CN111720179A - 轴承支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有轴承支撑结构(100)的气体涡轮引擎(10)，所述轴承支撑结构包括：轴承室(104)；第一缓冲流体通道(110)，所述第一缓冲流体通道从所述轴承室(104)径向向外设置；第二缓冲流体通道(116)，所述第二缓冲流体通道从所述第一缓冲流体通道(110)径向向外设置；以及核心流体通道(132)，所述核心流体通道从所述第二缓冲流体通道(116)径向向外设置；所述轴承室(104)、所述第一缓冲流体通道(110)、所述第二缓冲流体通道(116)和所述核心流体通道(132)由相应的毂壁分开。

Description

轴承支撑结构

技术领域

本公开涉及用于气体涡轮引擎的轴承支撑结构，并且具体地但不限于涉及包括两个缓冲流体通道的轴承支撑结构。

背景技术

气体涡轮引擎沿其长度包括多个轴承。这些轴承容纳在轴承室中，在允许转子自由旋转的同时使转子精确地对中。每个轴承室形成轴承支撑结构的一部分，该轴承支撑结构支撑气体涡轮引擎的旋转部件，并将径向轴承负载传递到引擎的外壳。

轴承室包含油以润滑轴承，其中油的最佳温度通常小于200℃。油温上升至该点以上能够产生许多不期望的影响。油温在230℃以上时，油的流动特性开始恶化，并且在称为“焦化”的过程期间，沉积物可开始在轴承室内形成。这些沉积物会“堵塞”轴承和密封件，从而可能导致损坏并影响引擎操作。油温在约290℃时，油达到其自动点火温度。

一个此类轴承位于高压(HP)涡轮附近。HP核心空气通道位于该HP轴承室的近侧，并且在引擎的该区域中，HP核心空气的温度为约450℃。因此，HP轴承室靠近引擎的区域，远超过其最佳操作、焦化和自动点火温度。

因此，必须在轴承室内保持有利的环境，使得轴承和轴承润滑剂保持在安全的工作参数内。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种具有轴承支撑结构的气体涡轮引擎，该轴承支撑结构包括轴承室；从该轴承室径向向外设置的第一缓冲流体通道；从该第一缓冲流体通道径向向外设置的第二缓冲流体通道；以及从该第二缓冲流体通道径向向外设置的核心流体通道；轴承室、第一缓冲流体通道、第二缓冲流体通道和核心流体通道由相应的毂壁分开。

在使用气体涡轮期间，可引导冷却空气通过第一缓冲流体通道和/或第二缓冲流体通道。

空气可借助于位于毂壁中的多个泄漏密封件进入和离开第一缓冲流体通道和/或第二缓冲流体通道。

第一缓冲流体通道和/或第二缓冲流体通道可具有环形横截面。

轴承室、第一缓冲流体通道和第二缓冲流体通道可围绕气体涡轮的中心轴线同心布置。

毂壁可被制造为单个整体式零件。

毂壁能够通过增材制造来制造。

轴承支撑结构可另外包括至少一个附加的缓冲流体通道，该至少一个附加的缓冲流体通道从第二缓冲流体通道径向向外设置并且从核心流体通道径向向内设置。

该空气从气体涡轮引擎的旁路气流中排出。

核心流体通道可为气体涡轮引擎的高压核心空气通道。

气体涡轮引擎可用于飞行器中，并且还可包括引擎核心、风扇和齿轮箱。引擎核心可包括涡轮、压缩机和将涡轮连接到压缩机的芯轴。风扇可位于引擎核心的上游，并且该风扇可包括多个风扇叶片。齿轮箱可接收来自芯轴的输入并可将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度驱动风扇。

气体涡轮引擎还可包括第一涡轮、第一压缩机、将第一涡轮连接到第一压缩机的第一芯轴；第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。

如本文其他地方所述，本公开可涉及气体涡轮引擎。此类气体涡轮引擎可包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮、燃烧器、压缩机和将该涡轮连接到该压缩机的芯轴。此类气体涡轮引擎可包括位于引擎核心的上游的(具有风扇叶片的)风扇。

本公开的布置结构可以特别但并非排他地有益于经由齿轮箱驱动的风扇。因此，该气体涡轮引擎可包括齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度驱动风扇。至齿轮箱的输入可直接来自芯轴或者间接地来自芯轴，例如经由正齿轮轴和/或齿轮。芯轴可将涡轮和压缩机刚性地连接，使得涡轮和压缩机以相同的速度旋转(其中，风扇以更低的速度旋转)。

