CN111720214A - 用于具有交替地隔开的转子叶片的涡轮机的齿轮箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于具有交替地隔开的转子叶片的涡轮机的齿轮箱。在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种限定径向方向和轴向方向的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括：固定框架；压缩机和涡轮，压缩机或涡轮包括第一多个转子叶片和第二多个转子叶片，第一多个转子叶片和第二多个转子叶片沿着轴向方向交替地隔开并能够彼此一起旋转；以及齿轮箱，其包括联接到第一多个转子叶片的第一齿轮、联接到第二多个转子叶片的第二齿轮以及定位在第一齿轮与第二齿轮之间并且联接到固定框架的中间齿轮，中间齿轮限定旋转轴线，旋转轴线与径向方向限定小于大约75度的角。

Description

用于具有交替地隔开的转子叶片的涡轮机的齿轮箱
优先权信息
本申请要求2019年3月19日提交的申请号为102019000003991的意大利专利申请的优先权。
技术领域
本主题总体上涉及一种涡轮机，并且更特别地涉及一种用于具有交替地隔开的转子叶片的涡轮机的齿轮箱。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括在燃烧区段的下游的涡轮区段，该涡轮区段能够与压缩机区段一起旋转，以旋转并操作燃气涡轮发动机来生成功率，诸如推进推力。通用的燃气涡轮发动机设计标准通常包括必须平衡或折衷的冲突标准，包括在维持或减小重量、零件数量和/或包装(即发动机的轴向和/或径向尺寸)的同时增加燃料效率、操作效率和/或功率输出。
在至少某些燃气涡轮发动机内，涡轮区段可包括交叉(interdigitate)的转子(即，旋转翼型件或叶片的连续排或级)。例如，涡轮区段可包括具有第一多个低速涡轮转子叶片和第二多个高速涡轮转子叶片的涡轮，第一多个低速涡轮转子叶片和第二多个高速涡轮转子叶片能够通过换向齿轮箱而彼此一起旋转。第一多个低速涡轮转子叶片可与第二多个高速涡轮转子叶片交叉。这样的构造可造成更高效的涡轮。
然而，在这样的构造的情况下，可产生若干问题，这些问题涉及第一多个转子叶片与第二多个转子叶片之间的间隙问题以及齿轮箱在涡轮的内部的包装。因此，具有交叉的涡轮转子叶片的改进的涡轮将是有用的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本发明而了解。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种燃气涡轮发动机，其限定径向方向和轴向方向。燃气涡轮发动机包括：固定框架；压缩机和涡轮，压缩机或涡轮包括第一多个转子叶片和第二多个转子叶片，第一多个转子叶片和第二多个转子叶片沿着轴向方向交替地隔开并能够彼此一起旋转；以及齿轮箱，其包括联接到第一多个转子叶片的第一齿轮、联接到第二多个转子叶片的第二齿轮以及定位在第一齿轮与第二齿轮之间并且联接到固定框架的中间齿轮，中间齿轮限定旋转轴线，旋转轴线与径向方向限定小于大约75度的角。
在某些示例性实施例中，旋转轴线与径向方向限定的角小于大约30度。
在某些示例性实施例中，旋转轴线与径向方向限定的角小于大约15度。
在某些示例性实施例中，旋转轴线与径向方向限定的角为大约零度。
在某些示例性实施例中，中间齿轮是在齿轮箱内沿着燃气涡轮发动机的周向方向隔开的多个中间齿轮中的第一中间齿轮。
在某些示例性实施例中，中间齿轮限定前端和后端，其中第一齿轮在前端处与中间齿轮啮合，并且其中第二齿轮在后端处与中间齿轮啮合。
例如，在某些示例性实施例中，第一齿轮和中间齿轮一起限定第一相交线，其中第二齿轮和中间齿轮一起限定第二相交线，其中第一相交线与径向方向限定小于大约75度的第一相交角，并且其中第二相交线与径向方向限定小于大约75度的第二相交角。
例如，在某些示例性实施例中，与径向方向的第一相交角小于大约30度，并且其中与径向方向的第二相交角小于大约30度。
例如，在某些示例性实施例中，第一相交角、第二相交角和旋转轴线与径向方向限定的角各自等于大约零度。
例如，在某些示例性实施例中，第一相交角和第二相交角各自大于旋转轴线与径向方向限定的角。
在某些示例性实施例中，涡轮包括第一多个转子叶片和第二多个转子叶片，并且其中固定框架是涡轮框架。
例如，在某些示例性实施例中，涡轮是低压涡轮。
在某些示例性实施例中，燃气涡轮发动机是航空燃气涡轮发动机。
在某些示例性实施例中，中间齿轮是复合齿轮，该复合齿轮包括能够彼此一起旋转的外齿轮和内齿轮，其中第一齿轮或第二齿轮中的一个与中间齿轮的外齿轮啮合，并且其中第一齿轮或第二齿轮中的另一个与中间齿轮的内齿轮啮合。
例如，在某些示例性实施例中，外齿轮限定第一直径，其中内齿轮限定第二直径，其中第一直径不等于第二直径。
一种齿轮箱，其用于限定径向方向和轴向方向的燃气涡轮发动机，燃气涡轮发动机包括固定框架、压缩机和涡轮，压缩机或涡轮包括交替地隔开的第一多个转子叶片和第二多个转子叶片，齿轮箱包括：第一齿轮，其构造成联接到燃气涡轮发动机的第一多个转子叶片；第二齿轮，其构造成联接到燃气涡轮发动机的第二多个转子叶片；以及中间齿轮，其构造成联接到燃气涡轮发动机的固定框架，中间齿轮限定前端和后端，第一齿轮在前端处与中间齿轮啮合，第二齿轮在后端处与中间齿轮啮合。
