CN107044304A - 高负载事件期间的轴承外座圈固位 - Google Patents

高负载事件期间的轴承外座圈固位 Download PDF

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的轴承的外座圈的固位壳体包括弹簧夹壳体，该弹簧夹壳体连接至轴承壳体且上覆轴承壳体，该轴承壳体连接至轴承的外座圈。弹簧夹壳体包括弹簧夹布置，其产生能够承受与很高的扭转卷绕和轴向推力负载组合的很高的径向负载的轻质壳体。沿径向从轴承壳体延伸且延伸穿过发动机的接口壳体的定位销限制偏转且自动防止壳体的扭转。燃气涡轮发动机包括上述的固位壳体。

Description

高负载事件期间的轴承外座圈固位
技术领域
本主题大体上涉及燃气涡轮发动机中的轴承，或更具体地涉及用于轴承的外座圈的固位(retention)的设备及方法。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括布置成与彼此流动连通的风扇和核心，其中核心沿穿过燃气轮机的流动方向设置在风扇下游。燃气涡轮发动机的核心大体上包括成串流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段，并且，受限于外壳内。就多轴燃气涡轮发动机而言，压缩机区段可包括设置在低压压缩机(LP压缩机)下游的高压压缩机(HP压缩机)，且涡轮区段可类似地包括设置在高压涡轮(HP涡轮)下游的低压涡轮(LP涡轮)。就此构造而言，HP压缩机经由也称为高压转轴(HP转轴)的高压轴(HP轴)与HP涡轮联接。类似地，LP压缩机经由也称为低压转轴(LP转轴)的低压轴(LP轴)与LP涡轮联接。
在操作中，风扇上的空气的至少一部分提供至核心的入口。空气的此部分由LP压缩机然后由HP压缩机逐渐地压缩，直到压缩的空气到达燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩的空气混合且焚烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段发送穿过HP涡轮且然后穿过LP涡轮。穿过涡轮区段的燃烧气流驱动HP涡轮和LP涡轮，其各自继而又经由HP轴(亦称HP转轴)和LP轴(亦称LP转轴)驱动HP压缩机和LP压缩机中的相应一个。燃烧气体然后被发送穿过排气区段，例如，至大气。
在正常发动机操作期间，滚珠轴承组件可提供成与接口壳体(interface shell)一起用作使HP轴(亦称HP转轴)的轴向位置维持，其中，接口壳体非可旋转地联接至发动机的外壳，且滚柱轴承组件可提供成提供风扇/转子系统的径向阻尼。由与径向挤压膜油阻尼器组合的轴向弹簧夹(spring finger)壳体构成的传统设计途径可提供成在相对小的失衡负载情形期间保护轴承免受破坏。在这些正常操作状态期间，挤压膜阻尼轴承需要沿围绕轴承的所有方向(径向、切向和轴向)的空隙来用于动态操作。然而，此轴向弹簧夹壳体包含相对长的轴向弹簧夹，以用于滚珠轴承壳体的固位，且长的弹簧夹占据发动机壳体中的空间，增加了发动机的重量，具有有限的扭力负载能力，且制造复杂。
此外，在由于无约束的风扇叶片、无约束的压缩机叶片或无约束的涡轮叶片引起的故障模式中，与很高的扭转卷绕组合的很高的径向负载向轴承和向用于滚珠轴承的弹簧夹壳体提供了显著的设计挑战。径向负载闭合阻尼器间隙和径向缓冲器间隙，且产生以扭转加载弹簧夹的谐波驱动效果。轴承和其固位壳体结构上的该扭转负载导致相对的正弦负载分布，其充分扭转弹簧夹，使得弹簧夹形成裂纹，这是很不期望的。
发明内容
本发明的各方面和优点将在以下描述中部分地阐明，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明理解到。
在本公开内容的一个示例性实施例中，一种用于用作维持HP轴的轴向位置的滚珠轴承的外座圈的固位的壳体结构具有平而短的弹簧夹。固位壳体包括弹簧夹壳体，其连接到滚珠轴承壳体上，滚珠轴承壳体设置在弹簧夹壳体的径向内侧。弹簧夹壳体的前端经由连接腹板而连接至滚珠轴承壳体的前端，且弹簧夹壳体包括多个弹簧夹。
滚珠轴承壳体的后端包括多个封闭孔，这些封闭孔径向地延伸到滚珠轴承壳体中，具有面向弹簧夹壳体的开口端。多个径向地延伸的定位销中的每一个收纳于封闭孔中的相应的一个中，以将滚珠轴承壳体的后端连接至接口壳体，并且，限定相应的多个通孔，其中，接口壳体非可旋转地联接至发动机的外壳。通孔中的相应的一个限定为径向地穿过接口壳体，并且，与滚珠轴承壳体的封闭孔中的相应的一个对准，以限定对准的一对孔，这对孔收纳定位销中的相应的一个，且由此限制弹簧夹的周向偏转且自动防止弹簧夹结构的扭转。各定位销的一端非可旋转地固定于通孔中的相应的一个内，且从相应的通孔径向地伸出，且限定延伸至相应的封闭孔中的自由端，且与封闭孔的封闭端间隔开，并且，从而限制固位壳体的径向偏转。
在与滚珠轴承壳体的后端的外直径面相对的接口壳体的内直径面之间，限定用作沿径向方向维持弹簧夹壳体的径向间隙。
定位销和前面提到的径向间隙的数量、放置和尺寸根据预期负载，考虑固位壳体结构的尺寸和材料成分来控制。
固位壳体的所得设计整体结合结构构件，使得它们变得能够经得起扭转卷绕和高径向负载，径向负载在伴随叶片(不论风扇叶片、压缩机叶片或是涡轮叶片)故障的负载的突然增大出现。
