CN107061017B - 燃气涡轮发动机的具有形状记忆合金构件的转子支撑系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的转子支撑系统可大体上包括轴承组件和构造成联接在轴承组件与发动机的支撑框架之间的负载降低部件。负载降低部件可包括熔断器部分，其构造成当通过负载降低部件传递的负载超过预定负载界限时失效。该系统还可包括设于轴承组件与支撑框架之间的负载重联部件。负载重联部件可由超弹性形状记忆合金形成，该超弹性形状记忆合金允许当熔断器部分失效时负载重联部件经历可恢复变形而不失效，使得负载重联部件维持轴承组件与支撑框架之间的机械连接。

Description

燃气涡轮发动机的具有形状记忆合金构件的转子支撑系统
技术领域
本主题大体上涉及燃气涡轮发动机，且更具体而言，涉及具有一个或更多个形状记忆合金构件的用于燃气涡轮发动机的转子支撑系统。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括转子组件、压缩机、和涡轮。转子组件包括风扇，风扇具有从转子轴径向向外延伸的风扇叶片的阵列。转子轴将功率和旋转运动从涡轮传递至压缩机和风扇，且利用多个轴承组件来纵向地得到支撑。另外，转子组件具有旋转轴线，该旋转轴线经过转子重心。已知的轴承组件包括滚动元件和成对座圈，其中，滚动元件被支撑在该成对座圈内。为了维持转子临界速度裕度，转子组件通常被支撑在三个轴承组件上，其中的一个是推力轴承组件，且其中的两个是滚柱轴承组件。推力轴承组件支撑转子轴，且使转子轴组件的轴向和径向移动最小化。其余的滚柱轴承组件支撑转子轴的径向移动。
在发动机的操作期间，风扇叶片中的一个的碎片(fragment)可变成与叶片的其余部分分离。因此，显著不平衡的旋转负载可在受损的风扇内形成，且必须基本上由风扇轴轴承、风扇轴承支撑件、以及风扇支撑框架来承载。
为了使潜在地有破坏性的异常的不平衡负载的影响最小化，已知的燃气涡轮发动机包括用于风扇转子支撑系统的支撑构件，支撑构件确定大小成提供额外的强度。然而，当发动机在没有显著的转子不平衡的情况下操作时，提高支撑构件的强度非期望地增加发动机的总体重量，且降低发动机的总体效率。
其他已知的发动机包括轴承支撑件，该轴承支撑件包括使风扇转子与风扇支撑系统分离的机械削弱区段，或一次熔断器(primary fuse)。在此种情况期间，风扇轴寻求与其不平衡的重心接近的新的旋转中心。该熔断器区段与转子间隙容差组合称为负载降低装置(或LRD)。LRD降低风扇支撑系统中的旋转动态负载。然而，在常规的LRD的情况下，当一次熔断器失效时，风扇转子与风扇转子支撑系统永久地分离。结果，燃气涡轮发动机的随后的操作可显著地受到影响。
因此，构造成适应不平衡或增大的负载状态而不导致风扇转子与转子支撑系统的永久分离的改进的转子支撑系统在本技术中将受到欢迎。
发明内容
本发明的各方面和优点将在下列描述中部分地阐述，或可根据描述而是明显的，或可通过本发明的实践而习得。
在一个方面中，本主题针对一种用于燃气涡轮发动机的转子支撑系统，其中发动机包括支撑框架。该系统可大体上包括轴承组件和构造成联接在轴承组件与发动机的支撑框架之间的负载降低部件。负载降低部件可包括熔断器部分，其构造成当通过负载降低部件传递的负载超过预定负载界限时失效。该系统还可包括设于轴承组件与支撑框架之间的负载重联部件(load recoupling member)。负载重联部件可由超弹性形状记忆合金形成，该超弹性形状记忆合金允许当熔断器部分失效时负载重联部件经历可恢复变形而不失效，使得负载重联部件维持轴承组件与支撑框架之间的机械连接。
在另一个方面中，本主题针对一种用于燃气涡轮发动机的转子支撑系统，其中发动机包括支撑框架。系统可大体上包括第一轴承组件和与第一轴承组件轴向地间隔开的第二轴承组件。第一轴承组件可包括第一轴承和从第一轴承沿径向向外延伸的第一外轴承壳。第二轴承组件可包括第二轴承和从第二轴承沿径向向外延伸的第二外轴承壳。该系统还可包括构造成联接在第一轴承组件与燃气涡轮发动机的支撑框架之间的负载降低部件。负载降低部件可包括熔断器部分，其构造成当通过负载降低部件传递的负载超过预定负载界限时失效。另外，第一和第二外轴承壳可由超弹性形状记忆合金形成，该超弹性形状记忆合金允许第一和第二外轴承壳在熔断器失效时经历可恢复变形而不失效。
在又一方面中，本主题针对一种燃气涡轮发动机。发动机可包括转子轴、与转子轴径向地间隔的支撑框架、和构造成相对于支撑框架支撑转子轴的转子支撑系统。转子支撑系统可大体上包括轴承组件和构造成联接在轴承组件与支撑框架之间的负载降低部件。负载降低部件可包括熔断器部分，其构造成当通过负载降低部件传递的负载超过预定负载界限时失效。系统还可包括设于轴承组件与支撑框架之间的负载重联部件。负载重联部件可由超弹性形状记忆合金形成，该超弹性形状记忆合金允许当熔断器部分失效时负载重联部件经历可恢复变形而不失效，使得负载重联部件维持轴承组件与支撑框架之间的机械连接。
实施方案1. 一种用于燃气涡轮发动机的转子支撑系统，所述燃气涡轮发动机包括支撑框架，所述转子支撑系统包括：
轴承组件；
负载降低部件，其构造成联接在所述轴承组件与所述燃气涡轮发动机的所述支撑框架之间，所述负载降低部件包括熔断器部分，其构造成当通过所述负载降低部件传递的负载超过预定负载界限时失效；以及
负载重联部件，其设于所述轴承组件与所述支撑框架之间，所述负载重联部件由超弹性形状记忆合金形成，该超弹性形状记忆合金允许当所述熔断器部分失效时所述负载重联部件经历可恢复变形而不失效，使得所述负载重联部件维持所述轴承组件与所述支撑框架之间的机械连接。
