CN107304787A - 推力轴承 - Google Patents

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Abstract

提供一种轴承(100)，它包括轴承垫(104)和壳体(102)。轴承垫(104)具有用于支承沿着轴承(100)的轴向方向(A2)的振动的推力面(108)。另外，壳体(102)使用添加制造式工艺一体地形成，并且附连到轴承垫(104)上或者与轴承垫(104)一体地形成。壳体(102)限定用于对轴承垫(104)的推力面(108)提供加压工作气体流的工作气体输送系统(116)和流体阻尼器腔体(126)。流体阻尼器腔体(126)对由轴承垫(104)的推力面(108)沿着轴向方向(2)支承的轴向振动提供减振。

Description

推力轴承
技术领域
本主题大体涉及空气轴承，或者更具体地，涉及可在燃气涡轮发动机中使用的推力空气轴承。
背景技术
燃气涡轮发动机大体包括布置成彼此处于流连通的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心大体包括成连续流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在运行中，空气从风扇提供给压缩机区段的入口，在那里一个或多个轴向压缩机逐步压缩空气，直到空气到达燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩空气混合且燃烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段发送到涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，然后通过排气区段发送到例如大气。
传统燃气涡轮发动机包括转子组件，其具有轴、压缩机叶轮、涡轮、联接件、密封包，以及在给定运行条件下实现最佳运行所需的其它元件。这些转子组件具有质量，由于重力的原因，质量会产生恒定静态力，而且还由于例如转子组件在运行期间的失衡、加速等而产生动态力。除了径向轴力，旋转组件还会经历轴向力，轴向力是由例如涡轮机级之间的内部压力和燃气涡轮发动机的推力所产生的。这样的燃气涡轮发动机包括径向轴承和推力轴承，以经受住和支承这些力，同时容许转子组件旋转。
至少一些已知的旋转机使用气体轴承，其中期望有非油润滑式轴承。但是，发明人已经注意到，一些气体轴承需要大量组装好的构件，以提供满足动态加载要求所需的功能性。这种大量构件会使得气体轴承的复杂性高、成本高、重量重，从而限制潜在应用，尤其是在减轻重量极为重要的航空燃气涡轮发动机中的应用。此外，大量构件会减小气体轴承的大小，而不提供额外的功能性，从而阻止气体轴承在燃气涡轮发动机(诸如飞机发动机)中的空间有限的位置内使用。
因此，由较少构件形成的气体轴承将是有用的。更具体地，能够有效地应付运行期间的静态力和动态力，同时减小大小和重量的气体轴承将是特别有益的。
发明内容
将在以下描述中部分地阐述本发明的各方面和优点，或者根据该描述，本发明的各方面和优点可为明显的，或者可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。
在本公开的一个示例性实施例中，提供一种限定轴向方向的轴承。轴承包括轴承垫，轴承垫具有用于支承沿着轴承的轴向方向的振动的推力面。轴承还包括壳体，壳体附连到轴承垫上或者与轴承垫一体地形成，并且限定工作气体输送系统，以对轴承垫的推力面提供加压工作气体流。壳体还限定流体阻尼器腔体，以对由轴承垫的推力面沿着轴向方向支承的轴向振动提供减振。
在本公开的另一个示例性实施例中，提供一种用于燃气涡轮发动机的轴承。轴承限定轴向方向，并且包括轴承垫，轴承垫具有用于支承沿着轴承的轴向方向的振动的推力面。轴承还包括壳体，壳体附连到轴承垫上或者与轴承垫一体地形成。壳体限定工作气体输送系统，以对轴承垫的推力面提供加压工作气体流。壳体还限定流体阻尼器腔体，以对由轴承垫的推力面沿着轴向方向支承的轴向振动提供减振。流体阻尼器腔体包括第一控制容积和第二控制容积。壳体另外包括第一半刚性壁和第二半刚性壁，第一半刚性壁至少部分地限定第一控制容积，并且第二半刚性壁至少部分地限定第二控制容积。
技术方案1. 一种限定轴向方向的轴承，包括：
轴承垫，其具有用于支承沿着所述轴承的轴向方向的振动的推力面；以及
壳体，其附连到所述轴承垫上或者与所述轴承垫一体地形成，并且限定：
工作气体输送系统，其用于对所述轴承垫的推力面提供加压工作气体流；以及
流体阻尼器腔体，其用于对由所述轴承垫的推力面沿着所述轴向方向支承的轴向振动提供减振。
技术方案2. 根据技术方案1所述的轴承，其特征在于，由所述壳体限定的流体阻尼器腔体包括第一控制容积、第二控制容积和阻尼器间隙，以及其中，所述第一控制容积通过所述阻尼器间隙与所述第二控制容积处于限制性流连通。
技术方案3. 根据技术方案2所述的轴承，其特征在于，所述壳体包括第一半刚性壁和第二半刚性壁，其中，所述第一控制容积至少部分地由所述第一半刚性壁限定，以及其中，所述第二控制容积至少部分地由所述第二半刚性壁限定。
技术方案4. 根据技术方案1所述的轴承，其特征在于，由所述壳体限定的流体阻尼器腔体是密封腔体。
技术方案5. 根据技术方案1所述的轴承，其特征在于，由所述壳体限定的工作气体输送系统包括用于接收加压气体流的入口气体端口和工作气体输送腔室。
技术方案6. 根据技术方案5所述的轴承，其特征在于，所述壳体包括半刚性壁，以及其中，所述工作气体输送腔室至少部分地由所述半刚性壁限定。
技术方案7. 根据技术方案6所述的轴承，其特征在于，所述半刚性壁附连到所述轴承垫上或者与所述轴承垫一体地形成，以支承所述轴承垫。