如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何合适的通用架构。例如，气体涡轮引擎可具有将涡轮和压缩机连接的任何所需数量的轴，例如一个轴、两个轴或三个轴。仅以举例的方式，连接到芯轴的涡轮可以是第一涡轮，连接到芯轴的压缩机可以是第一压缩机，并且芯轴可以是第一芯轴。该引擎核心还可包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。

在此类布置结构中，第二压缩机可轴向定位在第一压缩机的下游。该第二压缩机可被布置成(例如直接接收，例如经由大致环形的导管)从第一压缩机接收流。

齿轮箱可被布置成由被配置成(例如在使用中)以最低旋转速度旋转的芯轴(例如上述示例中的第一芯轴)来驱动。例如，该齿轮箱可被布置成仅由被配置成(例如在使用中)以最低旋转速度旋转的芯轴(例如，在上面的示例中，仅第一芯轴，而不是第二芯轴)来驱动。另选地，该齿轮箱可被布置成由任何一个或多个轴驱动，该任何一个或多个轴例如为上述示例中的第一轴和/或第二轴。

在如本文所述和/或所要求保护的任何气体涡轮引擎中，燃烧器可被轴向设置在风扇和一个或多个压缩机的下游。例如，在提供第二压缩机的情况下，燃烧器可直接位于第二压缩机的下游(例如在其出口处)。以另一个示例的方式，在提供第二涡轮的情况下，可将燃烧器出口处的流提供至第二涡轮的入口。该燃烧器可设置在一个或多个涡轮的上游。

该压缩机或每个压缩机(例如，如上所述的第一压缩机和第二压缩机)可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子轮叶，该排定子轮叶可为可变定子轮叶(因为该排定子轮叶的入射角可以是可变的)。该排转子叶片和该排定子轮叶可彼此轴向偏移。

该涡轮或每个涡轮(例如，如上所述的第一涡轮和第二涡轮)可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子轮叶。该排转子叶片和该排定子轮叶可彼此轴向偏移。

每个风扇叶片可被限定为具有径向跨度，该径向跨度从径向内部气体洗涤位置或0％跨度位置处的根部(或毂部)延伸到100％跨度位置处的尖端。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可小于(或大约为)以下中的任何一个：0.4、0.39、0.38、0.37、0.36、0.35、0.34、0.33、0.32、0.31、0.3、0.29、0.28、0.27、0.26或0.25。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。这些比率通常可称为毂部-尖端比率。毂部处的半径和尖端处的半径都可以在叶片的前缘(或轴向最前)部分处测量。当然，毂部-尖端比率指的是风扇叶片的气体洗涤部分，即径向地在任何平台外部的部分。

可在引擎中心线和风扇叶片的前缘处的尖端之间测量该风扇的半径。风扇直径(可能只是风扇半径的两倍)可大于(或大约为)以下中的任何一个：250cm(约100英寸)、260cm、270cm(约105英寸)、280cm(约110英寸)、290cm(约115英寸)、300cm(约120英寸)、310cm、320cm(约125英寸)、330cm(约130英寸)、340cm(约135英寸)、350cm、360cm(约140英寸)、370cm(约145英寸)、380cm(约150英寸)或390cm(约155英寸)。风扇直径可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。

风扇的旋转速度可以在使用中变化。一般来讲，对于具有较大直径的风扇，旋转速度较低。仅以非限制性示例的方式，风扇在巡航条件下的旋转速度可小于2500rpm，例如小于2300rpm。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在250cm至300cm(例如250cm至280cm)范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1700rpm至2500rpm的范围内，例如在1800rpm至2300rpm的范围内，例如在1900rpm至2100rpm的范围内。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在320cm至380cm范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1200rpm至2000rpm的范围内，例如在1300rpm至1800rpm的范围内、例如在1400rpm至1600rpm的范围内。

在使用气体涡轮引擎时，(具有相关联的风扇叶片的)风扇围绕旋转轴线旋转。该旋转导致风扇叶片的尖端以速度U_尖端移动。风扇叶片13对流所做的功导致流的焓升dH。风扇尖端负载可被定义为dH/U_尖端 ²，其中dH是跨风扇的焓升(例如1-D平均焓升)，并且U_尖端是风扇尖端的(平移)速度，例如在尖端的前缘处(可被定义为前缘处的风扇尖端半径乘以角速度)。在巡航条件下的风扇尖端负载可大于(或大约为)以下中的任何一个：0.3、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4(本段中的所有单位为Jkg^-1K^-1/(ms^-1)²)。风扇尖端负载可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。

