CN106471266A - 用于齿轮箱的三叶轴承 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于齿轮箱的轴承,该轴承具有圆柱体。圆柱体限定中空内部腔室。圆柱体具有齿轮支承区段。齿轮支承区段具有由围绕圆柱体的圆周等距分布的三个凸叶形成的横截面。凸叶中的每一个具有在凸叶的至少20%上具有第一半径的平台部分。每个凸叶还具有锥形部分,该锥形部分从平台部分的第一半径逐渐向小于第一半径的缩小半径区域倾斜。锥形部分在小于每个凸叶的80%上形成。每个凸叶还具有在缩小半径区域中形成的开口以及将圆柱体的中空内部与在缩小半径区域中形成的开口流体连接的流动通道。

Description

用于齿轮箱的三叶轴承
技术领域
本发明总体涉及发动机,并且更具体地涉及一种用于传送发动机的旋转以驱动诸如发电机、泵和热交换器之类的旋转设备的齿轮箱。
背景技术
燃气涡轮系统包括安装为在固定外部壳体内旋转的转子单元并且通常具有安装在燃气涡轮发动机的一端的齿轮箱。齿轮箱通常定位为与涡轮发动机邻近,并且以这样一种方式进行耦合:使用来自燃气涡轮发动机的功率来驱动燃气涡轮发动机的附件,诸如发电机、流体泵和用于冷却油或加热燃料的热交换器。齿轮箱包括若干在油轴承上旋转的联锁齿轮。在燃气涡轮发动机和燃气涡轮发动机附件的操作过程中,次同步振动可以由于燃气涡轮发动机和燃气涡轮发动机附件的旋转部件内的扭转振动和线性振动之间的流固耦合而产生。
I.Komori等人的美国专利申请授权前公开号2009/0148084公开了一种配备有高强度轴构件的流体动力轴承装置。轴承装置被公开为能够以低成本维持高轴承性能。轴承装置具有配备有轴坯件和树脂部分的轴构件。作为一个整体单元,轴坯件具有由强度比树脂更高的材料形成的轴部,以及从轴部径向向外突出的突出部。树脂部分覆盖轴坯件的突出部的至少一个端表面并且面向推力轴承间隔。
本发明旨在克服一个或多个本发明人发现的或本领域中已知的问题。
发明内容
在一个实施例中,描述了一种用于齿轮箱的轴承。轴承具有圆柱体。圆柱体限定中空内部腔室。圆柱体具有齿轮支承区段。齿轮支承区段具有由围绕圆柱体的圆周等距分布的三个凸叶形成的横截面。每个凸叶具有平台部分、锥形部分、开口和流动通道。平台部分在凸叶的至少20%上具有第一半径。锥形部分从平台部分的第一半径逐渐向比第一半径小的缩小半径区域倾斜。锥形部分在小于每个凸叶的80%上形成。开口在凸叶的缩小半径区域中形成。流动通道将圆柱体的中空内部与在缩小半径区域中形成的开口流体连接。
在另一个实施例中,描述了另一种用于齿轮箱的轴承。轴承具有限定中空内部腔室的基本为圆柱形的主体。圆柱体具有第一齿轮支承区段和第二齿轮支承区段。第一齿轮支承区段具有由围绕圆柱体的圆周等距分布的三个凸叶形成的横截面。第一齿轮支承区段的每个凸叶具有平台部分、锥形部分、开口和流动通道。第一齿轮支承区段的每个凸叶的平台部分在第一齿轮支承区段的凸叶的至少20%上形成为具有第一半径。锥形部分从平台部分的第一半径逐渐向比第一半径小的缩小半径区域倾斜。锥形部分在小于第一齿轮支承区段的每个凸叶的80%上形成。开口在第一齿轮支承区段的每个凸叶的缩小半径区域中形成。流动通道将圆柱体的中空内部与第一齿轮支承区段的三个凸叶的每个开口流体连接。第二齿轮支承区段具有由围绕圆柱体的圆周等距分布的三个凸叶形成的横截面。第二齿轮支承区段的每个凸叶具有平台部分、锥形部分、开口和流动通道。平台部分在第二齿轮支承区段的每个凸叶的至少20%上形成为具有第一半径。锥形部分从平台部分的第一半径逐渐向比第一半径小的缩小半径区域倾斜。锥形部分在小于第二齿轮支承区段的每个凸叶的80%上形成。开口在第二齿轮支承区段的每个凸叶的缩小半径区域中形成。流动通道将圆柱体的中空内部与在第二齿轮支承区段的凸叶的缩小半径区域中形成的每个开口流体连接。此外,第二齿轮支承区段的凸叶中的一个的流动通道成角度地定位为水平线以上15°至35°之间的角度。