实施方案2. 根据实施方案1所述的转子支撑系统，其特征在于，所述负载重联部件具有在经历变形之前的初始形状，所述负载重联部件构造成当通过所述负载重联部件传递的负载超过第一负载界限时经历所述可恢复变形，且一旦所述负载降到低于第二负载界限则恢复回到所述初始形状，所述第一负载界限高于所述第二负载界限。
实施方案3. 根据实施方案1所述的转子支撑系统，其特征在于，所述负载降低部件包括在所述轴承组件与所述熔断器部分之间纵向地延伸的前方节段、和在所述熔断器部分与所述支撑框架之间纵向地延伸的后方节段。
实施方案4. 根据实施方案3所述的转子支撑系统，其特征在于，所述负载重联部件在前方端部与后方端部之间纵向地延伸，所述前方端部联接于负载降低部件的所述前方节段，且所述后方端部联接于所述负载降低部件的所述后方节段，其中，当所述熔断器部分失效时，所述负载重联部件保持联接在所述负载降低部件的所述前方节段和所述后方节段之间，以维持所述轴承组件与所述支撑框架之间的机械连接。
实施方案5. 根据实施方案4所述的转子支撑系统，其特征在于，所述负载降低部件包括从所述前方节段延伸的前方安装凸缘和从所述后方节段延伸的后方安装凸缘，所述负载重联部件的所述前方端部联接于所述前方安装凸缘且所述负载重联部件的所述后方端部联接于所述后方安装凸缘。
实施方案6. 根据实施方案4所述的转子支撑系统，其特征在于，所述负载重联部件由联接在所述负载降低部件的所述前方节段和所述后方节段之间的多个周向节段形成，所述多个周向节段围绕所述负载降低部件的外周边与彼此周向地间隔开。
实施方案7. 根据实施方案1所述的转子支撑系统，其特征在于，所述负载重联部件在前方端部与后方端部之间纵向地延伸，所述负载重联部件包括在所述前方端部和所述后方端部之间延伸的多个周向地间隔的肋条。
实施方案8. 根据实施方案1所述的转子支撑系统，其特征在于，所述负载重联部件在定位邻近于所述轴承组件的前方端部与定位邻近于所述支撑框架的后方端部之间纵向地延伸，使得所述负载重联部件限定与所述负载降低部件的轴向长度基本上相等的轴向长度。
实施方案9. 根据实施方案8所述的转子支撑系统，其特征在于，所述前方端部直接联接于所述轴承组件且所述后方端部直接联接于所述支撑框架。
实施方案10. 根据实施方案1所述的转子支撑系统，其特征在于，所述轴承组件对应于第一轴承组件，所述第一轴承组件包括第一轴承和从所述第一轴承沿径向向外延伸的第一外轴承壳。
实施方案11. 根据实施方案10所述的转子支撑系统，其特征在于，还包括与所述第一轴承组件轴向地间隔开的第二轴承组件，所述第二轴承组件包括第二轴承和从所述第二轴承沿径向向外延伸的第二外轴承壳。
实施方案12. 根据实施方案11所述的转子支撑系统，其特征在于，所述第一外轴承壳或所述第二外轴承壳中的至少一者由超弹性形状记忆合金形成。
实施方案13. 一种用于燃气涡轮发动机的转子支撑系统，所述燃气涡轮发动机包括支撑框架，所述转子支撑系统包括：
第一轴承组件，其包括第一轴承和从所述第一轴承沿径向向外延伸的第一外轴承壳；
与所述第一轴承组件轴向地间隔开的第二轴承组件，所述第二轴承组件包括第二轴承和从所述第二轴承沿径向向外延伸的第二外轴承壳；以及
负载降低部件，其构造成联接在所述第一轴承组件与所述燃气涡轮发动机的所述支撑框架之间，所述负载降低部件包括熔断器部分，其构造成当通过所述负载降低部件传递的负载超过预定负载界限时失效，
其中，所述第一外轴承壳和所述第二外轴承壳由超弹性形状记忆合金形成，该超弹性形状记忆合金允许所述第一外轴承壳和所述第二外轴承壳在所述熔断器失效时经历可恢复变形而不失效。
实施方案14. 一种燃气涡轮发动机，包括：
转子轴；
支撑框架，其与所述转子轴径向地间隔；以及
转子支撑系统，其构造成相对于所述支撑框架支撑所述转子轴，所述转子支撑系统包括：
轴承组件；
负载降低部件，其构造成联接在所述轴承组件与所述支撑框架之间，所述负载降低部件包括熔断器部分，其构造成当通过所述负载降低部件传递的负载超过预定负载界限时失效；以及
负载重联部件，其设于所述轴承组件与所述支撑框架之间，所述负载重联部件由超弹性形状记忆合金形成，该超弹性形状记忆合金允许当所述熔断器部分失效时所述负载重联部件经历可恢复变形而不失效，使得所述负载重联部件维持所述轴承组件与所述支撑框架之间的机械连接。
实施方案15. 根据实施方案14所述的燃气涡轮，其特征在于，所述负载重联部件具有在经历变形之前的初始形状，所述负载重联部件构造成当通过所述负载重联部件传递的负载超过第一负载界限时经历所述可恢复变形，且一旦所述负载降到低于第二负载界限则恢复回到所述初始形状，所述第一负载界限高于所述第二负载界限。
实施方案16. 根据实施方案14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述负载降低部件包括在所述轴承组件与所述熔断器部分之间纵向地延伸的前方节段、和在所述熔断器部分与所述支撑框架之间纵向地延伸的后方节段。
实施方案17. 根据实施方案16所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述负载重联部件在前方端部与后方端部之间纵向地延伸，所述前方端部联接于负载降低部件的所述前方节段，且所述后方端部联接于所述负载降低部件的所述后方节段，其中，当所述熔断器部分失效时，所述负载重联部件保持联接在所述负载降低部件的所述前方节段和所述后方节段之间，以维持所述轴承组件与所述支撑框架之间的机械连接。
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，所述负载降低部件包括从所述前方节段延伸的前方安装凸缘和从所述后方节段延伸的后方安装凸缘，所述负载重联部件的所述前方端部联接于所述前方安装凸缘且所述负载重联部件的所述后方端部联接于所述后方安装凸缘。