技术方案8. 根据技术方案6所述的轴承，其特征在于，所述工作气体输送腔室与所述流体阻尼器腔体的至少一部分同心。
技术方案9. 根据技术方案1所述的轴承，其特征在于，所述壳体包括附连到所述轴承垫上或者与所述轴承垫一体地形成的柱，以及其中，所述流体阻尼器腔体的至少一部分围绕所述柱基本延伸360度。
技术方案10. 根据技术方案1所述的轴承，其特征在于，由所述壳体限定的工作气体输送系统包括工作气体输送腔室，其中，所述壳体包括附连到所述轴承垫上或者与所述轴承垫一体地形成的柱，以及其中，所述工作气体输送腔室的至少一部分围绕所述柱基本延伸360度。
技术方案11. 一种用于燃气涡轮发动机的轴承，所述轴承限定轴向方向且包括：
轴承垫，其具有用于支承沿着所述轴承的轴向方向的振动的推力面；以及
壳体，其附连到所述轴承垫上或者与所述轴承垫一体地形成，所述壳体限定：
工作气体输送系统，其用于对所述轴承垫的推力面提供加压工作气体流；以及
流体阻尼器腔体，其用于对由所述轴承垫的推力面沿着所述轴向方向支承的轴向振动提供减振，所述流体阻尼器腔体包括第一控制容积和第二控制容积，所述壳体包括第一半刚性壁和第二半刚性壁，所述第一半刚性壁至少部分地限定所述第一控制容积，并且所述第二半刚性壁至少部分地限定所述第二控制容积。
技术方案12. 根据技术方案11所述的轴承，其特征在于，所述壳体使用添加制造式工艺一体地形成。
技术方案13. 根据技术方案11所述的轴承，其特征在于，所述壳体使用添加制造式工艺与所述轴承垫一体地形成。
技术方案14. 根据技术方案11所述的轴承，其特征在于，由所述壳体限定的流体阻尼器腔体进一步包括阻尼器间隙，以及其中，所述第一控制容积通过所述阻尼器间隙与所述第二控制容积处于限制性流连通。
技术方案15. 根据技术方案11所述的轴承，其特征在于，由所述壳体限定的流体阻尼器腔体是密封腔体。
技术方案16. 根据技术方案11所述的轴承，其特征在于，由所述壳体限定的工作气体输送系统包括用于接收加压气体流的入口气体端口和工作气体输送腔室。
技术方案17. 根据技术方案16所述的轴承，其特征在于，所述壳体进一步包括外部半刚性壁，以及其中，所述工作气体输送腔室至少部分地由所述外部半刚性壁限定。
技术方案18. 根据技术方案17所述的轴承，其特征在于，所述外部半刚性壁附连到所述轴承垫上或者与所述轴承垫一体地形成，以支承所述轴承垫。
技术方案19. 根据技术方案16所述的轴承，其特征在于，所述工作气体输送腔室与所述流体阻尼器腔体的至少一部分同心。
技术方案20. 根据技术方案11所述的轴承，其特征在于，由所述壳体限定的工作气体输送系统包括工作气体输送腔室，其中，所述壳体包括附连到所述轴承垫上或者与所述轴承垫一体地形成的柱，其中，所述流体阻尼器腔体的至少一部分围绕所述柱基本延伸360度，以及其中，所述工作气体输送腔室的至少一部分围绕所述柱基本延伸360度。
技术方案21. 一种限定轴向方向(A2)的轴承(100)，包括：
轴承垫(104)，其具有用于支承沿着所述轴承(100)的轴向方向(A2)的振动的推力面(108)；以及
壳体(102)，其附连到所述轴承垫(104)上或者与所述轴承垫(104)一体地形成，并且限定：
工作气体输送系统(116)，其用于对所述轴承垫(104)的推力面(108)提供加压工作气体流；以及
流体阻尼器腔体(126)，其用于对由所述轴承垫(104)的推力面(108)沿着所述轴向方向(A2)支承的轴向振动提供减振。
技术方案22. 根据技术方案21所述的轴承(100)，其特征在于，由所述壳体(102)限定的流体阻尼器腔体(126)包括第一控制容积(136)、第二控制容积(138)和阻尼器间隙(140)，以及其中，所述第一控制容积(136)通过所述阻尼器间隙(140)与所述第二控制容积(138)处于限制性流连通。
技术方案23. 根据技术方案22所述的轴承(100)，其特征在于，所述壳体(102)包括第一半刚性壁(130)和第二半刚性壁(132)，其中，所述第一控制容积(136)至少部分地由所述第一半刚性壁(130)限定，以及其中，所述第二控制容积(138)至少部分地由所述第二半刚性壁(132)限定。
技术方案24. 根据技术方案21所述的轴承(100)，其特征在于，由所述壳体(102)限定的流体阻尼器腔体(126)是密封腔体。
技术方案25. 根据技术方案21所述的轴承(100)，其特征在于，由所述壳体(102)限定的工作气体输送系统(116)包括用于接收加压气体流的入口气体端口(118)和工作气体输送腔室(120)。
技术方案26. 根据技术方案25所述的轴承(100)，其特征在于，所述壳体(102)包括半刚性壁，以及其中，所述工作气体输送腔室(120)至少部分地由所述半刚性壁限定。
技术方案27. 根据技术方案26所述的轴承(100)，其特征在于，所述半刚性壁附连到所述轴承垫(104)上或者与所述轴承垫(104)一体地形成，以支承所述轴承垫(104)。
技术方案28. 根据技术方案26所述的轴承(100)，其特征在于，所述工作气体输送腔室(120)与所述流体阻尼器腔体(126)的至少一部分同心。
技术方案29. 根据技术方案21所述的轴承(100)，其特征在于，所述壳体(102)包括附连到所述轴承垫(104)上或者与所述轴承垫(104)一体地形成的柱(128)，以及其中，所述流体阻尼器腔体(126)的至少一部分围绕所述柱(128)基本延伸360度。
技术方案30. 根据技术方案21所述的轴承(100)，其特征在于，由所述壳体(102)限定的工作气体输送系统(116)包括工作气体输送腔室(120)，其中，所述壳体(102)包括附连到所述轴承垫(104)上或者与所述轴承垫(104)一体地形成的柱(128)，以及其中，所述工作气体输送腔室(120)的至少一部分围绕所述柱(128)基本延伸360度。