在另一个实施例中,描述了一种齿轮箱。齿轮箱包括输入轴、输入行星齿轮、输出行星齿轮、环形齿轮、输出轴和轴承。输入行星齿轮与输入轴接合并且径向偏移输入轴。输入行星齿轮限定第一中心孔。输出行星齿轮限定与第一中心孔对齐的第二中心孔。输出行星齿轮旋转耦合至输入行星齿轮。环形齿轮耦合至输出行星齿轮。输出轴耦合至环形齿轮。轴承插入至输入行星齿轮的第一中心孔和输出行星齿轮的第二中心孔中。轴承具有限定中空内部腔室的基本为圆柱形的主体。圆柱体具有输出行星齿轮支承区段和输入行星齿轮支承区段。输出行星齿轮支承区段支承输出行星齿轮并且输入行星齿轮支承区段支承输入行星齿轮。输出行星齿轮支承区段具有由围绕圆柱体的圆周等距分布的三个凸叶形成的横截面。输出行星齿轮支承部分的每个凸叶具有平台部分、锥形部分、开口和流动通道。平台部分在输出行星齿轮支承区段的每个凸叶的至少20%上形成圆柱体的第一半径与第二中心孔的内半径之间的第一输出间隙。锥形部分从平台部分的第一半径的第一输出间隙逐渐向圆柱体的缩小半径区域与第二中心孔的内半径之间的大于第一输出间隙的第二输出间隙倾斜。锥形部分在小于输出行星齿轮支承区段的每个凸叶的80%上形成。开口在输出行星齿轮支承区段的每个凸叶的缩小半径区域中形成。流动通道将圆柱体的中空内部与在输出行星齿轮支承区段的每个凸叶的缩小半径区域中形成的开口流体连接。输出行星齿轮支承区段的凸叶中的一个的流动通道成角度地定位为水平线以下30°至50°之间的角度。输入行星齿轮支承区段具有由围绕圆柱体的圆周等距分布的三个凸叶形成的横截面。输入行星齿轮支承部分的每个凸叶具有平台部分、锥形部分、开口和流动通道。平台部分在输入行星齿轮支承区段的每个凸叶的至少20%上形成圆柱体的第一半径与第一中心孔的内半径之间的第一输入间隙。锥形部分从平台部分的第一半径的第一输入间隙逐渐向圆柱体的缩小半径区域与第一中心孔的内半径之间的大于第一输入间隙的第二输入间隙倾斜。锥形部分在小于输入行星齿轮支承区段的每个凸叶的80%上形成。开口在每个凸叶的缩小半径区域中形成。流动通道将圆柱体的中空内部与在输入行星齿轮支承区段的每个凸叶的缩小半径区域中形成的每个开口流体连接。
附图说明
图1是示例性的燃气涡轮发动机的示意图。
图2是图1的局部去除齿轮箱壳体的齿轮箱的透视图。
图3是图1的齿轮箱的驱动齿轮系统的透视图。
图4是图1的齿轮箱的驱动齿轮系统的横截面图。
图5是图3的周转齿轮系统的其中一个行星齿轮的轴承的侧视图。
图6是图5的轴承的端视图。
图7是图5的轴承的横截面图。
图8是沿图7的线VIII-VIII截取的轴承的截面图。
图9是沿图7的线IX-IX截取的轴承的截面图。
具体实施方式
在此公开的系统包括用于燃气涡轮发动机的齿轮箱,该齿轮箱包括具有至少一个齿轮支承区段的轴承。在各实施例中,每个齿轮支承区段由围绕轴承的圆周等距间隔开的三个凸叶形成。每个凸叶包括具有第一半径的平台部分和朝具有小于第一半径的半径的缩小半径区域倾斜的锥形部分。每个凸叶还包括与在轴承内形成的供油通路流体连通的供油开口。
图1是示例性的燃气涡轮发动机和齿轮箱的示意图。为了清晰起见和便于说明,已经省略或放大了一些表面(在此处且在其它附图中)。而且,已经包括了放大的对齐线来图示燃气涡轮发动机的对齐。
出于定向的目的,本发明可以使用燃气涡轮发动机100。具体地说,本发明可参考燃气涡轮发动机100的旋转中心轴线95,该旋转中心轴线95大体由燃气涡轮发动机100的轴120的纵向轴线限定。因此,除非另有说明,否则所有对径向、轴向和圆周的方向和测量的参考指的是中心轴线95,并且诸如“内”和“外”的术语通常表示距中心轴线95的更小或更大的径向距离,其中径向96可以是在垂直于中心轴线95并从中心轴线95向外延伸出去的任意方向上。
通常,燃气涡轮发动机100包括入口110、轴120(由轴承150支承)、压缩机200、燃烧器300、涡轮400、排气装置500和功率输出耦合器600。一个或多个区段可经由凸缘在其壳体上耦合在一起。另外,可提供凸缘来提升和/或支承燃气涡轮发动机100的一个或多个区段。燃气涡轮发动机100还包括支承燃气涡轮发动机的对齐安装座170。
压缩机200可包括一个或多个旋转压缩机转子组件220,所述一个或多个旋转压缩机转子组件220装有压缩机叶片,从而组成了压缩机转子201。涡轮400包括一个或多个旋转涡轮转子组件420,所述一个或多个旋转涡轮转子组件420装有涡轮叶片,从而组成了涡轮转子401。压缩机转子201和涡轮转子401可绕中心轴线95旋转。
燃气涡轮发动机100可耦合至齿轮箱700。齿轮箱700包括功率输入耦合器720、驱动齿轮系统730和齿轮箱功率输出端740。齿轮箱700还包括具有齿轮箱基底安装座711和燃气涡轮发动机接口712的齿轮箱壳体710。功率输入耦合器720包括任何适当的耦合机构(例如,花键至接收器,凸缘至凸缘等)并且耦合至燃气涡轮发动机100的功率输出耦合器600。驱动齿轮系统730(下面将参照图2至图4更详细地讨论)包括齿轮装置,并且通常配置为以期望的扭矩和速度将来自燃气涡轮发动机100的功率传送至齿轮箱功率输出端740。齿轮箱功率输出端740可以用来驱动诸如例如用于发电的发电机、用于循环流体的泵、用于冷却油或加热燃料的热交换器的一个或多个附件(未示出),或者本领域已知的任何其它附件或其组合。齿轮箱壳体710封装驱动齿轮系统730。齿轮箱基底安装座711附接至支承齿轮箱700的任何结构性地面、基底或支承结构。燃气涡轮发动机接口712可包括配置为与燃气涡轮发动机100耦合的任何适当的形式或结构。例如,齿轮箱壳体710可经由燃气涡轮发动机接口712安装至轴承壳体140并且经由轴承壳体140支承燃气涡轮发动机100的第一端。
