CN113356929A - 用于交错转子组件的旋转支撑件 - Google Patents

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CN113356929A CN202110244478.9A CN202110244478A CN113356929A CN 113356929 A CN113356929 A CN 113356929A CN 202110244478 A CN202110244478 A CN 202110244478A CN 113356929 A CN113356929 A CN 113356929A
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M·R·尤塞利奥
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Abstract

提供了涡轮机和涡轮机的涡轮(104)区段。例如，该涡轮机包括具有涡轮(104)的涡轮区段(100)，该涡轮(104)包括第一多个和第二多个涡轮转子叶片(106)，该第一多个和第二多个涡轮转子叶片(106)沿着轴向方向交替地间隔开。第一多个涡轮(104)叶片中的至少一个涡轮(104)叶片附接到第一支撑构件组件(126)，并且第二多个涡轮(104)叶片中的至少一个涡轮(104)叶片附接到第二支撑构件组件(134)。该涡轮机还包括将涡轮(104)与涡轮区段(100)外部的一个或多个部件连接的转轴(124)、第一旋转支撑件(162)和齿轮箱(122)。第一支撑构件组件(126)和第二支撑构件组件(134)两者附接到第一旋转支撑件(162)并联接到齿轮箱(122)，使得第一和第二多个涡轮转子叶片(106)能够通过齿轮箱(122)彼此一起旋转。

Description

用于交错转子组件的旋转支撑件
技术领域
本主题大体上涉及涡轮机，并且更特别地涉及用于涡轮机的涡轮的交错转子组件的旋转支撑件。
背景技术
典型的飞行器推进系统包括一个或多个燃气涡轮发动机。对于某些推进系统，燃气涡轮发动机通常包括布置成彼此流动连通的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心通常按串联流动顺序包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气从风扇提供到压缩机区段的入口，在那里一个或多个轴流式压缩机逐渐地压缩空气，直到空气到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合，并且在燃烧区段内燃烧，以提供燃烧气体。燃烧气体被从燃烧区段导引到涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，并且然后被导引通过排气区段，例如通向大气环境。
通用燃气涡轮发动机设计标准常常包括必须平衡或折衷的冲突标准，包括增加燃料效率、操作效率和/或功率输出，同时保持或减小重量、零件数量和/或包装尺寸(即发动机的轴向和/或径向尺寸)。因此，至少某些燃气涡轮发动机包括交错转子。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可与第二多个高速涡轮转子叶片交错。这种构造可导致更高效的涡轮。
然而，这种构造可产生若干问题，涉及不希望的振动、第一和第二多个转子叶片之间的间隙问题等。例如，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各自产生轴向力或载荷，该轴向力或载荷典型地由涡轮区段的区域中的静态结构支撑。此外，用于传递轴向载荷的典型部件(诸如滚珠轴承、滚柱轴承和/或推力轴承)可定位成使得在低速涡轮转子叶片排和高速涡轮转子叶片排之间限定相对较大的间隙，这可降低发动机的效率。
因此，用于具有带有用于支撑每个发动机的涡轮区段的交错转子的一个或多个部件的一个或多个燃气涡轮发动机的飞行器的推进系统将是有用的。例如，具有带有轴向地设置在涡轮区段的交错转子附近的轴间支撑件的涡轮区段的燃气涡轮发动机将是期望的。另外，一种包括燃气涡轮发动机的推进系统将特别有用，该燃气涡轮发动机具有能够克服交错转子的各种问题的涡轮，该交错转子还克服了可能由其产生的上述问题。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中被部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践习知。
在本主题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涡轮机。该涡轮机包括涡轮区段，该涡轮区段包括涡轮。涡轮包括第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片。第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片沿着轴向方向交替地间隔开。第一多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片附接到第一支撑构件组件，并且第二多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片附接到第二支撑构件组件。涡轮机还包括将涡轮与涡轮区段外部的一个或多个部件连接的转轴、第一旋转支撑件和齿轮箱。第一支撑构件组件和第二支撑构件组件两者附接到第一旋转支撑件。此外，第一支撑构件组件和第二支撑构件组件两者联接到齿轮箱，使得第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片能够通过齿轮箱彼此一起旋转。
在本主题的另一个示例性实施例中，提供了涡轮机的涡轮区段。涡轮区段包括涡轮。涡轮包括第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片，并且第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片沿着轴向方向交替地间隔开。第一多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片附接到第一支撑构件组件，并且第二多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片附接到第二支撑构件组件。涡轮区段还包括第一旋转支撑件、齿轮箱和涡轮中心框架，该涡轮中心框架具有从涡轮区段的前端轴向地向后延伸到齿轮箱的内中心框架支撑构件。第一支撑构件组件和第二支撑构件组件两者附接到第一旋转支撑件，并且第一支撑构件组件和第二支撑构件组件两者联接到齿轮箱，使得第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片能够通过齿轮箱彼此一起旋转。第一支撑构件组件连接到转轴，并且内中心框架支撑构件设置在第一旋转支撑件和转轴之间。
在本主题的另一个示例性实施例中，提供了涡轮机的涡轮区段。涡轮区段包括低压涡轮，该低压涡轮包括第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片。第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片沿着轴向方向交替地间隔开。第一多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片附接到第一支撑构件组件，并且第二多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片附接到第二支撑构件组件。涡轮区段还包括滚珠轴承、齿轮箱和涡轮中心框架，该涡轮中心框架具有从涡轮区段的前端轴向地向后延伸到齿轮箱的内中心框架支撑构件。第一支撑构件组件和第二支撑构件组件中的每个都附接到滚珠轴承。此外，第一支撑构件组件和第二支撑构件组件中的每个联接到齿轮箱，使得第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片能够通过齿轮箱彼此一起旋转。第一多个涡轮转子叶片构造成在第一周向方向上旋转，并且第二多个涡轮转子叶片构造成在第二周向方向上旋转。第二周向方向与第一周向方向相反。此外，第一支撑构件组件连接到低速转轴，并且低速转轴驱动地连接到设置在涡轮区段前方的低压压缩机。内中心框架支撑构件设置在滚珠轴承和低速转轴之间。
技术方案1. 一种限定径向方向和轴向方向的涡轮机，所述涡轮机包括：
