CN1453466A - 具有高总压比的压气机的反向旋转的航空燃气轮机 - Google Patents

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L·W·敦巴
P·N·斯祖克斯
J·C·布劳尔
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Abstract

一种航空燃气轮机(10)具有高压和低压涡轮(24，26)，这两种涡轮具有可各自反向旋转的低压内、外转了(200，202)，其低压内、外轴(130，140)部分地与高压转子(33)同轴地可转动地安装并分别与第一和第二风扇叶栅(13，15)以及第一和第二增压器(16，17)传动连接。由风扇外壳(11)和环形的径向内旁通道壁(9)沿径向界定的旁通道(21)包围着沿轴向位于第一和第二风扇叶栅(13，15)之间的增压器(16，17)。发动机(10)具有高压压气机(18)，运转时可产生的总压比约为40～65，其风扇进口轮毂与叶尖的半径之经(RH/RT)为0.20～0.35，旁通比为5～15，风扇的工作压比为1.4～2.5，其风扇叶尖的工作速度总和为1000～2500英尺/秒。

Description

具有高总压比的压气机的 反向旋转的航空燃气轮机
本发明的范围
本发明涉及具有由反向旋转的低压涡轮转子带动的反向旋转的风扇的反向旋转的航空燃气轮机，尤其是，这种发动机具有高的旁通比和总压比以及低的“毂-尖”比(风扇进口轮毂与叶尖的半径之比)。
相关技术的说明
涡轮风扇式燃气轮机通常具有一个在前部的风扇和增压压缩器、一个中间的核心发动机和一个后部的低压动力涡轮。核心发动机具有呈气流连续流动关系的高压压气机、燃烧室和高压涡轮，其高压压气机和高压涡轮通过高压轴互相连接。高压压气机、涡轮和轴实质上构成高压转子。高压压气机转动时将进入核心发动机的空气压缩至较高的压力，而后这种高压空气与燃烧室中的燃油相混合并点火燃烧而形成高能气流，这种高能气流向后流动并通过高压涡轮，带动高压涡轮和高压轴转动，高压轴又带动压气机转动。
通过高压涡轮的气流发生膨胀并流过第二级或者说低压涡轮，该低压涡轮通过低压轴带动风扇和增压压缩器转动(这些部件一起构成低压转子)。低压轴穿过高压转子。一些低压涡轮被设计成可驱动反向旋转的风扇和增压器或低压压气机的反向旋转涡轮。美国专利No.4860537、5307622和4790133公开过驱动反向旋转的风扇和增压器或低压压气机的反向旋转涡轮。发动机的推力大部分由风扇产生。
大型的现代商用涡轮风扇发动机由于其旁通比较高且低压与高压涡轮之间的过渡通道较大而具有较高的工作效率。发动机框架尤其是位于发动机热段的框架是复杂而昂贵的。这些发动机以可产生高的推进效率的高旁通比为其特征，大直径的风扇以低的叶尖速度转动可使噪音小而风扇效率高，故相应地燃油消耗减小，但是，风扇转子的对风扇有利的低速转动对低压涡轮却有不利影响，因为低压涡轮最好是在较高速度下转动，以减小气动力学负载和提高效率。这些相互抵触的目标要求必需在低压涡轮和风扇的效率、级数、和核心发动机与低压涡轮之间的过渡通道的长度等方面加以折衷解决。但是，这些折衷办法将会导致发动机笨重且成本提高。因此，很希望研制出噪音、重量、油耗率和成本都显著降低的航空燃气轮机。
本发明的概述
一种航空燃气轮机具有一个含有高压涡轮和低压涡轮的高压转子，上述低压涡轮具有安装在高压转子后部的反向转动的低压内、外转子，该低压内、外转子具有至少部分地与高压转子同轴地且可转动地安装并位于其径向向内的部位的低压内、外轴。可转动的环形鼓筒式外转子通过低压内轴与第一级风扇叶栅和第一级增压器传动连接。可转动的环形鼓筒式内转子通过低压外轴与第二级风扇叶栅和第二级增压器传动连接。第一级和第二级增压器沿轴向安装在第一级与第二级风扇叶栅之间。