图2是图1的齿轮箱700的透视图,其中局部去除了齿轮箱壳体710,以便图示齿轮箱700的内部。驱动齿轮系统730包括若干将来自功率输入耦合器720的功率传送至齿轮箱功率输出端740的齿轮731、732、733和734。如图所示,燃气涡轮发动机100的功率输出耦合器600耦合至齿轮箱700的功率输入耦合器720。齿轮箱700的功率输入耦合器720也耦合至驱动齿轮系统730的第一齿轮731。驱动齿轮系统730的第一齿轮731与径向邻近第一齿轮731的至少一个第二齿轮732接合。第二齿轮732耦合至线性邻近第二齿轮732的第三齿轮733。第三齿轮733与径向邻近第三齿轮733并耦合至齿轮箱功率输出端740的第四齿轮734接合。
图3是图1的齿轮箱的驱动齿轮系统730的透视图。在图3的实施例中,驱动齿轮系统730是周转驱动齿轮系统(也称为行星齿轮系)。然而,驱动齿轮系统730的其它实施例可具有对本领域普通技术人员而言可以是显而易见的其它配置。
如图3所示,功率输入耦合器720旋转地耦合至第一齿轮731并从第一齿轮731线性偏移,使得第一齿轮731中的功率输入耦合器720围绕公共轴线旋转。在本实施例的周转驱动系统中,第一齿轮731是太阳齿轮731,这是因为其他齿轮(732、733、734)在驱动齿轮系统730的操作期间围绕第一齿轮731径向隔开。
在图3中,三个第二齿轮732设置成围绕太阳齿轮731的圆周等距隔开。在本实施例的周转驱动系统中,每个第二齿轮732是一对耦合行星齿轮中的其中一者且因此被视为输入行星齿轮732,这是因为其是更靠近齿轮箱700的输入侧的行星齿轮。图3还示出了三个第三齿轮733,每个第三齿轮733均与输入行星齿轮732中的一者线性对齐。这三个第三齿轮733中的每一者是每一对耦合行星齿轮中的第二者且被视为是输出行星齿轮733,这是因为其是更靠近齿轮箱700的输出侧的行星齿轮。每一对耦合行星齿轮(即输入行星齿轮732/输出行星齿轮733)安装在旋转轴承800上,旋转轴承800从太阳齿轮731的旋转中心径向偏移。
这三个输出侧行星齿轮733中的每一者接合第四齿轮734并被第四齿轮734径向环绕。在本实施例的周转驱动系统中,第四齿轮734被视为是环状或环形齿轮734。环形齿轮734耦合至齿轮箱700的功率输出耦合器740。
对于本领域的普通技术人员应该显而易见的是,本申请的实施例并不限于这种所描述的周转驱动系统配置并且可以使用替代配置。
图4是图1的齿轮箱700的驱动齿轮系统730的横截面图。如图所示,功率输入耦合器720通过输入轴721耦合至太阳齿轮731。在本实施例中,输入轴721附接至功率输入耦合器720及太阳齿轮731。并未对输入轴721与功率输入耦合器720和/或太阳齿轮731之间的附接机制特别地加以限制。
太阳齿轮731包括一系列齿735,其接合每个输入行星齿轮732上所形成的一系列齿736。每个输入行星齿轮732具有凹槽737,其容置输出行星齿轮733上所形成的突出部738,从而形成将输入行星齿轮732耦合至输出行星齿轮733的摩擦或压力配合。环形齿轮734环绕并接合输入行星齿轮。环形齿轮734通过轴742耦合至齿轮箱功率输出端740,轴742是由齿轮箱功率输出端支承轴承741支承。
每个输入行星齿轮732具有贯穿其中心而形成的中心孔739。另外,每个输出行星齿轮733具有贯穿其中心而形成的中心孔743。输入行星齿轮732的中心孔739与输出行星齿轮733的中心孔743对齐,并且支承轴承800插入穿过中心孔739、743。在支承轴承800与中心孔739、743之间可形成小的间隙。如下文结合图5至图9所论述的,轴承800具有三叶设计,使得外径810沿轴承800的圆周的各部分变化并且支承轴承800与中心孔739、743之间的间隙也可变化。例如,最大间隙可在13/1000英寸与18/1000英寸之间(在0.33mm与0.46mm之间)变化。进一步,最小间隙可在6/1000英寸与10/1000英寸之间(在0.15mm与0.25mm之间)变化。在其他实施例中,最大间隙可在15/1000英寸与165/10000英寸之间(在0.38mm与0.42mm之间)的范围内变化。进一步,在这些其他实施例中,最小间隙可在7/1000英寸与85/10000英寸之间(在0.18mm与0.22mm之间)的范围内变化。