根据本公开的气体涡轮引擎可具有任何期望的旁路比率，其中该旁路比率被定义为在巡航条件下穿过旁路导管的流的质量流率与穿过核心的流的质量流率的比率。在一些布置结构中，该旁路比率可大于(或大约为)以下中的任何一个：10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5或17。该旁路比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。该旁路导管可以是基本上环形的。该旁路导管可位于核心引擎的径向外侧。旁路导管的径向外表面可以由短舱和/或风扇壳体限定。

本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎的总压力比可被定义为风扇上游的滞止压力与最高压力压缩机出口处的滞止压力(进入燃烧器之前)之比。以非限制性示例的方式，如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎在巡航时的总压力比可大于(或大约为)以下中的任何一个：35、40、45、50、55、60、65、70、75。总压力比可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。

引擎的比推力可被定义为引擎的净推力除以穿过引擎的总质量流量。在巡航条件下，本文中描述和/或要求保护的引擎的比推力可小于(或大约为)以下中的任何一个：110Nkg^-1s、105Nkg^-1s、100Nkg^-1s、95Nkg^-1s、90Nkg^-1s、85Nkg^-1s或80Nkg^-1s。比推力可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。与传统的气体涡轮引擎相比，此类引擎可能特别高效。

如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何期望的最大推力。仅以非限制性示例的方式，如本文所述和/或受权利要求书保护的气体涡轮可产生至少为(或大约为)以下中的任何一个的最大推力：160kN、170kN、180kN、190kN、200kN、250kN、300kN、350kN、400kN、450kN、500kN或550kN。最大推力可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。上面提到的推力可为在标准大气条件下、在海平面处、加上15℃(环境压力101.3kPa，温度30℃)、引擎静止时的最大净推力。

在使用中，高压涡轮的入口处的流的温度可能特别高。该温度，可被称为TET，可在燃烧器的出口处测量，例如刚好在自身可被称为喷嘴导向轮叶的第一涡轮轮叶的上游。在巡航时，该TET可至少为(或大约为)以下中的任何一个：1400K、1450K、1500K、1550K、1600K或1650K。巡航时的TET可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。引擎在使用时的最大TET可以是，例如，至少为(或大约为)以下中的任何一个：1700K、1750K、1800K、1850K、1900K、1950K或2000K。最大TET可在由前一句中的任意两个值界定的包含范围内(即，这些值可形成上限或下限)。可以例如在高推力条件下发生最大TET，例如在最大起飞(MTO)条件下发生最大TET。

本文中描述和/或要求保护的风扇叶片和/或风扇叶片的翼面部分可由任何合适的材料或材料组合来制造。例如，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可至少部分地由复合材料来制造，该复合材料为例如金属基质复合材料和/或有机基质复合材料，诸如碳纤维。以另外的示例的方式，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可以至少部分地由金属来制造，该金属为诸如基于钛的金属或基于铝的材料(诸如铝锂合金)或基于钢的材料。风扇叶片可包括使用不同材料制造的至少两个区域。例如，风扇叶片可具有保护性前缘，该保护性前缘可使用比叶片的其余部分更好地抵抗(例如，来自鸟类、冰或其他材料的)冲击的材料来制造。此类前缘可以例如使用钛或基于钛的合金来制造。因此，仅以举例的方式，该风扇叶片可具有碳纤维或具有带钛前缘的基于铝的主体(诸如铝锂合金)。

如本文所述和/或所要求保护的风扇可包括中央部分，风扇叶片可从该中央部分例如在径向上延伸。该风扇叶片可以任何期望的方式附接到中央部分。例如，每个风扇叶片可包括固定件，该固定件可与毂部(或盘状部)中的对应狭槽接合。仅以举例的方式，此类固定件可以是燕尾形式的，其可以插入和/或接合毂部/盘状部中对应的狭槽，以便将风扇叶片固定到毂部/盘状部。以另外的示例的方式，该风扇叶片可与中央部分一体地形成。此类布置结构可被称为整体叶盘或整体叶环。可使用任何合适的方法来制造此类整体叶盘或整体叶环。例如，风扇叶片的至少一部分可由块状物来加工而成，以及/或者风扇叶片的至少部分可通过焊接(诸如线性摩擦焊接)来附接到毂部/盘状部。

