CN113833573B - 双转子双支点燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双转子双支点燃气轮机，具有结构简单的特点。其中高压转子和低压转子的支撑方式均为双支点支撑，并共用前支点和后支点，前支点通过中介机匣实现支承传力，后支点通过级间机匣实现支承传力，因此可一定程度上降低发动机零部件数目和发动机重量，同时由于发动机结构简化，降低了零部件制造、装配难度和滑油系统的设计难度。本发明用于燃气轮机支承方案的设计及制造技术，具体可应用于航空航天、地面燃机等行业。

Description

双转子双支点燃气轮机
技术领域
本发明涉及燃气轮机结构，具体涉及发动机转子支承方案。
背景技术
现代航空发动机结构复杂，零件数量、种类繁多，零件加工制造精度高，部件、整机装配难度极大。双转子航空发动机旋转部件数目多，且低压转子需从高压转子中心穿过，结构复杂。转子通过支承结构支承于发动机承力机匣上，并将转子的各种负荷(如惯性力矩、气体轴向力等)传递到承力机匣上，最后由机匣通过安装节传至飞机构件。
目前，常规构型的双转子航空发动机支承结构设计方案一般涉及5-8个支点，其中高压转子通常涉及2个支点，低压转子涉及3-4个支点，由此一般需要多个承力机匣。图1示出GE90双转子航空发动机支承方案示意图，其中风扇增压级转子1由风扇和低压压气机组成；核心机转子2由高压压气机、燃烧室和高压涡轮组成；低涡转子3由低压涡轮组成。图1中高压转子轴采用1-0-1二支点支承方案，高压转子支点5具体位于高压转子轴的前后两端；低压转子采用0-2-1三支点支承方案，具体布置方式为风扇增压级转子1和低涡转子3间由两个低压转子支点4承力，第三个低压转子支点4位于低涡转子3后端。在该支承布局方案下，发动机零件数量较大，种类较多，导致整机重量居高不下，整机可靠性较差，并且限制了推重比的进一步提高，同时增加了部件加工与装配难度。
发明内容
本发明的目的在于提供过一种双转子双支点燃气轮机，其结构简单。
为实现所述目的的双转子双支点燃气轮机，包括高压转子和低压转子，其特点是，所述高压转子和所述低压转子的支撑方式均为双支点支撑，并共用前支点和后支点，前支点通过中介机匣实现支承传力，后支点通过级间机匣实现支承传力。
所述前支点或所述后支点的轴承包括外环、中环和内环，所述外环和所述中环之间设置滚动体，所述中环和所述内环之间设置滚动体。
第一实施方式为，所述高压转子的转子轴与前支点的轴承的中环法兰连接定位，穿过所述后支点的轴承的内环并由其支撑；所述低压转子的转子轴与后支点的轴承的中环法兰连接定位，穿过所述前支点的轴承的内环并由其支撑。
第二实施方式为，所述低压转子的转子轴与前支点的轴承的中环法兰连接定位，穿过所述后支点的轴承的内环并由其支撑；所述高压转子的转子轴与后支点的轴承的中环法兰连接定位，穿过所述前支点的轴承的内环并由其支撑。
所述轴承的中环和内环之间设置由保持架保持的滚棒，中环和外环之间设置由保持架保持的滚珠。
前述支承方案改变传统的双转子发动机支承方案，高、低压转子共用前、后两个支点，可容许双支点轴向跨距减小，例如减小700mm左右。前支点通过中介机匣实现支承传力，后支点通过级间机匣实现支承传力，因此该方案显著减少发动机轴承种类及数量，在一定程度上解决了传统燃气轮机结构复杂、零件数量多、种类多，轴向尺寸大，加工、装配困难等问题。由于结构简化、重量降低，对滑油系统设计、制造、装配难度均有所降低。同时，高低压转子共用两支点支撑的方案使得高低压转子同轴度进一步提高，对防止高低压转子碰摩大有裨益，同时对降低燃油耗油率也有所贡献。
附图说明
本发明的上述的以及其它的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1为GE90航空发动机转子支承方案示意图；
图2为双转子双支点燃气轮机的第一实施方式示意图；
图3为双转子双支点燃气轮机的第二实施方式示意图；
图4为专用轴承示意图；
附图标记说明：
1、风扇增压级转子；2、核心机转子；3、低涡转子；4、低压转子支点；5、高压转子支点；9、中介机匣；10、级间机匣；11、滑油喷嘴；12、承力锥臂；15、中环法兰；30、轴承；31、滚珠；32、右半环；33、左半环；341、第一保持架；342、第二保持架；35、中环；36、内环；37、滚棒；38、外环；40、前支点；50、后支点。
具体实施方式
下面结合图2至图4示出的实施方式对双转子双支点燃气轮机进行阐述。在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
如本文中使用的，用语“前端”和“后端”指附图中的左侧和右侧，在其他表述中可以使用其他词语代替，只要能清晰表述各部件的位置即可。