此外，由于独特的锥形和短弹簧夹设计，固位壳体所需的轴向和径向空间的量连同固位壳体结构的重量的伴随减少而减小，同时向固位壳体结构给予了很高的扭转负载能力。
在本公开内容的另一个示例性实施例中，一种燃气涡轮发动机包括具有至少一个压缩机的压缩机区段，以及位于压缩机区段下游且包括至少一个涡轮的涡轮区段。压缩机区段可包括低压压缩机和在低压压缩机下游的高压压缩机。涡轮区段包括高压(HP)涡轮和HP涡轮下游的低压(LP)涡轮。如上文概括描述和在下文中更详细描述那样，燃气涡轮发动机还包括将高压压缩机经由滚珠轴承机械地联接到高压涡轮上且包括用于滚珠轴承的外座圈的固位壳体的高压轴。此外，如上文概括描述和下文结合各种备选实施例更详细描述那样的固位壳体的实施例也可应用于需要解决与滚珠轴承构件类似的挑战的具有低压轴的系统。
实施方案1. 一种用于燃气涡轮发动机的高压转轴的滚珠轴承的外座圈的固位壳体，所述固位壳体包括：
滚珠轴承壳体，其限定与沿轴向方向延伸的旋转轴线等距地设置的圆柱内表面，径向方向沿正交于所述轴向方向的方向限定，所述滚珠轴承壳体限定沿轴向与后端间隔开设置的前端；
弹簧夹壳体，其沿径向与所述滚珠轴承壳体分开，且沿径向从所述滚珠轴承壳体向外而设置，且围绕所述滚珠轴承壳体同中心地设置，所述弹簧夹壳体限定沿轴向与后端间隔开设置的前端，所述弹簧夹壳体的所述前端连接至所述滚珠轴承壳体的所述前端；
所述弹簧夹壳体限定多个沿轴向延伸的夹指，各个夹指均限定前端和设置成沿轴向与各个相应的夹指的所述前端间隔开且相对的后端，各个夹指与各个最近的相邻的夹指沿周向间隔开，多个所述夹指的前端与所述弹簧夹壳体一起形成整体结构，且多个所述夹指的后端与所述弹簧夹壳体一起形成整体结构；以及
所述滚珠轴承壳体的所述后端限定多个封闭孔，各个孔沿所述径向方向延伸且限定开口端。
实施方案2. 根据实施方案1所述的固位壳体，其特征在于，各个孔限定沿所述径向方向与所述开口端间隔开的封闭端。
实施方案3. 根据实施方案1所述的固位壳体，其特征在于，各个孔限定沿所述径向方向与各个相应的孔的所述开口端间隔开，且设置成与各个孔的所述开口端的设置相比更远离所述弹簧夹壳体的封闭端。
实施方案4. 根据实施方案1所述的固位壳体，其特征在于，各个孔的所述开口端限定面向所述弹簧夹壳体的入口。
实施方案5. 根据实施方案1所述的固位壳体，其特征在于，各个孔限定沿所述径向方向与所述开口端间隔开的封闭端，且其中，各个孔的所述开口端限定设置成与各个孔的所述封闭端的设置相比更接近于所述弹簧夹壳体的入口。
实施方案6. 根据实施方案1所述的固位壳体，其特征在于，各个夹指包括设置于各个夹指的所述前端与所述后端之间的中间部分，并且，各个夹指的所述中间部分相对于各个夹指的所述前端和所述后端而渐缩。
实施方案7. 根据实施方案6所述的固位壳体，其特征在于，各个夹指的所述中间部分比各个夹指的所述前端和所述后端更薄。
实施方案8. 根据实施方案1所述的固位壳体，其特征在于，所述弹簧夹壳体和所述滚珠轴承壳体形成为整体结构。
实施方案9. 根据实施方案1所述的固位壳体，其特征在于，还包括从所述弹簧夹壳体的所述后端沿径向向外延伸的环形安装凸缘。
实施方案10. 根据实施方案12所述的固位壳体，其特征在于，所述弹簧夹壳体和所述环形安装凸缘形成为整体结构。
实施方案11. 一种燃气涡轮发动机，包括：
风扇，其包括多个叶片，所述叶片从毂沿径向延伸，且围绕穿过所述毂中心地限定的第一旋转轴线是可旋转的；
设置在所述风扇下游的压缩机；
设置在所述压缩机下游的涡轮；
机械地联接所述压缩机来与所述涡轮一齐旋转的可旋转的输入轴；
包围所述风扇、所述压缩机和所述涡轮的发动机封壳；以及
外壳，其设置于所述发动机封壳内，且环绕所述压缩机和所述涡轮；
具有相对于外座圈可旋转的内座圈的滚珠轴承，其中所述内座圈非可旋转地联接至所述输入轴；
接口壳体，其非可旋转地联接至所述外壳；以及
将所述外壳非可旋转地联接至所述滚珠轴承的所述外座圈的固位壳体；以及
其中，所述固位壳体进一步包括：
滚珠轴承壳体，其限定与沿轴向方向延伸的旋转轴线等距地设置的圆柱内表面，径向方向沿正交于所述轴向方向的方向限定，所述滚珠轴承壳体限定沿轴向与后端间隔开设置的前端；
弹簧夹壳体，其沿径向与所述滚珠轴承壳体分开，且沿径向从所述滚珠轴承壳体向外而设置，且围绕所述滚珠轴承壳体同中心地设置，所述弹簧夹壳体限定沿轴向与后端间隔开设置的前端，所述弹簧夹壳体的所述前端连接至所述滚珠轴承壳体的所述前端，
所述弹簧夹壳体限定多个沿轴向延伸的夹指，各个夹指均限定前端和设置成沿轴向与各个相应的夹指的所述前端间隔开且相对的后端，各个夹指与各个最近的相邻的夹指沿周向间隔开，多个所述夹指的前端与所述弹簧夹壳体一起形成整体结构，且多个所述夹指的后端与所述弹簧夹壳体一起形成整体结构，以及
所述滚珠轴承壳体的所述后端限定多个封闭孔，各个孔沿所述径向方向延伸且限定开口端。
实施方案12. 根据实施方案11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，各个封闭孔限定沿所述径向方向与所述开口端间隔开的封闭端。