由风扇外壳和包围第一和第二级增压器的环形径向内旁通道壁沿径向界定一条旁通道。第二级风扇叶栅的径向外部沿径向设置在上述旁通道内。该发动机的风扇进口轮毂与叶尖的半径之比为0.20～0.35，其旁通比为5～15，风扇的工作压比为1.4～2.5，第一级和第二级风扇叶栅的风扇叶尖工作速度之和为1000～2500英尺/秒。高压转子的高压压气机通过高压轴与高压涡轮传动连接，设计的高压压气机运转时可产生的压气机压比约为15～30，而总压比为40～65。该发动机的结构使最后一级增压器和在该示例性实施例中第二级风扇叶栅可相对于高压压气机反向旋转。
在本发明的典型实施例中，高压压气机具有6～8级高压叶片和大约4级可变导叶，少于4级的可变导叶也是可以的。第一级增压器具有一个整体制有叶片的环形第一级增压器转子，该转子具有一个与第一级增压器叶栅沿轴向隔开并沿径向向内延伸的可转动的壁件。紧接低压涡轮的后面安装一个出口导叶组件。
本发明还包括具有至少两种不同型号或改型的但风扇直径基本相同的发动机的航空燃气轮机系列。第一种型号的发动机具有一级高压涡轮，第二种型号的发动机具有两级高压涡轮。
本发明的另一个实施例具有：一个设置在低压涡轮外壳前端部与鼓筒式外转子之间的密封装置中的第二密封件；一个设置在低压涡轮外壳与螺栓连接到鼓筒式外转子后端的最后一级低压涡轮叶栅之间的密封装置中的第三密封件；和一个设置在第二级风扇与风扇框架之间的密封装置内的第一密封件。上述密封件是刷式密封件，但是，在其他的实施例中这些密封件是非接触式密封件，或者将刷式密封件与非接触式密封件结合使用，所述的非接触式密封件可以是吸入式密封件或滑环密封件。
附图的简述
下面结合附图说明本发明的上述各方面及其他特性，附图中：
图1是一种具有由沿轴向安装在低压涡轮与高压涡轮之间的涡轮间框架支承的反向旋转低压涡轮的航空涡轮风扇式燃气轮机的典型实施例的纵剖视图；
图2是一种具有两级高压涡轮和一个由沿轴向安装在低压涡轮与一个高压涡轮之间的涡轮间框架支承的反向旋转的低压涡轮的航空涡轮风扇式燃气轮机的另一个典型实施例的纵剖视图；
图3是图1的发动机的涡轮间框架和反向旋转的低压涡轮转子的放大视图；
图4是图1的发动机的风扇框架、前轴承和槽形件的放大视图；
图5是图1的反向旋转的低压涡轮中的径向内前部的刷式密封件的放大视图；
图6是图1的反向旋转的低压涡轮中的径向外前部的刷式密封件的放大视图；
图7是图1的反向旋转的低压涡轮中的后部刷式密封件的放大视图；
图8是图1的反向旋转的低压涡轮中的径向内前部的非接触式密封件的放大视图；
图9是图1的反向旋转的低压涡轮中的径向外前部的非接触式密封件的放大视图；
图10是图1的反向旋转的低压涡轮中的后部非接触式密封件的放大视图。
本发明的详细说明
图1示出第一种典型的涡轮风扇式燃气轮机10(图中以发动机中心轴线8作为下边界)，该发动机10具有接收环境空气14的进气流的风扇部分12，该风扇部分12具有分别含有第一级和第二级风扇叶栅13和15的反向旋转的第一级和第二级风扇4和6和反向旋转的第一和第二级增压器16和17。反向旋转的第一和第二级增压器16和17沿轴向安装在反向旋转的第一级和第二级风扇叶栅13和15之间，从风扇部分12接出一个可减小噪音的装置。在风扇部分12后面是一个高压压气机(HPC)18、一个将燃油与经过HPC18加压后的空气14相混合而产生向下游流过高压涡轮(HPT)24的燃气的燃烧室20、和一个反向旋转的将上述燃气排出发动机10之外的低压涡轮(LPT)26。发动机10的结构可使第二增压器17的最后一级和本典型实施例中的第二风扇叶栅15相对于高压压缩器18反向旋转，这就可减少发动机10对风扇部分12的进气流道畸变的敏感性，这也可减小对其他转子中的转动失速单元的相互敏感性。
高压轴27将HPT24和HPC18相连接而基本上构成第一级转子或者说高压转子33。高压压气机18、燃烧室20和高压涡轮24综合一起称为核心发动机25，而在本专利中核心发动机25也包括高压轴27。核心发动机25是制成标准组件的，所以它可以作为一个整体单元与燃气涡轮的其他部件分开而独立更换。
径向地位于风扇外壳11与可旋转的环形径向内旁通道壁9之间的旁通道21包围着反向旋转的第一和第二增压器16和17以及一个通向核心发动机25的高压压气机18和进气通道19。