技术方案31. 一种用于燃气涡轮发动机的轴承(100)，所述轴承(100)限定轴向方向(A2)且包括：
轴承垫(104)，其具有用于支承沿着所述轴承(100)的轴向方向(A2)的振动的推力面(108)；以及
壳体(102)，其附连到所述轴承垫(104)上或者与所述轴承垫(104)一体地形成，所述壳体(102)限定：
工作气体输送系统(116)，其用于对所述轴承垫(104)的推力面(108)提供加压工作气体流；以及
流体阻尼器腔体(126)，其用于对由所述轴承垫(104)的推力面(108)沿着所述轴向方向(A2)支承的轴向振动提供减振，所述流体阻尼器腔体(126)包括第一控制容积(136)和第二控制容积(138)，所述壳体(102)包括第一半刚性壁(130)和第二半刚性壁(132)，所述第一半刚性壁(130)至少部分地限定所述第一控制容积(136)，并且所述第二半刚性壁(132)至少部分地限定所述第二控制容积(138)。
技术方案32. 根据技术方案31所述的轴承(100)，其特征在于，所述壳体(102)使用添加制造式工艺一体地形成。
技术方案33. 根据技术方案31所述的轴承(100)，其特征在于，所述壳体(102)使用添加制造式工艺与所述轴承垫(104)一体地形成。
技术方案34. 根据技术方案31所述的轴承(100)，其特征在于，由所述壳体(102)限定的流体阻尼器腔体(126)进一步包括阻尼器间隙(140)，以及其中，所述第一控制容积(136)通过所述阻尼器间隙(140)与所述第二控制容积(138)处于限制性流连通。
技术方案35. 根据技术方案31所述的轴承(100)，其特征在于，由所述壳体(102)限定的流体阻尼器腔体(126)是密封腔体。
参照以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。附图结合在此说明书中且构成说明书的一部分，附图示出本发明的实施例，并且与描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中对本领域普通技术人员阐述本发明的完整和能够实施的公开，包括其最佳模式，说明书参照了附图，其中：
图1是根据本主题的多个实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面图。
图2是根据本公开的示例性实施例的轴承的透视图。
图3是支承旋转构件的图2的示例性轴承的侧视图。
图4是支承旋转构件的图2的示例性轴承的侧视横截面图。
图5是图2的示例性轴承的区段的特写横截面图。
图6是沿着图5的线6-6得到的图2的示例性轴承的区段的特写横截面图。
图7是根据本公开的另一个示例性实施例的轴承的区段的特写横截面图。
图8是根据本公开的又一个示例性实施例的轴承的区段的特写横截面图。
图9是图8的示例性轴承的区段的透视图。
图10是沿着图8的线10-10得到的图8的示例性轴承的横截面图。
图11是沿着图8的线11-11得到的图8的示例性轴承的横截面图。
部件列表
12涡轮风扇喷气发动机
13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/轴杆
36低压轴/轴杆
38风扇
40叶片
42盘
44促动部件
46功率齿轮箱
48机舱
50风扇壳或机舱
52出口导叶
54下游区段
56旁通空气流道
58空气
60入口
62第一部分空气
64第二部分空气
66燃烧气体
68定子导叶
70涡轮转子叶片
72定子导叶
74涡轮转子叶片
76风扇喷嘴排气区段
78热气路径
100轴承组件
102壳体
104轴承垫
106区段
108推力面
110旋转构件
112凸缘
114气体分配孔
116工作气体输送系统
118入口气体端口
120工作气体输送腔室
122通道
123连接通道
124阻尼器组件
126流体阻尼器腔体
128柱
130第一半刚性壁
132第二半刚性壁
134本体部分
136第一控制容积
138第二控制容积
140阻尼器间隙
142第三半刚性壁
144连接通道
146连接柱
148内壁
150外壁
152内壁的刚性部分
154内壁的半刚性部分
156外壁的刚性部分
158外壁的半刚性部分
160中心轴承垫
162柱
164轴承垫的外周缘
166气体输送延伸部
168气体分配环
170气体输送通道
172背面
174 170的第一端
176 170的第二端
178外壁的外表面。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的目前的实施例，在附图中示出实施例的一个或多个示例。详细描述使用数字和字母标号来引用图中的特征。在图和描述中使用相同或相似标号引用本发明的相同或相似部件。如本文所用，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用，以区分一个构件与另一个构件，而不意于表示单独的构件的位置或重要性。用语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流的相对方向。例如，“上游”表示流体流出的方向，而“下游”则表示流体流到的方向。
现在参照附图，其中相同标号在图中指示相同元件，图1是根据本公开的示例性实施例的涡轮机的示意性横截面图。更具体地，对于图1的实施例，涡轮机构造成燃气涡轮发动机，或者改为构造成高旁通涡轮风扇喷气发动机12，在本文称为“涡轮风扇发动机12”。如图1中显示的那样，涡轮风扇发动机12限定轴向方向A1(平等于纵向中心线13延伸，为了参照而提供纵向中心线13)、径向方向R1和围绕轴向方向A1延伸的周向方向(未显示)。大体上，涡轮风扇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。