本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可能或可能不设有可变面积喷嘴(VAN)。此类可变面积喷嘴可允许旁路导管的出口面积在使用中变化。本公开的一般原理可应用于具有或不具有VAN的引擎。

如本文所述和/或要求保护的气体涡轮的风扇可具有任何期望数量的风扇叶片，例如16、18、20或22个风扇叶片。

如本文所用，巡航条件可指气体涡轮引擎所附接的飞行器的巡航条件。此类巡航条件通常可被定义为巡航中期的条件，例如飞行器和/或引擎在爬升顶点和下降起点之间的中点(就时间和/或距离而言)处所经历的条件。

仅以举例的方式，巡航条件下的前进速度可为从0.7马赫至0.9马赫的范围内的任何点，例如0.75至0.85、例如0.76至0.84、例如0.77至0.83、例如0.78至0.82、例如0.79至0.81、例如大约0.8马赫、大约0.85马赫或0.8至0.85的范围内。这些范围内的任何单一速度可以是巡航条件。对于某些飞行器，巡航条件可能超出这些范围，例如低于0.7马赫或高于0.9马赫。

仅以举例的方式，巡航条件可对应于在以下范围内的高度处的标准大气条件：10000m至15000m，例如在10000m至12000m的范围内，例如在10400m至11600m(约38000英尺)的范围内，例如在10500m至11500m的范围内，例如在10600m至11400m的范围内，例如在10700m(约35000英尺)至11300m的范围内，例如在10800m至11200m的范围内，例如在10900m至11100m的范围内，例如大约11000m。巡航条件可对应于这些范围内的任何给定高度处的标准大气条件。

仅以举例的方式，巡航条件可对应于：前进马赫数为0.8；压力23000Pa；以及温度为-55℃。

如本文中任何地方所用，“巡航”或“巡航条件”可指空气动力学设计点。此类空气动力学设计点(或ADP)可对应于风扇被设计用于操作的条件(包括例如马赫数、环境条件和推力要求中的一者或多者)。例如，这可能指风扇(或气体涡轮引擎)被设计成具有最佳效率的条件。

在使用中，本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可在本文别处定义的巡航条件下操作。此类巡航条件可通过飞行器的巡航条件(例如，巡航中期条件)来确定，至少一个(例如2个或4个)气体涡轮引擎可以安装在该飞行器上以提供推进推力。

本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征或参数可应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征或参数可应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征或参数组合。

附图说明

现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案，其中：

图1是气体涡轮引擎的截面侧视图；

图2是气体涡轮引擎的上游部分的特写截面侧视图；

图3是用于气体涡轮引擎的齿轮箱的局部剖视图；

图4是包括轴承室的轴承支撑结构的纵截面；以及

图5是整个轴承支撑结构的示例性温度特征图。

具体实施方式

图1示出了具有主旋转轴线9的气体涡轮引擎10。引擎10包括进气口12和推进式风扇23，该推进式风扇产生两股气流：核心气流A和旁路气流B。气体涡轮引擎10包括接收核心气流A的核心11。引擎核心11以轴流式串联包括低压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮17、低压涡轮19和核心排气喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮引擎10并限定旁路导管22和旁路排气喷嘴18。旁路气流B流过旁路导管22。风扇23经由轴26和周转齿轮箱30附接到低压涡轮19并由该低压涡轮驱动。

在使用中，核心气流A由低压压缩机14加速和压缩，并被引导至高压压缩机15中以进行进一步的压缩。从高压压缩机15排出的压缩空气被引导至燃烧设备16中，在该燃烧设备中压缩空气与燃料混合，并且混合物被燃烧。然后，所得的热燃烧产物在通过喷嘴20排出之前通过高压涡轮和低压涡轮17、19膨胀，从而驱动高压涡轮和低压涡轮17、19以提供一些推进推力。高压涡轮17通过合适的互连轴27来驱动高压压缩机15。风扇23通常提供大部分推进推力。周转齿轮箱30是减速齿轮箱。