上述旁通道21沿径向位于风扇外壳11与环形的径向内旁通道壁9之间，径向内旁通道壁9具有一个固定安装在第二级风扇叶栅15上并沿径向向内悬挂第二级增压器17的可旋转的壁件22。第二级风扇叶栅15的径向外部23沿径向设置在旁通道21内。
下面参看图1和3，反向旋转的低压涡轮26具有一个通过后部的低压内轴锥形延伸段132转动地安装在低压内轴130上的环形鼓筒式外转子136，该转子136具有多个沿径向向内延伸且沿轴向彼此隔开的低压涡轮叶栅138，它使由螺栓连接到后部的低压内轴锥形延伸段132上的低压涡轮叶栅138的最后一级139悬在后面。反向旋转的低压涡轮26还具有一个通过后部的低压外轴锥形延伸段142可转动地安装到低压外轴140上的环形的低压鼓筒式内转子146，该内转子146具有多个径向向外延伸且沿轴向互相隔开的第二级低压涡轮叶栅148。上述的第一级低压涡轮叶栅138与第二级低压涡轮叶栅148是叉指式排列的。
低压外轴140将鼓筒式内转子146与第二级风扇叶栅15和第二级增压器17传动连接。第二级风扇叶栅15通过前部的外轴锥形延伸段143与低压外轴140相连接。上述的低压外轴140、鼓筒式内转子146、第二级风扇叶栅15和第二级增压器17是低压外转子202的主要部件。低压内轴130将鼓筒式外转子136与第一级风扇叶栅13和第一级增压器16传动连接，第一级风扇叶栅13通过前部的内轴锥形延伸段133与低压内轴130相连接。上述的低压内轴130、鼓筒式外转子136、第一级风扇叶栅13和第一级增压器16是低压内转子的主要部件。
第一级增压器16具有一个含有可转动的壁件22的环形第一级增压器转子166，而轴向隔开的多个第一级增压器叶栅168则从上述壁件22径向向内伸出。图中示出上述的环形第一级增压器转子166为带叶片的整体件，这类似于整体制有叶片的盘件(通常称为叶盘)或类似于整体制有叶片的转子(这种转子结构由于重量轻且没有叶片连接处的漏泄现象而已在常规转子中应用)。第一级增压器转子166的工作速度低且因采用整体制有叶片的盘件结构而重量轻，这有助于最大限度地减小第一级增压器转子166的应力和挠度。
第二级增压器17具有一个环形的第二级增压器转子170，沿轴向隔开的第二级增压器叶栅172从该环形的第二增压器转子170沿径向向外伸出。第二级风扇叶栅15的径向内部28沿径向设置在进气通道19内并随第二级增压器17而转动，因此可将其看成是第二级增压器17和第二级增压器叶栅172的一部分。第一级和第二级增压器叶栅168和172是叉指式排列的，并且是反向旋转的。第一级和第二级风扇叶栅13和15分别牢牢固定在第一级和第二级增压器转子166和170上。低压内轴130和低压外轴140分别至少部分地与高压转子33同轴地可转动地安装并位于转子33的径向向内的部位。
发动机10具有一个框架32，该框架32包含一个通过发动机外壳45与发动机中间框架或者说涡轮间框架60相连接的前部框架或者说风扇框架34。第二级风扇叶栅15沿轴向安装在风扇框架34的撑杆35附近，所以撑杆35的前缘(LE)做成后掠式或者说沿轴向向后倾斜以减小噪音。发动机10通过从机翼向下伸出的吊架(未示出)安装在飞机内或者说安装到飞机上。上述的涡轮间框架60具有一个围绕中心线8同轴线安装的第一环形隔框(也可以是一个外壳)86，它还具有一个围绕中心线8与上述第一环形隔框86同轴线地安装并与上述第一环形隔框86沿径向向内隔开的第二环形隔框88，该隔框88也可称为毂环。在第一和第二环形隔框86和88之间设置有多个与它们牢固地连接的沿圆周隔开的径向撑杆90，在所示的本发明典型实施例中，这些撑杆90是空心的，但是在其他的实施例中，它们可以不是空心的。由于上述涡轮间框架60沿轴向安装在高压转子33的HPT24和LPT26与低压内、外转子200、202之间，所以称之为涡轮间框架，有时也称之为发动机的中间框架。HPT24与LPT26之间的涡轮间过渡通道114穿过上述的涡轮间框架60。