在某些示例性实施例中，中间齿轮进一步限定旋转轴线，该旋转轴线与径向方向限定小于大约75度的角。
例如，在某些示例性实施例中，旋转轴线与径向方向限定的角小于大约15度。
在某些示例性实施例中，第一齿轮和中间齿轮一起限定第一相交线，其中第二齿轮和中间齿轮一起限定第二相交线，其中第一相交线与径向方向限定小于大约75度的第一相交角，并且其中第二相交线与径向方向限定小于大约75度的第二相交角。
在某些示例性实施例中，中间齿轮是复合齿轮，该复合齿轮包括能够彼此一起旋转的外齿轮和内齿轮，其中第一齿轮或第二齿轮中的一个与中间齿轮的外齿轮啮合，并且其中第一齿轮或第二齿轮中的另一个与中间齿轮的内齿轮啮合。
技术方案1. 一种燃气涡轮发动机，其限定径向方向和轴向方向，所述燃气涡轮发动机包括：
固定框架；
压缩机和涡轮，所述压缩机或所述涡轮包括第一多个转子叶片和第二多个转子叶片，所述第一多个转子叶片和所述第二多个转子叶片沿着所述轴向方向交替地隔开并能够彼此一起旋转；以及
齿轮箱，其包括联接到所述第一多个转子叶片的第一齿轮、联接到所述第二多个转子叶片的第二齿轮以及定位在所述第一齿轮与所述第二齿轮之间并且联接到所述固定框架的中间齿轮，所述中间齿轮限定旋转轴线，所述旋转轴线与所述径向方向限定小于大约75度的角。
技术方案2. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述旋转轴线与所述径向方向限定的所述角小于大约30度。
技术方案3. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述旋转轴线与所述径向方向限定的所述角小于大约15度。
技术方案4. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述旋转轴线与所述径向方向限定的所述角为大约零度。
技术方案5. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述中间齿轮是在所述齿轮箱内沿着所述燃气涡轮发动机的周向方向隔开的多个中间齿轮中的第一中间齿轮。
技术方案6. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述中间齿轮限定前端和后端，其中，所述第一齿轮在所述前端处与所述中间齿轮啮合，并且其中，所述第二齿轮在所述后端处与所述中间齿轮啮合。
技术方案7. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一齿轮和所述中间齿轮一起限定第一相交线，其中，所述第二齿轮和所述中间齿轮一起限定第二相交线，其中，所述第一相交线与所述径向方向限定小于大约75度的第一相交角，并且其中，所述第二相交线与所述径向方向限定小于大约75度的第二相交角。
技术方案8. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，与所述径向方向的所述第一相交角小于大约30度，并且其中，与所述径向方向的所述第二相交角小于大约30度。
技术方案9. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一相交角、所述第二相交角和所述旋转轴线与所述径向方向限定的所述角各自等于大约零度。
技术方案10. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一相交角和所述第二相交角各自大于所述旋转轴线与所述径向方向限定的所述角。
技术方案11. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮包括所述第一多个转子叶片和所述第二多个转子叶片，并且其中，所述固定框架是涡轮框架。
技术方案12. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮是低压涡轮。
技术方案13. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机是航空燃气涡轮发动机。
技术方案14. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述中间齿轮是复合齿轮，所述复合齿轮包括能够彼此一起旋转的外齿轮和内齿轮，其中，所述第一齿轮或所述第二齿轮中的一个与所述中间齿轮的所述外齿轮啮合，并且其中，所述第一齿轮或所述第二齿轮中的另一个与所述中间齿轮的所述内齿轮啮合。
技术方案15. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述外齿轮限定第一直径，其中，所述内齿轮限定第二直径，其中，所述第一直径不等于所述第二直径。
技术方案16. 一种齿轮箱，其用于限定径向方向和轴向方向的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括固定框架、压缩机和涡轮，所述压缩机或所述涡轮包括交替地隔开的第一多个转子叶片和第二多个转子叶片，所述齿轮箱包括：
第一齿轮，其构造成联接到所述燃气涡轮发动机的所述第一多个转子叶片；
第二齿轮，其构造成联接到所述燃气涡轮发动机的所述第二多个转子叶片；以及
中间齿轮，其构造成联接到所述燃气涡轮发动机的所述固定框架，所述中间齿轮限定前端和后端，所述第一齿轮在所述前端处与所述中间齿轮啮合，所述第二齿轮在所述后端处与所述中间齿轮啮合。