图5是图3的周转齿轮系统730的一个行星齿轮的轴承800的侧视图。如图所示,轴承800形成为基本为圆柱形的主体,该圆柱体具有直径804以及一对轴承支承区段802、809。该对轴承支承区段802、809可在插入通过输入行星齿轮732及输出行星齿轮733的中心孔739、743时支承轴承800。轴承800还包括一个或多个齿轮支承区段803、805,其插入至输入行星齿轮732及输出行星齿轮733的中心孔739、743中。例如,在图5的实施例中包括插入至输入行星齿轮732的中心孔739中的输入行星齿轮支承区段805以及插入至输出行星齿轮733的中心孔743中的输出行星齿轮支承区段803,其中在输入行星齿轮支承区段805和输出行星齿轮支承区段803的边缘处形成坝区808。每个齿轮支承区段803、805可具有形成于其中的开口806、807,其在轴承800内与轴承800的中空内部腔室812(在图5中未示出,下面将参照图7及图8更详细地讨论)连通。例如,在所示实施例中,输出行星齿轮支承区段803具有开口806,并且输入行星齿轮支承区段805具有开口807。
图6是图5的轴承800的其中一个轴承支承区段802的端视图。如图所示,轴承支承区段802的端部可具有形成于其中的开口811,其也与轴承800的中空内部腔室812(在图6中未示出,下面将参照图7及图8更详细地讨论)连通。在一些实施例中,开口811还可以包括配件、密封件以及其他部件以允许供油管线的连接及连通,从而向轴承800的中空内部腔室812提供油。类似地,还可以在轴承800的相对端上的轴承支承区段809的端部处设置另一开口(未标记)。
轴承支承区段802还包括标引槽口813,其可用于相对于围绕轴承800旋转的输入行星齿轮732及输出行星齿轮733对轴承800进行定向。具体的放置、定向和/或形状并不特别加以限制,并且可采用对本领域的普通技术人员而言可以是显而易见的任何形式。
图7是图5的轴承800的横截面图。如上面所讨论,轴承800包括第一齿轮支承区段803以及第二齿轮支承区段805,其中在输入行星齿轮支承区段805和输出行星齿轮支承区段803的边缘处形成坝区808。第一齿轮支承区段803以及第二齿轮支承区段805中的每一者具有带有三凸叶的横截面,图8及图9中的轴承800的径向尺寸(下面将更详细地讨论)在三凸叶上变化。第一齿轮(输出行星齿轮)支承区段803具有一个或多个开口806,并且如图所示,该一个或多个开口806通向与轴承800的中空内部812流体连通的流动通道。进一步,第二齿轮(输入行星齿轮)支承区段805具有一个或多个开口807,并且如图所示,该一个或多个开口807也通向与轴承800的中空内部812流体连通的流动通道。中空内部812还与形成于轴承800的轴承支承区段802的一端处的开口811连通。
图8是沿图7的线VIII-VIII截取的轴承800的输入行星齿轮支承区段805的截面图。在图8中已经放大了第二齿轮支承部分805的尺寸以帮助进行说明。如图所示,输入行星齿轮支承部分805具有带有三个凸叶910的横截面,这三个凸叶910围绕轴承800的圆周等距隔开。轴承800的半径在每个凸叶910的圆周上变化。每个凸叶910形成为具有平台部分925以及锥形区930,平台部分925具有恒定半径816,锥形区930的半径从缩小半径817至平台部分925的半径816变化。在一些实施例中,半径816可为图5所示的轴承800的圆柱体的总直径804的一半。然而,在其他实施例中,半径816可小于图5所示的轴承800的圆柱体的总直径804的一半。
进一步,在一些实施例中,缩小半径817比平台部分925的半径816小6/1000英寸(6密耳或0.15mm),但小于或等于9/1000英寸(9密耳或0.23mm)。然而,缩小半径817与平台部分915的半径816之间的差值可小于或大于这些示例尺寸。缩小半径817与平台部分925的半径816之间的半径变化可产生图4所示的中心孔739与轴承800之间的间隙变化。例如,平台部分925处的间隙可在6/1000英寸(6密耳或0.15mm)至9/1000英寸(9密耳或0.23mm)的范围内。进一步,缩小半径816处的间隙可在13/1000英寸(13密耳或0.33mm)至18/1000英寸(18密耳或0.46mm)的范围内。在其他实施例中,平台部分925处的间隙可在15/1000英寸(15密耳或0.38mm)与165/10000英寸(16.5密耳或0.42mm)之间的范围内变化。进一步,在这些其他实施例中,缩小半径817处的间隙可在7/1000英寸(7密耳或0.18mm)与85/10000英寸(8.5密耳或0.22mm)之间的范围内变化。
