝發(fā)動機的前面?zhèn)魉停允挂粋€或多個壓縮機級14、渦輪風扇18或入口風扇葉片繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這取決于渦輪設計。渦輪風扇18可操作地連接到低壓渦輪30上，并且對渦輪發(fā)動機10產(chǎn)生推力。低壓渦輪30也可用來抽取另外的能量，以及對額外的低壓壓縮機級或增壓器32 (圖2)提供功率。風扇18和/或增壓器32的低壓空氣也可用來協(xié)助冷卻發(fā)動機的構件。
[0029]燃氣渦輪10關于發(fā)動機軸線26或軸24軸線對稱，使得各種發(fā)動機構件圍繞其旋轉(zhuǎn)。軸線對稱軸24延伸通過渦輪發(fā)動機前端進入到后端中，并且沿著軸結構的長度由軸承支承軸頸。軸圍繞發(fā)動機10的中心線26旋轉(zhuǎn)。軸24可為空心的，以允許一個或多