CN107420200A - 用于轴承垫的气体分配迷宫件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开针对一种用于燃气涡轮发动机(10)的轴承组件(100)。轴承组件(100)包括轴承壳体(110)和用于支撑燃气涡轮发动机(10)的旋转构件(148)的轴承垫(106)。轴承垫(106)包括至少一个气体入口(112)和构造在其内表面(108)上的多个气体出口(120)。气体入口(112)经由气体分配迷宫件(156)与多个气体出口(120)成流体连通。另外，气体分配迷宫件(156)包括多个通路(158)，其构造成将进入气体入口(112)的加压气体均匀地分配到轴承垫(106)的内表面(108)和旋转构件(148)的外径之间的界面。

Description

用于轴承垫的气体分配迷宫件
技术领域
本发明主题大体上涉及轴承组件，且更具体地涉及用于可用在燃气涡轮发动机中的轴承组件的轴承垫的气体分配迷宫件(gas distribution labyrinth)。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括布置成彼此成流连通的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心通常以串行流顺序包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在运行中，从风扇将空气提供给压缩机区段的入口，在这里一个或更多个轴流式压缩机逐步地压缩空气，直至其抵达燃烧区段。燃料与压缩的空气混合并在燃烧区段内焚烧，以提供燃烧气体。将燃烧气体从燃烧区段导向涡轮区段。穿过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段并且然后穿过排气区段导向例如大气。
常规的燃气涡轮发动机包括转子组件，转子组件具有轴、压缩机叶轮、涡轮、联接件、密封包以及在指定运行条件下对于最优运行所需的其他元件。这些转子组件具有由于重力而产生恒定静态力的质量，并且还在运行期间由于例如转子组件中的不平衡而产生动态力。此类燃气涡轮发动机包括轴承组件，以维持并支撑这些力，同时允许转子组件的旋转。典型的轴承组件包括容纳在轴承壳体内的轴承，和构造在轴承和轴之间的轴承垫。
至少一些已知的旋转机械使用气体轴承，这里期望的是非油润滑的轴承。然而，为了成功的运行，气体轴承必须处理典型的任务周期负载。在大部分情况下，相对于轴承安装表面的轴运动(即，由于静态/动态负载)是非对齐和/或成角度的。因此，轴承垫上的力分布是不均匀的，并且会导致边缘负载(edge loading)，这可能会损坏轴承组件。为了缓解轴承垫的边缘负载效应，并且产生更好的负载能力，需要分布的气体传送孔口特性图，而不是代表大部分气体轴承设计的集中加压系统。此外，孔口特性图必须高效地连接到轴承壳体中的主气体传送导管。
鉴于前述内容，在本领域中具有内部气体分配迷宫件的轴承垫将是受欢迎的。
发明内容
本发明的各方面和优点将在以下说明中部分地阐述，或者可由该说明而显而易见，或者可通过实践本发明而获悉。
在一方面，本发明公开针对一种用于燃气涡轮发动机的轴承组件。轴承组件包括轴承壳体和用于支撑燃气涡轮发动机的旋转部件的轴承垫。轴承垫包括构造在垫的外表面上的至少一个气体入口和构造在垫的内表面上的多个气体出口。另外，气体入口经由气体分配迷宫件与多个气体出口成流体连通。因此，气体分配迷宫件包括多个通路，其构造成将进入气体入口的加压气体均匀地分配到轴承垫的内表面和旋转构件的外径之间的界面。
在一个实施例中，气体分配迷宫件可限定任何合适的预定图案，包括但不限于之字形图案、网格图案，或者构造成均匀地分配加压气体的任何其他合适的图案。在一个实施例中，气体出口可以在轴承垫的内表面上均匀地隔开。备选地，气体出口可以在轴承垫的内表面上随机地隔开。
在进一步的实施例中，轴承垫可以附接到轴承壳体上。备选地，轴承垫和轴承壳体可由单一、连续的材料整体形成。更具体地，在某些实施例中，轴承垫和轴承壳体可使用添加制造工艺形成。
在另外的实施例中，轴承组件也可包括构造成将加压气体传送至气体入口的外部气体传送源。
在又另一个实施例中，轴承壳体可包括沿着轴承壳体的周向方向隔开的多个轴承垫。
在又进一步的实施例中，轴承壳体可包括朝向轴承垫延伸的柱(column)，以用于给轴承垫的气体入口提供加压气体。在此类实施例中，柱可限定用于给轴承垫的气体入口提供加压气体的内部通道和与内部通道同心的外部通道。