在本申请的一些实施例中,平台部分925表示多达每个凸叶910的20%的圆周长度。进一步,在一些实施例中,锥形区920表示每个凸叶910的80%或更多。
在图8所示的实施例中,三个开口807形成为围绕轴承800的圆周等距隔开,并且每个开口807形成于每对相邻凸叶910之间。如图所示,每个开口807与轴承800的中空内部812连通。进一步,在本申请的一些实施例中,每个开口807占轴承800的圆周的5%或更多。例如,每个开口807可覆盖轴承800的圆周上与圆心角20°的弧对应的一部分(大约是轴承800的总圆周的5.5%)。进一步,开口807中的一者相对于如图所示的水平位置(3点钟位置)以角度θ2成角度地定位(即,时钟式定位)。在一些实施例中,例如,角度θ2可在水平线上方15°与35°的范围内。另外,在一些实施例中,第二齿轮支承区段805的开口807及凸叶910与第一齿轮支承区段803的开口806及凸叶905成角度地偏移45°与65°之间的角度。
图9是沿图7的线IX-IX截取的轴承800的输出行星齿轮支承部分803的截面图。在图9中已经放大了输出行星齿轮支承部分803的尺寸以帮助进行说明。如图所示,输出行星齿轮支承部803具有带有三个凸叶905的横截面,这三个凸叶905围绕轴承800的圆周等距隔开。轴承800的半径在每个凸叶905的圆周上变化。每个凸叶905形成为具有平台部分915以及锥形区920,平台部分915具有恒定半径818,锥形区920的半径从缩小半径819至平台部分915的半径818变化。在一些实施例中,半径818可为图5所示的轴承800的圆柱体的总直径804的一半。然而,在其他实施例中,半径818可小于图5所示的轴承800的圆柱体的总直径804的一半。
进一步,在一些实施例中,平台部分的半径818比缩小半径819大6/1000英寸(6密耳或0.15mm),但小于或等于9/1000英寸(9密耳或0.23mm)。然而,平台部分915的半径818与缩小半径819之间的差值可小于或大于这些示例尺寸。缩小半径819与平台部分915的半径818之间的半径变化可产生图4所示的中心孔743与轴承800之间的间隙变化。例如,平台部分915处的间隙可在6/1000英寸(6密耳或0.15mm)至10/1000英寸(10密耳或0.25mm)的范围内。进一步,缩小半径819处的间隙可在13/1000英寸(13密耳或0.33mm)至18/1000英寸(18密耳或0.46mm)的范围内。在其他实施例中,平台部分915处的间隙可在15/1000英寸(15密耳或0.38mm)与165/10000英寸(16.5密耳或0.42mm)之间的范围内变化。进一步,在这些其他实施例中,缩小半径819处的间隙可在7/1000英寸(7密耳或0.18mm)与85/10000英寸(8.5密耳或0.22mm)之间的范围内变化。
在本申请的一些实施例中,平台部分915表示多达每个凸叶905的20%的圆周长度。进一步,在一些实施例中,锥形区920表示每个凸叶905的80%或更多。
在图9所示的实施例中,三个开口806形成为围绕轴承800的圆周等距隔开,并且每个开口806形成于每对相邻凸叶905之间。如图所示,每个开口806与轴承800的中空内部812连通。进一步,在本申请的一些实施例中,每个开口806占轴承800的圆周的5%或更多。例如,每个开口806可覆盖轴承800的圆周上与圆心角20°的弧对应的一部分(大约是轴承800的总圆周的5.5%)。进一步,开口806中的一者相对于如图所示的水平位置(3点钟位置)以角度θ1成角度地定位(即,时钟式定位)。在一些实施例中,角度θ1可在水平线下方30°与50°之间的范围内。例如,角度θ1可为水平线下方40°的角度。
在一些实施例中,第二(输入行星)齿轮支承区段805的凸叶910的半径817可等于第一(输出行星)齿轮支承区段803的凸叶905的半径819。然而,在其他实施例中,半径817可不同于半径819。
类似地,在一些实施例中,第二(输入行星)齿轮支承区段805的凸叶905的缩小半径816可等于第一(输出行星)齿轮支承区段803的凸叶905的缩小半径818。然而,在其他实施例中,缩小半径816可不同于缩小半径818。
工业实用性