发动机10通过其安装在前部的风扇框架34上的风扇框架前安装架118和安装在后部的涡轮间框架60上的涡轮框架后安装架120安装在飞机上，发动机10也可通过一种位于前安装架118和与前安装架118轴向隔开且位于其后部的后安装架120上的吊架安装在机翼下面。后安装架120用来将涡轮间框架60牢牢地连接到一个固定在吊架上的平台上，在上述的本发明的典型实施例中，后安装架120具有一个U形夹122。常规的支架常常在涡轮间框架60上使用一组沿圆周分布的U形夹122(在剖视图中只示出一个U形夹122)，该U形夹122通过一组销钉与一组连杆相连接，这些连杆又与吊架底部的平台相连接。上述U形夹122是一种用于将发动机固定在飞机上的框架连接装置。在飞机工业中公知除了上述的U形夹之外还有其他类型的安装装置，都可用来安装本发明的框架而将发动机安装到飞机上。
更详细地参看图4，通过前部的外轴锥形延伸段143安装的低压外转子202沿轴向和径向可转动地支承安装在第一轴承支架44上的后部止推轴承43上和安装在第二轴承支架47上的第二轴承(滚柱轴承)36上而与风扇框架34隔开。通过前部的内轴锥形延伸段133安装的低压内转子200沿轴向和径向可转动地支承在安装于前部的外轴锥形延伸段143的前延伸段56与前部的内轴锥形延伸段133之间的前部差动止推轴承55上，而与风扇框架34隔开。低压内转子200还沿径向可转动地支承在位于低压内轴130与低压外轴140之间的前部差动轴承208(一种滚柱轴承)上而与风扇框架34隔开。上述的第一和第二轴承支架44和47牢牢地固定在风扇框架34上。
更详细地参看图3，通过连接到低压外轴140的后部低压外轴锥形延伸段142安装的低压外转子202沿径向可转动地支承在涡轮间框架60内的第三轴承76上，该第三轴承76设置在固定到涡轮间框架60的后部110的后轴承支架97与后部的低压外轴锥形延伸段142的前部内延伸段190之间。上述低压外转子202的最后部可转动地支承在第三轴承76，故该轴承称为最后部的低压转子轴承。本发明的涡轮间框架60沿轴向安装于HPT24与LPT26之间，因此它基本上支承着整个低压涡轮26。
通过连接到低压内轴130的后部低压内轴锥形延伸段132安装的低压内转子200沿径向可转动地支承在低压外转子202的后部的低压外轴锥形延伸段142上。差动轴承(也称内轴轴承)144设置在后部的低压外轴锥形延伸段142的后部内延伸段192与后部低压内轴锥形延伸段132的外延伸段194之间，这就使低压内和外转子200和202可反向旋转。
参看图1，高压转子33的高压压气机18的高压前端部70沿径向可转动地支承在安装于固定在风扇框架34上的轴承组件支架82上的轴承组件80上。更具体地参看图3，高压转子33的后端部92向后沿径向可转动地支承在安装于固定在涡轮间框架60的前部108上的前部轴承支架96上的第五轴承94上。分别固定地连接到或者说固定在涡轮间框架60的前部108和后部110上的前部轴承支架96和后部轴承支架97沿轴向彼此隔开。涡轮间框架60的前部108和后部110由第二环形隔框88隔开。
前部和后部槽形件104和106与涡轮间框架60相连接，并由前部和后部轴承支架96和97支承之，它们支承着分别位于槽形件的前和后圆筒形中心孔84和85内的第五轴承94和第三轴承76。第五轴承94和第三轴承76具有分别固定到前部和后部轴承支架96和97上的前和后固定外座圈176和178。
在LPT26后面安装一个出口导叶组件150，该组件150支承着径向向内延伸到低压涡轮外壳54与环形盒式件154之间的静止的出口导向叶栅152。出口导叶组件150可消除从LPT26排出的气流中的漩涡。低压涡轮外壳54在HPT24与LPT26之间的涡轮间过渡通道114的端部位置上用螺栓连接到发动机外壳45上。圆顶形盖板156与环形盒式件154螺栓连接。上述的出口导叶组件150不称为支架，也确实不起到支架的作用，因为它不能转动地支承发动机的任何转子。