涡轮区段(100)，其包括涡轮(104)，所述涡轮(104)包括第一多个涡轮转子叶片(106)和第二多个涡轮转子叶片(106)，所述第一多个涡轮转子叶片(106)和第二多个涡轮转子叶片(106)沿着所述轴向方向交替地间隔开，所述第一多个涡轮(104)叶片中的至少一个涡轮(104)叶片附接到第一支撑构件组件(126)，并且所述第二多个涡轮(104)叶片中的至少一个涡轮(104)叶片附接到第二支撑构件组件(134)；
转轴(124)，其将所述涡轮(104)与所述涡轮区段(100)外部的一个或多个部件连接；
第一旋转支撑件(162)，所述第一支撑构件组件(126)和所述第二支撑构件组件(134)两者附接到所述第一旋转支撑件(162)；和
齿轮箱(122)，所述第一支撑构件组件(126)和所述第二支撑构件组件(134)两者联接到所述齿轮箱(122)，使得所述第一多个涡轮转子叶片(106)和第二多个涡轮转子叶片(106)能够通过所述齿轮箱(122)彼此一起旋转。
技术方案2. 根据前述技术方案中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，还包括：
涡轮中心框架(150)，其具有内中心框架支撑构件(156)和外中心框架支撑构件(158)，
其中，所述内中心框架支撑构件(156)设置在所述第一旋转支撑件(162)和所述转轴(124)之间。
技术方案3. 根据前述技术方案中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，还包括：
第二旋转支撑件(168)，
其中，所述外中心框架支撑构件(158)和所述第二支撑构件组件(134)两者附接到所述第二旋转支撑件(168)。
技术方案4. 根据前述技术方案中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，还包括：
第三旋转支撑件(170)，
其中，所述内中心框架支撑构件(156)和所述转轴(124)两者附接到所述第三旋转支撑件(170)。
技术方案5. 根据前述技术方案中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，还包括：
第二旋转支撑件(168)，
其中，所述第一支撑构件组件(126)和所述第二支撑构件组件(134)两者附接到所述第二旋转支撑件(168)。
技术方案6. 根据前述技术方案中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，还包括：
涡轮后框架(152)，其具有后框架支撑构件(160)；和
第三旋转支撑件(170)，
其中，所述后框架支撑构件(160)和所述第一支撑构件组件(126)两者附接到所述第三旋转支撑件(170)。
技术方案7. 根据前述技术方案中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述第一旋转支撑件(162)是滚珠轴承。
技术方案8. 根据前述技术方案中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述第一支撑构件组件(126)连接到所述转轴(124)，使得所述齿轮箱(122)定位在所述第一旋转支撑件(162)和所述转轴(124)之间。
技术方案9. 根据前述技术方案中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述涡轮(104)是低压涡轮(30)，并且
其中，所述转轴(124)是低速转轴(124)，所述低速转轴(124)驱动地连接到设置在所述涡轮区段(100)的前方的压缩机(22)区段的低压压缩机(22)。
技术方案10. 根据前述技术方案中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述第一旋转支撑件(162)设置在所述齿轮箱(122)的前方。
技术方案11. 根据前述技术方案中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述第一旋转支撑件(162)和所述齿轮箱(122)设置在公共贮槽(172)中。
技术方案12. 根据前述技术方案中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，还包括：
扫气装置(174)，其用于服务所述第一旋转支撑件(162)和所述齿轮箱(122)两者，使得所述扫气装置(174)为所述第一旋转支撑件(162)和所述齿轮箱(122)两者共用。
技术方案13. 根据前述技术方案中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，还包括：
热障(176)，其用于热屏蔽所述第一旋转支撑件(162)和所述齿轮箱(122)两者，使得所述热障(176)为所述第一旋转支撑件(162)和所述齿轮箱(122)两者共用。
技术方案14. 根据前述技术方案中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述第一或第二多个涡轮转子叶片(106)中的至少一个涡轮转子叶片(108)与所述第一旋转支撑件(162)的一部分轴向地对齐。
技术方案15. 根据前述技术方案中的任一项所述的涡轮机，其特征在于，所述第一多个涡轮转子叶片(106)构造成在第一周向方向上旋转，并且所述第二多个涡轮转子叶片(106)构造成在第二周向方向上旋转，并且
其中，所述第二周向方向与所述第一周向方向相反。
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。并入并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且能够实现的公开内容，包括其最佳模式，在附图中：
图1提供了根据本主题的各种示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性剖视图。
图2至图5提供了根据本主题的各种示例性实施例的诸如图1的燃气涡轮发动机的涡轮机的涡轮区段的示意性剖视图。
图6和图7提供了根据本主题的各种示例性实施例的涡轮区段的特写示意性剖视图。
在本说明书和附图中重复使用参考字符旨在表示本主题的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中被示出。每个示例通过解释本发明而非限制本发明的方式被提供。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可对本发明做出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在涵盖如归入所附权利要求书的范围内的这种修改和变型及其等同物。
如本文所用，术语“第一”、“第二”、“第三”等可能够互换地使用，以将一个部件与另一个部件区分开来，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“前方”和“后方”是指燃气涡轮发动机或交通工具内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或交通工具的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前方是指更靠近发动机入口的位置，后方是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体流出的方向，“下游”是指流体流向的方向。
术语“联接”、“固定”、“附接到”等是指直接联接、固定或附接以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接两者，除非本文另有说明。
单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确规定。
除非另有说明，否则术语“低”、“高”或它们相应的比较级(例如，较低、较高(在适用的情况下))均指发动机内的相对速度。例如，“低涡轮”或“低速涡轮”限定通常低于“高涡轮”或“高速涡轮”的旋转速度。备选地，除非另有说明，否则上述术语可理解为它们的最高级。例如，“低涡轮”可指在涡轮区段内的最低最大旋转速度涡轮，并且“高涡轮”可指在涡轮区段内的最高最大旋转速度涡轮。如本文所用，“高涡轮”或“高速涡轮”通常是指限定比低涡轮或低速涡轮更高的最大旋转速度的一个或多个涡轮转子。更进一步地，对“高涡轮”的引用可包括多个涡轮，每个涡轮限定彼此分离或独立并且大于低速涡轮的最大旋转速度的一个或多个最大旋转速度。