在进一步的实施例中，燃气涡轮发动机可为飞行器燃气涡轮发动机。
在另一方面，本发明公开针对一种用于燃气涡轮发动机的轴承组件的轴承垫。轴承垫包括构造在轴承垫的外表面上的至少一个气体入口，构造在轴承垫的内表面上的多个气体出口，和气体分配迷宫件。另外，气体入口经由该气体分配迷宫件与多个气体出口成流体连通。气体分配迷宫件包括多个通路，其构造成将进入气体入口的加压气体均匀地分配到轴承垫的内表面和旋转构件的外径之间的界面。应该理解的是轴承垫还可包括如本文所述的任何附加特征。
在又另一方面，本发明公开针对一种燃气涡轮机发动机组件。燃气涡轮发动机组件包括旋转构件、轴承壳体以及用于支撑旋转构件的轴承垫。轴承垫包括构造在轴承垫的外表面上的至少一个气体入口和构造在垫的内表面上的多个气体出口。另外，气体入口经由分配迷宫件与多个气体出口成流体连通。气体分配迷宫件包括多个通路，其构造成将进入气体入口的加压气体均匀地分配到轴承垫的内表面和旋转构件的外径之间的界面。另外，燃气涡轮发动机组件包括构造成将加压气体传送至气体入口的外部气体传送源。
在一个实施例中，旋转构件可包括燃气涡轮发动机的一个或更多个旋转轴。
实施方案1. 一种用于燃气涡轮发动机的轴承组件，所述轴承组件包括：
轴承壳体；以及
用于支撑所述燃气涡轮发动机的旋转构件的轴承垫，所述轴承垫包括构造在所述轴承垫的外表面上的至少一个气体入口和构造在所述轴承垫的内表面上的多个气体出口，所述气体入口经由气体分配迷宫件与所述多个气体出口成流体连通，所述气体分配迷宫件包括多个通路，其构造成将进入所述气体入口的加压气体均匀地分配至所述轴承垫的所述内表面和所述旋转构件的外径之间的界面。
实施方案2. 根据实施方案1所述的轴承组件，其特征在于，所述气体分配迷宫件限定包括之字形图案或网格图案中的至少一个的预定图案。
实施方案3. 根据实施方案1所述的轴承组件，其特征在于，所述多个气体出口在所述轴承垫的所述内表面上均匀地隔开。
实施方案4. 根据实施方案1所述的轴承组件，其特征在于，所述多个气体出口在所述轴承垫的所述内表面上随机地隔开。
实施方案5. 根据实施方案1所述的轴承组件，其特征在于，所述轴承垫附接至所述轴承壳体。
实施方案6. 根据实施方案1所述的轴承组件，其特征在于，所述轴承垫和所述轴承壳体由单一、连续的材料整体地形成。
实施方案7. 根据实施方案1所述的轴承组件，其特征在于，所述轴承垫和所述轴承壳体使用添加制造工艺形成。
实施方案8. 根据实施方案1所述的轴承组件，其特征在于，还包括构造成将所述加压气体传送至所述气体入口的外部气体传送源。
实施方案9. 根据实施方案1所述的轴承组件，其特征在于，所述轴承壳体还包括沿着所述轴承壳体的周向方向隔开的多个轴承垫。
实施方案10. 根据实施方案1所述的轴承组件，其特征在于，所述轴承壳体包括朝向所述轴承垫延伸的柱，以用于给所述轴承垫的所述气体入口提供所述加压气体。
实施方案11. 根据实施方案10所述的轴承组件，其特征在于，所述柱限定用于给所述轴承垫的所述气体入口提供所述加压气体的内部通道和与所述内部通道同心的外部通道。
实施方案12. 根据实施方案1所述的轴承组件，其特征在于，所述燃气涡轮发动机包括飞行器燃气涡轮发动机。
实施方案13. 一种用于燃气涡轮发动机的轴承组件的轴承垫，所述轴承垫包括：
构造在所述轴承垫的外表面上的至少一个气体入口；
构造在所述轴承垫的内表面上的多个气体出口；以及
气体分配迷宫件，所述气体入口经由所述气体分配迷宫件与所述多个气体出口成流体连通，所述气体分配迷宫件包括多个通路，其构造成将进入所述气体入口的加压气体均匀地分配至所述轴承垫的所述内表面和所述旋转构件的外径之间的界面。
实施方案14. 根据实施方案13所述的轴承垫，其特征在于，所述气体分配迷宫件限定包括之字形图案或网格图案中的至少一个的预定图案。
实施方案15. 根据实施方案13所述的轴承垫，其特征在于，所述多个气体出口在所述轴承垫的所述内表面上均匀地隔开。
实施方案16. 根据实施方案13所述的轴承垫，其特征在于，所述多个气体出口在所述轴承垫的所述内表面上随机地隔开。
实施方案17. 根据实施方案13所述的轴承垫，其特征在于，所述轴承垫使用添加制造工艺形成。
实施方案18. 根据实施方案13所述的轴承垫，其特征在于，所述燃气涡轮发动机包括飞行器燃气涡轮发动机。
实施方案19. 一种燃气涡轮发动机组件，包括：
旋转构件；
轴承壳体；
用于支撑所述旋转构件的轴承垫，所述轴承垫包括构造在所述轴承垫的外表面上的至少一个气体入口和构造在所述轴承垫的内表面上的多个气体出口，所述气体入口经由气体分配迷宫件与所述多个气体出口成流体连通，所述气体分配迷宫件包括多个通路，其构造成将进入所述气体入口的加压气体均匀地分配至所述轴承垫的所述内表面和所述旋转构件的外径之间的界面；以及