双转子双支点燃气轮机包括高压转子和低压转子，在附图中，所述高压转子为核心机转子2，所述低压转子包括风扇增压级转子1和低涡转子3。核心机转子2包括高压压气机、燃烧室和高压涡轮三部分；风扇增压级转子1包括风扇和低压压气机两部分；低涡转子3主要为低压涡轮，上述发动机各部件的具体布置方式可参考陈光等人编著的《航空燃气轮机发动机结构》。在本方案中，所述高压转子支承方案和所述低压转子支承方案均为双支点支撑，高压转子支承方案为1-0-1，低压转子支承方案为0-1-1-0，也可以书写为0-2-0，高、低压转子支承方案中共用前支点40和后支点50。前支点40通过中介机匣9实现支承传力，后支点50通过级间机匣10实现支承传力。滑油喷嘴11作为支承方案中的滑油系统用于对两支点处的轴承30进行冷却与润滑。
图4示出前支点40和后支点50处的多转子专用轴承30的结构示意图，轴承30具有多套圈、多排滚动体、多保持架结构。轴承30包括外环38、中环35和内环36，其中外环38由左半环33和右半环32组成，左半环33和右半环32共同限定容纳滚珠31的槽。外环38和中环35之间设置滚动体，所述滚动体为第一保持架341所保持的滚珠31；中环35和内环36之间设置滚动体，所述滚动体为第二保持架342所保持的滚棒37。中环法兰15在中环35轴向一侧伸出，用以转接定位高压转子或低压转子，所述中环法兰15也可以对称的位于中环35的另一侧。所述多转子专用轴承30的结构形式包含但不限于图4所述。
在图2所示的双转子双支点燃气轮机的第一实施方式中，所述高压转子，即核心机转子2的转子轴前端通过承力锥臂12与前支点40的轴承30的中环法兰15连接定位，同时后端穿过后支点50的轴承30的内环36并由其支撑；所述低压转子，即风扇增压转子1和低涡转子3的转子轴后端与后支点50的轴承30的中环法兰15连接定位，前端穿过前支点40的轴承30的内环36并由其支撑。
在图3示出双转子双支点燃气轮机的第二实施方式中，所述高压转子，即核心机转子2的转子轴后端与后支点50的轴承30的中环法兰15连接定位，同时前端的承力锥臂12穿过前支点40的轴承30的内环36并由其支撑；所述低压转子，即风扇增压转子1和低涡转子3的转子轴前端与前支点40的轴承30的中环法兰15连接定位，后端穿过后支点50的轴承30的内环36并由其支撑。
相对于图1所示的5支点发动机，前述实施方式的特点体现在：
(1)将原位于风扇增压级转子1与核心机2之间的两个低压转子支点4变为一个前支点40并移至中介机匣9处，且前支点40取代原高压转子支点5，同时支撑核心机转子2的高压转子。在第一种实施方式中，核心机转子2的高压转子轴前端与前支点40的轴承30的中环法兰15连接定位，风扇增压转子1和低涡转子3的低压转子轴前端穿过前支点40的轴承30的内环36并由其支撑；也可在第二种实施方式中，风扇增压转子1和低涡转子3的低压转子轴前端与前支点40的轴承30的中环法兰15连接定位，而核心机转子2的高压转子轴前端穿过所述前支点40的轴承30的内环36并由其支撑。
(2)将低涡转子3与核心机转子2之间的一个低压转子支点4变为后支点50并移至级间机匣10处，且后支点50取代原高压转子支点5，同时支撑核心机转子2的高压转子。在第一种实施方式中，风扇增压转子1和低涡转子3的低压转子轴后端与后支点50的轴承30的中环法兰15连接定位，核心机2的高压转子轴后端穿过后支点50的轴承30的内环36并由其支撑；也可在第二种实施方式中，核心机转子2的高压转子轴后端与后支点50的轴承30的中环法兰15连接定位，而风扇增压转子1和低涡转子3的低压转子轴后端穿过后支点40的轴承30的内环36并由其支撑。
在采用该双支点支承方案后，前支点40和后支点50的轴向间距相比图1所示的低压转子支承布置方式减小700mm左右，有效缩短了轴向尺寸，避免了由于低压转子支点距离太远而造成的转子刚性相对较差、容易变形而造成转子与机匣碰撞的问题，同时提高了高、低压转子的同轴度，减轻了高、低压转子的碰摩。
同时，本方案显著降低了发动机重量和结构复杂度，进一步降低了滑油系统设计难度和燃油耗油率，在一定程度上解决了传统燃气轮机结构复杂、零件数量多、种类多，轴向尺寸大，加工、装配困难，可靠性差等问题，提高了发动机可靠性。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (2)

1.双转子双支点燃气轮机，包括高压转子和低压转子，其特征在于，所述高压转子和所述低压转子的支撑方式均为双支点支撑，并共用前支点和后支点，前支点通过中介机匣实现支承传力，后支点通过级间机匣实现支承传力，
所述前支点或所述后支点的轴承包括外环、中环和内环，所述外环和所述中环之间设置滚动体，所述中环和所述内环之间设置滚动体，
所述高压转子的转子轴与前支点或后支点的轴承的中环法兰连接定位，穿过所述后支点或前支点的轴承的内环并由其支撑；所述低压转子的转子轴与后支点或前支点的轴承的中环法兰连接定位，穿过所述前支点或后支点的轴承的内环并由其支撑。
2.如权利要求1所述的双转子双支点燃气轮机，其特征在于，所述中环和所述内环之间设置由保持架保持的滚棒，所述中环和所述外环之间设置由保持架保持的滚珠。
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