如在整个说明书和权利要求书中所使用的，近似语言用于修饰任何定量表示，在不导致与其相关的基本功能改变的情况下可容许该定量表示变化。因此，由诸如“约”、“大约”和“基本上”之类的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度，或者用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可指在10%的裕度内。
这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，这样的范围被标识并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点能够彼此独立地组合。
大体上，本主题提供了涡轮机的涡轮区段的轴间旋转支撑件。轴间旋转支撑件可附接到第一支撑构件组件和第二支撑构件组件，并且设置在齿轮箱附近，第一和第二支撑构件组件也附接到齿轮箱。在示例性实施例中，第一支撑构件组件是低速转子，并且第二支撑构件组件是高速转子，并且多个涡轮转子叶片附接到低速转子和高速转子中的每个，使得低速涡轮转子叶片和高速涡轮转子叶片沿着轴向方向交替地间隔开，以形成交错涡轮。轴间旋转支撑件例如轴向地和径向地将高速转子连接到低速转子，以将高速转子的叶片中产生的轴向力传递到低速转子。反过来，由高速转子和低速转子产生的轴向推力可由涡轮机的其它部件(例如，设置在涡轮区段上游的风扇的轴向力)部分地平衡，并且剩余力或合力可传递到发动机的静态结构，例如定位成远离涡轮区段或在涡轮区段外部的静态框架。如本文所述，轴间旋转支撑件可减少在涡轮区段的区域中支撑涡轮区段的轴向载荷所需的静态结构；可允许增加涡轮机的效率，例如，通过减小涡轮区段中的翼型件之间的轴向间隙；并且可减少零件数量、发动机重量和成本，例如，通过允许用于轴间旋转支撑件和齿轮箱两者的公共油槽、公共扫气装置和/或公共热障。另外，本文提供的实施例通常可实现第一转子组件在一个或多个第二转子组件之间的交错，或者进一步延伸这种交错。这种交错可使得能够增加燃气涡轮发动机的效率、改进性能、减少燃料燃烧并改进发动机在较高旋转速度下的可操作性。
交错的压缩机或涡轮区段可增加燃料效率、操作效率和/或功率输出，同时减少重量、零件数量和/或包装尺寸(例如径向和/或轴向尺寸)。例如，交错的压缩机或涡轮区段可使得能够增加燃气涡轮发动机的涵道比和/或总压力比，从而相对于具有相似功率输出和/或包装尺寸的其它发动机增加燃料效率、操作效率和/或功率输出。交错压缩机或涡轮区段可进一步减少固定和/或旋转翼型件的数量，并且因此减少发动机的包装尺寸和/或重量，同时保持或提高效率、性能或功率输出。更进一步地，交错涡轮区段可减少轴向流动面积和旋转速度的平方的乘积(该乘积被称为“AN2”)，同时另外减少涡轮区段的每级的平均做功系数。
现在参考附图，其中在所有附图中相同的数字表示相同的元件，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剖视图。更具体地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是大涵道比涡轮风扇喷气发动机10，在本文中被称为“涡轮风扇发动机10”。如图1所示，涡轮风扇发动机10限定轴向方向A(平行于提供用于参考的纵向中心线12延伸)、径向方向R和周向方向(即，围绕轴向方向A延伸的方向；未描绘)。通常，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。
所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的基本上管状的外壳体18。外壳体18以串联流动关系包围：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；和喷射排气喷嘴区段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28区段、LP涡轮区段30和喷射喷嘴排气区段32的核心空气流动路径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，风扇区段14包括风扇38，该风扇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，风扇叶片40大体上沿着径向方向R从盘42向外延伸。在一些实施例中，风扇38可为可变桨距风扇，并且每个风扇叶片40可能够相对于盘42围绕径向地延伸穿过叶片的变桨轴线旋转，这是由于风扇叶片40可操作地联接到合适的致动构件(未示出)，该致动构件构造成共同一致地改变风扇叶片40的桨距。风扇叶片40和盘42，以及在风扇38是可变桨距风扇的实施例中的致动构件，能够通过横跨动力齿轮箱46的LP轴36一起围绕纵向轴线12旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，用于将LP轴36的旋转速度降低到更高效的风扇旋转速度。
仍然参考图1的示例性实施例，盘42被可旋转的前机舱48覆盖，前机舱48的空气动力学轮廓被设定成促进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机舱50，其周向地围绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应当理解，对于所描绘的实施例，机舱50相对于核心涡轮发动机16由多个周向间隔开的出口导叶52支撑。此外，机舱50的下游区段54在核心涡轮发动机16的外部部分上延伸，以便在两者间限定旁路气流通道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的相关入口60进入涡轮风扇10。随着该体积的空气58经过风扇叶片40，如箭头62所指示的空气58的第一部分被引导或导引到旁路气流通道56中，并且如箭头64所指示的空气58的第二部分被引导或导引到LP压缩机22中。第一部分空气62和第二部分空气64之间的比率通常被称为涵道比。第二部分空气64的压力随后随着其被导引通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧区段26而增加，在燃烧区段26中，空气64与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被导引通过HP涡轮28，在HP涡轮28中，来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分经由联接到外壳体18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的连续级(sequential stages)被提取，由此导致HP轴或转轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66然后被导引通过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的第二多个涡轮转子叶片74的连续级从燃烧气体66中提取。第一多个涡轮转子叶片72和第二多个涡轮转子叶片74交替地间隔或交错并且能够通过齿轮箱(未示出)彼此一起旋转，以一起驱动LP轴或转轴36，从而导致LP轴或转轴36旋转。这因此支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后被导引通过核心涡轮发动机16的喷射排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，当第一部分空气62在从涡轮风扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被导引通过旁路气流通道56，第一部分空气62的压力显著增加，这也提供了推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷射排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，用于导引燃烧气体66通过核心涡轮发动机16。
然而，应当理解，图1中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等。因此，将理解，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。