实施方案19. 根据实施方案17所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述负载重联部件由联接在所述负载降低部件的所述前方节段和所述后方节段之间的多个周向节段形成，所述多个周向节段围绕所述负载降低部件的外周边与彼此周向地间隔开。
实施方案20. 根据实施方案14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述负载重联部件在前方端部与后方端部之间纵向地延伸，所述负载重联部件包括在所述前方端部和所述后方端部之间延伸的多个周向地间隔的肋条。
参照下列描述和所附权利要求，本发明的这些和其他特征、方面和优点将更好理解。并入本说明书中并组成其一部分的附图例示了本发明的实施例，并与说明书一起用来解释本发明的原理。
附图说明
本发明的针对本领域技术人员的完整和能够实现的公开，包括其最佳模式，在参照附图作出的说明书中得到阐述，在附图中：
图1例示按照本主题的各方面的可在飞行器内利用的燃气涡轮发动机的一个实施例的截面图；
图2例示按照本主题的各方面的用于相对于发动机的对应的支撑结构来支撑燃气涡轮发动机的转子轴的转子支撑系统的一个实施例的截面图；
图3例示按照本主题的各方面的在图2中示出的转子支撑系统的负载降低部件和负载重联部件的一个实施例的透视图，特别例示了负载重联部件由围绕负载降低部件间隔开的多个周向节段形成；
图4例示出图3中示出的负载降低部件和负载重联部件的部分透视图；
图5例示按照本主题的各方面的用于相对于发动机的对应的支撑结构来支撑燃气涡轮发动机的转子轴的转子支撑系统的另一个实施例的截面图；
图6例示出图5中示出的转子支撑系统的负载重联部件的一个实施例的透视图；以及
图7例示了按照本主题的各方面的提供了适合的超弹性形状记忆合金的示例应力-应变曲线的图表。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或更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，对本领域的技术人员将显而易见的是，可在本发明中制作出各种改型和变型，而不会脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例使用以产生又一个实施例。因此，期望本发明覆盖归入所附权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。
大体上，本主题针对转子支撑系统，该转子支撑系统用于相对于发动机的对应的支撑框架来支撑燃气涡轮发动机的转子轴。具体而言，在若干实施例中，该系统可包括轴承组件和联接在该轴承组件与发动机的支撑框架之间的负载降低部件。负载降低部件可包括熔断器部分，熔断器部分构造成当过量负载通过该部件传递时失效。另外，该系统可包括负载重联部件，其构造成当负载降低部件的熔断器部分失效时维持轴承组件与支撑框架之间的机械连接。例如，按照本主题的各方面，负载重联部件可由超弹性形状记忆合金形成，超弹性形状记忆合金允许负载重联部件在低的或降低的负载状态下提供高支撑刚度，且在高的或增大的负载状态下提供低支撑刚度。具体而言，形状记忆合金的特性可允许负载重联部件在高的负载(例如，足以导致负载降低部件的熔断器部分的失效的负载)下塑性地变形或以其他方式经历可恢复的变形而不失效，从而允许负载重联部件吸收/阻尼增大的负载，同时维持轴承组件与支持框架之间的机械连接。此后，在风车式旋转(windmill)期间，形状记忆合金的特性可允许负载重联部件复得其原始形状，且因此提供在轴承组件与支撑框架之间的期望的量的支撑刚度。
现在参照附图，图1例示按照本主题的各方面的可在飞行器内利用的燃气涡轮发动机10的一个实施例的截面图，其中发动机10示为具有用于参照目的的延伸穿过其的纵向或轴向中心线轴线12。一般来说，发动机10可包括核心燃气涡轮发动机(由参考符号14大体上指示)和定位在其上游的风扇区段16。核心发动机14可大体上包括基本上管状的外壳体18，该外壳体18限定环形入口20。另外，外壳体18还可包围且支撑增压压缩机22，以用于将进入核心发动机14的空气的压力增大至第一压力水平。高压、多级、轴流式压缩机24然后可接收来自增压压缩机22的加压空气且进一步增大此种空气的压力。离开高压压缩机24的加压空气然后可流到燃烧器26，燃料在该燃烧器26内喷射到加压空气流中，其中所得的混合物在燃烧器26内燃烧。高能燃烧产物被从燃烧器26沿发动机10的热气体路径引导至第一(高压)涡轮28，以用于经由第一(高压)驱动轴30驱动高压压缩机24，且然后被引导至第二(低压)涡轮32，以用于经由与第一驱动轴30大体上同轴的第二(低压)驱动轴34驱动增压压缩机22和风扇区段16。在驱动涡轮28和32中的各个之后，燃烧产物可经由排气喷嘴36从核心发动机14排出，以提供推进喷气推力。
另外，如图1中所示，发动机10的风扇区段16可大体上包括可旋转的轴流式风扇转子组件38，风扇转子组件38构造成由环形风扇壳体40包围。本领域技术人员应明白的是，风扇壳体40可构造成通过多个基本上径向地延伸、周向地间隔的出口引导静叶42而相对于核心发动机14得到支撑。另外，轴承支持框架108(图2)可从出口引导静叶42沿径向向内延伸。因此，风扇壳体40可包围风扇转子组件38及其对应的风扇转子叶片44。此外，风扇壳体40的下游区段46可在核心发动机14的外部分上方延伸，以便限定副或旁通空气流导管48，该空气流导管48提供额外的推进喷气推力。