实施方案13. 根据实施方案11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，还包括多个定位销，所述多个定位销中的相应的一个设置于所述多个封闭孔中的相应的一个中。
实施方案14. 根据实施方案13所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述接口壳体限定多个通孔，所述多个通孔中的各个相应的一个与所述多个封闭孔中的相应的一个对准，以形成多个对准的通孔和封闭孔，且其中，所述多个定位销中的相应的一个设置于所述多个对准的通孔和封闭孔的相应的一对中。
实施方案15. 根据实施方案14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，相应的定位销具有固定于相应的通孔内的一端和从所述相应的通孔伸出至相应的对准的封闭孔中的相对端。
实施方案16. 根据实施方案15所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，各个相应的封闭孔限定封闭端，其沿所述径向方向与各个相应的封闭孔的所述开口端间隔开，且设置成与各个相应的封闭孔的所述开口端的设置相比更远离所述弹簧夹壳体。
实施方案17. 根据实施方案15所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，从所述通孔伸出的各个相应的定位销的端部限定沿所述径向方向从所述相应的封闭孔的所述封闭端间隔开的自由端，并且，限定所述相应的定位销的所述相应的自由端与所述相应的封闭孔的所述相应的封闭端之间的径向间隙。
实施方案18. 根据实施方案17所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，各个相应的封闭孔由壁部限定，固定于所述多个通孔中的相应的一个的所述多个定位销中的各个具有从所述通孔伸出至所述相应的封闭孔中的端部，并且，限定既设置于所述封闭孔内且与限定所述相应的封闭孔的所述壁部间隔开的外部外周表面，以便限定在所述定位销的所述外部外周表面与所述封闭孔的所述壁部之间的周向间隙，且其中，所述径向间隙大于所述周向间隙。
实施方案19. 根据实施方案13所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述接口壳体限定多个通孔，所述多个通孔中的各个相应的一个与所述多个封闭孔中的相应的一个对准，以形成多个对准的通孔和封闭孔，且其中，所述多个定位销中的各个限定固定于所述多个通孔中的相应的一个的外部外周表面。
实施方案20. 根据实施方案19所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，各个相应的封闭孔由壁部限定，固定于所述多个通孔中的相应的一个的所述多个定位销中的各个具有从所述通孔伸出至所述相应的封闭孔中的端部，并且，限定既设置于所述封闭孔内且与限定所述相应的封闭孔的所述壁部间隔开的外部外周表面，以便限定在所述定位销的所述外部外周表面与所述封闭孔的所述壁部之间的周向间隙。
本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
包括针对本领域普通技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开内容在参照附图的说明书中陈述，在附图中：
图1为根据本公开内容的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性截面视图。
图2为图1中标为图2的框的虚线轮廓线内的构件的分解示意性截面视图。
图3为图2中示意性所描绘且从固位壳体的前端截取的固位壳体构件的示例性实施例的透视图。
图4为从图3中所示的固位壳体的实施例的后端截取的透视图，且出于促进阐释本发明的各方面的目的，将接口壳体的后端的一部分切除，以显示感兴趣的构件。
图5为将图2-4中所描绘的固位壳体构件的示例性实施例的图4中的由5--5指出的箭头所识别的区域部分地透视且部分地取横截面的视图。
图6为图5中所描绘的固位壳体构件的示例性实施例的在图5中指出图6的气球形圆圈的虚线轮廓线内的区段的放大示意横截面视图。
零件列表
10 涡扇喷气发动机
12 纵向或轴向中心线
14 风扇区段
16 核心涡轮发动机
18 外壳
20 入口
22 低压压缩机
24 高压压缩机
26 燃烧区段
28 高压涡轮
30 低压涡轮
32 喷气排气区段
34 高压轴/转轴
36 低压轴/转轴
38 风扇
40 叶片
42 盘
44 促动部件
45 风扇轴
46 动力变速箱
48 机舱
50 风扇壳或机舱
52 出口导向导叶
54 下游区段
56 旁通空气流通道
58 空气
60 入口
62 空气的第一部分
64 空气的第二部分
66 燃烧气体
67 HP压缩机的定子导叶
68 HP涡轮的定子导叶
69 静止结构框架
70 涡轮转子叶片
71 从框架69沿径向向内悬垂的凸缘
72 LP涡轮的定子导叶
74 涡轮转子叶片
76 风扇喷嘴排气区段
78 热气体通路
80 滚柱轴承
81 滚柱轴承80的内环
82 滚柱轴承80的保持器
83 滚柱轴承80的滚柱
84 滚柱轴承80的外环
86 接口壳体
87 接口壳体86的上覆的内表面