图2中示出了齿轮传动风扇气体涡轮引擎10的示例性布置结构。低压涡轮19(参见图1)驱动轴26，该轴26联接到周转齿轮布置结构30的太阳轮或太阳齿轮28。在太阳齿轮28的径向向外处并与该太阳齿轮相互啮合的是多个行星齿轮32，该多个行星齿轮通过行星架34联接在一起。行星架34约束行星齿轮32以同步地围绕太阳齿轮28进动，同时使每个行星齿轮32绕其自身轴线旋转。行星架34经由连杆36联接到风扇23，以便驱动该风扇围绕引擎轴线9旋转。在行星齿轮32的径向向外处并与该行星齿轮相互啮合的是齿圈或环形齿轮38，其经由连杆40联接到固定支撑结构24。

需注意，本文中使用的术语“低压涡轮”和“低压压缩机”可分别表示最低压力涡轮级和最低压力压缩机级(即，不包括风扇23)，和/或通过在引擎中具有最低旋转速度的互连轴26(即，不包括驱动风扇23的齿轮箱输出轴)连接在一起的涡轮级和压缩机级。在一些文献中，本文中提到的“低压涡轮”和“低压压缩机”可被另选地称为“中压涡轮”和“中压压缩机”。在使用此类另选命名的情况下，风扇23可被称为第一或最低压力的压缩级。

在图3中以举例的方式更详细地示出了周转齿轮箱30。太阳齿轮28、行星齿轮32和环形齿轮38中的每一者包括围绕其周边以用于与其他齿轮相互啮合的齿。然而，为清楚起见，图3中仅示出了齿的示例性部分。示出了四个行星齿轮32，但是对本领域的技术人员显而易见的是，可以在要求保护的发明的范围内提供更多或更少的行星齿轮32。行星式周转齿轮箱30的实际应用通常包括至少三个行星齿轮32。

在图2和图3中以举例的方式示出的周转齿轮箱30是行星式的，其中行星架34经由连杆36联接到输出轴，其中环形齿轮38被固定。然而，可使用任何其他合适类型的周转齿轮箱30。以另一个示例的方式，周转齿轮箱30可以是恒星布置结构，其中行星架34保持固定，允许环形齿轮(或齿圈)38旋转。在此类布置结构中，风扇23由环形齿轮38驱动。以另一个另选示例的方式，齿轮箱30可以是差速齿轮箱，其中环形齿轮38和行星架34均被允许旋转。

应当理解，图2和图3中所示的布置结构仅是示例性的，并且各种另选方案都在本公开的范围内。仅以举例的方式，可使用任何合适的布置结构来将齿轮箱30定位在引擎10中和/或用于将齿轮箱30连接到引擎10。以另一个示例的方式，齿轮箱30与引擎10的其他部件(诸如输入轴26、输出轴和固定结构24)之间的连接件(诸如图2示例中的连杆36、40)可具有任何期望程度的刚度或柔性。以另一个示例的方式，可使用引擎的旋转部件和固定部件之间(例如，在来自齿轮箱的输入轴和输出轴与固定结构诸如齿轮箱壳体之间)的轴承的任何合适的布置结构，并且本公开不限于图2的示例性布置结构。例如，在齿轮箱30具有恒星布置结构(如上所述)的情况下，技术人员将容易理解，输出连杆和支撑连杆以及轴承位置的布置结构通常不同于图2中以举例的方式示出的布置结构。

因此，本公开延伸到具有齿轮箱类型(例如恒星或行星齿轮)、支撑结构、输入和输出轴布置结构以及轴承位置中的任何布置结构的气体涡轮引擎。

可选地，齿轮箱可驱动附加的和/或另选的部件(例如，中压压缩机和/或增压压缩机)。

本公开可应用的其他气体涡轮引擎可具有另选配置。例如，此类引擎可具有另选数量的压缩机和/或涡轮和/或另选数量的互连轴。以另外示例的方式，图1中所示的气体涡轮引擎具有分流喷嘴20、22，这意味着穿过旁路导管22的流具有自己的喷嘴，该喷嘴与核心引擎喷嘴20分开，并径向地在该核心引擎喷嘴的外部。然而，这不是限制性的，并且本公开的任何方面也可应用于如下引擎，在该引擎中，穿过旁路导管22的流和穿过核心11的流在可被称为混流喷嘴的单个喷嘴之前(或上游)混合或组合。一个或两个喷嘴(无论是混合的还是分流的)可具有固定的或可变的面积。虽然所述示例涉及涡轮风扇引擎，但本公开可适用于例如任何类型的气体涡轮引擎。在一些布置结构中，气体涡轮引擎10可不包括齿轮箱30。