燃气涡轮发动机可适用于多种工业应用,诸如石油及天然气工业的各个方面(包括石油和天然气的传输、收集、存储、回收和举升)、发电行业、热电联产、航天以及其他运输业。
参照图1,气体作为“工作流体”进入入口110,且被压缩机200压缩。在压缩机200中,工作流体通过一系列压缩机转子组件220而在环状流动路径中压缩。具体地,空气在经过编号的“级”中进行压缩,所述级与每个压缩机转子组件220相关联。例如,“第4级空气”可能与从入口110朝向排气装置500行进的下游或“向后”方向上的第4个压缩机转子组件220相关联。同样,每个涡轮转子组件420可与经过编号的级相关联。
一旦离开压缩机200,压缩空气便进入燃烧器300,在此压缩空气发生扩散并且添加燃料。空气和燃料经由燃料喷射器喷射入燃烧室中并且发生燃烧。通过一系列涡轮转子组件420的每个级,经由涡轮400从燃烧反应吸取能量。排气随后可以在排气扩散器中扩散、收集且改向。排气经由排气收集器离开系统并且可以进行进一步处理(例如,以减少有害排放物和/或从排气回收热量)。
参照图1和图2,经由涡轮400从燃烧反应吸取的能量导致旋转扭矩被施加到涡轮转子组件420的每个涡轮转子401。由扭矩产生的能量通过燃气发生器轴120从涡轮组件420转移到功率输出耦合器600。燃气涡轮发动机100的功率输出耦合器600将能量转移到齿轮箱700的功率输入耦合器720,而功率输入耦合器720将能量转移到输入轴721。输入轴721将能量转移到驱动齿轮系统730,驱动齿轮系统730以所需扭矩和速度将能量转移到一个或多个燃气涡轮发动机附件,例如发电机、流体泵和热交换器(未示出)。
具体地,输入轴721将能量转移到太阳齿轮731,太阳齿轮731将能量转移到输入行星齿轮732。输入行星齿轮732将能量转移到输出行星齿轮733,输出行星齿轮733将能量转移到环形齿轮734,环形齿轮734将能量转移到输出轴742和齿轮箱功率输出端740。齿轮箱功率输出端740以所需扭矩和速度将能量转移到一个或多个燃气涡轮发动机附件,例如发电机、流体泵和热交换器(未示出)。
在燃气涡轮发动机100、齿轮箱700和燃气涡轮附件的操作期间,可能会由于各个旋转部件的平移和旋转耦合而形成次同步振动。当轴721、742和齿轮731、732、733、734全速旋转时,可能会产生次同步振动,从而导致齿轮箱700的功率损失、过早磨损和早期故障。为了减少支承一对行星齿轮(输入行星齿轮732与输出行星齿轮733)且具备中空内部腔室812的轴承800的振动,至少一个开口811形成于至少一个端部中,并且多个开口806、807形成于轴承800的圆周中。油能够从在一个端部处形成的开口811馈送到中空内部腔室812中,并且从在轴承800的圆周中形成的开口806、807流出。通过在第一齿轮支承区段803中设置三个开口806且在第二齿轮支承区段805中设置三个开口807,申请人已发现能够实现振动以及由振动引起的功率损失的显著降低。另外,坝区808也可以设置在第一齿轮支承区段803和第二齿轮支承区段805中的每一个的每个边缘处,以在齿轮箱700的操作期间控制来自第一齿轮支承区段803和第二齿轮支承区段805的油的损失。坝区808各自具有等于圆柱体的直径804的直径。
此外,通过形成各自具有如在图8和图9中所示的三叶横截面的两个齿轮支承区段(第一齿轮支承区段803和第二齿轮支承区段805),申请人已发现能够实现振动和由振动引起的功率损失的进一步降低。具体来说,申请人已发现,通过形成具有三个凸叶905的第一齿轮支承区段803,实现了振动的最大降低,其中,每个凸叶905具有表示凸叶905的20%或更大的平台部分915、表示凸叶905的80%或更少的锥形部分920以及形成于邻近凸叶905对之间的开口806。类似地,申请人已发现,通过形成具有三个凸叶910的第二齿轮支承区段805,实现了振动的最大降低,每个凸叶910具有表示凸叶910的20%或更大的平台部分925、表示凸叶910的80%或更少的锥形部分930以及形成于邻近凸叶910对之间的开口807。
另外,申请人还发现,如果平台部分915、925处的轴承800与被支承的齿轮732、733的中心孔739、743之间的间隙在6/1000英寸(6密耳或0.15mm)与10/1000英寸(10密耳或0.25mm)之间的范围内,那么也能够实现振动的降低。另外,如果平台部分915、925处的轴承800与被支承的齿轮732、733的中心孔739、743之间的间隙在7/1000英寸(7密耳或0.18mm)与85/10000英寸(8.5密耳或0.22mm)之间的范围内,那么可实现振动的最大降低。另外,申请人还发现,如果缩小半径817、819处的轴承800与被支承的齿轮732、733的中心孔739、743之间的间隙在13/1000英寸(13密耳或0.33mm)与18/1000英寸(18密耳或0.46mm)之间的范围内,那么能够实现振动的降低。另外,如果缩小半径817、819处的轴承800与被支承的齿轮732、733的中心孔739、743之间的间隙在15/1000英寸(15密耳或0.38mm)与165/10000英寸(16.5密耳或0.42mm)之间的范围内,那么可实现振动的最大降低。