技术方案17. 根据任意前述技术方案所述的齿轮箱，其特征在于，所述中间齿轮进一步限定旋转轴线，所述旋转轴线与所述径向方向限定小于大约75度的角。
技术方案18. 根据任意前述技术方案所述的齿轮箱，其特征在于，所述旋转轴线与所述径向方向限定的所述角小于大约15度。
技术方案19. 根据任意前述技术方案所述的齿轮箱，其特征在于，所述第一齿轮和所述中间齿轮一起限定第一相交线，其中，所述第二齿轮和所述中间齿轮一起限定第二相交线，其中，所述第一相交线与所述径向方向限定小于大约75度的第一相交角，并且其中，所述第二相交线与所述径向方向限定小于大约75度的第二相交角。
技术方案20. 根据任意前述技术方案所述的齿轮箱，其特征在于，所述中间齿轮是复合齿轮，所述复合齿轮包括能够彼此一起旋转的外齿轮和内齿轮，其中，所述第一齿轮或所述第二齿轮中的一个与所述中间齿轮的所述外齿轮啮合，并且其中，所述第一齿轮或所述第二齿轮中的另一个与所述中间齿轮的所述内齿轮啮合。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成其部分的附图图示了本发明的实施例，并与描述一起用于阐释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了本发明(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且可行的公开，在附图中：
图1是示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图，该燃气涡轮发动机结合了根据本公开的方面的涡轮区段的示例性实施例；
图2是根据本公开的示例性方面的涡轮区段的示意性横截面视图；
图3是描绘根据本公开的示例性实施例的涡轮区段的涡轮的示例性叶片桨距角的横截面视图；
图4是根据本公开的示例性实施例的齿轮箱的透视横截面视图；
图5是根据本公开的另一示例性方面的涡轮区段的示意性横截面视图；
图6是根据本公开的又一示例性方面的涡轮区段的示意性横截面视图；
图7是根据本公开的另外的另一示例性方面的涡轮区段的示意性横截面视图；以及
图8是根据本公开的又一示例性方面的涡轮区段的示意性横截面视图。
本说明书和附图中的参考字符的重复使用旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的本实施例，其一个或多个示例在附图中图示。详细的描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相同或类似的标记已用于指代本发明的相同或类似的部分。
如本文中所使用的，用语“第一”、“第二”和“第三”可能够互换地使用，以将一个构件与另一构件区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。
用语“前”和“后”指代燃气涡轮发动机或运载工具内的相对位置，并且指代燃气涡轮发动机或运载工具的正常操作姿态。例如，关于燃气涡轮发动机，“前”指代较接近于发动机入口的位置，且“后”指代较接近于发动机喷嘴或排气口的位置。
用语“上游”和“下游”指代相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”指代流体所流自的方向，且“下游”指代流体所流至的方向。
除非在本文中另外指定，否则用语“联接”、“固定”、“附接到”等指代直接的联接、固定或附接以及通过一个或多个中间构件或特征的间接的联接、固定或附接两者。
除非上下文另外清楚地规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数个引用对象。
用语“低速”和“高速”指代两个构件在涡轮机的操作期间的相对速度(诸如相对旋转速度)，并且不暗示或要求任何最小或最大绝对速度。
如在本文中遍及说明书和权利要求书而使用的近似语言适用于修饰可容许变化的任何定量表示，而不会造成与其相关的基本功能的改变。因此，由诸如“大约”、“近似地”和“基本上”的一个或多个用语修饰的值将不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度，或用于构造或制造构件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可指代处于百分之10的裕度内。
在此且遍及说明书和权利要求书，范围限制组合且互换，除非上下文或语言另外指示，否则这样的范围被标识且包括包含在其中的所有子范围。例如，本文中所公开的所有范围都包括端点，且端点能够彼此独立地组合。
现在参考附图，其中遍及附图，同样的数字指示相同的元件，图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。更特别地，对于图1的实施例而言，燃气涡轮发动机是高旁通涡轮风扇喷气发动机10，其在本文中被称为“涡轮风扇发动机10”。如图1中所示出的，涡轮风扇发动机10限定轴向方向A(平行于为了参考而提供的纵向中心线12来延伸)、径向方向R和周向方向(即，围绕轴向方向A而延伸的方向；未描绘)。大体上，涡轮风扇发动机10包括风扇区段14和设置在风扇区段14的下游的核心涡轮发动机16。