大体描绘的示例性核心涡轮发动机16包括基本管状外壳18，它限定环形入口20。外壳18包围且核心涡轮发动机16包括成连续流关系的：压缩机区段，其包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或轴杆34将HP涡轮28传动地连接到HP压缩机24上。低压(LP)轴或轴杆36将LP涡轮30传动地连接到LP压缩机22上。因此，LP轴36和HP轴34分别是旋转构件，从而在涡轮风扇发动机12的运行期间围绕轴向方向A1旋转。
为了支承这样的旋转构件，涡轮风扇发动机包括多个空气轴承100，它们附连到涡轮风扇发动机12内的多个结构构件上。具体地，对于所描绘的实施例，轴承100有利于例如LP轴36和HP轴34旋转，并且有利于在涡轮风扇发动机12的运行期间减小对轴承100施加的振动能。虽然轴承100被描述成和示为大体位于相应的LP轴36和HP轴34的前端和后端处，但轴承100可另外或备选地位于沿着LP轴36和HP轴34的任何期望位置处，包括(但不限于)轴34、36的中心或中跨区域，或者沿着轴34、36的其中使用传统轴承100将提出重大设计挑战的其它位置。示例性轴承100可包括用于支承沿着径向方向R1的静态力和动态力的径向支承轴承，以及用于支承沿着轴向方向A1的静态力和动态力的轴向支承轴承或推力轴承。另外，轴承100可与传统的油润滑轴承结合起来使用。例如，在一个实施例中，传统的油润滑轴承可位于轴34、36的端部处，并且一个或多个轴承100可沿着轴34、36的中心或中跨区域定位。
仍然参照图1的实施例，风扇区段14包括可变桨距风扇38，它具有多个风扇叶片40，风扇叶片以间隔开的方式联接到盘42上。如所描绘的那样，风扇叶片40大体沿着径向方向R从盘42向外延伸。各个风扇叶片40可相对于盘42围绕变桨轴线P旋转，因为风扇叶片40操作性地联接到适当的桨距改变机构44上，桨距改变机构44构造成共同一致地改变风扇叶片40的桨距。风扇叶片40、盘42和桨距改变机构44可通过跨越功率齿轮箱46的LP轴36围绕纵向轴线12共同旋转。功率齿轮箱46包括多个齿轮，以将风扇38相对于LP轴36的旋转速度调节到更高效的旋转风扇速度。更具体地，风扇区段包括可被跨越功率齿轮箱46的轴36旋转的风扇轴。因此，风扇轴也可认为是旋转构件，并且相似地由一个或多个轴承支承。
仍然参照图1的示例性实施例，盘42由可旋转前轮毂48覆盖，前轮毂48在空气动力学上的轮廓设置成促进空气流通过多个风扇叶片40。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外部机舱50，它们沿周向包围风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。示例性机舱50相对于核心涡轮发动机16由多个沿周向间隔开的出口导叶52支承。此外，机舱50的下游区段54在核心涡轮发动机16的外部部分上面延伸，以便在它们之间限定旁通空气流道56。
在涡轮风扇发动机12的运行期间，一定量的空气58通过机舱50和/或风扇区段14的相关联的入口60进入涡轮风扇10。随着一定量的空气58传送经过风扇叶片40，空气58的第一部分如箭头62指示的那样被引导或发送到旁通空气流道56中，并且空气58的第二部分如箭头64指示的那样被引导或发送到核心空气流路径37中，或者更具体地被引导或发送到LP压缩机22中。第一部分空气62和第二部分空气64之间的比率通常称为旁通比率。然后第二部分空气64的压力随着它发送通过高压(HP)压缩机24且进入到燃烧区段26中而升高，在燃烧区段26中，第二部分空气64与燃料混合且燃烧，以提供燃烧气体66。
燃烧气体66发送通过HP涡轮28，在那里，来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分通过成连续级的、联接到外壳18上的HP涡轮定子导叶68和联接到HP轴或轴杆34上的HP涡轮转子叶片70抽取，从而使HP轴或轴杆34旋转，从而支持HP压缩机24的运行。然后燃烧气体66发送通过LP涡轮30，在那里，通过成连续级的、联接到外壳18上的LP涡轮定子导叶72和联接到LP轴或轴杆36上的LP涡轮转子叶片74从燃烧气体66中抽取热能和动能的第二部分，从而使LP轴或轴杆36旋转，从而支持LP压缩机22的运行和/或风扇38的旋转。
随后燃烧气体66发送通过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，随着第一部分空气62发送通过旁通空气流道56，第一部分空气62的压力显著升高，之后其从涡轮风扇10的风扇喷嘴排气区段76中排出，从而也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定用于发送燃烧气体66通过核心涡轮发动机16的热气路径78。
但应当理解的是，仅仅以示例的方式提供图1中描绘的示例性涡轮风扇发动机12，而且在其它示例性实施例中，涡轮风扇发动机12可具有任何其它适当的构造。还应当理解的是，仍然在其它示例性实施例中，本公开的各方面可结合到任何其它适当的燃气涡轮发动机中。例如，在其它示例性实施例中，本公开的各方面可结合到例如涡轮螺旋桨喷气发动机、涡轮轴发动机或涡轮喷气发动机。另外，在另外的其它实施例中，本公开的各方面可结合到任何其它适当的涡轮机中，包括(无限制)功率发生燃气涡轮发动机、蒸汽涡轮、离心压缩机和/或涡轮增压器。
现在参照图2至4，提供根据本公开的示例性实施例的轴承100。具体地，图2提供示例性轴承100的透视图；图3提供支承旋转构件110的图2的示例性轴承100的侧视图；以及图4提供支承旋转构件110的图2的示例性轴承100的侧视横截面图。