气体涡轮引擎10的几何形状及其部件由传统的轴系限定，包括轴向(与旋转轴线9对准)、径向(在图1中从下到上的方向)和周向(垂直于图1视图中的页面)。轴向、径向和周向相互垂直。

图4示出了气体涡轮引擎中的轴承支撑结构100。轴承支撑结构100包括轴承室104和核心流体流A之间的两个流体缓冲通道110、116。轴承支撑结构100在轴承室104内容纳轴承102、103。轴承102、103可为任何合适的类型，诸如滚柱轴承，并且可使用挤压膜和/或弹簧杆。根据特定应用，可存在容纳在轴承室104内的任何数量的轴承。轴承室104支撑中心驱动轴106，并且包含油/气雾，以便为轴承102、103的操作创造有利的环境。轴承室104至少周向地由内部毂壁108限定，该内部毂壁将其与第一缓冲流体通道110分开。轴承室104另外由多个密封元件诸如由箱128、130象征性地表示的那些密封元件界定。这些密封元件可为任何合适的密封类型，例如迷宫式密封件。

第一缓冲流体通道110围绕中心轴106同心布置，并且其半径大于轴承室104的半径。该第一缓冲流体通道110具有环形横截面。该第一缓冲流体通道110至少部分地在其外圆周处由中间毂壁112限定，至少部分地在其内圆周处由内部毂壁108限定，并且另外由多个密封元件限定。这些密封元件可为任何合适的密封类型，例如迷宫式密封件。界定第一缓冲流体通道的多迷宫式密封件114在图4中示出。

第二缓冲流体通道116围绕中心轴106同心布置，并且其半径大于轴承室104的半径和第一缓冲流体通道110的半径两者。该第二缓冲流体通道116具有环形横截面。该第二缓冲流体通道至少部分地在其外圆周处由外部毂壁118限定，至少部分地在其内圆周处由中间毂壁112限定，并且另外由多个密封元件限定。界定第二缓冲流体通道的一个此类密封元件在图4中象征性地表示为箱120。图4的横截面中示出的第二缓冲流体通道116被负载路径支撑件122、124、126沿该第二缓冲流体通道长度部分地中断，但在其他横截面中将形成不间断的连续通道。负载路径支撑件122、124、126被设计成将径向轴承负载从轴承102、103传递到引擎的外壳。

轴承支撑结构100因此包括三个毂壁108、112、118和两个缓冲流体通道110、116，这些部件均围绕中心轴106同心布置。

核心流体流动通道132紧邻外部毂壁118。该核心流体流动通道132可为例如HP核心气流通道，该HP核心气流通道容纳多个涡轮盘(未示出)，并且引导HP核心气流A通过引擎。

中心轴106可包括图1的气体涡轮引擎的第一轴26和/或第二轴27中的一者或两者。

在使用中，中心轴106和轴承支撑结构100(包括内部、中间和外部毂壁108、112、118)可相对于彼此以不同的角速度旋转。例如，中心轴106可在轴承支撑结构100静止时旋转，或者中心轴106和轴承支撑结构100两者以不同的非零角速度旋转。轴承102、103有利于中心轴106和轴承支撑结构100之间的旋转连接。

轴承102、103正确操作的必要条件是在轴承室104内保持稳定且适当的环境。如前所述，轴承室104内的油的最佳操作温度通常小于200℃。然而，在引擎操作期间，位于轴承室近侧的HP核心流体流A的温度可达到超过450℃。

冷却流体诸如旁路气流B的组分被引导通过第二缓冲流体通道116。这可能是泄漏密封件(例如，120)造成的结果。应当指出的是，可已知这些密封件在引擎操作期间泄漏，并且出于这一目的，可有意地将这些密封件包括在轴承支撑结构100中。此类密封件分别纵向地位于第二缓冲流体通道116内，以确保流体沿着该第二缓冲流体通道116的长度行进。流体的这种恒定流动确保向穿过第二缓冲流体通道116的流体，而不是向中间毂壁112，并且因此不向第一缓冲流体通道110传递大量的热量。这种类型的热传递可称为主动冷却和/或强制对流。通过第二缓冲流体通道的流体的流速足以使得第二缓冲流体通道中的流体不会在该通道中保持足够长的时间以积聚来自HP核心气流A的显著热量，即第二缓冲流体通道的温度显著低于HP核心气流A的温度(450℃)。如稍后所述，这在图5中示出。