后槽形件106的以发动机中心轴线8测量的第一半径R1明显地大于前槽形件104的第二半径R2，第一半径R1可比第二半径R2大50％～150％，后槽形件106位于从发动机中心线8沿径向的一个距离处，该距离显著大于现有技术发动机的类似部位的距离，这有助于增加后部中心孔85内的第三轴承76的刚性，因为前、后轴承支架96和97是沿轴向隔开的并且分别固定到涡轮间框架60的前、后部108和110上，且由第二环形隔框88隔开。这些结构特征由于提高了分别可转动地支承LPT26的环形鼓筒式内转子146和环形鼓筒式外转子136的第三轴承76和差动轴承144的支架刚度而改善了机动间隙。
图2简单示出另一种涡轮风扇式燃气轮机10的结构，该发动机10具有两级高压涡轮324，该高压涡轮324含有两级高压涡轮叶片326和一个高压涡轮导向叶栅328，这与上述的图1和3所示的涡轮风扇式燃气轮机10不同，后者的HPT24是一种带有单级HPT叶片326的单级高压涡轮。下面说明如何在不改变风扇直径D的情况下显著增大发动机的推力。在风扇外壳或者说风扇直径D与单级高压涡轮发动机相同的情况下提高通过第二级风扇叶栅15的风扇设计压比可以增加推力。这样就可在发动机结构和基本部件大致相同的基础上形成一个发动机系列。该发动机系列中所有发动机10的风扇直径D基本相同，其中至少两种不同型号的发动机在其核心发动机25中具有单级高压涡轮24或者两级高压涡轮324。
本发明的涡轮风扇式燃气轮机10的高压压气机18的设计工作压比较高，其压比约为15～30，而总压比约为40～65。压气机压比是气流刚好通过高压压气机18时的压力增大程度的度量，而总压比是气流通过风扇所有通道并通过高压压气机18时压力增大程度的度量，其值等于高压压气机排出的压力除以进入风扇部分12的环境气体14的压力。图中示出的高压压气机18具有6级高压叶片48和3级用于前4级高压叶片48的可变导叶50，少于4级的可变导叶50也可以用。本发明的高压压气机18具有较少级数的高压叶片48并决定使用6～8级高压叶片和大约4级或更少级数的可变导叶50，这可使发动机短一些但仍具有高达40～65的总压比。
上述发动机的设计旁通比为5～15，而风扇的设计压比为1.4～2.5。反向旋转的第一和第二级风扇叶栅13和15设计成其叶尖工作速度(对于两级叶栅而言)的总和约为1000～2500英尺/秒，这就允许采用轻质的复合材料风扇叶片。而在反向旋转的低压涡轮26中则可用采用轻质的非冷却的且具有高承温能力的反向旋转的陶瓷基复合材料(CMC)叶片。因此可以说发动机10和风扇部分12具有第一和第二级风扇叶栅13和15的风扇叶尖工作速度总和为1000～2500英尺/秒。
图1示出从发动机10的中心线8至第一级风扇叶栅13的风扇叶片尖部230测量的叶尖半径RT和从发动机中心线8至低压内转子的转子轮毂234测量的轮毂半径RH，并示出进入通往核心发动机25的高压压气机18的进气通道19的入口235。本发明的发动机10设计成具有小的风扇进口轮毂与叶尖的半径之比(RH/RT)，其位约为0.20～0.35。对于给定的一套风扇入口和入口通道环形面积来说，RH/RT比值低可使风扇直径比高RH/RT比值的小。但是，风扇进口轮毂与叶尖的半径之比值取决于所设计的、支承转动的风扇叶片的盘件的性能。在所示的典型实施例中，风扇叶片是用轻质复合材料或铝合金制造的，并且确定了转子的风扇叶片尖部的速度，故可将风扇盘240设计成具有风扇进口轮毂与叶尖的半径之比为0.2那么低。该比值小便可使风扇部分12与高压压气机18之间的核心发动机过渡通道242和HPT24与LPT26之间的涡轮间过渡通道114的斜率小而且长度短。
对于差动轴承144的油润滑和油的净化分别通过位于后部的低压外轴锥形延伸段142的低应力部位的供油孔220和回油孔222(见图1，3和4)输送油来完成。这一特征有助于增强转子，并且允许对于具有反向旋转的低压涡轮和转子的3转子结构仅使用两个轴承支架、风扇框架和涡轮间框架。