构造成将所述加压气体传送至所述气体入口的外部气体传送源。
实施方案20. 根据实施方案19所述的燃气涡轮发动机组件，其特征在于，所述旋转构件包括一个或更多个旋转轴。
参考以下说明和所附权利要求，本发明的这些和其他特征、方面以及优点将更好地理解。结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，并且与说明一起用于解释本发明的原理。
附图说明
说明书中参照附图描述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整而能够实施的公开，包括其最佳模式，在附图中：
图1图示了根据本发明公开的燃气涡轮发动机的一个实施例的示意性横截面视图；
图2图示了根据本发明公开的轴承组件的一个实施例的侧视图；
图3图示了图2的轴承组件的端视图；
图4图示了图2的轴承组件的透视、剖切图；
图5图示了沿着线5-5截取的图2的轴承组件的横截面视图；
图6图示了沿着线6-6截取的图2的轴承组件的横截面视图；
图7图示了图2的轴承组件的特写、横截面视图，特别图示了处于按下状态的轴承组件；
图8图示了图2的轴承组件的特写、横截面视图，特别图示了处于延展状态的轴承组件；
图9图示了具有根据本发明公开的气体分配迷宫件的轴承组件的轴承垫的一个实施例的细节、透视图，特别图示了气体分配迷宫件的之字形图案；
图10图示了根据本发明公开的轴承组件的轴承垫的一个实施例的部分、透视图，特别图示了轴承垫的气体入口；
图11图示了根据本发明公开的轴承组件的轴承垫的一个实施例的部分、透视图，特别图示了轴承垫的气体出口；
图12图示了具有根据本发明公开的气体分配迷宫件的轴承组件的轴承垫的一个实施例的细节、透视图，特别图示了气体分配迷宫件的网格图案；以及
图13图示了根据本发明公开结合到涡轮喷嘴中的轴承组件的一个实施例的透视图。
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 外壳体
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
36 低压轴
38 风扇
40 叶片
42 盘
44 致动部件
46 动力齿轮箱
48 机舱
50 风扇壳体或机舱
52 出口引导导叶
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
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 热气体路径
100 轴承组件
102 中心轴线
104 轴向开口
106 轴承垫
108 内表面
109 外表面
110 壳体
112 气体入口槽
114 供应通道
116 柱
118 垫的中心
120 分配孔
122 轴承区段
124 第一流体缓冲腔
126 第二流体缓冲腔
128 外部壁
130 内部壁
132 外周边
134 壳体的主体
136 外部壁的半刚性部分
138 外部壁的刚性部分
140 内部壁的半刚性部分
142 内部通道
144 外部通道
146 缓冲流体源
148 旋转构件
150 旋转构件的中心轴线
152 气体
156 气体分配迷宫件
158 通路
160 外部气体传送源
200 喷嘴
202 引导导叶
204 外部环。
具体实施方式
现在将对本发明的当前实施例进行详细参照，其一个或更多个示例在附图中进行了图解。具体实施方式使用数值和字母标号指代图中的特征。图和描述中相同或相似的标号用于指本发明的相同或相似零件。
如本文所用，用语“第一”、“第二”和“第三”可以可互换地使用来将一个构件与另一个构件进行区分，并且并不意图表示单个构件的位置或重要性。
用语“上游”和“下游”指相对于流体路径中流体流的相对方向。例如，“上游”指流体由其流出的方向，而“下游”指流体流向的方向。
总体上，本发明公开针对一种用于燃气涡轮发动机的轴承组件。轴承组件包括轴承壳体和用于支撑燃气涡轮发动机的旋转构件的轴承垫。轴承垫包括在垫的外表面上的至少一个气体入口和在垫的内表面上的多个气体出口。另外，气体入口经由气体分配迷宫件与多个气体出口成流体连通。因此，气体分配迷宫件包括多个通路，多个通路构造成将进入气体入口的加压气体均匀地分配到轴承垫的内表面和旋转构件的外径之间的界面。