应认识到的是，在若干实施例中，第二(低压)驱动轴34可直接联接于风扇转子组件38，以提供直接驱动构造。备选地，第二驱动轴34可经由减速装置37(例如，减速齿轮或齿轮箱)联接于风扇转子组件38，以提供间接驱动或齿轮传动驱动构造。此种(多个)减速装置还可根据期望或需要而设于发动机内的任何其他适合的轴和/或转轴之间。
在发动机10的操作期间，应认识到的是，初始空气流(由箭头50指示)可穿过风扇壳体40的相关入口52进入发动机10。空气流50然后经过风扇叶片44且分为移动穿过导管48的第一压缩的空气流(由箭头54指示)和进入增压压缩机22的第二压缩的空气流(由箭头56指示)。第二压缩的空气流56的压力然后增大且进入高压压缩机24(如由箭头58指示的)。在与燃料混合且在燃烧器26内燃烧之后，燃烧产物60离开燃烧器26且流过第一涡轮28。之后，燃烧产物60流过第二涡轮32且离开排气喷嘴36，以对发动机10提供推力。
现在参照图2，按照本主题的各方面例示了适用于在燃气涡轮发动机10中使用的转子支撑系统100的一个实施例的截面图，特别地例示了相对于燃气涡轮发动机10的风扇转子组件38安装的转子支撑系统100。如图2中所示，转子组件38可大体上包括转子轴102(例如，图1中示出的轴34)，转子轴102构造成支撑从对应的转子盘(未示出)沿径向向外延伸的转子组件38的风扇叶片44(图1)的阵列。转子轴102可通过转子支撑系统100的一个或更多个轴向地间隔的轴承组件104、106而被支撑在发动机10内，其中各轴承组件104、106构造成相对于燃气涡轮发动机10的结构支撑框架108旋转地支撑转子轴102。例如，如图2中所示，第一轴承组件104可经由转子支撑系统100的负载降低部件110而联接在转子轴102与支撑框架108之间。另外，第二轴承组件106可在第一轴承组件104的轴向后方的部位处联接在转子轴102与支撑框架108之间。在若干实施例中，第一轴承组件104可位于发动机10内的第一号轴承位置，且可对应于滚柱轴承组件，而第二轴承组件106可位于发动机10内的第二号轴承位置，且可对应于风扇推力轴承。
如所例示的实施例中示出的，第一和第二轴承组件104、106可大体上定位在发动机10的限定在转子轴102与支撑框架108之间的环形、密封隔间112内。在若干实施例中，第一轴承组件104可大体上包括轴承114和从轴承114沿径向向外延伸的外轴承壳116。如图所示，轴承114可包括内座圈118、从内座圈118沿径向向外定位的外座圈120、和配置在内和外座圈118、120之间的多个滚动元件122(仅示出其中的一个)。滚动元件122可大体上对应于任何适合的轴承元件，诸如滚珠或滚柱。在例示的实施例中，轴承114的外座圈120与外轴承壳116一体地形成。然而，在其他实施例中，外座圈120可对应于与外轴承壳116分开的构件(例如，如图5中所示)。在此种实施例中，轴承114的外座圈120可构造成与外轴承壳116的径向内端对接和/者联接于外轴承壳116的径向内端。
另外，如图2中所示，外轴承壳116可构造成联接于所公开的系统100的负载降低部件110，使得负载降低部件110在第一轴承组件104与支撑框架108之间纵向地延伸。具体而言，在若干实施例中，负载降低部件110可在第一端部124与第二端部126之间纵向地延伸，其中第一端部124联接于外轴承壳116且第二端部126联接于支撑框架108。应认识到的是，在例示的实施例中，第一轴承组件104的外轴承壳116和负载降低部件110示为分开地联接于彼此(例如，经由螺栓128或其他适合的紧固件)的分开的构件。然而，在其他实施例中，外轴承壳116和负载降低部件110可与彼此一体地形成。
一般来说，负载降低部件110可构造成作用为用于所公开系统100的负载降低装置(LRD)。具体而言，负载降低部件110可包括定位在其第一和第二端部124、126之间的熔断器部分130，熔断器部分130构造成在通过部件110应用过量负载后失效。例如，如图2中所示，熔断器部分130与负载降低部件100的端部124、126间隔开，使得部件包括在第一端部124与熔断器部分130之间纵向地延伸的前方节段132和在熔断器部分130与第二端部126之间纵向地延伸的后方节段134。因此，当通过负载降低部件110应用过量的负载时，熔断器部分130可在前方和后方节段132、134之间失效。例如，在燃气涡轮发动机10的操作期间，发动机10内的不平衡可导致显著高的径向力被应用通过发动机10的风扇区段16，且到支撑转子组件38的轴承组件104、106中。如果径向力超过给定的负载界限，则负载降低部件110的熔断器部分130可失效，从而切断设在负载降低部件110的前方和后方节段132、134之间的直接联接。通常，对于常规的LRD类型装置，负载降低部件100内的此种失效将导致第一轴承组件104从支撑框架108完全地分离。然而，如在上面指示的，所公开的系统100可包括负载重联部件，以用于当负载降低部件110的熔断器部分130失效时维持第一轴承组件104与支撑框架108之间的连接。
具体而言，在若干实施例中，系统100可包括负载重联部件136，负载重联部件136设在第一轴承组件104与支撑框架108之间以在负载降低部件110的失效后防止此种构件的分离。如图2中示出的，在一个实施例中，负载重联部件136可沿熔断器部分130的相反侧联接于负载降低部件110。例如，负载重联部件136可在前方端部138与后方端部140之间纵向地延伸，其中前方端部138联接于负载降低部件110的前方节段132且后方端部110联接于负载降低部件110的后方节段134。因此，当熔断器部分130失效时，负载重联部件136可提供负载降低部件110的前方和后方节段132、134之间的连接，从而维持第一轴承组件104与支撑框架108之间的机械连接。