如所显示的那样，示例性轴承100大体限定轴向方向A2、径向方向R2和周向方向C2。轴承100大体包括壳体102和轴承垫104，或者，对于所描绘的实施例，轴承100改为大体包括多个区段106，各个区段106包括壳体102的一部分和轴承垫104。对于各个区段106，轴承垫104包括用于支承沿着轴承100的轴向方向A2的振动(也称为推力负载)的推力面108或表面。因此，轴承100可称为推力轴承。轴向振动可由燃气涡轮发动机的旋转构件110产生，轴承100安装到旋转构件110中。例如，在某些示例性实施例中，轴向振动可由轴承100安装到其中的燃气涡轮发动机的一个或多个轴产生，诸如LP轴36或HP轴34(参见图1)。具体参照图3和4，旋转构件110可包括推力转轮(runner)112，推力转轮112大体沿着径向方向R2向外延伸，以与轴承100相互作用。
对于所描绘的实施例，多个区段106中的各个的轴承垫104是基本相同的，并且沿着周向方向C2基本均匀地间隔开。另外，如将在下面更详细地论述的那样，多个区段106中的各个的轴承垫104构造成在运行期间接收工作气体流(例如，空气、压缩空气和燃烧气体或类似物)，以通过在轴承垫104和旋转构件110之间产生工作气体薄膜，来与旋转构件110产生分离。轴承100可用这种方式提供抵摩擦手段来支承这种旋转构件110(或者改为支承旋转构件110的推力转轮112)。
更具体地，示例性轴承垫104构造成散布和/或扩散工作气体，以在轴承100的运行期间支承和/或润滑旋转构件110。例如，所描绘的示例性轴承垫104包括多个气体分配孔114，它们设置在轴承垫104上，以在推力面108上提供分配均匀的压力场来支承和/或润滑旋转构件110。
多个气体分配孔114可构造成具有适合如本文描述的那样起作用的任何尺寸或布置(例如，阵列、型式或构造)。例如，在一些实施例中，多个气体分配孔114可大体具有范围在大约2密耳(大约50微米)和大约100密耳(大约2540微米)之间的直径，并且更具体地，在大约5密耳(大约127微米)和大约20密耳(大约508微米)之间。备选地，或者另外，在一些实施例中，各个轴承垫104可具有足够高的气体渗透性，以容许工作气体在推力面108上产生足以对旋转构件110提供支承和/或润滑的压力。还是备选地，各个轴承垫104可在轴承垫104的中心处限定凹陷部分，以输送工作气体。
具体地参照图4，而且现在还参照图5，它提供示例性轴承100的一个区段106的特写横截面图，将更详细地描述轴承100的单独的区段106。如所描绘的那样，包括在这种区段106内的壳体102构造成对轴承垫104的推力面108提供工作气体流。具体地，壳体102限定工作气体输送系统116，以对轴承垫104的推力面108提供加压工作气体流。由壳体102限定的工作气体输送系统116大体包括用于接收加压气体流的入口气体端口118和工作气体输送腔室120。当轴承100安装在燃气涡轮发动机中时，入口气体端口118可与例如燃气涡轮发动机的压缩机区段106的一个或多个位置处于空气流连通。例如，当轴承100安装在图1的示例性涡轮风扇发动机中时，入口气体端口118例如可与下者处于空气流连通：LP压缩机22、位于LP压缩机22下游的核心空气流路径37的区域、HP压缩机24(诸如HP压缩机24的后一级)，或者位于HP压缩机24下游的核心空气流路径37的区域。
工作气体输送腔室120与入口气体端口118处于空气流连通且位于入口气体端口118下游。工作气体输送腔室120构造成直接对轴承垫104提供加压工作气体流。对于所描绘的实施例，示例性轴承垫104限定成迷宫的通道122，它通过一个或多个连接通道123与工作气体输送腔室120处于空气流连通。通道122构造成通过由轴承垫104(即，通过推力面108)限定的多个气体分配孔114，散布来自工作气体输送腔室120的加压工作气体流。
仍然参照图4和5中描绘的轴承100的区段106，壳体102另外包括阻尼器组件124，以减小由轴承垫104的推力面108支承的旋转组件的轴向振动。具体地，所描绘的示例性壳体102进一步限定流体阻尼器腔体126，以对由轴承垫104的推力面108支承的旋转组件沿着轴向方向A2的轴向振动提供减振。具体地参照图5的示例性实施例，示例性轴承100的壳体102大体包括刚性柱128、第一半刚性壁130、第二半刚性壁132和本体部分134。刚性柱128附连到轴承垫104上或者与轴承垫104一体地形成。第一半刚性壁130附连到轴承垫104上或者与轴承垫104一体地形成，并且延伸到壳体102的本体部分134。另外，第二半刚性壁132在刚性柱128和壳体102的本体部分134之间延伸。
此外，对于所描绘的实施例，由壳体102限定的示例性流体阻尼器腔体126包括第一控制容积136、第二控制容积138和阻尼器间隙140。第一控制容积136通过阻尼器间隙140与第二控制容积138处于限制性流连通。另外，第一半刚性壁130和刚性柱128至少部分地共同限定第一控制容积136，并且第二半刚性壁132至少部分地共同限定第二控制容积138。阻尼器间隙140限定在刚性柱128和壳体102的刚性本体部分134之间。
应当理解，如本文使用，用语“半刚性”和“刚性”是相对用语。因此，轴承100的构件的被描述成半刚性的部分可构造成在轴承100的构件的被描述成刚性的部分之前弯曲、挠曲或屈服。对于所描绘的实施例，通过使多个构件的半刚性部分形成有比这样的构件的刚性部分更小的厚度来产生半刚性部分。另外，轴承100的被描述成“半刚性”的构件在本文指的是构造成在轴承100的正常运行期间弯曲、挠曲或屈服，同时引起的损伤较小或不引起损伤的构件。