现在参考图2，提供了根据本公开的示例性实施例的涡轮机的涡轮区段100的示意性侧视剖视图。图2中描绘的示例性涡轮区段100可并入例如上文参考图1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，将理解，涡轮机大体上限定径向方向R、轴向方向A和纵向中心线102。此外，涡轮区段100包括涡轮104，涡轮区段100的涡轮104能够围绕轴向方向A旋转(即，包括能够围绕轴向方向A旋转的一个或多个部件)。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)，或者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/或低压涡轮的一部分的双用途涡轮等)。
此外，对于所描绘的示例性实施例，涡轮104包括沿着轴向方向A间隔开的多个涡轮转子叶片。更具体地，对于示例性的图示实施例，涡轮104包括第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108。如下面将更详细讨论的，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交替地间隔开。此外，每个涡轮转子叶片106、108限定诸如包括压力侧、吸力侧、前缘和后缘的翼型件，以从燃烧气体中提取能量来引起相应转子组件的旋转。将理解，在涡轮104对应于图1的LP涡轮30的情况下，第一多个涡轮转子叶片106对应于第一多个涡轮转子叶片72，并且第二多个涡轮转子叶片108对应于第二多个涡轮转子叶片74。
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中的每个大体沿着径向方向R在径向内端部110和径向外端部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彼此间隔开，并在相应的径向外端部112处联接到彼此。例如，对于所描绘的实施例，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中的每个都通过它们相应的径向外端部112联接到彼此。还更具体地，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108C中的每个都通过外旋转鼓114在它们相应的径向外端部112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在径向内端部118和径向外端部120之间延伸。另外，对于图示实施例，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，第二多个涡轮转子叶片108中的至少两个沿着轴向方向A彼此间隔开，并在相应的径向内端部118处联接到彼此。例如，如在图2的示例性实施例中所示，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中的每个都通过它们相应的径向内端部118联接到彼此。更具体地，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中的每个都通过内旋转鼓116在它们相应的径向内端部118处联接。
然而，应当理解，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可以任何其它合适的方式联接在一起，并且如本文所用，“在径向内端部处联接”和“在径向外端部处联接”通常是指用来联接部件的任何直接或间接联接装置或机构。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间隔开的转子的多个级(未示出)，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在相应的径向内端部118处通过例如燕尾榫基部部分联接到转子的相应级。转子的相应级可依次联接在一起，从而在它们相应的径向内端部118处联接第二多个涡轮转子叶片。作为另一示例，在其它示例性实施例中，第一多个涡轮转子叶片106可联接到彼此连接的多个盘，从而将第一多个涡轮转子叶片106保持在涡轮104中。因此，除了外旋转鼓114和/或内旋转鼓116之外或者作为外旋转鼓114和/或内旋转鼓116的备选方案，可使用用于保持第一多个涡轮转子叶片106和/或第二多个涡轮转子叶片108的其它机构。
仍然参考图2中所描绘的实施例，如所述的，第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108全部沿着轴向方向A交替地间隔开。如本文所用，术语“沿着轴向方向A交替地间隔开”是指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的两个轴向间隔开的涡轮转子叶片之间的至少一个涡轮转子叶片108。例如，对于图示的实施例，沿着轴向方向A交替地间隔开是指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的第一涡轮转子叶片106A和第二涡轮转子叶片106B之间或者沿着轴向方向A定位在第一多个涡轮转子叶片106的第二涡轮转子叶片106B和第三涡轮转子叶片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，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和第二涡轮转子叶片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和第三涡轮转子叶片108C之间。
然而，值得注意的是，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，将理解，对于本文描述的实施例，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大体上分别代表第一级涡轮转子叶片、第二级涡轮转子叶片和第三级涡轮转子叶片。类似地将理解，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各自也大体上分别代表第一级涡轮转子叶片、第二级涡轮转子叶片和第三级涡轮转子叶片。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可包括任何其它合适数量的涡轮转子叶片级，诸如两级、四级等，并且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。
仍然参考图2，对于所描绘的实施例，涡轮机还包括齿轮箱122和转轴124，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彼此一起旋转。转轴124将涡轮104与涡轮区段100外部的一个或多个部件连接。例如，在至少某些示例性实施例中，转轴124可构造为例如上文参考图1描述的示例性低压转轴36，并且齿轮箱122可构造为图1所示的动力齿轮箱46。在这样的示例性实施例中，涡轮104可构造为低压涡轮30，并且转轴124是低速低压转轴36，其驱动地连接到设置在涡轮区段30前方的压缩机区段的低压压缩机22。然而，应当理解，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)，并且，此外，齿轮箱122可为任何其它合适的变速装置。例如，在其它示例性实施例中，齿轮箱122可改为液压变矩器、电机、变速器等。
此外，涡轮区段100包括具有第一支撑构件128的第一支撑构件组件126，以及具有第二支撑构件136的第二支撑构件组件134。第一多个涡轮转子叶片106中的至少一个涡轮叶片附接到第一支撑构件组件126，并且第二多个涡轮转子叶片108中的至少一个涡轮叶片附接到第二支撑构件组件134。例如，如图2所示，第一支撑构件128将第一多个涡轮转子叶片106的第一涡轮转子叶片106A的径向内端110联接到第一旋转支撑件162，并从而将第一多个涡轮转子叶片106联接到第一旋转支撑件162。从第一支撑构件128延伸的第一连接件140将第一多个涡轮转子叶片106联接到齿轮箱122，并且后臂132通过齿轮箱122将第一多个涡轮转子叶片106联接到转轴124。更特别地，第一支撑构件组件126通过齿轮箱122连接到转轴124，使得齿轮箱122定位在第一旋转支撑件162和转轴124之间。然而，在一些实施例中，例如，如图6和图7所示，第一多个涡轮转子叶片106可经由后臂132联接到转轴124，而不穿过齿轮箱122。也就是说，在一些实施例中，第一多个涡轮转子叶片106可例如经由凸缘等连接到后臂132，同时绕过齿轮箱122，使得齿轮箱122不涉及从第一多个涡轮转子叶片106传递到转轴124的扭矩。在这样的实施例中，如图6和图7所描绘，第一连接件140仍然可从第一支撑构件组件126延伸到齿轮箱122，但是扭矩路径绕过齿轮箱122，沿着例如第一支撑构件128和后臂132之间的连接件经过。