因此，本发明公开提供了现有技术中不存在的许多益处。例如，大部分常规气体轴承仅具有位于垫的中心中的一个加压孔洞，这主要是由于使用常规加工设备(如铣床和车床)的制造技术上的限制。在其中多个孔位于垫的内表面上的情况下，在垫的侧面上执行横向钻孔，这由于堵塞要求和增加的径向空间而具有缺点。使用先进制造，诸如添加制造，可没有横向钻孔或者使用塞子而产生气体分配迷宫件。因此，本发明公开提供了具有一个气体入口导管的轴承垫，气体入口导管与气体分配迷宫件连通，从而使得分配的气体能够传送到轴承垫。最后，本发明公开的轴承垫导致更高的弹性以角度上失准，从而防止边缘负载以及因此改善承载能力。
现在参考附图，其中贯穿附图相同的标号指相同的元件，图1示出了根据本发明公开的涡轮机械的示意性横截面视图的一个实施例。更具体地，对于图1的实施例，涡轮机械被构造成燃气涡轮发动机10，或者更确切地说高旁通涡扇喷气式发动机。如图1中所示，燃气涡轮发动机10限定了轴向方向A1(平行于提供用来参考的纵向中心线12延伸)，径向方向R1，以及围绕轴向方向A1延伸的周向方向(未示出)。总体而言，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。
描绘的示例性核心涡轮发动机16通常包括限定环形入口20的基本管状的外壳体18。外壳体18包围并且核心涡轮发动机16包括成串行流的关系的压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段和喷气排放喷嘴区段32，压缩机区段包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24，涡轮区段包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24上。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22上。因此，LP轴36和HP轴34每个都是旋转构件，在燃气涡轮发动机10的运行期间围绕轴向方向A1旋转。
为了支撑此类旋转构件，燃气涡轮发动机包括附接到燃气涡轮发动机10内的各种结构性构件上的多个空气轴承组件100。更具体地，在图示的实施例中，轴承组件100便于LP轴36和HP轴34的旋转，并抑制燃气涡轮发动机10的运行期间给予轴承组件100的振动能。尽管轴承组件100被描述并图示为通常位于相应LP轴36和HP轴34的前端和后端，但轴承组件100可另外地或者备选地沿LP轴36和HP轴34位于任何期望的位置，包括但不限于，轴34,36的中心或跨中区域，或者沿着轴34,36的其他位置，在那里常规轴承组件100的使用将存在明显的设计挑战。另外，轴承组件100可结合常规的油润滑轴承组件使用。例如，在一个实施例中，常规的油润滑轴承组件可位于轴34,36的末端处，且一个或更多个轴承组件100可沿着轴34,36的中心或跨中区域定位。
依然参考图1的实施例，风扇区段14包括可变桨距风扇38，可变桨距风扇38具有以间隔开的方式联接到盘42上的多个风扇叶片40。如图所绘，风扇叶片40通常沿径向方向R1从盘42向外延伸。由于风扇叶片40操作地联接到构造成一致地共同改变风扇叶片40的桨距的合适的变桨机构44上，每个风扇叶片40都围绕俯仰轴线P相对于盘42可旋转。风扇叶片40，盘42以及变桨机构44通过LP轴36跨越动力齿轮箱46绕纵向轴线10一起可旋转的。动力齿轮箱46包括用于相对于LP轴36将风扇38的转速逐步调节到更加高效的旋转风扇速度的多个齿轮。更具体地，风扇区段包括由LP轴36跨越动力齿轮箱46可旋转的风扇轴。因此，风扇轴也可认为是旋转构件，并且类似地由一个或更多个轴承支撑。
依然参考图1的示例性实施例，盘42由可旋转的前毂48覆盖，前毂48空气动力学地异型成促进穿过多个风扇叶片40的空气流。此外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，其周向地包围风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。示例性机舱50相对于核心发动机16由多个周向地分开的出口引导导叶52支撑。此外，机舱50的下游区段54在核心涡轮发动机16的外部上延伸，以便在它们之间限定旁通空气流通道56。