所描绘的示例性核心涡轮发动机16大体上包括限定环形入口20的基本上管状的外部壳体18。外部壳体18以串行流关系包围：压缩机区段，该压缩机区段包括增压或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，该涡轮区段包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷气排气喷嘴区段32。压缩机区段、燃烧区段26和涡轮区段一起限定从环形入口20延伸通过LP压缩机22、HP压缩机24、燃烧区段26、HP涡轮区段28、LP涡轮区段30和喷气喷嘴排气区段32的核心空气流径37。高压(HP)轴或转轴34驱动地将HP涡轮28连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36驱动地将LP涡轮30连接到LP压缩机22。
对于所描绘的实施例而言，风扇区段14包括风扇38，风扇38具有以间隔开的方式联接到盘42的多个风扇叶片40。如所描绘的，风扇叶片40大体上沿着径向方向R从盘42向外延伸。风扇叶片40和盘42能够通过LP轴36而一起围绕纵向轴线12旋转。
仍然参考图1的示例性实施例，盘42由能够旋转的整流罩锥形部48覆盖，整流罩锥形部48具有空气动力学轮廓以促进空气流通过多个风扇叶片40。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外部机舱50，其沿周向环绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少部分。应当认识到，对于所描绘的实施例而言，机舱50由多个沿周向隔开的出口导叶52相对于核心涡轮发动机16而支承。此外，机舱50的下游区段54在核心涡轮发动机16的外部部分上延伸，以便在其之间限定旁通空气流通道56。
在涡轮风扇发动机10的操作期间，一定体积的空气58通过机舱50和/或风扇区段14的相关联的入口60而进入涡轮风扇发动机10。当该体积的空气58横穿风扇叶片40时，空气58的如由箭头62指示的第一部分被引导或导送到旁通空气流通道56中，并且空气58的如由箭头64指示的第二部分被引导或导送到LP压缩机22中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比通常被称为旁通比。然后，当空气的第二部分64被导送通过高压(HP)压缩机24并导送到燃烧区段26中时，空气的第二部分64的压力增加，在燃烧区段26中，空气的第二部分64与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被导送通过HP涡轮28，在HP涡轮28中，来自燃烧气体66的热能和/或动能的部分经由联接到内部壳体(未示出)的HP涡轮定子导叶68和联接到HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70的顺序级而提取，因此使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然后被导送通过LP涡轮30，在LP涡轮30中，热能和动能的第二部分经由联接到外鼓73的第一多个LP涡轮转子叶片72和联接到内鼓75的第二多个LP涡轮转子叶片74的顺序级而从燃烧气体66提取。第一多个LP涡轮转子叶片72和第二多个LP涡轮转子叶片74交替地隔开并且能够通过齿轮箱76而彼此一起旋转，以一起驱动LP轴或转轴36，因此使LP轴或转轴36旋转。这由此支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
如下文中将更详细地阐释的，齿轮箱76构造成占据较小的径向占地面积(footprint)，以例如允许有较小直径的涡轮，诸如较小直径的LP涡轮30。
燃烧气体66随后被导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，当空气的第一部分62在其从涡轮风扇发动机10的风扇喷嘴排气区段78排出之前被导送通过旁通空气流通道56时，空气的第一部分62的压力显著增加，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至少部分地限定热气体路径80，以用于将燃烧气体66导送通过核心涡轮发动机16。
然而，应当认识到，图1中所描绘的示例性涡轮风扇发动机10仅作为示例，并且在其它示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可具有任何其它合适的构造。例如，在其它示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可改为构造为任何其它合适的涡轮机，其包括例如任何其它合适数量的轴或转轴，并且排除例如风扇38和/或包括例如风扇38与LP轴或转轴36之间的齿轮箱、变桨距风扇38等。因此，将认识到，在其它示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可改为构造为例如涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机等，并且进一步可构造为航改燃气涡轮发动机或工业燃气涡轮发动机。
现在参考图2，提供了根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的涡轮区段100的示意性侧视横截面视图。图2中所描绘的示例性涡轮区段100可结合到例如上文中参考图1而描述的示例性涡轮风扇发动机10中。然而，在其它示例性实施例中，涡轮区段100可集成到利用涡轮的任何其它合适的机器中。