另外，第二支撑构件136类似地将第二多个涡轮转子叶片108联接到齿轮箱122。从第二支撑构件136延伸的臂138将第二多个涡轮转子叶片108联接到第一旋转支撑件162。照此，第一支撑构件组件126和第二支撑构件组件134两者附接到第一旋转支撑件162和齿轮箱122两者。值得注意的是，在其它示例性实施例中，第一支撑构件128可在径向内端110处(直接或通过例如转子(未示出))联接到第一多个涡轮转子叶片106内的任何涡轮转子叶片，并且类似地，第二支撑构件136可在径向内端118处(直接或通过例如转子(未示出))联接到第二多个涡轮转子叶片108的任何涡轮转子叶片。
此外，在所描绘的实施例中，第一支撑构件组件126包括附接到第一支撑构件128的第一连接件140(尽管在其它实施例中，第一连接件140可与第一支撑构件128一体地形成)。类似地，第二支撑构件组件包括附接到第二支撑构件136或与第二支撑构件136一体地形成的第二连接件142。第一连接件140和第二连接件142分别允许第一支撑构件128和第二支撑构件136连接到齿轮箱122。在一些实施例中，第一连接件140和第二连接件142可为刚性连接件，但是在其它实施例中，第一连接件140和第二连接件142中的一个或两个可为柔性连接件。例如，柔性第一连接件140和柔性第二连接件142可分别允许齿轮箱122与第一支撑构件128和第二支撑构件136之间的刚性较小的连接。更特别地，柔性第一连接件140和柔性第二连接件142可分别允许齿轮箱122与第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108之间的刚性较小的连接。在某些实施例中，柔性第一连接件140、柔性第二连接件142或两者可构造为具有波纹的构件、具有弹性材料的花键连接件等。此外，如前所述，无论第一连接件140和第二连接件142是刚性的还是柔性的，第一连接件140和第二连接件142中的每个都可单独地或与相应的支撑构件128、134一体地形成。
继续参考图2，示例性涡轮区段100还包括涡轮中心框架150和涡轮后框架152。中心框架支撑组件154可联接到涡轮中心框架150。对于所描绘的实施例，中心框架支撑组件154包括径向内中心框架支撑构件156和径向外中心框架支撑构件158。如图2中进一步所示，后框架支撑构件160可联接到涡轮后框架152。
图2中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、联接到第二多个涡轮转子叶片108的第二齿轮以及联接到涡轮中心框架150的第三齿轮。更具体地，对于图示的实施例，齿轮箱122构造为行星齿轮箱。因此，第一齿轮是环形齿轮144，第二齿轮是太阳齿轮148，并且第三齿轮是行星齿轮146。照此，在图2所示的示例性实施例中，第一多个涡轮转子叶片106通过第一支撑构件128联接到齿轮箱122的第一齿轮(即环形齿轮144)，并且第二多个涡轮转子叶片108通过第二支撑构件136联接到齿轮箱122的第二齿轮(即太阳齿轮148)。如在图2的示例性实施例中进一步所示，多个行星齿轮146可通过中心框架支撑组件154(并且更特别地，通过中心框架支撑组件154的径向内中心框架支撑构件156)固定地联接(即，沿着周向方向固定)到涡轮中心框架150。如图所示，内中心框架支撑构件156可从涡轮区段100的前端101轴向地向后延伸到齿轮箱122，其中内中心框架支撑构件156联接到多个行星齿轮146。
以这种方式，将理解，对于所描绘的实施例，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相反的方向上旋转。例如，第一多个涡轮转子叶片106可构造成在第一周向方向上旋转，而第二多个涡轮转子叶片108可构造成在与第一周向方向相反的第二周向方向上旋转。然而，应当理解，尽管本文提供的结构因此使得涡轮104能够“反向旋转”，但是在其它实施例中，涡轮104可改为构造成“同向旋转”，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各自在相同的周向方向上旋转。
还应当理解，如本文使用和描述的第一周向方向和第二周向方向旨在表示相对于彼此的方向。因此，第一周向方向可指顺时针旋转(从下游向上游看)，并且第二周向方向可指逆时针旋转(从下游向上游看)。备选地，第一周向方向可指逆时针旋转(从下游向上游看)，并且第二周向方向可指顺时针旋转(从下游向上游看)。
还将理解，对于图示的示例性实施例，第一多个涡轮转子叶片106构造为多个低速涡轮转子叶片，而第二多个涡轮转子叶片108构造为多个高速涡轮转子叶片。这可能是由于齿轮箱122的齿轮传动，以及第二多个涡轮转子叶片108中的第三涡轮转子叶片108C在第一多个涡轮转子叶片106中的第三涡轮转子叶片106C的前方的定位。无论如何，将理解，在这样的示例性实施例中，第一支撑构件组件126的第一支撑构件128是低速支撑构件(例如，低速转子)，并且此外，第二支撑构件组件134的第二支撑构件136构造为高速支撑构件(例如，高速转子)。
仍然参考图2的实施例，涡轮104还限定沿着轴向方向A的中点105。如本文所用，术语“中点”大体上是指涡轮104的最前涡轮转子叶片的最前前缘和涡轮104的最后涡轮转子叶片的最后后缘之间的中间(halfway)的轴向位置。因此，对于所描绘的实施例，涡轮104的中点105是第二多个涡轮转子叶片108中的第三涡轮转子叶片108C的最前前缘109和第一多个涡轮转子叶片106中的第一涡轮转子叶片106A的最后后缘107之间的中间的轴向位置。
此外，涡轮机包括第一旋转支撑件162，以支撑本文所述的涡轮104的各种旋转部件。更具体地，对于所描绘的实施例，第一支撑构件组件126和第二支撑构件组件134基本上完全通过第一旋转支撑件162支撑在涡轮区段100内，使得第一旋转支撑件162是轴间支撑件，例如轴间轴承。例如，在图2所示的实施例中，第一支撑构件组件126和第二支撑构件组件134基本上完全通过第一旋转支撑件162支撑在涡轮104的中点105的后方。此外，第一旋转支撑件162可设置在涡轮104的中点105的后方但在齿轮箱122的轴向前方的位置处。另外或备选地，内中心框架支撑构件156可设置在第一旋转支撑件162和转轴124之间。因此，第一旋转支撑件162可为定位在第一支撑构件组件126和第二支撑构件组件134之间的轴间旋转支撑件，但是由于设置在轴间旋转支撑件162和转轴124之间的静态结构(即，涡轮中心框架150)而不直接在主转轴124(即，将涡轮区段100连接到涡轮机的另一部分的转子)上。
在一些实施例中，第一多个涡轮转子叶片106或第二多个涡轮转子叶片108中的至少一个涡轮转子叶片可与第一旋转支撑件162的一部分轴向地对齐。例如，如图2所示，第一多个涡轮转子叶片106中的第一涡轮转子叶片106A的大部分从第一旋转支撑件162径向地向外设置。照此，对于所描绘的实施例，第一涡轮转子叶片106A从第一旋转支撑件162的一部分轴向地对齐。值得注意的是，如本文所用，关于轴向方向A的术语“对齐”是指两个部件和/或位置的至少一部分具有相同的轴向位置。
此外，与典型涡轮架构的涡轮转子叶片和涡轮定子导叶之间的轴向间隙相比，第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108之间的轴向间隙可减小。例如，在标准的涡轮架构中，涡轮转子叶片所附接到的转子可联接到设置在涡轮中心框架前方的旋转支撑件。结果，由于旋转支撑件和翼型件之间相对较长的距离或间隔，涡轮转子叶片和定子导叶典型地在转子叶片和定子导叶之间经历较高程度的相对轴向运动。相反，对于图2的所描绘的示例性实施例，第一旋转支撑件162设置成相对靠近翼型件，即第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108。例如，第一旋转支撑件162设置在涡轮中点105的轴向后方，而不是设置在涡轮中心框架150的轴向前方，并且至少部分地与第一多个涡轮转子叶片106中的第一涡轮转子叶片106A轴向地对齐。因此，第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108之间的相对轴向运动可减小，并且第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108之间的轴向间隙可减小。在示例性实施例中，与标准或传统涡轮架构之间的轴向间隙相比，可实现相邻叶片106、108之间的轴向间隙的大约50%或更多的减小。减小翼型件之间的轴向间隙可导致涡轮机的效率的增加。