在燃气涡轮发动机10的运行期间，一体积的空气58穿过机舱50的相关入口60和/或风扇区段14进入涡扇10。当该体积的空气58经过风扇叶片40时，如由箭头62所示的空气58的第一部分被引导或导引到旁通空气流通道56中，且如由箭头64所示的空气58的第二部分被引导或导引到核心空气流动路径37中，或更具体地到LP压缩机22中。空气的第一部分62和空气的第二部分64之间的比值通常被称为涵道比。空气的第二部分64的压力随着其被导引穿过高压(HP)压缩机24并进入燃烧区段26时而增加，在那里其与燃料混合并且被焚烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被导引穿过HP涡轮28，在那里来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分被经由HP涡轮定子导叶68和HP涡轮转子叶片70的顺序的级提取，HP涡轮定子导叶68联接在外壳体18上，而HP涡轮转子叶片70联接在HP轴或转轴34上，因此促使HP轴或转轴34旋转，从而支持HP压缩机24的运行。燃烧气体66然后被导引穿过LP涡轮30，在那里从燃烧气体66经由LP涡轮定子导叶72和LP涡轮转子叶片74的顺序的级提取热能和/或动能的第二部分，LP涡轮定子导叶72联接在外壳体18上，而LP涡轮转子叶片74联接在LP轴或转轴36上，因此促使LP轴或转轴36旋转，从而支持LP压缩机22的运行和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后被导引穿过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，空气的第一部分的压力在其从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出(也提供了推进推力)前随着该空气的第一部分62被导引穿过旁通气流通道56时被显著地升高。HP涡轮28，LP涡轮30以及喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，其用于导引燃烧气体66穿过核心涡轮发动机16。
然而，应认识到的是，图1中所绘的燃气涡轮发动机10仅作为示例而提供，并且在其他示例性实施例中，燃气涡轮发动机10可具有任何其他合适的构造。还应认识到的是，在又另外的示例性实施例中，本发明公开的不同方面可结合到任何其他合适的燃气涡轮发动机中。例如，在其他示例性实施例中，本发明公开的不同方面可例如结合到涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机或涡轮喷气发动机中。此外，在又其他的实施例中，本发明公开的不同方面可结合到任何合适的涡轮机械中，包括但不限于，蒸汽涡轮机、离心压缩机和/或涡轮增压器。
现在参考图2到图4，图示了按照本发明公开的示例性实施例的轴承组件100。更具体地，图2图示了根据本发明公开的轴承组件100的一个实施例的侧视图；图3图示了图2的轴承组件100的端视图；而图4图示了图2的轴承组件100的透视、剖切视图。在某些实施例中，轴承组件100可结合在以上参考图1描述的示例性燃气涡轮发动机10中，或者备选地，轴承组件100可结合到任何其他合适的燃气涡轮发动机或涡轮机械中。
如图所示，轴承组件100通常限定轴向方向A2(以及大体上沿着轴向方向A2延伸的中心线102)，径向方向R2，以及周向方向C2。另外，轴承组件100限定轴向开口104并且构造成在轴向开口104内支撑例如燃气涡轮发动机10的旋转构件。另外，轴承组件100通常包括一个或更多个轴承垫106，每个轴承垫都限定用于支撑旋转构件的内表面108和外表面109，以及附接到(多个)轴承垫106上或者与之整体形成的壳体110。另外，轴承组件100构造成“空气”轴承，或者无油/少油轴承，并且因此壳体110通常构造成在运行期间给一个或更多个轴承垫106的内表面108提供工作气体(例如，空气、压缩空气和燃烧气体等)的流，以产生与旋转构件的分离，并且提供低摩擦装置来支撑此类旋转构件(未绘出)。
因而，轴承组件100的壳体110沿轴向方向A2在第一端包括气体入口112(图3)以及从气体入口112延伸到柱116的供应通道114(图4)。柱116构造成从供应通道114给轴承垫106提供工作气体的流，如以下将更详细讨论的那样。另外，如图所示，柱116向轴承垫106延伸并且支撑轴承垫106。更具体地，如图示实施例中所示，柱116完全支撑轴承垫106。另外，如图所示，柱116大约位于轴承垫106的中心处。更特别地，轴承垫106限定中心118，且柱116靠近轴承垫106的中心118至少部分地附接到轴承垫106上或者与之整体地形成。然而，在其他实施例中，柱116可相反地定位成从轴承垫106偏心。