88 穿过凸缘71的螺栓
89 固位壳体98的中心轴线
90 滚珠轴承
91 滚珠轴承90的内环
92 滚珠轴承90的保持器
93 滚珠轴承90的滚珠
94 滚珠轴承90的外环
95 滚珠轴承90的外环94的外表面
98 滚珠轴承90的固位壳体
100 滚珠轴承壳体
101 滚珠轴承壳体100的前端
102 滚珠轴承壳体100的后端
1021 后端102的沿径向向外面向的表面
103 滚珠轴承壳体100的开口
104 附接螺栓
105 固位螺母
106 滚珠轴承壳体100的固位凸缘
107 滚珠轴承壳体100的圆柱内表面
108 连接腹板
1080 连接腹板108的径向区段
1081 连接腹板108的第一肘状区段
1082 连接腹板108的第二肘状区段
109粗箭头
110 弹簧夹壳体
111 弹簧夹壳体110的前端
112 弹簧夹壳体110的后端
113 弹簧夹壳体110的环形安装凸缘
114 穿过环形安装凸缘113的安装孔
120 弹簧夹壳体110的夹指
121 夹指120的前端
122 夹指120的后端
123 夹指120的中间部分
130 滚珠轴承壳体100的端部 102中的后部的封闭孔
131 孔130的开口端
132 各个孔130的封闭端
133 限定封闭孔130的圆柱壁部表面
136 定位销
137 定位销136的自由端
138 定位销136的外周外表面
140 限定为沿径向穿过接口壳体86的通孔。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或多个实例在附图中示出。各个实例通过阐释本发明的方式提供，而不限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，可在本发明中制作出改型和变型，而不会脱离其范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例上以产生又一个实施例。因此，期望本发明覆盖归入任何权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。该详细描述使用了数字和字母标号来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标记用于表示本发明的相似或类似的部分，且相同的标号表示附图各处相同的元件。如本文中所使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可互换使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示独立构件的位置或相对重要性。
将理解的是，本文提到的范围和极限包括位于规定极限内的所有子范围，包括极限自身，除非另外规定。例如，从100到200的范围还包括所有可能的子范围，其中的实例为从100到150、170到190、153到162、145.3到149.6以及187到200。此外，达到7的极限还包括达到5、达到3和达到4.5的极限，以及极限内的所有子范围，诸如，从大约0到5，其包括0，且包括5，以及从5.2到7，其包括5.2且包括7。
用语"上游"和"下游"是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，"上游"是指流体流自的方向，且"下游"指示流体流至的方向。如本文中所使用的，流体可为诸如空气的气体，或诸如润滑剂或液体燃料的液体。关于流体流过的装置，假设装置静止或移向流体，则流体从装置前端流向装置后端，除非另外规定或从上下文显而易见。
现在参看附图，图1为燃气涡轮发动机的示意性截面视图，其提供了人们期望找到本公开内容的示例性实施例的典型环境。更具体而言，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为本文称为"涡扇发动机10"的高旁通涡扇喷气发动机10。此发动机通常体现为圆柱形对称。如图1中所示，涡扇发动机10限定轴向方向A(平行于为了参照提供的纵向中心线12延伸)和正交于轴向方向A的径向方向R。如图3中示意性所示，例如，周向方向C围绕轴向方向A回转360°。如在图1中大体上描绘那样，涡扇10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。
绘出的示例性核心涡轮发动机16大体上包括基本管状的外壳18，其限定环形入口20。如图1中示意性所示，外壳18以串流关系包围包括增压器或低压(LP)压缩机22下游后接高压(HP)压缩机24的压缩机区段；燃烧区段26；包括高压(HP)涡轮28下游后接低压(LP)涡轮30的涡轮区段；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接到HP压缩机24上来使它们相对于纵向中心线12同心地一齐旋转。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接到LP压缩机22上来使它们相对于纵向中心线12同心地一齐旋转。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段和喷嘴区段32一起限定核心空气流动通路。