在示例性实施例中，第一旋转支撑件162是滚珠轴承，第一支撑构件组件126联接到第一旋转支撑件162的外座圈164，并且第二支撑构件组件134联接到第一旋转支撑件162的内座圈166，如图2所示。更特别地，对于图示实施例，第一支撑构件128联接到外座圈164，并且臂138联接到内座圈166。然而，在其它实施例中，第一旋转支撑件162可为除滚珠轴承之外的旋转支撑件，诸如例如轴颈轴承、推力轴承、滚柱轴承等。此外，第一支撑构件组件126可联接到内座圈166，并且第二支撑构件组件134可联接到外座圈164。
在第一支撑构件组件126是低速转子且第二支撑构件组件134是反向旋转涡轮(诸如反向旋转低压涡轮30)的高速转子的实施例中，第一旋转支撑件162是轴间支撑件。更特别地，第一旋转支撑件162可为高速转子134和低速转子126之间的轴间滚珠轴承。在这样的实施例中，轴间滚珠轴承162支撑来自高速转子134的轴向推力和重量部分。此外，如图2所示，内中心框架支撑构件156可设置在轴间滚珠轴承162和转轴124之间，转轴124可为燃气涡轮发动机10的低速低压轴或转轴36，使得轴间滚珠轴承162不直接定位在转轴124上。照此，轴向载荷可传递到转轴124，并且可由另外的旋转支撑件支撑，如本文更详细描述的。
此外，对于所描绘的示例性实施例，涡轮机还包括第二旋转支撑件168和第三旋转支撑件170。第二旋转支撑件168构造成进一步可旋转地支撑第二支撑构件组件134，并且更具体地构造成支撑臂138的前部段139。对于图2中描绘的实施例，第二旋转支撑件168通过径向外中心框架支撑构件158而由涡轮中心框架150支撑。也就是说，外中心框架支撑构件158和第二支撑构件组件134两者附接到第二旋转支撑件168，使得第二旋转支撑件168为第二支撑构件组件134提供支撑，并且又由外中心框架支撑构件158支撑。第三旋转支撑件170构造成可旋转地支撑转轴124，并且在图2的示例性实施例中，通过径向内中心框架支撑构件156由涡轮中心框架150支撑。也就是说，内中心框架支撑构件156和转轴124两者附接到第三旋转支撑件170，使得第三旋转支撑件170为转轴124提供支撑，并且又由内中心框架支撑构件156支撑。在图2的示例性实施例中，第二旋转支撑件168和第三旋转支撑件170中的每个都设置在第一旋转支撑件162的轴向前方，以及涡轮中点105的轴向前方。
图3、图4和图5示出了涡轮区段100的备选的示例性实施例，其中第二旋转支撑件168和/或第三旋转支撑件170设置在与图2的示例性实施例中所示不同的位置。也就是说，第二旋转支撑件168和第三旋转支撑件170中的任一者或两者可设置在涡轮区段100内的其它位置，并且仍然向第一支撑构件组件126和第二支撑构件组件134(并且由此向第一多个涡轮转子叶片106和第二多个涡轮转子叶片108)提供支撑。将理解，图3、图4和图5中所示的实施例在其它方面与图2的实施例基本上相同，使得无需针对图3、图4和图5中的每个重复详述涡轮区段100的结构。
现在参考图3，在所描绘的实施例中，第三旋转支撑件170设置在中点105的轴向后方，以及第一旋转支撑件162和齿轮箱122的轴向后方。如在图3的示例性实施例中所示，第三旋转支撑件170通过后框架支撑构件160而由涡轮后框架152支撑。更特别地，第三旋转支撑件170附接到后框架支撑构件160和第一支撑构件组件126的后臂132的后部段133两者。在图3的实施例中，第二旋转支撑件168构造成类似于图2的实施例的第二旋转支撑件168。
在图4的示例性实施例中，第二旋转支撑件168支撑第一支撑构件组件126和第二支撑构件组件134两者。更特别地，第一支撑构件组件126和第二支撑构件组件134两者附接到第二旋转支撑件168。例如，如图4所示，从第一支撑构件128轴向地向前延伸的前臂130附接到第二旋转支撑件168，并且从第二支撑构件136延伸的臂138附接到第二旋转支撑件168。此外，在所描绘的实施例中，第二旋转支撑件168设置在第一旋转支撑件162和齿轮箱122的轴向前方。例如，第二旋转支撑件168在图4的实施例中设置在中点105的前方，但是在其它实施例中，第二旋转支撑件168的至少一部分可设置在中点105处或附近，或者第二旋转支撑件168可设置在中点105的后方，但是仍然在第一旋转支撑件162和齿轮箱122的前方。应当理解，在诸如图4所示的示例性实施例中，第三旋转支撑件170可构造成类似于图2的实施例的第三旋转支撑件170。
转到图5，如图4所示的第二旋转支撑件168和如图3所示的第三旋转支撑件170可分别用于代替图2的第二旋转支撑件168和第三旋转支撑件170。例如，如图5所描绘，第一支撑构件组件126和第二支撑构件组件134两者附接到第二旋转支撑件168，第二旋转支撑件168设置在第一旋转支撑件162和齿轮箱122的轴向前方。更特别地，图5的实施例中的第二旋转支撑件168设置在中点105的前方，但是如关于图4所述，在其它实施例中，第二旋转支撑件168的至少一部分可设置在中点105处或附近，或者第二旋转支撑件168可设置在中点105的后方，但是仍然在第一旋转支撑件162和齿轮箱122的前方。如图5中进一步描绘的，第三旋转支撑件170设置在中点105的轴向后方，以及第一旋转支撑件162和齿轮箱122的轴向后方。更具体地，在图5的示例性实施例中，第三旋转支撑件170通过后框架支撑构件160由涡轮后框架152支撑，并且第三旋转支撑件170附接到后框架支撑构件160和第一支撑构件组件126的后臂132的后部段133两者。
也可使用关于涡轮区段100的第二旋转支撑件168和第三旋转支撑件170的其它构造，并且也可使用另外的旋转支撑件。将理解，第一旋转支撑件162支撑通过第二支撑构件组件134传递的第二多个涡轮转子叶片108的径向和轴向载荷。第二旋转支撑件168、第三旋转支撑件170和任何另外的旋转支撑件为第一支撑构件组件126和第二支撑构件组件134提供另外的支撑。例如，在一些实施例中，第二旋转支撑件168和第三旋转支撑件170中的每个可为滚柱轴承，其为第一支撑构件组件126和第二支撑构件组件134的径向载荷提供额外支撑。当然，第二、第三和任何另外的旋转支撑件可为任何合适的旋转支撑件，诸如滚珠轴承、轴颈轴承、推力轴承等。
在包括这种另外的旋转支撑件的实施例中，第一旋转支撑件162、第一支撑构件组件126和第二支撑构件组件134和齿轮箱122以及第二旋转支撑件168和/或第三旋转支撑件170的这种构造可允许涡轮104基本上完全通过涡轮中心框架150来支撑。更特别地，轴间第一旋转支撑件162有助于将第二多个涡轮转子叶片108的轴向载荷传递到涡轮机的静态结构。还更特别地，轴间旋转支撑件162轴向地和径向地将第二多个涡轮转子叶片108的第二支撑构件组件134连接到第一多个涡轮转子叶片106的第一支撑构件组件126，第二支撑构件组件134可为高速转子，第一支撑构件组件126可为低速转子。照此，在第二支撑构件组件134(例如，高速转子)中产生的轴向力可传递到第一支撑构件组件126(例如，低速转子)。由此，来自第二支撑构件组件134的轴向载荷和至少一部分径向载荷可直接传递到由其它旋转支撑件支撑的转轴124。在具有风扇(诸如风扇38)的涡轮机的实施例中，由涡轮104产生的整个轴向推力可由风扇的轴向力部分地平衡，并且合力(即，没有被风扇的轴向力平衡的部分)可被传递到涡轮机的前部或前静态框架，例如，借助于靠近风扇定位或者定位在涡轮区段100的轴向前方的滚珠轴承。因此，本文所述轴间旋转支撑件162可允许更轻的涡轮后框架152和更符合空气动力学的涡轮后框架152。也就是说，在涡轮机的后部，即在涡轮区段100附近，可能不需要显著的静态结构来支撑涡轮104的轴向载荷。
现在参考图6和图7，如本文所述的第一旋转支撑件162和齿轮箱122的布置也可提供其它优点。例如，参考图6的示例性实施例，第一旋转支撑件162和齿轮箱122可设置在公共贮槽172中。更特别地，涡轮区段100可包括如图6所示的贮槽172，并且第一旋转支撑件162和齿轮箱122两者可设置在贮槽172中，使得贮槽172为第一旋转支撑件162和齿轮箱122两者共用。照此，第一旋转支撑件162和齿轮箱122可共享公共的气室/油室，即贮槽172，与其它设计相比，这可减少零件数量和降低复杂性。此外，重新参考图4，在一些实施例中，第二旋转支撑件168也可设置在贮槽172中，从而进一步降低涡轮区段100和涡轮机的复杂性。