在某些实施例中，轴承垫106可构造成在轴承组件100的运行期间分散和/或扩散工作气体以支撑和/或润滑旋转构件，其将参考图9-12更详细地描述。以这样的方式，轴承组件100可提供流体静力学加压的顺应轴承垫。例如，如图所示，轴承垫106包括跨轴承垫106设置的多个气体分配孔120，以在轴向开口104内提供均匀分布的压力场，来用于支撑和/或润滑旋转构件。
多个气体分配孔120可构造成具有适合如本文所述起作用的任何尺寸或布置(例如，阵列、图案或构造)。例如，在一些实施例中，多个气体分配孔120可通常具有在大约2密尔(大约50毫米)和大约100密尔(大约2540毫米)之间的直径，并且更具体地，在大约5密尔(大约127毫米)和大约20密尔(大约508毫米)之间。备选地，或者另外，每个轴承垫106都可具有足够高的透气性，以允许从柱116接收的工作气体在轴向开口104内产生充分的压力，以给旋转构件提供支撑和/或润滑。
此外，如图5中所示，轴承组件100包括沿着轴承组件100的周向方向C2隔开的多个区段122。每个区段122通常都会包括轴承垫106(例如，以如上所述相同的方式构造)以及构造成缓冲组件的壳体110的相应部分。因此，如例如图3中最清楚可见的那样，轴承组件100包括沿着周向方向C2基本均匀隔开的多个轴承垫106。另外，每个轴承垫106都限定相应的内表面108，且多个轴承垫106的内表面108一起沿着周向方向C2限定基本环形的支撑表面(例如见图3)并沿着轴向方向A2限定线性支撑表面(例如见图6，如以下所述)，以用于支撑旋转构件。
轴承垫106可由适合耐受轴承组件100的工作条件的任何材料制成。另外，在一些实施例中，轴承垫106由具有充分低孔隙度的材料制成，以防止例如涡轮机械的运行期间在轴承垫106和旋转构件之间产生的薄气体膜的不稳定。例如，在一些实施例中，轴承垫106可由多孔的碳制成，诸如碳石墨、烧结的多孔陶瓷以及烧结的多孔金属，诸如Inconel®和不锈钢。
此外，在一些实施例中，每个区段122的轴承垫106和壳体110可整体地由单一、连续的材料形成。例如，在一些实施例中，每个轴承垫106可与轴承组件100的相应区段122的壳体110整体地形成，使得轴承垫106和相应区段的壳体110被制造而形成单个整体零件。另外，在某些实施例中，形成两个或更多个区段122的多个轴承垫106和壳体110的相应部分可整体地形成，或者又更进一步，形成轴承组件100的多个轴承垫106的每一个以及壳体110的相应部分可整体地形成。
轴承垫106和壳体110可经由适合有助于形成以下描绘并描述的整体零件的任何技术来制造。例如，在一些实施例中，轴承垫106和壳体110可使用添加制造工艺(也称作快速成型、快速制造以及3D打印)来制造，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)、扩散粘结或者选择性热烧结(SHS)。然而，应认识到的是，在其他实施例中，轴承区段122的其中一个或更多个(包括轴承垫106和壳体110的相应部分)可整体地由单一、连续的材料形成，并且以任何其他合适的方式连接到单独形成的、邻近的轴承区段122上，诸如通过机械紧固装置。
现在参考图4，并且也参考提供了轴承组件100的横截面视图的图5和图6(分别沿着图2中的线5-5以及图3中的线6-6)，如以上简要指出的，轴承区段122的每一个都包括构造成缓冲器组件的壳体110的一部分。更具体地，如图所示，壳体110至少部分地限定第一流体缓冲腔124和第二流体缓冲腔126。例如，在某些实施例中，第一流体缓冲腔124和第二流体缓冲腔126每个都围绕柱116延伸三百六十度(360°)。另外，第一流体缓冲腔124靠近轴承垫106定位而第二流体缓冲腔126与第一流体缓冲腔124隔开，或者更具体地，沿着径向方向R2与第一流体缓冲腔124隔开。
此外，如图所示，构造成用于每个轴承区段122的缓冲器组件的壳体110的部分大体上包括第一、外部壁128和第二、内部壁130。另外，内部壁130和外部壁128分别构造成蜿蜒的内部壁130和蜿蜒的外部壁128(即，壁沿多个方向延伸)。例如，轴承垫106通常限定外周边132。蜿蜒的外部壁128靠近轴承垫106的外周边132(更确切地说，在轴承垫106的外周边132处)附接到轴承垫106上或者与之整体地形成，大体上沿着轴向方向A2向着轴承垫106的中心118延伸，并且随后沿着轴向方向A2远离轴承垫106的中心118向回延伸，与壳体110的主体134连接。类似地，如图所示，内部壁130靠近轴承垫106的中心118(更确切地说，在轴承垫106的中心118处)附接到轴承垫106上或与之整体地形成，大体上沿径向方向R2远离轴承垫106延伸，并且随后沿着轴向方向A2远离轴承垫106的中心118延伸，同样与壳体110的主体134连接。