对于图1中所示实施例，风扇区段14包括可变桨距风扇38，其具有以间隔开的方式联接到盘42上的多个风扇叶片40。如图1所示，风扇叶片40从盘42大体上沿径向方向R向外延伸。各个风扇叶片40是通过风扇叶片40关于盘42围绕桨距轴线P可旋转的，风扇叶片40可操作地联接到适合的促动部件44上，促动部件44构造成一起地共同改变风扇叶片40的桨距。风扇叶片40、盘42和促动部件44经由风扇轴45是围绕纵轴线12一齐可旋转的，风扇轴45由穿过动力变速箱46的LP轴36供能。动力变速箱46包括用于将风扇轴45且因此风扇38关于LP轴36的转速调整至更高效的风扇转速的多个齿轮。
仍参看图1的示例性实施例，盘42由空气动力地异型成促进空气流穿过多个风扇叶片40的可旋转的前毂48覆盖。此外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50，其沿周向包绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。将认识到的是，机舱50可构造成由多个沿周向间隔开的出口导向导叶52关于核心涡轮发动机16支承。作为备选，机舱50也可由结构风扇框架的支柱支承。此外，机舱50的下游区段54可在核心涡轮发动机16的外部上延伸，以便限定其间的旁通空气流凹槽56。
在涡扇发动机10的操作期间，一定量空气58穿过机舱50的相关联的入口60和/或风扇区段14进入涡扇10中。当一定量空气58横穿风扇叶片40时，如由箭头62指出的空气58的第一部分被引导或发送到旁通空气流凹槽56中，如由箭头64指出的空气58的第二部分被引导或发送到核心空气流动通路的上游区段，或更具体是进入LP压缩机22的入口20中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比率通常称为涵道比。空气的第二部分64压力然后在其被发送穿过高压(HP)压缩机24且进入压缩区段26中时增大，其中高度加压的空气与燃料混合且焚烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66发送进入且膨胀穿过HP涡轮28，在该处，来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分经由联接到外壳18上的HP涡轮定子导叶68和联接到HP轴或转轴34上的HP涡轮转子叶片70的连续级获得，因此促使HP轴或转轴34旋转，由此支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66然后被发送进入且膨胀穿过LP涡轮30，在该处，热能和动能的第二部分经由联接到外壳18上的LP涡轮定子导叶72和联接到LP轴或转轴36上的LP涡轮转子叶片74的连续级从燃烧气体66获得，因此促使LP轴或转轴36旋转，由此经由动力变速箱46支持LP压缩机22的操作和风扇38的旋转。
燃烧气体66随后发送穿过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32来提供推力。同时，空气的第一部分62的压力在空气的第一部分62从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排放(也提供了推进推力)之前发送穿过旁通空气流凹槽56时大体上增加。HP涡轮28、LP涡轮30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体通路78，以用于将燃烧气体66发送穿过核心涡轮发动机16。
然而，应当认识到的是，图1中所示的示例性涡扇发动机10仅是举例来说的，且在其它示例性实施例中，涡扇发动机10可具有任何其它适合的构造。例如，在其它示例性实施例中，风扇38可以以任何其它适合的方式(例如，作为固定间距风扇)构造，且还可使用任何其它适合的风扇框架构造支承。此外，还应当认识到的是，在其它示例性实施例中，可使用任何其它适合的HP压缩机24和HP涡轮28构造。还应当认识到的是，在其它示例性实施例中，本公开内容的方面可结合到任何其它适合的燃气涡轮发动机中。例如，在其它示例性实施例中，本公开内容的方面例如可并入涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮核心发动机、涡轮喷气发动机等，以及用于其它车辆或静止应用的涡轮发动机。
图2呈现了图1中标为图2的框的虚线轮廓线内的构件的分解示意性截面视图。HP压缩机24的定子导叶67的一端安装到静止结构框架69上，而定子导叶67的相对端在图2中所示的视图中为截头圆锥形，但将保持相对于外壳18固定。凸缘71连接到静止结构框架69上，且沿径向向内悬挂在静止结构框架69上。滚柱轴承80的内环81非可旋转地联接到HP转轴34上。滚柱轴承80包括保持器82、多个滚柱83(仅一个滚柱83在图2中所示的视图中绘出)，以及外环84。如图2中示意性所示，接口壳体86将滚珠轴承80的外环84经由机械紧固件(诸如螺栓88)非可旋转地联接到静止结构框架69的凸缘71上。应当认识到的是，将存在围绕外环84的整个圆周彼此间隔开的多个这样的螺栓82。