值得注意的是，流体阻尼器腔体126是密封流体阻尼器腔体(即，在恒定温度和压力下限定固定容积)，并且在运行期间完全填充有不可压缩的流体，诸如不可压缩的油或其它不可压缩的液体。因此，当沿着轴向方向A2对轴承垫104施加轴向振动时，轴承垫104可通过向内朝壳体102移动来吸收这种力。作为响应，壳体102的第一半刚性壁130可变形，使得流体阻尼器腔体126的第一控制容积136的容积减小某些量(“△V”)。第一控制容积136的减小的容积，△V，使不可压缩的流体量通过阻尼器间隙140且进入到第二控制容积138中。壳体102的第二半刚性壁132可同时变形，使得流体阻尼器腔体126的第二控制容积138的容积增加的量与第一控制容积136减小的量(即，△V)相同，使得第二控制容积138接收所有传送的不可压缩的流体。
值得注意的是，阻尼器间隙140限定较小的间隙，使得阻尼器间隙140可抑制轴承垫104沿着轴向方向A2的振动移动。这种构造提供带粘性的能量消耗，并且因此提供减振。因此，可针对所需的预计减振量来设计阻尼器间隙140的大小。另外，在没有对轴承垫104施加推力的情况下，传送到第二控制容积138的不可压缩的流体可倒转流向，并且通过阻尼器间隙140流回到第一控制容积136。
还如图5的示例性实施例中描绘的那样，壳体102进一步包括第三外部半刚性壁142，它在壳体102的本体部分134和轴承垫104之间延伸。工作气体输送腔室120至少部分地由外部半刚性壁142限定，而且对于所描绘的实施例，工作气体输送腔室120进一步由第一半刚性壁130和壳体102的本体部分134限定。另外，工作气体输送腔室120与流体阻尼器腔体126的至少一部分同心。更具体地，对于所描绘的实施例，工作气体输送腔室120与流体阻尼器腔体126的第一控制容积136同心。
值得注意的是，对于所描绘的实施例，外部半刚性壁142附连到轴承垫104上或者与轴承垫104一体地形成。除了提供上面描述的阻尼力之外，多个半刚性壁还可用来支承轴承垫104和抑制作用于轴承垫104上的轴向振动。例如，在运行期间，多个半刚性壁可用作弹簧，以支承轴承垫104和限制旋转组件的轴向偏转。
现在将简要地参照图6，提供由图5中的线6-6标识的示例性轴承100的区段106的横截面图。如所显示的那样，对于所描绘的实施例，流体阻尼器腔体126和工作气体输送系统116，或者改为工作气体输送系统116的工作气体输送腔室120，大体为环形。更具体地，如所显示的那样，柱128限定大体圆形，并且流体阻尼器腔体126的至少一部分围绕柱128基本延伸三百六十度(360°)。另外，工作气体输送腔室120围绕柱128基本延伸三百六十度(360°)。更具体地，对于所描绘的实施例，流体阻尼器腔体126完全围绕柱128延伸，从而限定环形形状，并且工作气体输送腔室120完全围绕流体阻尼器腔体126和柱128延伸，从而也限定环形形状。
现在大体回头参照图2至6，应当理解，对于所描绘的实施例，轴承100的壳体102的各个区段106使用添加制造式工艺一体地形成。另外，对于所描绘的实施例，轴承100的各个区段106，包括壳体102的一部分和相应的轴承垫104，使用添加制造式工艺一体地形成。此外，对于所描绘的实施例，轴承100的所有区段106使用添加制造式工艺一体地形成。
如本文使用，用语“添加制造式工艺”指的是任何快速成型、快速制造或3D打印工艺，诸如选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化(EBM)、扩散结合或选择性热烧结(SHS)。但应当理解的是，在其它实施例中，轴承100的一个或多个区段106，包括轴承垫104和壳体102的相应的部分，可使用添加制造式工艺一体地形成，并且用任何其它适当的方式连结到轴承100的单独形成的相邻区段106上，诸如通过螺栓、焊接，或者任何其它适当的机械紧固装置或手段。
现在参照图7，提供根据本公开的另一个示例性实施例的示例性轴承100的一个区段106的特写横截面图。图7中描绘的示例性轴承100可按与上面参照图2至6所描述的示例性轴承基本相同的方式构造而成，并且因此相同或相似标号可表示相同或相似部件。另外，示例性轴承100的图7中描绘的视点可与图5中提供的示例性轴承100的视点相同。
例如，如所描绘的那样，图7的示例性轴承大体包括壳体102，壳体102附连到轴承垫104上或者与轴承垫104一体地形成。轴承垫104限定推力面108，以支承沿着旋转构件110的轴向方向A2的振动。例如，壳体102包括阻尼器组件124，以减小由轴承垫104推力面108支承的旋转组件的轴向振动。具体地，所描绘的示例性壳体102进一步限定流体阻尼器腔体126，以对由轴承垫104的推力面108支承的旋转组件沿着轴向方向A2的轴向振动提供减振。
具体地参照图7的示例性实施例，示例性轴承100的壳体102大体包括刚性柱128、第一半刚性壁130、第二半刚性壁132和本体部分134。刚性柱128附连到轴承垫104上或者与轴承垫104一体地形成。第一半刚性壁130附连到壳体102的本体部分134上或者与本体部分134一体地形成，并且沿着蛇形路径延伸到柱128，以限定“U形”或环。另外，第二半刚性壁132类似地附连到壳体102的本体部分134上或者与本体部分134一体地形成，并且沿着蛇形路径延伸到柱128，这也限定为“U形”或环。
此外，对于所描绘的实施例，由壳体102限定的示例性流体阻尼器腔体126包括第一控制容积136、第二控制容积138和阻尼器间隙140。第一控制容积136通过阻尼器间隙140与第二控制容积138处于限制性流连通。阻尼器间隙140限定在柱128的外边缘和壳体102的本体部分134之间。另外，第一半刚性壁130基本完全限定第一控制容积136，并且第二半刚性壁132基本完全限定第二控制容积138。阻尼器间隙140限定在刚性柱128和壳体102的刚性本体部分134之间。按这种方式，第一半刚性壁130和第二半刚性壁132可允许第一控制容积136和第二控制容积138有期望灵活量。