如在上面指示的，负载重联部件130在若干实施例中可由超弹性形状记忆合金形成，以允许负载重联部件136在高负载事件期间塑形变形，且然后在正常负载事件期间复得其原始形状。具体而言，形状记忆合金可允许负载重联部件136当在支撑框架108与转子轴102之间传递的负载超过预定负载界限时经历大的可恢复变形，而不失效，负载降低部件110的熔断器部分130构造成在该预定负载界限下失效(例如，在风扇叶片爆射(FBO)事件期间)。此种变形可允许在高负载事件期间在支撑框架108与第一轴承组件104之间提供降低的支撑刚度，从而允许通过系统100吸收或阻尼增大的负载，而不需要支撑框架108从第一轴承组件104完全地分离。然而，当经历在正常操作状态和风车式旋转状态期间发生的降低的系统负载时，形成负载重联部件136的形状记忆合金可构造成呈现高刚度，从而允许负载重联部件136在支撑框架108与第一轴承组件104之间提供提高的支撑刚度。例如，在FBO事件(在其期间负载降低部件110的熔断器部分130失效且负载重联部件136塑性变形以吸收/阻尼为在支撑框架108与第一轴承组件104之间传递的负载的FBO负载)之后，负载重联部件136可恢复所有的应变，且回到其原始的高刚度状况，以在风车式旋转期间提供提高的支撑刚度。
一般来说，负载重联部件136可由允许负载重联部件136如在本文中描述的那样起作用的任何适合的形状记忆合金形成。然而，在特定实施例中，负载重联部件136可由超弹性、基于金属的形状记忆合金形成。例如，适合的超弹性、基于金属的形状记忆合金可包括但不限于：镍-钛(NiTi)合金、基于NiTi的合金(例如，镍-钛-铪(NiTiHf)合金、镍-钛-钒(NiTiVd)合金、镍-钛-钯(NiTiPd)合金、镍-钛-铜(NiTiCu)、镍-钛-铌(NiTiNb)合金)、镍-铝-铜(Ni-Al-Cu)合金和其他非基于镍的合金，诸如钛-铌(Ti-Nb)合金、铜-锌-铝(CuZnAl)合金、和铜-铝-铍(CuAlBe)合金。
应认识到的是，在若干实施例中，按照本主题的各方面利用的形状记忆合金可被选择为使得当通过部件136传递的负载超过第一负载界限时,负载重联部件136经历可恢复的变形，且之后一旦负载降到低于第二较低的负载界限则恢复回到其初始形状。例如，图7提供示例应力-应变曲线，该曲线例示合适的超弹性形状记忆合金的材料特性。如图所示，在第一负载界限(由图7中的点A和B限定)下，形状记忆合金可经历大的应变(例如，对于NiTi，通常在2%到4%的范围内)，从而允许形状记忆合金变形且提供降低的刚度。鉴于此，图7中的点A表示从奥氏体到马氏体的固-固相转变的开始，且图7中的点B表示该固-固相转变的结束。另外，一旦负载降到低于第二负载界限(由图7中的点C和D限定)，则形状记忆合金可恢复所有的应变，从而允许形状记忆合金回到其初始形状且提供提高的刚度。鉴于此，图7中的点C表示从马氏体到奥氏体的反向相转变的开始，且点D表示该反向相转变的结束。应认识到的是，本文中使用的形状记忆合金的材料特性可被选择为使得取决于系统100的期望性能，第一负载界限(由图7中的点A和B限定)小于、等于或大于预定负载界限，熔断器部分130构造成在该预定负载界限下失效。
回头参照图2，负载重联部件136还可限定或包括适合的特征，以在高负载事件期间增强负载重联部件136的弹性和/或可变形性，并且/或者在正常或降低的负载状态期间提高负载重联部件136的支撑刚度。例如，如图2中示出的，负载重联部件136可在其前方和后方端部132、134之间限定减小厚度的区域142。此外，如将在下面参照图3和4描述的，负载重联部件136还可限定笼状构造，该笼状构造包括在其前方和后方端部132、134之间延伸的周向地间隔的肋条144。
应认识到的是，在负载重联部件136沿熔断器部分130的任一侧联接于负载降低部件110的实施例中，负载重联部件136可大体上构造成使用任何适合的附接器件和/或方法联接于负载降低部件110。例如，如在所例示的实施例中示出的，负载降低部件110的前方节段132可包括相对于前方节段132的其余部分沿径向向外延伸的前方安装凸缘146，且负载降低部件110的后方节段134可包括相对于后方节段134的其余部分沿径向向外延伸的后方安装凸缘148。在此种实施例中，负载重联部件136的前方和后方端部138、140可构造成分别联接于负载降低部件110的前方和后方安装凸缘146、148。例如，负载重联部件136的端部138、140可使用一个或更多个适合的机械紧固件、经由焊接并且/或者使用任何其他适合的附接器件和/或方法联接于相应的安装凸缘146、148。
还应认识到的是，负载降低部件110的熔断器部分130可大体上具有当通过负载降低部件110传递的负载超过预定负载界限时允许熔断器部分130失效的任何适合的构造。例如，如在所例示的实施例中示出的，熔断器部分130由限定在负载降低部件110的前方和后方节段132、134之间的减小厚度的区域形成。然而，在其他实施例中，熔断器部分130可具有任何其他适合的构造，诸如通过使用居间结构或适合的接头(例如，前方和后方节段132、134之间的螺接接头，包括构造成在预定负载界限下剪断或以其他方式失效的螺栓或其他紧固件)在前方和后方节段132、134之间形成可熔断链接。
另外，如图2中示出的，所公开的转子支撑系统100的第二轴承组件106可包括轴承150、在轴承150与支撑框架108之间径向地延伸的外轴承壳152、和在轴承150与转子轴102之间径向地延伸的内轴承支撑件154。如图2中所示，轴承150可大体上包括内座圈156、从内座圈156沿径向向外定位的外座圈158、和配置在内和外座圈156、158之间的多个滚动元件160(仅示出其中的一个)。滚动元件160可大体上对应于任何适合的轴承元件，诸如滚珠或滚柱。