采用刷式密封件或其他高效密封件可加强反向转动的低压转子与增压器和LPT外壳间的密封性能。图5示出设置在第二级风扇6与风扇框架34之间的密封装置中的第一刷式密封件223。图6示出设置在低压涡轮外壳54的前端部226与鼓筒式外转子136之间的密封装置中的第二刷式密封件224。图7示出设置在低压涡轮外壳54的后端部228与由螺栓固定在鼓筒式外转子136上的低压涡轮叶栅138的最后一级叶栅139之间的密封装置中的第三刷式密封件225。一种替代上述的刷式密封件的方案是在上述的一些部位或所有部位上采用非接触式密封件例如吸气密封件或滑环密封件。图8示出设置在第二级风扇6与风扇框架34之间的密封装置中的第一种非接触式密封件244。图9示出设置在低压涡轮外壳54的前端部226与鼓筒式外转子136之间的密封装置中的第二种非接触式密封件246。图10示出设置在低压涡轮外壳54的后端部228与由螺栓固定到鼓筒式外转子136上的低压涡轮叶栅138的最后一级叶栅139之间的密封装置中的第三种非接触式密封件248。在另外的实施例中可以将刷式密封件与非接触式密封件结合使用。
上面示例性地说明了本发明。应当明白，上文所用的术语要看成是叙述性的语言而不是限制性的。虽然在上面已说明了认为是本发明的优选的和典型的实施例，但是熟悉本技术的人们将会明白从上述的本发明原理出发所作的各种改型，因此，要求将所有在本发明的实质精神和范围内所作的各种改型都纳入在所附权利要求内。
因此，要受美国专利保护的内容就是在下列权利要求中所限定和区别的本发明内容。
                零部件一览表
4.第一级风扇6.第二级风扇8.发动机中心轴线9.旁通道壁10.燃气轮机11.风扇外壳12.风扇部分13.第一级风扇叶栅14.环境空气15.第二级风扇叶栅16.第一级增压器17.第二级增压器18.高压压气机(HPC)19.进口通道20.燃烧室21.旁通道22.可转动的壁件23.径向外部24.高压涡轮(HPT)25.核心发动机26.低压涡轮(LPT)27.高压轴28.径向内部30.低压轴31.低压转子32.框架33.高压转子34.风扇框架36.第二轴承43.后止推轴承 106.后槽形件108.前部件110.后部件114.涡轮间过渡通道118.风扇框架前安装架120.涡轮框架后安装架122.U形夹130.低压内轴132.后部的低压内轴锥形延伸段133.前部的内轴锥形延伸段136.鼓筒式外转子138.第一级低压涡轮叶栅139.最后一级叶片140.低压外轴142.后部的低压外轴锥形延伸段143.前部的外轴锥形延伸段144.差动轴承146.鼓筒式内转子148.第二级低压涡轮叶栅150.出口导叶组件152.出口导叶154.环形盒式件156.圆顶形盖板166.第一级增压器转子168.第一级增压器叶栅170.第二级增压器转子172.第二级增压器叶栅176.前固定外座圈178.后固定外座圈190.前部内延伸段
44.第一轴承支架45.发动机外壳47.第二轴承支架54.外壳55.前止推轴承56.前部延伸段60.涡轮间框架70.HPC前端部76.第三轴承(第二涡轮框架轴承)80.轴承组件82.轴承组件支架84.前中心孔85.后中心孔86.第一外环形隔框88.第二内环形隔框90.撑杆92.后端部94.第五轴承(第一涡轮框架轴承)96.前轴承支架97.后轴承支架104.前槽形件 192.后部内延伸段194.外延伸段200.低压内转子202.低压外转子208.前差动轴承220.供油孔222.回油孔224.刷式密封件230.风扇叶片尖部234.转子轮毂240.风扇盘242.核心发动机过渡通道324.两级高压涡轮326.高压涡轮叶片328.高压涡轮导叶D-风扇直径R1-第一半径R2-第二半径

Claims (21)

1.一种航空燃气轮机(10)，它具有：
一个具有高压涡轮(24)的高压转子(33)；
一个具有安装在上述高压转子(33)的后部的可反向旋转的低压内、外转子(200、202)的低压涡轮(26)；
上述的低压内、外转子(200、202)具有至少部分地与上述高压转子(33)同轴地且可转动地安装在位于其径向向内的部位上的低压内、外轴(130、140)；