类似于上面描述的实施例，流体阻尼器腔体126是密封流体阻尼器腔体(即，在恒定温度和压力下限定固定容积)，并且在运行期间完全填充有不可压缩的流体，诸如不可压缩的油或其它不可压缩的液体。因此，当沿着轴向方向A2在轴承垫104上施加轴向振动时，轴承垫104可通过向内朝壳体102移动来吸收这种力。作为响应，壳体102的第一半刚性壁130可变形，使得流体阻尼器腔体126的第一控制容积136的容积减小某些量(“△V”)。第一控制容积136减小的容积△V使不可压缩的流体量通过阻尼器间隙140且进入到第二控制容积138中。壳体102的第二半刚性壁132可同时变形，使得流体阻尼器腔体126的第二控制容积138的容积增加的量与第一控制容积136减小的量(即，△V)相同，使得第二控制容积138接收所有传送的不可压缩的流体。
另外，阻尼器间隙140可按与上面参照图2至6的实施例所描述的示例性阻尼器间隙140基本相同的方式运行，以抑制轴承垫104沿着轴向方向A2的振动移动。
此外，壳体102限定工作气体输送系统116，以对轴承垫104的推力面108提供加压工作气体流。由壳体102限定的工作气体输送系统116大体包括用于接收加压气体流的入口气体端口118、工作气体输送腔室120、多个连接通道144和中心连接柱146。工作气体输送腔室120与入口气体端口118处于空气流连通且位于入口气体端口118的下游。对于所描绘的实施例，工作气体输送腔室120是环形腔室。另外，壳体102另外包括第三半刚性壁142，它也从壳体102的本体部分134延伸且以蛇形方式延伸到柱128。第三半刚性壁142大体与第一半刚性壁130同心，并且与第一半刚性壁130共同基本完全限定工作气体输送腔室120。
工作气体输送腔室120构造成将加压工作气体流提供给多个连接通道144，多个连接通道144又将加压工作气体流提供给中心连接柱146，中心连接柱146又将加压工作气体流提供给轴承垫104。对于所描绘的实施例，连接通道144包括多个沿周向间隔开的连接通道144，它们限定在轴承100的柱128中，并且从工作气体输送腔室120延伸到中心连接柱146。另外，示例性轴承垫104限定成迷宫的通道122，它通过多个连接通道144和中心柱146与工作气体输送腔室120处于空气流连通。通道122构造成通过由轴承垫104(即，通过推力面108)限定的多个气体分配孔114散布来自工作气体输送腔室120的加压工作气体流。
现在参照图8，提供根据本公开的又一个示例性实施例的轴承100的一个区段106的特写横截面图。图8中描绘的示例性轴承100可按与上面参照图2至6所描述的示例性轴承基本相同的方式构造而成，并且因此相同或相似标号可指示相同或相似部件。另外，示例性轴承100的图8中描绘的视点可为图5中提供的示例性轴承100的相同视点。
例如，如所描绘的那样，图8的示例性轴承大体包括壳体102，壳体102附连到轴承垫104上或者与轴承垫104一体地形成。轴承垫104限定推力面108，以支承沿着旋转构件110的轴向方向A2的振动。例如，壳体102包括阻尼器组件124，以减小由轴承垫104的推力面108支承的旋转组件的轴向振动。具体地，所描绘的示例性壳体102进一步限定流体阻尼器腔体126，以对由轴承垫104的推力面108支承的旋转组件沿着轴向方向A2的轴向振动提供减振。
具体地参照图8的示例性实施例，示例性轴承100的壳体102大体包括本体部分134、第一内壁148和第二外壁150。内壁148附连到轴承垫104上或者与轴承垫104一体地形成，并且延伸到壳体102的本体部分134。另外，内壁148包括刚性部分152和半刚性部分154。在轴承垫104的中心160 (轴承垫104的限定为沿着轴向方向A2和周向方向C2的中心的中心160(参见图10和11))附近，刚性部分152附连到轴承垫104上或者与轴承垫104一体地形成，并且大体沿着径向方向R2延伸远离轴承垫104。内壁148的刚性部分152限定柱162。内壁148的半刚性部分154从柱162延伸到壳体102的本体部分134。
另外，在与轴承垫104的中心160间隔开的位置处，以及在轴承垫104的外周缘164附近，外壁150附连到轴承垫104上或者与轴承垫104一体地形成。外壁150延伸到壳体102的本体部分134，并且另外包括半刚性部分158和刚性部分156。对于所描绘的实施例，半刚性部分158在轴承垫104的外周缘164附近附连到轴承垫104上或者与轴承垫104一体地形成，并且延伸向由内壁148形成的柱162。外壁150的半刚性部分158过渡到刚性部分156，并且延伸远离由内壁148形成的柱162到达壳体102的本体部分134。
此外，对于所描绘的实施例，由壳体102限定的示例性流体阻尼器腔体126包括第一控制容积136、第二控制容积138和阻尼器间隙140。第一控制容积136通过阻尼器间隙140与第二控制容积138处于限制性流连通。阻尼器间隙140限定在内壁148和外壁150之间。更具体地，阻尼器间隙140限定在内壁148的刚性部分152和外壁150之间。另外，第一控制容积136由外壁150的半刚性部分158、轴承垫104和内壁148的刚性部分152的区段限定。另外，第二控制容积138由外壁150的刚性部分156、内壁148的半刚性部分154和内壁148的刚性部分152的区段限定。
第一控制容积136和第二控制容积138各自相对于柱162限定环形形状。另外，流体阻尼器腔体126是密封流体阻尼器腔体(即，在恒定温度和压力下限定固定容积)，并且在运行期间完全填充有不可压缩的流体，诸如不可压缩的油或其它不可压缩的液体。第一控制容积136和第二控制容积138和阻尼器间隙140例如可按与上面关于图2至6和/或图7所描述的示例性实施例的第一控制容积136和第二控制容积138和阻尼器间隙140基本相同的方式运行。