通过如上文所论述的减少振动和由振动引起的功率损失,还能够减少齿轮箱700的磨损和过早的故障,这能够节省维修成本且避免由于需要维修而造成的工时损失。
以上详细描述本质上仅仅是示例性的,并非意图限制本发明或本发明的应用和用途。所描述的实施例不限于结合特定类型的燃气涡轮发动机来使用。因此,尽管为了便于解释,本发明描绘且描述了特定的燃料喷射器,但将会理解的是,根据本发明的燃料喷射器能够以各种其它配置来实现、能够结合各种其它类型的燃气涡轮发动机使用、并且能够用于其它类型的机器中。此外,不期望受到前述背景或详细描述中所呈现的任何原理的限制。还应理解,图示能够包括放大的尺寸以更好地说明所引用的参考项目,并且不应认为是具有限制性的,明确地作出这样的陈述的情况下除外。

Claims (10)

1.一种用于齿轮箱(700)的轴承(800),所述轴承(800)包括:
限定中空内部腔室(812)的基本为圆柱形的主体,所述圆柱体具有
至少一个齿轮支承区段(803、805),所述至少一个齿轮支承区段(803、805)具有由围绕所述圆柱体的圆周等距分布的三个凸叶(905、910)形成的横截面,所述三个凸叶(905、910)中的每个凸叶具有
平台部分(915、925),其在每个凸叶(905、910)的至少20%上形成所述圆柱体的第一半径(816、818),
锥形部分(920、930),其从所述平台部分(915、925)的所述第一半径(816、818)逐渐向具有小于所述第一半径(816、818)的第二半径(817、819)的缩小半径区域倾斜,所述锥形部分(920、930)在小于每个凸叶(905、910)的80%上形成,以及
开口(806、807),其在每个凸叶(905、910)的所述缩小半径区域中形成;
至少一个流动通道,其将所述圆柱体的所述中空内部(812)与在所述三个凸叶(905、910)的所述缩小半径区域中形成的每个开口(806、807)流体连接。
2.根据权利要求1所述的轴承(800),其中所述三个凸叶(905、910)中的每个的所述开口在所述圆柱体的所述圆周的至少5%上形成。
3.根据权利要求1所述的轴承(800),其中所述第一半径(816、818)比所述第二半径(817、819)大至少6/1000英寸;并且
其中所述第一半径(816、818)比所述第二半径(817、819)大不超过10/1000英寸。
4.根据权利要求1所述的轴承(800),其中所述至少一个齿轮支承区段(803、805)包括第一齿轮支承区段(803)和第二齿轮支承区段(805);
其中所述第一齿轮支承区段(803)的所述凸叶(905)中的一个的所述平台部分(915)从所述第二齿轮支承区段(805)的所述凸叶(910)中的一个的所述平台部分(925)成角度地偏移小于或等于65°且大于或等于45°的角度;并且
其中所述圆柱体进一步包括形成为具有围绕所述圆柱体的整个圆周的所述第一半径(816)的坝区(808),所述坝区(808)设置于所述第一齿轮支承区段(803)与所述第二齿轮支承区段(805)之间。
5.一种齿轮箱(700),其包括
根据前述权利要求中任一项所述的轴承(800);
安装在所述第一齿轮支承区段(803)上的第一齿轮(733),所述第一齿轮(733)耦合到所述齿轮箱(700)的输出轴(742)的环形齿轮(734);以及
安装在所述第二齿轮支承区段(805)上第二齿轮(732),所述第二齿轮(732)旋转地耦合到所述第一齿轮(733)且耦合到燃气涡轮发动机(100)的输入轴(721)。
6.一种齿轮箱(800),其包括
输入轴(721);
接合所述输入轴(721)且从其径向偏移的输入行星齿轮(732),所述输入行星齿轮(732)限定第一中心孔(739);
限定与所述第一中心孔(739)对齐的第二中心孔(743)的输出行星齿轮(733),所述输出行星齿轮(733)旋转地耦合到所述输入行星齿轮(732),
耦合到所述一个输出行星齿轮(733)的环形齿轮(734);
耦合到所述环形齿轮(734)的输出轴(742);以及