如图2所示，外轴承壳152可大体上在内壳端部162与外壳端部164之间径向地延伸，其中内壳端部162定位邻近于轴承150，且外壳端部164定位邻近于支撑框架108。内壳端部162可大体上构造成与轴承150的外座圈158对接和/或联接于轴承150的外座圈158。另外，外壳端部164可限定安装凸缘或其他适合的特征，以用于将外壳端部164联接于支撑框架108(例如，经由螺栓166或其他适合的紧固件)。例如，如图2中所示，普通的螺栓166可用于将外轴承壳152的外壳端部164和负载降低部件110的第二端部126二者联接于支撑框架108。备选地，外轴承壳152和负载降低部件110可在分开的部位处并且/或者使用分开的紧固件来联接于支撑框架108。
此外，如图2所示，内轴承壳154可大体上在外支撑件端部170与内支撑件端部172之间径向地延伸，其中外支撑件端部170定位邻近于轴承150，且内支撑件端部172定位邻近于转子框架。例如，外支撑件端部170可大体上构造成与轴承150的内座圈156对接并且/或者联接于轴承150的内座圈156。另外，内轴承支撑件154的内支撑件端部172可构造成可旋转地联接于转子轴102(例如，经由联接在内轴承支撑件154与转子轴102之间的安装座圈174)。
应认识到的是，类似于负载重联部件136，轴承组件104、106的外轴承壳116、152中的一个或两者也可由超弹性形状记忆合金形成。例如，在若干实施例中，各外轴承壳116、152可由适合的超弹性形状记忆合金形成，以允许外轴承壳116、152在高负载事件期间经历大的可恢复变形，但在正常或降低的负载状态期间维持用于其相应的轴承组件104、106的足够的支撑刚度。因此，在FBO事件或其他极端负载事件期间，外轴承壳116、152的形状记忆合金可变形，以在系统100内提供额外的负载阻尼。另外，外轴承壳116、152中的一个或两者还可限定或包括适合的特征，以在高负载事件期间增强(多个)壳116、152的弹性和/或可变形性。例如，如图2中示出的，第二轴承组件106的外轴承壳152可在其内和外壳端部162、164之间限定减小厚度的区域168。
现在参照图3和4，按照本主题的各方面例示了在上面描述的用于负载重联部件136的结构构造和安装构造的一个实施例。具体而言，图3例示出负载重联部件136安装在其上的图2中示出的负载降低部件110的透视图。另外，图4例示出图3中示出的负载降低部件110和负载重联部件136的一部分的特写图。
如图3和4中所示的，在一个实施例中，负载重联部件136可具有分笼(split-cage)构造。具体而言，如图3中所示，负载重联部件136可由围绕负载降低部件110的外周边与彼此间隔开多个周向笼节段136A形成。在此种实施例中，各周向节段136A可由超弹性形状记忆合金形成，且可大体上在前方端部138与后方端部140之间纵向地形成，其中，前方端部138构造成联接于负载降低部件110的前方安装凸缘146且后方端部140构造成联接于负载降低部件110的后安装凸缘148。应认识到的是，设于各对相邻的周向笼节段136A之间的具体周向间隔可大体上取决于安装在负载降低部件110上的节段136A的数量以及各节段136A的周向长度。然而，在一个实施例中，周向笼节段136A可构造成围绕负载降低部件110的外周边相等地间隔开。还应认识到的是，节段136A的具体数量和/或节段136A的几何形状可被选择为允许负载重联部件136在第一轴承组件104与支撑框架106之间提供期望的支撑刚度。
另外，如图4中特别示出的，各周向笼节段136A可包括在其前方和后方端部138、140之间纵向地延伸的多个周向地间隔的肋条144。例如，在例示的实施例中，各笼节段136A包括沿节段136A的周向长度间隔开的四个肋条144。然而，在其他实施例中，各笼节段136A可包括任何其他适合数量的肋条144，诸如通过包括小于四个肋条或大于四个肋条。此外，在一个实施例中，各肋条144可构造成限定负载重联部件136的减小厚度的区域142的至少一部分(例如，如在上面参照图2描述的)。
应认识到的是，在其他实施例中，负载重联部件136可具有任何其他适合的构造。例如，与分笼构造相反，负载重联部件136可具有围绕负载降低部件110的外周边形成360度环的环-笼构造，诸如通过围绕负载降低部件110联接两个或更多个周向笼节段，使得笼节段周向地抵接以围绕负载降低部件110的整个外周边形成环形笼结构。
现在参照图5，按照本主题的各方面例示了适合用于在燃气涡轮发动机10内使用的转子支撑系统200的另一个实施例的截面图，特别例示了相对于燃气涡轮发动机10的风扇转子组件38安装的转子支撑系统200。一般来说，转子支撑系统200可与在上面参照图2描述的系统100相同或类似地构造。例如，系统200可包括第一轴承组件204和第二轴承组件206，其中第一轴承组件204经由负载降低部件210联接在转子轴102与支撑框架108之间，且第二轴承组件206在第一轴承组件204轴向后方的部位处联接在转子轴102与支撑框架108之间。
类似于在上面描述的系统100，第一轴承组件204可包括轴承214和从轴承214沿径向向外延伸的外轴承壳216，其中轴承214包括内座圈218、从内座圈218沿径向向外定位的外座圈220、和配置在内和外座圈218、220之间的多个滚动元件222(仅示出其中的一个)。如图5中所示，不同于图2中示出的第一轴承组件104，轴承214的外座圈220对应于构造成与第一轴承组件204的外轴承壳216对接并且/或者联接于第一轴承组件204的外轴承壳216的分开的构件。另外，第二轴承组件206可大体上包括轴承250、在轴承150与支撑框架108之间径向地延伸的外轴承壳252、和在轴承150与转子轴102之间径向地延伸的内轴承支撑件254。如图5中所示，轴承250可大体上包括内座圈256、从内座圈256沿径向向外定位的外座圈258、和配置在内和外座圈256、258之间的多个滚动元件260(仅示出其中的一个)。