此外，壳体102限定工作气体输送系统116，以对轴承垫104的推力面108提供加压工作气体流。由壳体102限定的工作气体输送系统116大体包括用于接收加压气体流的入口气体端口118、工作气体输送延伸部166、气体分配环168和多个单独的气体输送通道170。
现在还参照图9，提供图8的示例性轴承100的区段106的透视横截面图，对于所描绘的实施例，入口气体端口118限定在轴承100的壳体102的背面172上。轴承100的壳体102的背面172定位成与轴承垫104沿着轴向方向A2所限定的推力面108相反。另外，工作气体输送延伸部166从入口气体端口118延伸到气体分配环168。
现在还将参照图10和11。图10提供沿着图8的线10-10得到的图8的示例性轴承100的区段106的横截面图，并且图11提供沿着图8的线11-11得到的图8的示例性轴承100的区段106的横截面图。
如图10中显示的那样，工作气体输送系统116的示例性气体分配环168是由壳体102的本体部分134限定的圆环。如所陈述的那样，工作气体输送延伸部166将气体端口118连接到气体分配环168上。气体分配环168进而与成迷宫的通道122处于空气流连通，成迷宫的通道122被多个单独的气体输送通道170(参见图11)限定在轴承垫104中。多个单独的气体输送通道170从连接到气体分配环168上的第一端174(参见图8、10)延伸到连接到由轴承垫104限定的通道122上的第二端176(参见图8、11)。对于所描绘的实施例，多个单独的气体输送通道170中的各个定位在壳体102的外壁150上。更具体地，对于所描绘的实施例，多个单独的气体输送通道170中的各个定位在外壁150的外表面178(即，与流体阻尼器腔体126相反的表面，图10)上。此外，如可在图10和11中更清楚地看到的那样，多个单独的气体输送通道170中的各个围绕由壳体102的内壁148形成的柱162基本均匀地间隔开。更具体地，图8至11中描绘的轴承100的示例性区段106限定局部周向方向C3，局部周向方向C3围绕由壳体102的内壁148形成的柱162延伸(图10)。对于所描绘的实施例，多个单独的气体输送通道170中的各个沿着局部周向方向C3基本均匀地间隔开。
根据本公开的一个或多个实施例形成的轴承可允许使用最少量部件或构件来形成轴承。具体地，通过使用添加制造式工艺来形成轴承，轴承可与具有期望精细构造的工作气体输送系统和流体阻尼器腔体形成为一体，以在较紧凑的轴承中提供期望减振能力和支承能力。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种限定轴向方向(A2)的轴承(100)，包括：
轴承垫(104)，其具有用于支承沿着所述轴承(100)的轴向方向(A2)的振动的推力面(108)；以及
壳体(102)，其附连到所述轴承垫(104)上或者与所述轴承垫(104)一体地形成，并且限定：
工作气体输送系统(116)，其用于对所述轴承垫(104)的推力面(108)提供加压工作气体流；以及
流体阻尼器腔体(126)，其用于对由所述轴承垫(104)的推力面(108)沿着所述轴向方向(A2)支承的轴向振动提供减振。
2.根据权利要求1所述的轴承(100)，其特征在于，由所述壳体(102)限定的流体阻尼器腔体(126)包括第一控制容积(136)、第二控制容积(138)和阻尼器间隙(140)，以及其中，所述第一控制容积(136)通过所述阻尼器间隙(140)与所述第二控制容积(138)处于限制性流连通。
3.根据权利要求2所述的轴承(100)，其特征在于，所述壳体(102)包括第一半刚性壁(130)和第二半刚性壁(132)，其中，所述第一控制容积(136)至少部分地由所述第一半刚性壁(130)限定，以及其中，所述第二控制容积(138)至少部分地由所述第二半刚性壁(132)限定。
4.根据权利要求1所述的轴承(100)，其特征在于，由所述壳体(102)限定的流体阻尼器腔体(126)是密封腔体。
5.根据权利要求1所述的轴承(100)，其特征在于，由所述壳体(102)限定的工作气体输送系统(116)包括用于接收加压气体流的入口气体端口(118)和工作气体输送腔室(120)。
6.根据权利要求5所述的轴承(100)，其特征在于，所述壳体(102)包括半刚性壁，以及其中，所述工作气体输送腔室(120)至少部分地由所述半刚性壁限定。
7.根据权利要求6所述的轴承(100)，其特征在于，所述半刚性壁附连到所述轴承垫(104)上或者与所述轴承垫(104)一体地形成，以支承所述轴承垫(104)。
8.根据权利要求6所述的轴承(100)，其特征在于，所述工作气体输送腔室(120)与所述流体阻尼器腔体(126)的至少一部分同心。
9.根据权利要求1所述的轴承(100)，其特征在于，所述壳体(102)包括附连到所述轴承垫(104)上或者与所述轴承垫(104)一体地形成的柱(128)，以及其中，所述流体阻尼器腔体(126)的至少一部分围绕所述柱(128)基本延伸360度。
10.根据权利要求1所述的轴承(100)，其特征在于，由所述壳体(102)限定的工作气体输送系统(116)包括工作气体输送腔室(120)，其中，所述壳体(102)包括附连到所述轴承垫(104)上或者与所述轴承垫(104)一体地形成的柱(128)，以及其中，所述工作气体输送腔室(120)的至少一部分围绕所述柱(128)基本延伸360度。
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