常规的滚珠轴承90的内环91非可旋转地联接到HP转轴34。滚珠轴承90还包括保持器92、多个可旋转滚珠93(图2的视图中示出仅一个滚珠93)以及外环94，外环94与内环91的设置相比更远离旋转轴线12沿径向向外设置。
按照本发明的实施例，固位壳体98在图2、3、4和5中大体上由数字98标记。固位壳体98构造和设置成用于维持滚珠轴承90，且在风扇叶片、压缩机叶片或涡轮叶片中的一个或更多个经历其结构完整性的任何损害(例如，变得至少部分地分开或破坏)时，吸收由任何此类叶片的故障引起的负载。例如，如图3中所示，固位壳体98期望包括滚珠轴承壳体100和弹簧夹壳体110。例如，如图3中示意性所示，各壳体100、110为相对于固位壳体98的中心旋转轴线89而同中心地设置的圆柱对称构件。
例如，如图2中示意性所示，固位壳体98非可旋转地联接到静止结构框架69的凸缘71、用于燃气涡轮发动机10的高压转轴34的滚珠轴承90的外环94上。弹簧夹壳体110可相对于外壳18固定，诸如通过机械地螺接或焊接到凸缘71上。在一个示例性实施例中，通过以可以以任何数目的常规方式执行的方式联接到外壳18上来使弹簧夹壳体110静止，其中任何一个方式都适用于示出本公开内容的示例性实施例的目的。例如，如图2中所示，这可通过环形安装凸缘113来实现，环形安装凸缘113从弹簧夹壳体110的后端112大体上径向方向伸长。弹簧夹壳体110和环形安装凸缘113期望形成为整体结构。
如图3中所示，环形安装凸缘113钻有穿过其间的多个沿轴向延伸的安装孔114。这些安装孔114围绕安装凸缘113的整个圆周彼此沿周向间隔开。例如，如图2中所示，穿过固位壳体98的环形安装凸缘113的各个安装孔114均期望构造为收纳相应的安装螺栓88(其中一个在图2的视图中以截面绘出)，通过该螺栓88，安装凸缘113可附接到静止结构框架69的凸缘71上。例如，如图2中所示，环形安装凸缘113将弹簧夹壳体110经由机械紧固件(诸如螺栓88)非可旋转地联接到静止结构框架69的凸缘71上，这允许固位壳体98从发动机10除去来用于替换、维护和/或修理。
例如，如图3和5中示意性所示，滚珠轴承壳体100限定其自身的前端101，前端101沿轴向与其自身的后端102分开而设置。类似地，例如，如图3和5示意性所示，弹簧夹壳体110限定其自身的前端111，前端111沿轴向与其自身的后端112分开而设置。
例如，如图3和5中所示，在滚珠轴承壳体100的前端101与中点之间，限定多个开口103，各开口103沿径向延伸穿过滚珠轴承壳体100。各个此开口103构造成将附接螺栓104收纳在其中，诸如图2中的截面中所示，且附接螺栓104由固位螺母105锁定。例如，如图3中所示，滚珠轴承壳体100包括固位凸缘106，其从滚珠轴承壳体100的后端102朝中心轴线89沿径向向内延伸。例如，如图2中所示，滚珠轴承90的外环94通过保持在滚珠轴承壳体100的固位凸缘106与固位螺母105之间来相对于轴向移动受约束。因此，在发动机10的正常操作状态下，滚珠轴承90的外环94变得相对于HP转轴34相对轴向移动受约束。
如图2和3中示意性所示，滚珠轴承壳体100限定圆柱形内表面107，其设置成与沿轴向方向(A)延伸的中心旋转轴线89等距设置。例如，如图2中所示，固位壳体98的滚珠轴承壳体100的该内表面107期望接触滚珠轴承90的外环94的圆柱形外表面95。例如，如图1和2中示意性所示，径向方向(R)(且因此，直径方向)沿正交于轴向方向(A)且正交于中心旋转轴线89的方向限定。
例如，如图2、3和5中示意性所示，弹簧夹壳体110沿径向与滚珠轴承壳体100分开而设置，且从滚珠轴承壳体100沿径向向外设置，且围绕滚珠轴承壳体100同中心地设置。
例如，如图2、3和5中示意性所示，固位壳体98的各个实施例期望包括设置于固位壳体98的前端处的连接腹板108。连接腹板108在弹簧夹壳体110的前端111与滚珠轴承壳体100的前端101之间跨越。连接腹板108提供固位壳体98的支点，该支点在弹簧夹壳体110的前端111与滚珠轴承壳体100的前端101之间过渡。各个连接腹板108在滚珠轴承壳体100与弹簧夹壳体110之间大体上沿径向方向(R)延伸。期望地，弹簧夹壳体110、连接腹板108以及滚珠轴承壳体100形成为整体结构。
如由径向(R)方向和轴向(A)方向限定的虚拟平面上的图5的横截面部分示意性所示，连接腹板108呈现类似于字母C的形状。例如，如图2和5中示意性所示，连接腹板108包括沿径向方向(R)延伸的径向区段1080。例如，如图5中所示，第一肘状区段1081通过越过存在于径向(R)方向与轴向(A)方向之间的直角的逐渐弯曲将径向区段1080连接到弹簧夹壳体110的前端111。第二肘状区段1082类似地将径向区段1080连接到滚珠轴承壳体100的前端101。连接腹板108用作许可滚珠轴承壳体100的后端102与接口壳体86之间且因此在滚珠轴承壳体100的后端102与弹簧夹壳体110的后端112之间的小的径向位移的弯曲部分。
例如，如图2、4、5和6中示意性所示，接口壳体86包括沿径向穿过接口壳体86限定的多个通孔140。例如，如图4中示意性所示，单个通孔140围绕接口壳体86的整个圆周彼此沿周向方向(C)间隔开，且期望该间距一致，但这不是必要的。例如，在图4中所描绘的实施例中，存在围绕接口壳体86的整个圆周彼此均匀地间隔开的八个通孔140。