另外，外部壁128通常包括半刚性部分136和刚性部分138，并且类似地内部壁130包括半刚性部分140。如图所示，外部壁128至少部分地限定第一流体缓冲腔124并且至少部分地限定第二流体缓冲腔126。另外，轴承垫106至少部分地限定第一流体缓冲腔124，并且内部壁130至少部分地限定第二流体缓冲腔126。更具体地，如图所示，外部壁128的半刚性部分136和轴承垫106一起限定第一流体缓冲腔124，而外部壁128的刚性部分138和内部壁130的半刚性部分140一起限定第二流体缓冲腔126。
应认识到的是，如本文所用，术语“半刚性”和“刚性”是相对术语。因此，在轴承组件100的构件的一部分被描述为刚性的之前，被描述为半刚性的轴承组件100的构件的一部分可构造成弯曲、折曲或屈服。例如，各种构件的半刚性部分可通过与此类构件的刚性部分相比以较小的厚度形成此类部分而产生。另外，本文描述为“半刚性”的轴承组件100的构件指的是构造成在轴承组件100的正常运行期间弯曲、折曲或屈服的同时引发极少损伤或没有损伤的构件。
另外，第一流体缓冲腔124与第二流体缓冲腔126通过柱116的一部分成流动连通。具体地，所绘的柱116构造成由内部壁130的一部分和外部壁128的一部分形成的双壁柱116。因此，柱116在径向外端处由外部壁128的刚性部分138和内部壁130的半刚性部分140支撑。另外，在径向内端处由内部壁130形成的柱116的该部分被附接到轴承垫106上(更确切地说，与轴承垫106整体地形成)，而由外部壁128形成的柱116的部分通过外部壁128的半刚性部分136被附接到轴承垫106上。
此外，内部壁130限定用于给轴承垫106提供工作气体的内部通道142，而外部壁128和内部壁130一起限定外部通道144。如将会认识到的那样，外部通道144与内部通道142同心，并且围绕内部通道142限定基本环形形状。另外，对于所绘的实施例，外部通道144构造成间隔间隙，使得第一流体缓冲腔124和第二流体缓冲腔126通过该外部通道144成有限的流动连通。
另外，第一流体缓冲腔124、第二流体缓冲腔126和外部通道144全部密封在一起，并且一起限定固定的容积。此外，壳体110限定用于给第一和第二流体缓冲腔124,126填充缓冲流体的缓冲腔源146(图6)，使得在运行期间，第一和第二流体缓冲腔124,126以及外部通道144各自都完全用缓冲流体填充。在填充了这些腔之后，可将盖或其他可移除或永久关闭装置定位在缓冲腔源146上。缓冲流体例如可以是油(诸如传热油)，或者备选地可以是任何其他合适的流体，诸如任何合适的不可压缩液体。轴承组件100构造成响应于作用在轴承垫106上的力而从第一流体缓冲腔124通过外部通道144/间隔间隙传送缓冲流体至第二流体缓冲腔126。
现在参考图7和图8，图示了轴承组件100的一部分的侧面、横截面视图。更具体地，图7图示了已经吸收了作用在轴承垫106上的力的本发明公开的轴承组件100的侧面、特写、横截面视图，而图8图示了没有作用在轴承垫106上的力的轴承组件100的侧面、特写、横截面视图。
当力作用在轴承垫106上时，诸如当由轴承组件100支撑的旋转构件大体上沿着径向方向R2按压在轴承垫106上时，形成缓冲器组件的壳体110的部分允许轴承垫106沿着径向方向R2移动，从而吸收此力。更特别地，当支撑轴承垫106的柱116向上移动时，外部壁128的半刚性部分136部分地变形(减小第一流体缓冲腔124的容积)，第一流体缓冲腔124内的一部分缓冲流体被通过构造成间隔间隙的柱116的外部通道144挤出，并流入第二流体缓冲腔126。同时，外部壁128的刚性部分138保持基本静止，并且内部壁130的半刚性部分140部分地变形，以增大第二流体缓冲腔126的容积，并且接纳穿过柱116的外部通道144从第一流体缓冲腔124提供的该部分缓冲流体。这样的运动吸收了施加在轴承垫106上的力，并且缓冲这样的运动。例如，外部通道144的相对紧的间隔/间隔间隙抵抗轴承垫106沿着径向方向R2的相对快的运动。在没有力施加在轴承垫106上的情况下，传送到第二流体缓冲腔126的缓冲流体可反转流动方向，并且穿过柱116的外部通道144流回到第一流体缓冲腔124(图8)。