因此，将认识到，在其内包括涡轮区段100的燃气涡轮发动机大体上限定径向方向R、轴向方向A、围绕轴向方向A而延伸的周向方向C(参见图3)和纵向中心线102。此外，涡轮区段100包括涡轮104。例如，在某些实施例中，涡轮104可为低压涡轮(诸如图1的示例性低压涡轮30)，或备选地可为任何其它涡轮(诸如，高压涡轮、中间涡轮、用作高压涡轮和/或低压涡轮的部分的双用途涡轮等)。
此外，对于所描绘的示例性实施例而言，涡轮104包括第一多个转子叶片(或更确切地说，第一多个涡轮转子叶片106)和第二多个转子叶片(或更确切地说，第二多个涡轮转子叶片108)。如下文中将更详细地讨论的，第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108沿着轴向方向A交替地隔开。
首先参考第一多个涡轮转子叶片106，第一多个涡轮转子叶片106中的各个大体上沿着径向方向R在径向内端110与径向外端112之间延伸。另外，第一多个涡轮转子叶片106包括第一涡轮转子叶片106A、第二涡轮转子叶片106B和第三涡轮转子叶片106C，它们各自大体上沿着轴向方向A彼此间隔开。第一多个涡轮转子叶片106中的至少两个沿着轴向方向A彼此隔开，并在相应的径向内端110处彼此联接。更具体地，对于所描绘的实施例而言，第一涡轮转子叶片106A、第二涡轮转子叶片106B和第三涡轮转子叶片106C中的各个通过它们相应的径向内端110而彼此联接。更具体地，另外，第一多个涡轮转子叶片106中的第一涡轮转子叶片106A、第二涡轮转子叶片106B和第三涡轮转子叶片106C中的各个通过内鼓114而在它们相应的径向内端110处联接。
此外，第二多个涡轮转子叶片108各自也大体上沿着径向方向R在径向内端118与径向外端120之间延伸。另外，对于所描绘的实施例而言，第二多个涡轮转子叶片108包括第一涡轮转子叶片108A、第二涡轮转子叶片108B和第三涡轮转子叶片108C，它们各自大体上沿着轴向方向A彼此间隔开。对于所描绘的实施例而言，第二多个涡轮转子叶片108中的至少两个沿着轴向方向A彼此隔开，并在相应的径向外端120处彼此联接。更具体地，对于所描绘的实施例而言，第二多个涡轮转子叶片108中的第一涡轮转子叶片108A、第二涡轮转子叶片108B和第三涡轮转子叶片108C中的各个通过它们相应的径向外端120而彼此机械地联接。更具体地，另外，第二多个涡轮转子叶片108中的第一涡轮转子叶片108A、第二涡轮转子叶片108B和第三涡轮转子叶片108C中的各个通过外鼓116而在它们相应的径向外端120处联接。
然而，应当认识到，在其它示例性实施例中，第一多个涡轮转子叶片106和/或第二多个涡轮转子叶片108可以以任何其它合适的方式联接在一起，并且如本文中所使用的，“在径向内端处联接”和“在径向外端处联接”大体上指代用以连接相应的构件的任何直接或间接的联接装置或机构。例如，在某些示例性实施例中，第二多个涡轮转子叶片108可包括沿着轴向方向A隔开的转子(未示出)的多个级，其中第一涡轮转子叶片108A、第二涡轮转子叶片108B和第三涡轮转子叶片108C在相应的径向内端118处通过例如燕尾基部部分而联接到转子的相应的级。转子的相应的级可继而联接在一起，因此“将第二多个涡轮转子叶片108在它们相应的径向内端118处联接”。
仍然参考图2中所描绘的实施例，如所陈述的，第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108沿着轴向方向A交替地隔开。如本文中所使用的，用语“沿着轴向方向A交替地隔开”指代第二多个涡轮转子叶片108包括沿着轴向方向A定位在第一多个涡轮转子叶片106中的两个沿轴向隔开的涡轮转子叶片之间的至少一个涡轮转子叶片。例如，对于所描绘的实施例而言，沿着轴向方向A交替地隔开指代第二多个涡轮转子叶片108包括沿着轴向方向A定位在第一多个涡轮转子叶片106中的第一涡轮转子叶片106A与第二涡轮转子叶片106B之间或沿着轴向方向A定位在第一多个涡轮转子叶片106中的第二涡轮转子叶片106B与第三涡轮转子叶片106C之间的至少一个涡轮转子叶片。更具体地，对于所描绘的实施例而言，第一多个涡轮转子叶片106中的第一涡轮转子叶片106A定位在第二多个涡轮转子叶片108中的第一涡轮转子叶片108A的前方；第一多个涡轮转子叶片106中的第二涡轮转子叶片106B定位在第二多个涡轮转子叶片108中的第一涡轮转子叶片108A与第二涡轮转子叶片108B之间；并且第一多个涡轮转子叶片106中的第三涡轮转子叶片106C定位在第二多个涡轮转子叶片108中的第二涡轮转子叶片108B与第三涡轮转子叶片108C之间。
然而，值得注意地，在其它示例性实施例中，第一多个涡轮转子叶片106可具有任何其它合适的构造和/或第二多个涡轮转子叶片108可具有任何其它合适的构造。例如，将认识到，对于本文中所描述的实施例而言，第一多个涡轮转子叶片106中的第一涡轮转子叶片106A、第二涡轮转子叶片106B和第三涡轮转子叶片106C大体上分别表示涡轮转子叶片的第一级、涡轮转子叶片的第二级和涡轮转子叶片的第三级。将类似地认识到，第二多个涡轮转子叶片108中的第一涡轮转子叶片108A、第二涡轮转子叶片108B和第三涡轮转子叶片108C各自也大体上分别表示涡轮转子叶片的第一级、涡轮转子叶片的第二级和涡轮转子叶片的第三级。在其它示例性实施例中，第一多个涡轮转子叶片106和/或第二多个涡轮转子叶片108可包括涡轮转子叶片的任何其它合适数量的级，诸如两个级、四个级等，并且此外，在某些示例性实施例中，涡轮104可另外包括定子导叶的一个或多个级。