而且，如图6所示，因为第一旋转支撑件162可设置在与齿轮箱122相同的空间(volume)中，例如，在相同的贮槽172中，所以可为第一旋转支撑件162和齿轮箱122两者采用公共扫气管线174。更具体地，涡轮区段100可包括用于服务第一旋转支撑件162和齿轮箱122两者的扫气装置174。因此，扫气装置174可为第一旋转支撑件162和齿轮箱122两者共用。因此，如在图6的示例性实施例中所示，第一旋转支撑件162和齿轮箱122可定位在具有公共扫气装置174的同一贮槽172中。
现在参考图7，第一旋转支撑件162和齿轮箱122可利用相同的热保护。更特别地，当第一旋转支撑件162和齿轮箱122设置在如图7所描绘的相同空间中时，可为第一旋转支撑件162和齿轮箱122两者采用相同的热保护。如图所示，涡轮区段100可包括用于热屏蔽第一旋转支撑件162和齿轮箱122两者的热障176。照此，热障176可为第一旋转支撑件162和齿轮箱122两者共用。用于第一旋转支撑件162和齿轮箱122的热障或隔热罩176可有助于避免涡轮区段100的高温部件和润滑第一旋转支撑件162和齿轮箱122的油(例如，包含在公共贮槽172中的油，其润滑设置在贮槽172中的第一旋转支撑件162和齿轮箱122)之间的接触。此外，对于第一旋转支撑件162和齿轮箱122两者使用单个热障176允许减少零件，例如，可使用仅一个热障而不是两个热障来保护第一旋转支撑件162和齿轮箱122两者。在示例性实施例中，热障176可为环境空气，但是在其它实施例中，热障176可由其它绝缘材料形成。
因此，如本文所述的本主题可改进传统的非交错涡轮区段以及现有的交错或反向旋转涡轮区段，例如，通过在保持或减少重量、零件数量和/或包装尺寸的同时实现改进的燃料效率、操作效率和/或功率输出。作为示例，本文所述第一旋转支撑件具有双重目的：支撑轴向推力和支撑附接到第一旋转支撑件的至少一个支撑构件组件的至少一部分重量。此外，未被例如风扇的轴向力抵消或平衡的轴向推力可被传递到涡轮区段外部的静态框架，从而减少对涡轮区段处或附近的用于支撑涡轮转子的轴向载荷的静态结构的需求。作为另一示例，如本文所述，与现有的涡轮区段设计相比，翼型件之间的轴向间隙可减小，例如，因为第一旋转支撑件可靠近翼型件设置，所以翼型件之间的相对轴向运动可减少，这可导致涡轮机的效率的增加。此外，可通过将至少第一旋转支撑件和齿轮箱定位在相同的空间中来实现涡轮机的零件和复杂性的减少，这例如可允许公共贮槽、公共扫气装置和/或公共热障用于第一旋转支撑件和齿轮箱两者。
此外，交错架构也提供了某些优点或益处。例如，在第二多个涡轮转子叶片之间交错的第一多个涡轮转子叶片可通过移除每个旋转部件之间的固定翼型件的级来减小封装尺寸(例如，纵向和/或径向尺寸)和减少零件数量。零件数量的减少可允许降低涡轮机的成本。此外，如本文所述的交错可减小涡轮机的流动面积与旋转速度的平方的乘积(该乘积在本文中称为“AN2”)。例如，相对于常规的齿轮传动涡轮风扇构造，本文所示和所述的涡轮机大体上可减小AN2。大体上，减小AN2(诸如通过减小旋转速度和/或流动面积)增加了所需的平均级做功系数(即旋转翼型件的每级上的平均所需负载)。然而，本文所述的系统可通过将低速转子的涡轮转子叶片在高速转子的涡轮转子叶片的一个或多个级之间交错来减小AN2，同时还降低平均级做功系数并保持涡轮区段的轴向长度(与具有相似推力输出和包装尺寸的发动机相比)。因此，翼型件的旋转级的数量可增加，而平均级做功系数和因此AN2减小，并且减少为产生类似的AN2值而增加的轴向长度。另外或备选地，相对于具有相似功率输出和/或包装尺寸的燃气涡轮发动机的涡轮区段，可减小AN2，同时也减少涡轮区段中旋转和固定的翼型件的总数量。因此，与常规涡轮风扇发动机相比，本主题的实施例可限制涡轮风扇发动机的径向和轴向尺寸。此外，与常规的非交错架构相比，本文所述的交错架构可允许减小发动机重量。此外，本主题涵盖反向旋转涡轮架构，并且与常规的涡轮风扇架构相比，反向旋转涡轮可具有增加的效率。本文所述的主题的其它优点也可由本领域普通技术人员实现。
本发明的另外的方面由以下条款的主题提供：
1. 一种限定径向方向和轴向方向的涡轮机，该涡轮机包括：涡轮区段，其包括涡轮，该涡轮包括第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片，第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片沿着轴向方向交替地间隔开，第一多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片附接到第一支撑构件组件，并且第二多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片附接到第二支撑构件组件；转轴，其将涡轮与涡轮区段外部的一个或多个部件连接；第一旋转支撑件，第一支撑构件组件和第二支撑构件组件两者附接到第一旋转支撑件；和齿轮箱，第一支撑构件组件和第二支撑构件组件两者联接到齿轮箱，使得第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片能够通过齿轮箱彼此一起旋转。
2. 根据前述条款中任一项所述的涡轮机，还包括涡轮中心框架，该涡轮中心框架具有内中心框架支撑构件和外中心框架支撑构件，其中，内中心框架支撑构件设置在第一旋转支撑件和转轴之间。
3. 根据前述条款中任一项所述的涡轮机，还包括第二旋转支撑件，其中，外中心框架支撑构件和第二支撑构件组件两者附接到第二旋转支撑件。
4. 根据前述条款中任一项所述的涡轮机，还包括第三旋转支撑件，其中，内中心框架支撑构件和转轴两者附接到第三旋转支撑件。
5. 根据前述条款中任一项所述的涡轮机，还包括第二旋转支撑件，其中，第一支撑构件组件和第二支撑构件组件两者附接到第二旋转支撑件。
6. 根据前述条款中任一项所述的涡轮机，还包括涡轮后框架，该涡轮后框架具有后框架支撑构件和第三旋转支撑件，其中，后框架支撑构件和第一支撑构件组件两者附接到第三旋转支撑件。
7. 根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中，第一旋转支撑件是滚珠轴承。
8. 根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中，第一支撑构件组件连接到转轴，使得齿轮箱定位在第一旋转支撑件和转轴之间。
9. 根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中，涡轮是低压涡轮，并且其中，转轴是低速转轴，该低速转轴驱动地连接到设置在涡轮区段前方的压缩机区段的低压压缩机。
10. 根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中，第一旋转支撑件设置在齿轮箱的前方。
11. 根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中，第一旋转支撑件和齿轮箱设置在公共贮槽中。
12. 根据前述条款中任一项所述的涡轮机，还包括扫气装置，该扫气装置用于服务第一旋转支撑件和齿轮箱两者，使得扫气装置为第一旋转支撑件和齿轮箱两者共用。
13. 根据前述条款中任一项所述的涡轮机，还包括热障，该热障用于热屏蔽第一旋转支撑件和齿轮箱两者，使得热障为第一旋转支撑件和齿轮箱两者共用。
14. 根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中，第一多个涡轮转子叶片或第二多个涡轮转子叶片中的至少一个涡轮转子叶片与第一旋转支撑件的一部分轴向地对齐。
15. 根据前述条款中任一项所述的涡轮机，其中，第一多个涡轮转子叶片构造成在第一周向方向上旋转，并且第二多个涡轮转子叶片构造成在第二周向方向上旋转，并且其中，第二周向方向与第一周向方向相反。
16. 一种涡轮机的涡轮区段，该涡轮区段包括涡轮，该涡轮包括第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片，第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片沿着轴向方向交替地间隔开，第一多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片附接到第一支撑构件组件，并且第二多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片附接到第二支撑构件组件；第一旋转支撑件，第一支撑构件组件和第二支撑构件组件两者附接到第一旋转支撑件；齿轮箱，第一支撑构件组件和第二支撑构件组件两者联接到齿轮箱，使得第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片能够通过齿轮箱彼此一起旋转；以及涡轮中心框架，其具有从涡轮区段的前端轴向地向后延伸到齿轮箱的内中心框架支撑构件，其中，第一支撑构件组件连接到转轴，并且其中，内中心框架支撑构件设置在第一旋转支撑件和转轴之间。