上述的低压涡轮(26)具有一个通过上述的低压内轴(130)与第一级风扇叶栅(13)和第一级增压器(16)传动连接的可转动的环形鼓筒式外转子(136)；
上述的低压涡轮(26)还具有一个通过上述低压外轴(140)与第二级风扇叶栅(15)和第二级增压器(17)传动连接的可转动的环形鼓筒式内转子(146)；
上述的第一级和第二级增压器(16、17)沿轴向安装在第一与第二风扇叶栅(13、15)之间；
一个由风扇外壳(11)与包围上述第一和第二级增压器的环形径向内旁通道壁(9)沿径向界定的旁通道(21)；
一个沿径向设置在上述旁通道(21)内的上述第二风扇叶栅(15)的径向外部(23)；
其风扇进口轮毂与叶尖的半径之比(RH/RT)为0.20～0.35；
一个通过高压轴(27)与上述高压涡轮(24)传动连接的上述高压转子(33)的高压压气机(18)；
该高压压气机工作产生的总压比约为40～65；和
旁通比为5～15，风扇的工作压比为1.4～2.5，上述第一和第二风扇叶栅(13、15)的风扇叶尖工作速度之和为1000～2500英尺/秒。
2.根据权利要求1的机组，其特征在于，上述的第二增压器(17)是相对于上述高压压气机(18)反向旋转的。
3.根据权利要求2的机组，其特征在于，上述的高压压气机(18)具有6～8个高压级(48)，并具有大约4个或更少的可变叶片级(50)。
4.根据权利要求3的机组，其特征在于，上述的第一增压器(16)具有一个整体制有叶片的环形第一增压器转子件(166)，该转子件(166)具有一个与第一增压器叶栅(168)沿轴向间隔并沿径向向内延伸的可转动壁件(22)。
5.一种航空燃气轮机(10)，它具有：
一个具有高压涡轮(24)的高压转子(33)；
一个具有安装在上述高压转子(33)后部的可反向旋转的低压内、外转子(200、202)的低压涡轮(26)；
该低压内、外转子(200、202)具有至少部分地与上述高压转子(33)同轴地且可转动地安装并位于上述高压转子(33)径向向内的部位的低压内、外轴(130、140)
一个紧接在上述低压涡轮(26)之后部安装的出口导叶组件(150)；
上述低压涡轮(26)具有一个通过上述低压内轴(130)与第一风扇叶栅(13)和第一增压器(16)传动连接的可转动的环形鼓筒式外转子(136)；
上述低压涡轮(26)还具有一个通过上述低压外轴(140)与第二风扇叶栅(15)和第二增压器(17)传动连接的可转动的环形鼓筒式内转子(146)；
上述的第一和第二增压器(16、17)沿轴向安装在上述的第一和第二风扇叶栅(13、15)之间；
一个由风扇外壳(11)和包围上述第一和第二增压器(16，17)的环形径向内旁通道壁(9)沿径向界定的旁通道(21)；
一个沿径向位于上述旁通道(21)内的上述第二风扇叶栅(15)的径向外部(23)；
风扇进口轮毂与叶尖的半径之比(RH/RT)为0.20～0.35；
一个通过高压轴(27)与上述高压涡轮(24)传动连接的上述高压转子(33)的高压压气机(18)；
该高压压气机(18)工作产生的总压比为40～65，和
旁通比为5～15，风扇的工作压比为1.4～2.5；
上述第一和第二风扇叶栅(13、15)的风扇叶尖工作速度之和为1000～2500英尺/秒。
6.根据权利要求5的机组，其特征在于，上述的第二增压器(17)可相对于上述高压压气机(18)反向旋转。
7.根据权利要求6的机组，其特征在于，上述的高压压气机(18)具有6～8个高压级(48)，并具有大约4个或更少的可变叶片级(50)。
8.根据权利要求7的机组，其特征在于，上述的第一增压器(16)具有一个整体制有叶片的环形第一增压器转子(166)，该转子(166)具有一个与第一增压器叶栅(168)沿轴向间隔并径向向内延伸的可转动壁件(22)，上述的出口导叶组件(150)还具有一个在包围上述低压涡轮(26)的低压涡轮外壳(54)与环形盒式构件(154)之间沿径向向内延伸的出口导叶组件(152)。
9.一个航空燃气轮机系列，它具有：