此外，对于所描绘的实施例而言，燃气涡轮发动机进一步包括齿轮箱122和转轴124，其中第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108能够通过齿轮箱122而彼此一起旋转并驱动地联接到转轴124。在至少某些示例性实施例中，转轴124可构造为例如上文中参考图1而描述的示例性低压转轴36。然而，应当认识到，在其它示例性实施例中，转轴124可为任何其它转轴(例如，高压转轴、中间转轴等)。另外，示例性涡轮区段100进一步包括固定框架部件，且更具体地包括涡轮中心框架126和涡轮后框架128。
特别地参考齿轮箱122，将认识到，齿轮箱122大体上包括壳体130。为了清楚起见，壳体130在图2中以虚线描绘。所描绘的示例性齿轮箱122进一步包括联接到第一多个涡轮转子叶片106的第一齿轮132、联接到第二多个涡轮转子叶片108的第二齿轮134以及中间齿轮136，中间齿轮136定位在第一齿轮132与第二齿轮134之间并且联接到涡轮框架(或更确切地说，联接到涡轮中心框架126)。中间齿轮136能够旋转地联接到涡轮中心框架126。以这样的方式，将认识到，对于所描绘的实施例而言，中间齿轮136在周向方向C上保持固定，使得第一多个涡轮转子叶片106构造成在与第二多个涡轮转子叶片108相反的周向方向上旋转。
更具体地，简要地参考图3，大体上提供了第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108的取向。如所示出的，图3的实施例描绘了第一多个涡轮转子叶片106中的涡轮转子叶片的第一级106A和第二多个涡轮转子叶片108中的涡轮转子叶片的第一级108A。在所示出的实施例中，第一多个涡轮转子叶片106构造成在第一周向方向C1上旋转，而第二多个涡轮转子叶片108构造成在第二周向方向C2上旋转。应当理解，如本文中所使用和描述的第一周向方向C1和第二周向方向C2旨在表示相对于彼此的方向。因此，第一周向方向C1可指代顺时针旋转(从下游看上游而观察)，并且第二周向方向C2可指代逆时针旋转(从下游看上游而观察)。备选地，第一周向方向C1可指代逆时针旋转(从下游看上游而观察)，并且第二周向方向C2可指代顺时针旋转(从下游看上游而观察)。
仍然参考图3，将进一步认识到，对于所描绘的实施例而言，第一多个涡轮转子叶片106中的各个涡轮转子叶片106A包括翼型件138，并且类似地，第二多个涡轮转子叶片108中的各个涡轮转子叶片108A包括翼型件140。翼型件138各自限定出口角142，并且类似地，翼型件140各自限定出口角144。此外，翼型件138、140可各自进一步包括吸力侧192和压力侧194。翼型件138、140的相应出口角142、144以及这样的翼型件138、140的相应压力侧和吸力侧(未标注)可使第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108分别在第一周向方向C1和第二周向方向C2上旋转。然而，将认识到，在其它实施例中，翼型件138、140可具有任何其它合适的构造。
返回参考图2，并且如先前所注意到的，所描绘的示例性齿轮箱122大体上包括联接到第一多个涡轮转子叶片106的第一齿轮132、联接到第二多个涡轮转子叶片108的第二齿轮134以及中间齿轮136，中间齿轮136定位在第一齿轮132与第二齿轮134之间并且联接到涡轮框架(或更确切地说，联接到涡轮中心框架126)。更具体地，第一多个涡轮转子叶片106通过第一支承部件146而联接到齿轮箱122的第一齿轮132，第二多个涡轮转子叶片108通过第二支承部件148而联接到齿轮箱122的第二齿轮134，并且齿轮箱122的中间齿轮136通过框架部件150而联接到涡轮中心框架。此外，将认识到，对于所描绘的实施例而言，第二支承部件148、齿轮箱122的第二齿轮134或两者连接到转轴124。
此外，中间齿轮136限定旋转轴线152，并且能够旋转地联接到框架部件150，使得中间齿轮136可围绕旋转轴线152旋转。对于所描绘的实施例而言，旋转轴线152与径向方向R限定小于大约七十五(75)度的角。更具体地，对于所示出的实施例而言，旋转轴线152与径向方向R限定的角为大约零(0)度(即，小于或等于十(10)度；值得注意地，在图2中未描绘或标注该角，这是因为该角是零度；参见图8)。以这样的方式，将认识到，中间齿轮136大体上沿着燃气涡轮发动机的轴向方向A限定前端154和后端156。齿轮箱122的第一齿轮132在前端154处与中间齿轮136啮合，并且第二齿轮134在后端156处与中间齿轮136啮合。
此外，另外，如以虚线描绘的，第一齿轮132和中间齿轮136一起限定第一相交线158，在第一相交线158处，第一齿轮132与中间齿轮136啮合。类似地，第二齿轮134和中间齿轮136一起限定第二相交线160，在第二相交线160处，第二齿轮134与中间齿轮136啮合。对于所示出的实施例而言，第一相交线158与径向方向R限定小于大约七十五(75)度的第一相交角162(值得注意地，第一相交角162在图2中未描绘，这是因为该角等于零；参见图5)，并且更具体地，由第一相交线158与径向方向R限定的第一相交角162为大约零(0)度。类似地，第二相交线160与径向方向R限定小于大约七十五(75)度的第二相交角164(再次，第二相交角164在图2中未描绘，这是因为该角等于零；参见图5)，并且更具体地，由第二相交线160与径向方向R限定的第二相交角164也为大约零(0)度。如此，将认识到，对于图2的实施例而言，第一相交角162、第二相交角164以及旋转轴线152与径向方向R限定的角各自等于大约零(0)度。