此外，负载降低部件210可大体上在第一端部224与第二端部226之间纵向地延伸，其中第一端部224联接于第一轴承组件204的外轴承壳216且第二端部226联接于支撑框架208。类似于在上面描述的系统100，负载降低部件210可大体上构造成作用为用于所公开系统200的负载降低装置(LRD)。具体而言，负载降低部件210可包括定位在其第一和第二端部224、226之间的熔断器部分230，熔断器部分230构造成在通过部件210应用过量负载后失效。例如，如图5中所示，熔断器部分230与负载降低部件210的端部224、226间隔开，使得部件210包括在第一端部224与熔断器部分230之间纵向地延伸的前方节段232和在熔断器部分230与第二端部226之间纵向地延伸的后方节段234。因此，当通过负载降低部件210应用过量的负载时，熔断器部分230可在前方和后方节段232、234之间失效。
仍参照图5，系统200还可包括设于第一轴承组件204与支撑框架108之间的负载重联部件236，以便当负载降低部件210的熔断器部分230失效时维持第一轴承组件204与支撑框架108之间的机械连接。然而，不同于在上面描述的负载重联部件136，负载重联部件236可构造成直接联接在第一轴承组件204与支撑框架108之间。例如，如在图5中示出的，负载降低部件236可在前方端部238与后方端部240之间纵向地延伸，其中前方端部238直接联接于第一轴承组件204的外轴承壳216且后方端部240直接联接于支撑框架108。因此，当负载降低部件210的熔断器部分230失效时，负载重联部件236可维持第一轴承组件204与支撑框架108之间的机械连接。
如图5中所示，在负载降低部件210和负载重联部件236二者构造成直接联接在第一轴承组件204与支撑框架108之间的实施例中，部件210、236可限定类似的轴向长度。例如，在一个实施例中，负载重联部件236的轴向长度280可基本上等于负载降低部件210的轴向长度282。如在本文中使用的，当负载重联部件236的轴向长度280等于负载降低部件210的轴向长度282加或减小于20%(诸如加或减小于15%或者加或减小于10%或者加或减小于5%)时，部件236、210的轴向长度280、282基本上等于彼此。
应认识到的是，类似于在上面参照图2描述的负载重联部件136，负载重联部件236可由超弹性形状记忆合金(诸如超弹性、基于金属的形状记忆合金)形成。因此，负载重联部件236可在高负载事件期间塑性变形且然后在正常或降低的负载情况期间复得其原始形状。例如，形状记忆合金可允许负载重联部件236当在支撑框架108与转子轴102之间传递的负载超过预定负载界限时经历大的可恢复变形，而不失效，负载降低部件210的熔断器部分230构造成在该预定负载界限下失效(例如，在风扇叶片爆射(FBO)事件期间)，从而在高负载事件期间在支撑框架108与第一轴承组件204之间提供降低的支撑刚度。然而，在正常操作状态和风车式旋转状态期间，负载重联部件236可构造成提供高支撑刚度。
现在参照图6，按照本主题的各方面例示了在上面参照图5描述的用于负载重联部件236的结构构造的一个实施例的透视图。如图所示，负载重联部件236可具有形成被设计成在第一轴承组件204与支撑框架108之间纵向地延伸的完整的360度环的环-笼构造。例如，两个或更多个周向笼节段可安装在第一轴承组件204与支撑框架108之间，使得(多个)节段在周向方向上抵接彼此，从而形成环形笼结构。另外，在给定其笼状构造的情况下，负载重联部件236可包括在其前方和后方端部238、240之间纵向地延伸的多个周向地间隔的肋条244。如图6所示，肋条244大体上围绕负载重联部件236的周围相等地间隔开。然而，在其他实施例中，肋条244的周向间隔可围绕负载重联部件236变化。
应认识到的是，在备选实施例中，负载重联部件236可具有任何其他适合的构造。例如，与环-笼构造相反，负载重联部件236可具有由在第一轴承组件204与支撑框架108之间纵向地延伸的两个或更多个周向地间隔的笼节段形成的分笼构造。
本书面描述使用实例来公开本发明(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。

Claims (20)

1.一种用于燃气涡轮发动机的转子支撑系统，所述转子支撑系统包括：
支撑框架；
第一轴承组件，其包括第一轴承和从所述第一轴承沿径向向外延伸的第一外轴承壳；
与所述第一轴承组件轴向地间隔开的第二轴承组件，所述第二轴承组件包括第二轴承和从所述第二轴承沿径向向外延伸的第二外轴承壳；
负载降低部件，其构造成联接在所述第一轴承组件的第一外轴承壳与所述支撑框架之间，其中，所述第二轴承组件的第二外轴承壳直接附连至所述支撑框架而所述第一轴承组件的第一外轴承壳经由所述负载降低部件联结至所述支撑框架，所述负载降低部件包括熔断器部分，其构造成当通过所述负载降低部件传递的负载超过预定负载界限时失效；以及
负载重联部件，其设于所述第一轴承组件与所述支撑框架之间，所述负载重联部件由超弹性形状记忆合金形成，该超弹性形状记忆合金允许当所述熔断器部分失效时所述负载重联部件经历可恢复变形而不失效，使得所述负载重联部件维持所述第一轴承组件与所述支撑框架之间的机械连接。
2.根据权利要求1所述的转子支撑系统，其特征在于，所述负载重联部件具有在经历变形之前的初始形状，所述负载重联部件构造成当通过所述负载重联部件传递的负载超过第一负载界限时经历所述可恢复变形，且一旦所述负载降到低于第二负载界限则恢复回到所述初始形状，所述第一负载界限高于所述第二负载界限。