17. 根据前述条款中任一项所述的涡轮区段，其中，第一支撑构件组件连接到转轴，使得齿轮箱定位在第一旋转支撑件和转轴之间。
18. 根据前述条款中任一项所述的涡轮区段，还包括第二旋转支撑件和第三旋转支撑件，其中，涡轮中心框架的外中心框架支撑构件和第二支撑构件组件两者附接到第二旋转支撑件，并且其中，内中心框架支撑构件和转轴两者附接到第三旋转支撑件。
19. 根据前述条款中任一项所述的涡轮区段，还包括：贮槽，第一旋转支撑件和齿轮箱两者设置在贮槽中，使得贮槽为第一旋转支撑件和齿轮箱两者共用；扫气装置，其用于服务第一旋转支撑件和齿轮箱两者，使得扫气装置为第一旋转支撑件和齿轮箱两者共用；和热障，其用于热屏蔽第一旋转支撑件和齿轮箱两者，使得热障为第一旋转支撑件和齿轮箱两者共用。
20. 一种涡轮机的涡轮区段，该涡轮区段包括低压涡轮，该低压涡轮包括第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片，第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片沿着轴向方向交替地间隔开，第一多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片附接到第一支撑构件组件，并且第二多个涡轮叶片中的至少一个涡轮叶片附接到第二支撑构件组件；滚珠轴承，第一支撑构件组件和第二支撑构件组件中的每个附接到滚珠轴承；齿轮箱，第一支撑构件组件和第二支撑构件组件中的每个联接到齿轮箱，使得第一多个涡轮转子叶片和第二多个涡轮转子叶片能够通过齿轮箱彼此一起旋转；以及涡轮中心框架，其具有从涡轮区段的前端轴向地向后延伸到齿轮箱的内中心框架支撑构件，其中，第一多个涡轮转子叶片构造成在第一周向方向上旋转，并且第二多个涡轮转子叶片构造成在第二周向方向上旋转，第二周向方向与第一周向方向相反，其中，第一支撑构件组件连接到低速转轴，该低速转轴驱动地连接到设置在涡轮区段前方的低压压缩机，并且其中，内中心框架支撑构件设置在滚珠轴承和低速转轴之间。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。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。如果这些其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有非实质性差异的等同结构要素，则这些其它示例旨在处于权利要求书的范围内。
部件列表：
10. 涡轮风扇喷气发动机
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
19. 壳体的内表面
20. 入口
22. 低压压缩机
24. 高压压缩机
26. 排气区段
28. 高压涡轮
30. 低压涡轮
32. 喷射排气区段
34. 高压轴/转轴
36. 低压轴/转轴
37. 核心空气流动路径
38. 风扇
40. 叶片
42. 盘
44. 风扇叶片的金属前缘
46. 功率齿轮箱
48. 机舱
50. 风扇壳体或机舱
52. 出口导叶
54. 下游区段
56. 旁路气流通道
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. 涡轮区段
101. 涡轮区段的前端
102. 纵向中心线
104. 涡轮
105. 中点
106. 第一多个涡轮转子叶片
107. 第一涡轮转子叶片106A的后缘
108. 第二多个涡轮转子叶片
109. 第三涡轮转子叶片108C的前缘
110. 叶片106的内端部
112. 叶片106的外端部
114. 外鼓
116. 内鼓
118. 叶片108的内端部
120. 叶片108的外端部
122. 齿轮箱
124. 转轴
126. 第一支撑构件组件
128. 第一支撑构件
130. 从第一支撑构件延伸的前臂
132. 后臂
133. 后臂132的后部段
134. 第二支撑构件组件
136. 第二支撑构件
138. 从第二支撑构件延伸的臂
139. 臂138的前部段
140. 第一连接件
142. 第二连接件
144. 环形齿轮
146. 行星齿轮
148. 太阳齿轮
150. 涡轮中心框架
152. 涡轮后框架
154. 中心框架支撑组件
156. 内中心框架支撑构件
158. 外中心框架支撑构件
160. 后框架支撑构件
162. 第一旋转支撑件
164. 外座圈
166. 内座圈
168. 第二旋转支撑件
170. 第三旋转支撑件
172. 贮槽
174. 扫气装置
176. 热障
R. 径向方向
A. 轴向方向
C. 周向方向。

Claims (10)

1.一种限定径向方向和轴向方向的涡轮机，所述涡轮机包括：
涡轮区段(100)，其包括涡轮(104)，所述涡轮(104)包括第一多个涡轮转子叶片(106)和第二多个涡轮转子叶片(106)，所述第一多个涡轮转子叶片(106)和第二多个涡轮转子叶片(106)沿着所述轴向方向交替地间隔开，所述第一多个涡轮(104)叶片中的至少一个涡轮(104)叶片附接到第一支撑构件组件(126)，并且所述第二多个涡轮(104)叶片中的至少一个涡轮(104)叶片附接到第二支撑构件组件(134)；
转轴(124)，其将所述涡轮(104)与所述涡轮区段(100)外部的一个或多个部件连接；
第一旋转支撑件(162)，所述第一支撑构件组件(126)和所述第二支撑构件组件(134)两者附接到所述第一旋转支撑件(162)；和
齿轮箱(122)，所述第一支撑构件组件(126)和所述第二支撑构件组件(134)两者联接到所述齿轮箱(122)，使得所述第一多个涡轮转子叶片(106)和第二多个涡轮转子叶片(106)能够通过所述齿轮箱(122)彼此一起旋转。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，还包括：
涡轮中心框架(150)，其具有内中心框架支撑构件(156)和外中心框架支撑构件(158)，
其中，所述内中心框架支撑构件(156)设置在所述第一旋转支撑件(162)和所述转轴(124)之间。
3.根据权利要求2所述的涡轮机，其特征在于，还包括：
第二旋转支撑件(168)，
其中，所述外中心框架支撑构件(158)和所述第二支撑构件组件(134)两者附接到所述第二旋转支撑件(168)。
4.根据权利要求2所述的涡轮机，其特征在于，还包括：
第三旋转支撑件(170)，
其中，所述内中心框架支撑构件(156)和所述转轴(124)两者附接到所述第三旋转支撑件(170)。
5.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，还包括：
第二旋转支撑件(168)，
其中，所述第一支撑构件组件(126)和所述第二支撑构件组件(134)两者附接到所述第二旋转支撑件(168)。
6. 根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，还包括：
涡轮后框架(152)，其具有后框架支撑构件(160)；和
第三旋转支撑件(170)，
其中，所述后框架支撑构件(160)和所述第一支撑构件组件(126)两者附接到所述第三旋转支撑件(170)。
7.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述第一旋转支撑件(162)是滚珠轴承。
8. 根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述第一支撑构件组件(126)连接到所述转轴(124)，使得所述齿轮箱(122)定位在所述第一旋转支撑件(162)和所述转轴(124)之间。
9.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述涡轮(104)是低压涡轮(30)，并且
其中，所述转轴(124)是低速转轴(124)，所述低速转轴(124)驱动地连接到设置在所述涡轮区段(100)的前方的压缩机(22)区段的低压压缩机(22)。
10.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述第一旋转支撑件(162)设置在所述齿轮箱(122)的前方。
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