以类似的方式，冷却流体诸如旁路气流B的组分被引导通过第一缓冲流体通道110。这可能又是泄漏密封件造成的结果。再次应该指出的是，这些密封件可被有意地包括在轴承支撑结构100中以提供冷却气流。第一缓冲流体通道110的该特征还降低了从HP核心气流A到轴承室104的热传递。通过第一缓冲流体通道110的流体的流速足以使得第一缓冲流体通道110中的流体不会在该通道中保持足够长的时间以积聚来自第二缓冲流体通道的显著热量，即第一缓冲流体通道的温度基本上类似于(尽管高于)HP轴承室的温度(约200℃)，并且低于自动点火温度(290℃)。

图5示出了在使用时整个轴承支撑结构100的示例性温度特征图。x轴表示轴承支撑结构100内的位置；数字表示与图4中的虚线500相交的区域的参考标号，其中每个区域根据图4和本公开中其他地方进行编号。需要强调的是，x轴的方向是相反的；x轴的远端表示零半径，并且近端表示增加的半径。y轴表示温度，其中根据本公开中其他地方使用的参考标号，每个T标记的下标指示该温度等于的轴承支撑结构100的区域。

如图5所示，外部毂壁118的径向外表面的温度可与核心气流A的温度大致相同。就HP核心气流而言，T₁₃₂将为约450℃。穿过第二缓冲流体通道116的空气导致温度快速下降和半径不断减少。因此，第二缓冲流体通道最内部分和中间毂壁112达到T₁₁₂的温度，该温度低于油的自动点火点。在HP核心气流和HP轴承室的上下文中，T₁₁₂小于290℃。

类似地，通过第一缓冲流体通道110的冷却气流允许温度在内部毂壁108和轴承室104处降至T₁₀₄，这在最佳油操作温度的范围内。在HP核心气流和HP轴承室的上下文中，T₁₀₄将小于200℃。

这样，第二缓冲流体通道116帮助第一缓冲流体通道110减少从HP核心气流A到轴承室104的热传递。因此，轴承室104的温度保持在或接近油的最佳操作温度。

将轴承室104中的油保持在其最佳温度范围内赋予引擎内的油系统显著的优点。首先，在最佳温度范围内，油的粘度保持在最佳粘度范围内，从而在整个引擎中允许更快的流速和更小的油系统。由于轴承室104内所用的油在整个引擎范围内共享，这增加了整个引擎的热交换率并提高了引擎的整体效率。其次，避免油焦化降低了部件被沉积物堵塞的机会，防止了例如管道和过滤器中的油流堵塞，并降低了火灾风险。

在一些现有的轴承支撑结构中，内部毂壁的故障将使来自轴承室的油与温度超过该油自动点火点的空气接触。因此，内部毂壁的单点故障可能会引起引擎着火。相比之下，本公开的轴承支撑结构100具有附加的安全有益效果；如果内部毂壁108在任何点发生故障，则包含在轴承室104内的油将被释放到温度低于油的自动点火点的第一缓冲流体通道110中。因此，即使在结构故障的情况下，本公开的特征降低了从轴承室104和/或其轴承支撑结构100发出的引擎着火的可能性。

多个传感器可位于轴承室104内或近侧，以便检测内部毂壁108中是否发生了破裂。这些传感器可以是温度传感器，并且可位于例如第一缓冲流体通道和/或第二缓冲流体通道的下游和密封件的外部，以测量从其中离开的空气的空气温度。附加地或另选地，这些传感器可被定位成使得它们感测向外溢出的任何流体的特性。

第一缓冲流体通道110的压力可保持大于轴承室104的压力，以防止油泄漏穿过密封件，诸如密封件128、130。这样，润滑油被保留在轴承室104内。

本公开的轴承支撑结构100能够通过增材制造来制造。例如，增材制造可用于制备包括内毂部、外毂部和中毂部108、112、118的整体式零件。界定缓冲流体通道110、116的密封元件的密封臂可被制造为相同整体式轴承支撑结构的一部分。另选地，轴承支撑结构100和密封件可被制造成多个单独零件，然后可将这些零件螺栓到组件中或加工成单个部件。

技术人员应当理解，轴承支撑结构100由于其对叶尖间隙和轴动力学的影响而必须具有足够的刚度。因此，轴承支撑结构和其中的部件由能够在保持足够刚度的同时承受引擎内的恶劣环境的材料(例如镍合金)制成。