例如，如图2、4和5示意性所示，提供多个定位销136，以约束滚珠轴承壳体100的后端102与接口壳体86之间的周向移动，如上所述，接口壳体86非可旋转地联接到例如图1中所示的发动机 10的外壳18。各定位销136的一端设置于通孔140中的相应的一个内，并且，非可旋转地固定于相应的通孔140内。能够通过任何常规的非可旋转的附接手段(包括例如压入配合于其中、拧入于其中、焊接于其中或通过胶粘剂而保持于其中)而将各定位销136的一端非可旋转地固定于相应的通孔140内。因此，各个通孔140构造成将多个定位销136中的一个收纳且保持于其中。各定位销136的相对端从相应的通孔140且朝向固位壳体98的中心轴线89(图4)沿径向伸出。
例如，如图2、4和5中示意性所示，滚珠轴承壳体100的后端102限定多个封闭孔130。例如，如图6中示意性所示，各个封闭孔130沿径向方向(R)延伸，并且，由开口端131限定，开口端131提供许可进入孔130中的入口。各个孔130进一步由封闭端132限定，封闭端132沿径向方向(R)与孔130的开口端131间隔开。各个孔130的封闭端132为“封闭的”，因为，封闭端132防止孔130完全地延伸穿过滚珠轴承壳体100的后端102。因此，各个孔130的封闭端132为使各个孔130的与各个孔130的开口端131相对的端部隔离的固体壁部。沿径向延伸的侧壁133限定封闭孔130的在开口端131与封闭端132之间延伸的部分。由侧壁133限定的封闭孔130的横向横截面形状期望为圆形，但能够是诸如正方形、六边形和八边形等的多边形。
例如，如图2和5中示意性所示，各个孔130的开口端131面向弹簧夹壳体110。相应地，各个孔130的入口设置成比各个孔130的封闭端132的设置更接近于弹簧夹壳体110，且因此，封闭端132面向远离弹簧夹壳体110。多个封闭孔130中的各个如此设置，以便与多个通孔140中的相应的一个对准，通孔140限定为沿径向穿过接口壳体86，以形成多个对准的通孔140和封闭孔130。例如，如图5中示意性所示，这些对准的通孔140和封闭孔130中的各个形成一对孔130、140，穿过孔130、140而收纳多个定位销136中的一个。
例如，如图6中示意性所示，多个定位销136中的相应的一个设置于多个封闭孔130中的相应的一个中，封闭孔130尺寸定制为大于定位销136的尺寸，以提供限定封闭孔130的侧壁133的圆柱表面与限定定位销136的外周外表面138的圆柱表面之间的间隙，以允许定位销136与限定封闭孔130的圆柱壁部表面133之间的相对移动(沿周向C方向和轴向A方向两者)。由于针对在图6中描绘的视图而取横截面，因而封闭孔130的壁部表面133与定位销136的外表面138之间的轴向间隙是在图6中明显地描绘的间隙。然而，这些间隙将完全地环绕定位销136的外周表面138，且因此沿轴向方向(A)和周向方向(C)两者都存在这些间隙。相应地，封闭孔130的直径尺寸定制为以大约千分之20至千分之50英寸大于定位销136的直径。以这种方式，当定位销136的伸出端部的外周表面138与限定封闭孔130的圆柱壁部133接触时，在限制固位壳体98的进一步的轴向偏转和周向偏转之前，固位壳体98许可发生于滚珠轴承壳体100的后端102与从接口壳体86伸出的定位销136的端部之间的沿轴向方向(A)和周向方向(C)的一定量的位移。
此外，例如，如图6中示意性所示，封闭孔130的封闭端132设置得沿径向方向(R)足够地深，以允许定位销136的自由端137与封闭孔130的封闭端132之间的径向间隙。当定位销136的自由端137通过与封闭孔130的封闭端132接触而消除径向间隙时，在限制固位壳体98的进一步的径向偏转之前，该径向间隙允许固位壳体98许可在滚珠轴承壳体100的后端102与定位销136的自由端137之间沿径向方向(R)发生一定量的位移。该径向间隙期望将始终大于轴向间隙或周向间隙，且对于该大小的轴向间隙或周向间隙，相应地将大于千分之20英寸，且因此对于该大小的轴向间隙或周向间隙，还大于千分之50英寸。
例如，如图3和5中示意性所示，弹簧夹壳体110限定多个沿轴向延伸的夹指120。例如，如图3中所示，各个夹指120与围绕弹簧夹壳体110设置的相邻的最近的沿周向邻近的夹指120中的各个沿周向间隔开，周向方向由字母C所指出的箭头示意性指示。例如，如图5中所示，各个夹指120限定前端121和后端122，后端122设置成沿轴向与各个相应的夹指120的前端121间隔开且与该前端121相对。期望地，夹指120的多个前端121和夹指120的后端122与弹簧夹壳体110一起形成整体结构。
例如，如图2和3示意性所示，各个夹指120包括中间部分123，中间部分123在各个相应的夹指120的各个相应的前端121与相应的后端122之间沿轴向延伸。这些中间部分123中的各个比各个相应的夹指120的各个相应的前端121和相应的后端122更窄。各个夹指120经历从各个相应的夹指120的各个相对端到一定程度的渐缩，直到在中间部分123处达到该夹指120的变窄的尺寸。夹指120的各个中间部分123的各个相对的周向侧和顶面及底面能够加工成获得期望的渐缩。中间部分123的相对于前端121和后端122的特定相对尺寸将取决于固位壳体98的尺寸和成分以及设计固位壳体98所针对的预期应力水平。