现在还参考图4，描绘了图2的示例性齿轮箱122的透视横截面视图。如所示出的，齿轮箱122的中间齿轮136是多个中间齿轮136中的第一中间齿轮136A。多个中间齿轮136在齿轮箱122内沿着燃气涡轮发动机的周向方向C隔开。多个中间齿轮136中的各个可以以与上文中参考图2而描述的中间齿轮136类似的方式构造。例如，所描绘的多个中间齿轮136中的各个定位在第一齿轮132与第二齿轮134之间，并且能够旋转地联接到框架部件150，从而限定旋转轴线152，中间齿轮136构造成围绕旋转轴线152旋转。对于所示出的实施例而言，多个中间齿轮136中的各个的旋转轴线152与径向方向R限定小于大约七十五(75)度且更具体地等于大约零(0)度的角。(值得注意地，为了清楚起见，齿轮132、134、136被描绘成没有齿轮齿。将认识到，可利用任何合适的齿轮齿构造。)。
对于所描绘的实施例而言，齿轮箱122包括两个与八个之间的中间齿轮136，并且更具体地，齿轮箱122包括沿着周向方向C隔开的六个中间齿轮136。然而，在其它实施例中，齿轮箱122可包括任何其它合适数量的中间齿轮136。此外，将认识到，对于所描绘的实施例而言，第二支承部件148从第二多个涡轮转子叶片108连续地延伸到齿轮箱122的第二齿轮134，并延伸到转轴124。然而，将认识到，在其它实施例中，第二支承部件148、转轴124或两者可包括一个或多个接头或断口，以促进齿轮箱122的安装。作为示例，在某些示例性实施例中，第二支承部件148可包括靠近第二齿轮134、靠近转轴124或两者的接头。
与例如传统的行星齿轮箱相比，包括以这样的方式构造的齿轮箱122可允许齿轮箱122在涡轮104的内部占据较小的径向空间。因此，这可允许涡轮具有较小的直径、节省重量和成本并提高总体效率。
然而，将认识到，图2和图4中所描绘的示例性涡轮104和齿轮箱122仅作为示例来提供。例如，在其它实施例中，尽管未描绘，但涡轮104、齿轮箱122或两者可包括一个或多个轴承组件，以用于促进多种构件在其中的旋转。
此外，将认识到，尽管图2和图4中所描绘且上文中所讨论的齿轮箱122的(一个或多个)示例性中间齿轮136被描绘为能够围绕其旋转轴线152旋转的单个齿轮，但在其它实施例中，中间齿轮136以及第一齿轮132和第二齿轮134可具有任何其它合适的构造。
例如，现在简要地参考图5，其提供了根据本公开的另一示例性实施例的涡轮104和齿轮箱122的示意性视图，中间齿轮136构造为锥齿轮。更具体地，中间齿轮136限定旋转轴线152、第一相交线158和第二相交线160，在第一相交线158处，中间齿轮136与第一齿轮132啮合，在第二相交线160处，中间齿轮136与第二齿轮134啮合。第一相交线158与旋转轴线152(以及径向方向R(对于所描绘的实施例而言)，这是因为旋转轴线152平行于径向方向R)限定第一相交角162，第一相交角162大于零(0)度且小于90度，诸如大于十五(15)度且小于七十五(75)度，诸如大于三十(30)度且小于六十(60)度，诸如为大约四十五(45)度。类似地，第二相交线160与旋转轴线152(以及径向方向R(对于所描绘的实施例而言)，这是因为旋转轴线152平行于径向方向R)限定第二相交角164，第二相交角164基本上等于限定在第一相交线158与旋转轴线152之间的角162(例如，大于零(0)度且小于90度，诸如大于十五(15)度且小于七十五(75)度，诸如大于三十(30)度且小于六十(60)度，诸如为大约四十五(45)度)。这样的构造可有助于在燃气涡轮发动机的操作期间维持第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108沿着径向方向R受到约束。
此外，在另外的其它示例性实施例中，中间齿轮136可具有任何其它合适的构造。例如，现在参考图6和图7，提供了根据本公开的其它示例性实施例的涡轮104和齿轮箱122的示意性视图。特别地参考图6，对于所描绘的实施例而言，中间齿轮136构造为复合齿轮，该复合齿轮包括能够彼此一起旋转且更具体地彼此固定的径向外齿轮166和径向内齿轮168。对于所示出的实施例而言，径向外齿轮166与第一齿轮132啮合，并且径向内齿轮168与第二齿轮134啮合。径向外齿轮166限定第一直径170，并且径向内齿轮168限定第二直径172。使第一直径170和第二直径172变化可允许使第一多个涡轮转子叶片106与第二多个涡轮转子叶片108之间的齿轮比变化。对于所示出的实施例而言，第一直径170大于第二直径172，使得第一多个涡轮转子叶片106可比第二多个涡轮转子叶片108更快地旋转。然而，值得注意地，在诸如图7的示例性实施例的其它实施例中，第二直径172可大于第一直径170，使得第二多个涡轮转子叶片108可比第一多个涡轮转子叶片106更快地旋转。