参考图9-12，图示了根据本发明公开的用于支撑燃气涡轮发动机10的旋转构件的轴承垫106的各种实施例。如图所示，轴承垫106包括构造在其内表面108上的至少一个气体入口112和多个气体出口120或分配孔。另外，如图所示，气体入口112经由气体分配迷宫件156或路径与多个气体出口120成流体连通。此外，如图所示，气体分配迷宫件156包括多个通路158，多个通路158构造成将进入气体入口112的加压气体152均匀地分配至轴承垫106的内表面108和旋转构件(即，燃气涡轮发动机10的旋转轴34,36)的外径之间的界面。另外，如图6中所示，轴承组件106也可包括构造成将加压气体152传送至气体入口112和/或柱116的内部通道142的外部气体传送源160。
具体参考图9和图12，气体分配迷宫件156可限定任何合适的预定图案。例如，如图9中所示，气体分配迷宫件156具有之字形图案，而图12图示了网格图案。在某些实施例中，之字形图案对于提供更高的轴承垫刚度是特别有用的。在又进一步的实施例中，气体分配迷宫件156可具有任何其他图案，包括但不限于各种形状、字母或类似图案。如所提及的那样，此类图案可以在轴承垫106中通过使用诸如添加制造的先进制造而轻易地实现。因此，气体分配迷宫件156可以没有横向钻孔或使用塞子而产生。
在进一步的实施例中，如图4、9和11-12中所示，多个气体出口120可在轴承垫106的内表面108上均匀地隔开。备选地，多个气体出口120可以在轴承垫106的内表面108上随机地隔开。另外，气体出口120的位置和/或图案可随气体分配迷宫件图案或者独立于气体分配迷宫件图案的变化来选择。
现在参考图13，本文所述的轴承组件100可整体结合到飞行器发动机的涡轮喷嘴200中。在这样的实施例中，喷嘴200的引导导叶202可设置在轴承组件100的壳体110和涡轮喷嘴200的外部环204之间并由它们支撑。
本书面说明书使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且也使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其它实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，则此类其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1. 一种用于燃气涡轮发动机(10)的轴承组件(100)，所述轴承组件(100)包括：
轴承壳体(110)；以及
用于支撑所述燃气涡轮发动机(10)的旋转构件(148)的轴承垫(106)，所述轴承垫(106)包括构造在所述轴承垫(106)的外表面(109)上的至少一个气体入口(112)和构造在所述轴承垫(106)的内表面(108)上的多个气体出口(120)，所述气体入口(112)经由气体分配迷宫件(156)与所述多个气体出口(120)成流体连通，所述气体分配迷宫件(156)包括多个通路(158)，其构造成将进入所述气体入口(112)的加压气体均匀地分配至所述轴承垫(106)的所述内表面(108)和所述旋转构件(148)的外径之间的界面。
2.根据权利要求1所述的轴承组件(100)，其特征在于，所述气体分配迷宫件(156)限定包括之字形图案或网格图案中的至少一个的预定图案。
3.根据权利要求1所述的轴承组件(100)，其特征在于，所述多个气体出口(120)在所述轴承垫(106)的所述内表面(108)上均匀地隔开。
4.根据权利要求1所述的轴承组件(100)，其特征在于，所述多个气体出口(120)在所述轴承垫(106)的所述内表面(108)上随机地隔开。
5.根据权利要求1所述的轴承组件(100)，其特征在于，所述轴承垫(106)附接至所述轴承壳体(110)。
6.根据权利要求1所述的轴承组件(100)，其特征在于，所述轴承垫(106)和所述轴承壳体(110)由单一、连续的材料整体地形成。
7.根据权利要求1所述的轴承组件(100)，其特征在于，所述轴承垫(106)和所述轴承壳体(110)使用添加制造工艺形成。
8.根据权利要求1所述的轴承组件(100)，其特征在于，还包括构造成将所述加压气体传送至所述气体入口(112)的外部气体传送源(160)。
9.根据权利要求1所述的轴承组件(100)，其特征在于，所述轴承壳体(110)还包括沿着所述轴承壳体(110)的周向方向隔开的多个轴承垫(106)。
10.根据权利要求1所述的轴承组件(100)，其特征在于，所述轴承壳体(110)包括朝向所述轴承垫(106)延伸的柱(116)，以用于给所述轴承垫(106)的所述气体入口(112)提供所述加压气体。
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