至少两种其风扇直径(D)基本相同的不同的发动机(10)型号；
第一种型号的发动机具有一级高压涡轮(24)；
第二种型号的发动机具有两级高压涡轮(324)；
上述的每种型号的发动机具有：
一个具有一高压涡轮(24)和上述一级和二级高压涡轮(24、324)中相应的一个的高压转子(33)；
一个具有位于上述高压转子(33)后部的反向旋转的低压内、外转子(200、202)的低压涡轮(26)；
上述的低压内、外转子(200、202)具有至少部分地与上述高压转子(33)同轴地且可转动地安装并位于上述高压转子(33)的径向向内的部位的低压内、外轴(130、140)；
上述低压涡轮(26)具有一个通过上述低压内轴(130)与第一风扇叶栅(13)和第一增压器(16)传动连接的可转动的环形鼓筒式外转子(136)；
上述的低压涡轮(26)还具有一个通过上述低压外轴(140)与第二风扇叶栅(15)和第二增压器(17)传动连接的可转动的环形鼓筒式内转子(146)；
上述的第一和第二增压器(16，17)沿轴向位于上述的第一和第二风扇叶栅(13、15)之间；
一个由风扇外壳(11)和包围上述第一和第二增压器(16、17)的环形径向内旁通道壁(9)沿径向界定的旁通道(21)；
一个沿径向位于上述旁通道(21)内的上述第二风扇叶栅(15)的径向外部(23)；
风扇进口轮毂与叶尖的半径之比为0.20～0.35；
一个通过高压轴(27)与上述高压涡轮(24)传动连接的上述高压转子(33)的高压压气机(18)；
上述高压压气机(18)工作时产生的总压比约为40～65；和
旁道比为5～15，风扇的工作压比为1.4～2.5，和上述第一和第二风扇叶栅(13、15)的叶尖工作速度之和为1000～2500英尺/秒。
10.根据权利要求9的航空燃气轮机系列，其特征在于，上述的第二增压器(17)可相对于上述高压压气机(18)反向旋转。
11.根据权利要求10的航空燃气轮机系列，其特征在于，上述的高压压气机(18)具有6～8个高压级(48)，并具有大约4个或更少的可变叶片级(50)。
12.根据权利要求11的航空燃气轮机系列，其特征在于，上述的第一增压器(16)具有一个整体制有叶片的环形第一增压器转子(166)，该转子(166)具有一个与第一增压器叶栅(168)沿轴向间隔并沿径向向内延伸的可转动的壁件(22)，其中紧接在上述低压涡轮(26)的后部安装一个出口导叶组件(150)。
13.根据权利要求12的航空燃气轮机系列，其特征在于，上述的第二增压器(17)可相对于上述高压压气机反向旋转。
14.根据权利要求13的航空燃气轮机系列，其特征在于，上述的高压压气机具有6～8个高压级。
15.根据权利要求14的航空燃气轮机系列，其特征在于，上述的高压压气机具有大约4个或更少的可变叶片级。
16.根据权利要求15的航空燃气轮机系列，其特征在于，上述的第一增压器具有一个整体制有叶片的环形第一增压器转子件，该转子件具有一个与第一增压器叶栅沿轴向间隔并沿径向向内延伸的可转动的壁件。
17.根据权利要求16的航空燃气轮机系列，其特征在于，紧接在上述低压涡轮的后部安装一个出口导叶组件。
18.根据权利要求17的航空燃气轮机系列，其特征在于，上述的高压压气机具有6～8个高压级。
19.根据权利要求18的航空燃气轮机系列，其特征在于，上述的高压压气机(18)具有大约4个或少于4个的可变叶片级(50)。
20.根据权利要求19的航空燃气轮机系列，其特征在于，上述的第一增压器(16)具有一个整体制有叶片的环形第一增压器转子(166)，该转子(166)具有一个与第一增压器叶栅(168)沿轴向间隔并沿径向向内延伸的可转动壁件(22)。
21.根据权利要求20的航空燃气轮机系列，其特征在于，上述的出口导叶组件(150)还具有一排在包围上述低压涡轮(26)的低压涡轮外壳(54)与环形盒式构件(154)之间沿径向向内延伸的出口导叶(152)。
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