在典型的情况中，由于夹指120的渐缩而导致夹指120的轴向长度能够相对于常规的夹指的长度而缩短。另外，当与常规的固位壳体相比时，夹指120的渐缩导致固位壳体98的总重的降低。
在正常发动机操作期间，滚珠轴承组件90用于维持HP转轴34的轴向位置，且相关联的滚柱轴承组件80用于提供风扇/转子系统的径向阻尼。例如，如图6的放大视图中示意性所示，径向缓冲器间隙限定于滚珠轴承壳体100的后端102的沿径向向外面向的表面1021与接口壳体86的上覆的内表面87之间，例如，如图2中示意性所示，该内表面87连接到滚柱轴承80的外环84。该径向缓冲器间隙的尺寸控制成吸收HP转轴34的预期的相对小的径向偏差，并且，典型地，将具有在大约千分之5英寸至千分之20英寸的范围内的尺寸。
然而，在无约束的风扇叶片、无约束的压缩机叶片或无约束的涡轮叶片引起的故障模式期间，很高的径向负载闭合图6中所示的实施例中的阻尼器间隙。很高的径向负载产生谐波驱动效果，即，如在图3中由以C指出的箭头示意性指示那样沿周向方向以扭转加载弹簧夹120。滚珠轴承90和其固位壳体98的该扭转负载导致趋于使弹簧夹120扭转的相反的正弦负载分布。然而，如从图4中的视图显而易见的，该扭转沿周向方向(由在图4中以C指出的箭头指示)由于定位销136施加的约束力而变得受阻尼，以防止滚珠轴承壳体100与弹簧夹壳体110之间的较大的周向移动。
本文所述的具有钉至接口壳体86的其滚珠轴承壳体100的固位壳体98具有优于现有技术的若干优点。通过采用不同的尺寸和材料的定位销136以及不同的数量的定位销136和在滚珠轴承90的固位壳体98的滚珠轴承壳体100的后端102的相应的封闭孔130内围绕固位壳体98的圆周的相邻的定位销136之间的不同的周向间距，从而能够考虑固位壳体98的结构的尺寸和材料成分而根据预期的负载来控制阻尼。固位壳体98的所得设计整体结合结构构件，使得它们变得能够经得起扭转卷绕和高径向负载，径向负载在伴随叶片(不论风扇叶片、压缩机叶片或是涡轮叶片)故障的负载的突然增大出现。此外，由于弹簧夹120的独特的锥形且相对短的设计，故固位壳体98所需的轴向和径向空间的量连同固位壳体98的重量的伴随减轻而减小，同时将给固位壳体98提供很高的扭转负载能力。
本书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求的范围内。尽管描述了本发明的特定实施例，但对本领域的技术人员将显而易见的是，可对本发明做出各种改型，而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明的优选实施例的以上描述和实施本发明的最佳模式仅出于示范目的而不出于限制目的来提供。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机的高压转轴的滚珠轴承的外座圈的固位壳体，所述固位壳体包括：
滚珠轴承壳体，其限定与沿轴向方向延伸的旋转轴线等距地设置的圆柱内表面，径向方向沿正交于所述轴向方向的方向限定，所述滚珠轴承壳体限定沿轴向与后端间隔开设置的前端；
弹簧夹壳体，其沿径向与所述滚珠轴承壳体分开，且沿径向从所述滚珠轴承壳体向外而设置，且围绕所述滚珠轴承壳体同中心地设置，所述弹簧夹壳体限定沿轴向与后端间隔开设置的前端，所述弹簧夹壳体的所述前端连接至所述滚珠轴承壳体的所述前端；
所述弹簧夹壳体限定多个沿轴向延伸的夹指，各个夹指均限定前端和设置成沿轴向与各个相应的夹指的所述前端间隔开且相对的后端，各个夹指与各个最近的相邻的夹指沿周向间隔开，多个所述夹指的前端与所述弹簧夹壳体一起形成整体结构，且多个所述夹指的后端与所述弹簧夹壳体一起形成整体结构；以及
所述滚珠轴承壳体的所述后端限定多个封闭孔，各个孔沿所述径向方向延伸且限定开口端。
2.根据权利要求1所述的固位壳体，其特征在于，各个孔限定沿所述径向方向与所述开口端间隔开的封闭端。
3.根据权利要求1所述的固位壳体，其特征在于，各个孔限定沿所述径向方向与各个相应的孔的所述开口端间隔开，且设置成与各个孔的所述开口端的设置相比更远离所述弹簧夹壳体的封闭端。
4.根据权利要求1所述的固位壳体，其特征在于，各个孔的所述开口端限定面向所述弹簧夹壳体的入口。
5.根据权利要求1所述的固位壳体，其特征在于，各个孔限定沿所述径向方向与所述开口端间隔开的封闭端，且其中，各个孔的所述开口端限定设置成与各个孔的所述封闭端的设置相比更接近于所述弹簧夹壳体的入口。
6.根据权利要求1所述的固位壳体，其特征在于，各个夹指包括设置于各个夹指的所述前端与所述后端之间的中间部分，并且，各个夹指的所述中间部分相对于各个夹指的所述前端和所述后端而渐缩。
7.根据权利要求6所述的固位壳体，其特征在于，各个夹指的所述中间部分比各个夹指的所述前端和所述后端更薄。
8.根据权利要求1所述的固位壳体，其特征在于，所述弹簧夹壳体和所述滚珠轴承壳体形成为整体结构。
9.根据权利要求1所述的固位壳体，其特征在于，还包括从所述弹簧夹壳体的所述后端沿径向向外延伸的环形安装凸缘。
10.根据权利要求12所述的固位壳体，其特征在于，所述弹簧夹壳体和所述环形安装凸缘形成为整体结构。
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