插入到所述输入行星齿轮(732)的所述第一中心孔(739)和所述输出行星齿轮(733)的所述第二中心孔(743)中的轴承(800),所述轴承(800)具有限定中空内部腔室(812)的基本圆柱形的主体,所述圆柱体具有:
支承所述输出行星齿轮(733)的输出行星齿轮支承区段(803),所述输出行星齿轮支承区段(803)具有由围绕所述圆柱体的圆周等距分布的三个凸叶(905)形成的横截面,所述三个凸叶(905)中的每个凸叶(905)具有
平台部分(915),其在所述输出行星齿轮支承区段(803)的每个凸叶(905)的至少20%上形成所述圆柱体的第一半径(816)与所述第二中心孔(743)的内半径之间的第一输出间隙,
锥形部分(920),其从所述平台部分(915)的所述第一半径(816)的所述第一输出间隙逐渐向所述圆柱体的缩小半径区域与所述第二中心孔(743)的所述内半径之间的大于所述第一输出间隙的第二输出间隙倾斜,所述锥形部分(920)在小于所述输出行星齿轮支承区段(803)的每个凸叶(905)的80%上形成,
开口(806),其在所述输出行星齿轮支承区段(803)的每个凸叶(905)的所述缩小半径区域中形成,以及
流动通道,其将所述圆柱体的所述中空内部(812)与在所述输出行星齿轮支承区段(803)的所述三个凸叶(905)中的每一个的所述缩小半径区域中形成的每个开口(806)流体连接,所述输出行星齿轮支承区段(803)的所述凸叶(905)中的一个的所述流动通道成角度地定位为水平线以下30°至50°之间的角度(θ1);以及
支承所述输入行星齿轮(732)的输入行星齿轮支承区段(805),所述输入行星齿轮支承区段(805)具有由围绕所述圆柱体的圆周等距分布的三个凸叶(910)形成的横截面,所述三个凸叶(910)中的每个凸叶(910)具有
平台部分(925),其在所述输入行星齿轮支承区段(805)的每个凸叶(910)的至少20%上形成所述圆柱体的所述第一半径(818)与所述第一中心孔(739)的内半径之间的第一输入间隙,
锥形部分(930),其从所述平台部分(925)的所述第一半径(818)的所述第一输入间隙逐渐向所述圆柱体的所述缩小半径区域与所述第一中心孔(739)的所述内半径之间的大于所述第一输入间隙的第二输入间隙倾斜,所述锥形部分(930)在小于所述输入行星齿轮支承区段(805)的每个凸叶(910)的80%上形成,
开口(807),其在每个凸叶(910)的所述缩小半径区域中形成,以及
流动通道,其将所述圆柱体的所述中空内部(812)与在所述输入行星齿轮支承区段(805)的所述三个凸叶(910)中的每一个的所述缩小半径区域中形成的每个开口(807)流体连接。
7.根据权利要求6所述的齿轮箱,其中所述输出行星齿轮支承区段(803)的所述凸叶(905)中的一个的所述平台部分(915)从所述输入行星齿轮支承区段(805)的所述凸叶(910)中的一个的所述平台部分(925)成角度地偏移小于或等于65°且大于或等于45°的角度。
8.根据权利要求6所述的齿轮箱,其中所述圆柱体进一步包括形成为具有围绕所述圆柱体的整个圆周的所述第一半径(816)的坝区(808),所述坝区(808)设置于所述输入行星齿轮支承区段(805)与所述输出行星齿轮支承区段(803)之间。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的齿轮箱,其中所述输出行星齿轮支承区段(803)的所述三个凸叶(905)中的每一个的所述开口(806)在小于所述圆柱体的所述圆周的至少5%上形成;并且
所述输入行星齿轮支承区段(805)的所述三个凸叶(910)中的每一个的所述开口(807)在所述圆柱体的所述圆周的至少5%上形成。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的齿轮箱,其中所述输出行星齿轮支承区段(803)的所述第一输出间隙大于或等于6/1000英寸且小于或等于10/1000英寸;
其中所述输入行星齿轮支承区段(805)的所述第一输入间隙大于或等于6/1000英寸且小于或等于10/1000英寸;
其中所述输出行星齿轮支承区段(803)的所述第二输出间隙大于或等于13/1000英寸且小于或等于18/10000英寸;并且
其中所述输入行星齿轮支承区段(805)的所述第二输入间隙大于或等于13/1000英寸且小于或等于18/1000英寸。
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