此外，另外，在其它实施例中，齿轮箱122可具有另外的其它构造。例如，现在参考图8，其提供了根据本公开的又一示例性实施例的涡轮104和齿轮箱122的示意性视图，将认识到，中间齿轮136倾斜，使得旋转轴线152与径向方向R限定的角174不等于零(0)。例如，对于所示出的实施例而言，旋转轴线152与径向方向R限定的角174可小于大约七十五(75)度，诸如小于大约三十(30)度，诸如大于大约十(10)度。值得注意地，尽管中间齿轮136在图8的实施例中被描绘为向前倾斜，但在其它示例性实施例中，中间齿轮136可备选地向后倾斜。
此外，如同例如上文中所描述的图5的实施例一样，中间齿轮136限定第一相交线158和第二相交线160，在第一相交线158处，中间齿轮136与第一齿轮132啮合，在第二相交线160处，中间齿轮136与第二齿轮134啮合。第一相交线158与旋转轴线152限定角174，该角174大于零(0)度且小于大约九十(90)度，诸如大于大约十五(15)度且小于大约七十五(75)度，并且类似地，第二相交线160与旋转轴线152限定角174，该角174基本上等于限定在第一相交线158与旋转轴线152之间的角174。然而，由于旋转轴线152不平行于径向方向R，故限定在第一相交线158与径向方向R之间的第一相交角162不等于限定在第二相交线160与径向方向R之间的第二相交角164。
将认识到，通过使中间齿轮136倾斜，齿轮箱122可有效地改变第一齿轮132与第二齿轮134之间的齿轮比，且更具体地，改变第一多个涡轮转子叶片106与第二多个涡轮转子叶片之间的齿轮比。例如，对于所示出的实施例而言，第二多个涡轮转子叶片108可构造成比第一多个涡轮转子叶片106更快地旋转。然而，在其它实施例中，构造可被切换，使得第一多个涡轮转子叶片106构造成比第二多个涡轮转子叶片108更快地旋转。
将进一步认识到，在其它示例性实施例中，本公开的方面可结合到任何其它合适的燃气涡轮发动机中。例如，尽管本文中的公开涉及涡轮内的齿轮箱，但在其它示例性实施例中，齿轮箱可定位在压缩机内。在这样的示例性实施例的情况下，第一多个转子叶片可改为第一多个压缩机转子叶片，并且第二多个转子叶片可改为第二多个压缩机转子叶片。也设想了其它构造。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明(包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法)。本发明的可专利性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它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机，其限定径向方向和轴向方向，所述燃气涡轮发动机包括：
固定框架；
压缩机和涡轮，所述压缩机或所述涡轮包括第一多个转子叶片和第二多个转子叶片，所述第一多个转子叶片和所述第二多个转子叶片沿着所述轴向方向交替地隔开并能够彼此一起旋转；以及
齿轮箱，其包括联接到所述第一多个转子叶片的第一齿轮、联接到所述第二多个转子叶片的第二齿轮以及定位在所述第一齿轮与所述第二齿轮之间并且联接到所述固定框架的中间齿轮，所述中间齿轮限定旋转轴线，所述旋转轴线与所述径向方向限定小于大约75度的角。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述旋转轴线与所述径向方向限定的所述角小于大约30度。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述旋转轴线与所述径向方向限定的所述角小于大约15度。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述旋转轴线与所述径向方向限定的所述角为大约零度。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述中间齿轮是在所述齿轮箱内沿着所述燃气涡轮发动机的周向方向隔开的多个中间齿轮中的第一中间齿轮。
6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述中间齿轮限定前端和后端，其中，所述第一齿轮在所述前端处与所述中间齿轮啮合，并且其中，所述第二齿轮在所述后端处与所述中间齿轮啮合。
7.根据权利要求6所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一齿轮和所述中间齿轮一起限定第一相交线，其中，所述第二齿轮和所述中间齿轮一起限定第二相交线，其中，所述第一相交线与所述径向方向限定小于大约75度的第一相交角，并且其中，所述第二相交线与所述径向方向限定小于大约75度的第二相交角。
8.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，与所述径向方向的所述第一相交角小于大约30度，并且其中，与所述径向方向的所述第二相交角小于大约30度。
9.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一相交角、所述第二相交角和所述旋转轴线与所述径向方向限定的所述角各自等于大约零度。
10.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一相交角和所述第二相交角各自大于所述旋转轴线与所述径向方向限定的所述角。
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