3.根据权利要求1所述的转子支撑系统，其特征在于，所述负载降低部件包括在所述轴承组件与所述熔断器部分之间纵向地延伸的前方节段、和在所述熔断器部分与所述支撑框架之间纵向地延伸的后方节段。
4.根据权利要求3所述的转子支撑系统，其特征在于，所述负载重联部件在前方端部与后方端部之间纵向地延伸，所述前方端部联接于负载降低部件的所述前方节段，且所述后方端部联接于所述负载降低部件的所述后方节段，其中，当所述熔断器部分失效时，所述负载重联部件保持联接在所述负载降低部件的所述前方节段和所述后方节段之间，以维持所述轴承组件与所述支撑框架之间的机械连接。
5.根据权利要求4所述的转子支撑系统，其特征在于，所述负载降低部件包括从所述前方节段延伸的前方安装凸缘和从所述后方节段延伸的后方安装凸缘，所述负载重联部件的所述前方端部联接于所述前方安装凸缘且所述负载重联部件的所述后方端部联接于所述后方安装凸缘。
6.根据权利要求4所述的转子支撑系统，其特征在于，所述负载重联部件由联接在所述负载降低部件的所述前方节段和所述后方节段之间的多个周向节段形成，所述多个周向节段围绕所述负载降低部件的外周边与彼此周向地间隔开。
7.根据权利要求1所述的转子支撑系统，其特征在于，所述负载重联部件在前方端部与后方端部之间纵向地延伸，所述负载重联部件包括在所述前方端部和所述后方端部之间延伸的多个周向地间隔的肋条。
8.根据权利要求1所述的转子支撑系统，其特征在于，所述负载重联部件在定位邻近于所述轴承组件的前方端部与定位邻近于所述支撑框架的后方端部之间纵向地延伸，使得所述负载重联部件限定与所述负载降低部件的轴向长度基本上相等的轴向长度。
9.根据权利要求8所述的转子支撑系统，其特征在于，所述前方端部直接联接于所述轴承组件且所述后方端部直接联接于所述支撑框架。
10.根据权利要求1所述的转子支撑系统，其特征在于，所述轴承组件对应于第一轴承组件，所述第一轴承组件包括第一轴承和从所述第一轴承沿径向向外延伸的第一外轴承壳。
11.根据权利要求10所述的转子支撑系统，其特征在于，还包括与所述第一轴承组件轴向地间隔开的第二轴承组件，所述第二轴承组件包括第二轴承和从所述第二轴承沿径向向外延伸的第二外轴承壳。
12.根据权利要求11所述的转子支撑系统，其特征在于，所述第一外轴承壳或所述第二外轴承壳中的至少一者由超弹性形状记忆合金形成。
13.一种用于燃气涡轮发动机的转子支撑系统，所述燃气涡轮发动机包括支撑框架，所述转子支撑系统包括：
第一轴承组件，其包括第一轴承和从所述第一轴承沿径向向外延伸的第一外轴承壳；
与所述第一轴承组件轴向地间隔开的第二轴承组件，所述第二轴承组件包括第二轴承和从所述第二轴承沿径向向外延伸的第二外轴承壳；以及
负载降低部件，其构造成联接在所述第一轴承组件与所述燃气涡轮发动机的所述支撑框架之间，所述负载降低部件包括熔断器部分，其构造成当通过所述负载降低部件传递的负载超过预定负载界限时失效，
其中，所述第一外轴承壳和所述第二外轴承壳由超弹性形状记忆合金形成，该超弹性形状记忆合金允许所述第一外轴承壳和所述第二外轴承壳在所述熔断器部分失效时经历可恢复变形而不失效。
14.一种燃气涡轮发动机，包括：
转子轴；
支撑框架，其与所述转子轴径向地间隔；以及
转子支撑系统，其构造成相对于所述支撑框架支撑所述转子轴，所述转子支撑系统根据权利要求1-13中任一项所述来构造。
15.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述负载重联部件具有在经历变形之前的初始形状，所述负载重联部件构造成当通过所述负载重联部件传递的负载超过第一负载界限时经历所述可恢复变形，且一旦所述负载降到低于第二负载界限则恢复回到所述初始形状，所述第一负载界限高于所述第二负载界限。
16.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述负载降低部件包括在所述轴承组件与所述熔断器部分之间纵向地延伸的前方节段、和在所述熔断器部分与所述支撑框架之间纵向地延伸的后方节段。
17.根据权利要求16所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述负载重联部件在前方端部与后方端部之间纵向地延伸，所述前方端部联接于负载降低部件的所述前方节段，且所述后方端部联接于所述负载降低部件的所述后方节段，其中，当所述熔断器部分失效时，所述负载重联部件保持联接在所述负载降低部件的所述前方节段和所述后方节段之间，以维持所述轴承组件与所述支撑框架之间的机械连接。
18.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述负载降低部件包括从所述前方节段延伸的前方安装凸缘和从所述后方节段延伸的后方安装凸缘，所述负载重联部件的所述前方端部联接于所述前方安装凸缘且所述负载重联部件的所述后方端部联接于所述后方安装凸缘。
19.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述负载重联部件由联接在所述负载降低部件的所述前方节段和所述后方节段之间的多个周向节段形成，所述多个周向节段围绕所述负载降低部件的外周边与彼此周向地间隔开。
20.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述负载重联部件在前方端部与后方端部之间纵向地延伸，所述负载重联部件包括在所述前方端部和所述后方端部之间延伸的多个周向地间隔的肋条。
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