技术人员还应当理解，可根据本发明的应用来改变将内部、中间和外部毂壁108、112、118与引擎外壳接合在一起的负载路径支撑件122、124、126的确切构型，以提供前述刚度，即可调节负载路径支撑件122、124、126的位置以适应根据本发明的每个应用被施加到结构中的负载。

可能期望的是，除了第一缓冲流体通道和第二缓冲流体通道之外，还添加另外的缓冲流体通道和/或毂壁。类似于第一缓冲流体通道和第二缓冲流体通道，任何附加的缓冲流体通道可围绕芯轴同心定位，可具有环形横截面，并且其半径可大于第一缓冲流体通道和/或第二缓冲流体通道的半径。这些另外的缓冲流体通道可从第二缓冲流体通道径向向外设置并且从核心流体通道132径向向内设置。这些另外的缓冲流体通道可具有与第一缓冲流体通道和第二缓冲流体通道一样被引导通过这些另外缓冲流体通道的冷却流体，诸如旁路气流B的组分，并且这可再次通过使用泄漏密封件来实现。

虽然已经在空气的上下文中描述了第一缓冲流体通道、第二缓冲流体通道以及另外的缓冲流体通道，但应当理解，任何合适的流体均可用于前述缓冲流体通道内的热传递目的。

应当理解，本发明不限于上述实施方案，并且在不脱离本文中描述的概念的情况下可进行各种修改和改进。除非相互排斥，否则任何特征可以单独使用或与任何其他特征组合使用，并且本公开扩展到并包括本文中描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。

Claims (12)

1.一种具有轴承支撑结构(100)的气体涡轮引擎(10)，所述轴承支撑结构包括：

轴承室(104)；

第一缓冲流体通道(110)，所述第一缓冲流体通道从所述轴承室(104)径向向外设置；

第二缓冲流体通道(116)，所述第二缓冲流体通道从所述第一缓冲流体通道(110)径向向外设置；和

核心流体通道(132)，所述核心流体通道从所述第二缓冲流体通道(116)径向向外设置；所述轴承室(104)、所述第一缓冲流体通道(110)、所述第二缓冲流体通道(116)和所述核心流体通道(132)由相应的毂壁(108,112,118)分开。

2.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎(10)，其中在使用所述气体涡轮期间，引导冷却空气通过所述第一缓冲流体通道和/或所述第二缓冲流体通道(116)。

3.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎(10)，其中空气借助于位于所述毂壁(108,112,118)中的多个泄漏密封件进入和离开所述第一缓冲流体通道和/或所述第二缓冲流体通道(116)。

4.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎(10)，其中所述第一缓冲流体通道和/或所述第二缓冲流体通道(116)具有环形横截面。

5.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎(10)，其中所述轴承室(104)、所述第一缓冲流体通道(110)和所述第二缓冲流体通道(116)围绕所述气体涡轮的中心轴线同心布置。

6.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎(10)，其中所述毂壁(108,112,118)可被制造为单个整体式零件。

7.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎(10)，其中所述毂壁(108,112,118)能够通过增材制造来制造。

8.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎(10)，其中所述轴承支撑结构(100)另外包括至少一个附加的缓冲流体通道，所述至少一个附加的缓冲流体通道从所述第二缓冲流体通道(116)径向向外设置并且从所述核心流体通道(132)径向向内设置。

9.根据权利要求2所述的气体涡轮引擎(10)，其中所述冷却空气从所述气体涡轮引擎的旁路气流中排出。

10.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎(10)，其中所述核心流体通道(132)为高压核心空气通道。

11.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎(10)，所述气体涡轮引擎用于飞行器中并且还包括：

引擎核心(11)，所述引擎核心包括涡轮(19)、压缩机(14)和将所述涡轮连接到所述压缩机的芯轴(26)；

风扇(23)，所述风扇位于所述引擎核心的上游，所述风扇包括多个风扇叶片；和

齿轮箱(30)，所述齿轮箱接收来自所述芯轴(26)的输入并将驱动输出至所述风扇，以便以比所述芯轴低的旋转速度驱动所述风扇。

12.根据权利要求1所述的气体涡轮引擎(10)，还包括：

第一涡轮(19)、第一压缩机(14)、将所述第一涡轮连接到所述第一压缩机的第一芯轴(26)；以及

第二涡轮(17)、第二压缩机(15)和将所述第二涡轮连接到所述第二压缩机的第二芯轴(27)；

所述第二涡轮、所述第二压缩机和所述第二芯轴被布置成以比所述第一芯轴高的旋转速度旋转。

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