CN1952373A - 燃气涡轮发动机组及其装配方法 - Google Patents

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CN1952373A CNA2006101355675A CN200610135567A CN1952373A CN 1952373 A CN1952373 A CN 1952373A CN A2006101355675 A CNA2006101355675 A CN A2006101355675A CN 200610135567 A CN200610135567 A CN 200610135567A CN 1952373 A CN1952373 A CN 1952373A
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Abstract

一种装配燃气涡轮发动机(10)的方法，包含如下步骤：将低压涡轮(14)与核心涡轮发动机(12)相连接；将具有输入端(104)、第一输出端(105)和第二输出端(106)的变速箱(100)与上述低压涡轮相连接；将第一风扇组件(50)与上述变速箱的第一输出端相连接；和将第二风扇组件(52)与上述变速箱的第二输出端相连接。

Description

燃气涡轮发动机组及其装配方法
技术领域
本发明总的涉及燃气涡轮发动机，更具体地涉及燃气涡轮发动机组及其装配方法。
背景技术
至少有一些公知的燃气涡轮发动机具有一个前风扇、一个核心发动机和一个动力涡轮。所述的核心发动机具有：至少一个压气机；一个燃烧室；一个高压涡轮；和一个按顺流关系连接在一起的低压涡轮。更具体地说，上述的压气机和高压涡轮通过一根轴相连接构成一个高压转子组。进入核心发动机的空气与燃料相混合，然后燃烧而形成高能气流，该高能气流流过高压涡轮并使之转动，从而又使上述的轴带动上述压气机转动。
上述的燃气流流过设置在高压涡轮后面的低压涡轮时便发生膨胀。所述的低压涡轮包含一个具有与传动轴相连接的风扇的转子组，该低压涡轮通过上述传动轴带动风扇转动。为了更好地提高发动机效率，至少一种现有的燃气涡轮发动机设置一个与反转式风扇和增压压气机相连接的反转式低压涡轮。
为了便于支承上述反转式低压涡轮，要在燃气涡轮发动机内安装外转子、旋转架、中涡轮框架和两个同心轴。安装这些零部件也可使第一风扇组件与第一涡轮相连接，并使第二风扇组件与第二涡轮相连接，从而使第一风扇组件和第二风扇组件分别沿着与第一涡轮和第二涡轮相同的转动方向转动。这样，就增加了这类发动机的总重量、设计复杂性和/或制造成本。
本发明概述
本发明的一方面，提出一种装配燃气涡轮发动机的方法，该方法包含如下步骤：将低压涡轮与核心发动机相连接；将具有一个输入端、一个第一输出端和一个第二输出端的变速箱与上述低压涡轮相连接；将第一风扇组件与上述变速箱的第一输出端相连接；和将第二风扇组件与上述变速箱的第二输出端相连接。
本发明的另一方面，提出反转式风扇组，该反转式风扇组具有一个包含一个与低压涡轮相连接的输入端、一个第一输出端和一个第二输出端的变速箱、一个与上述第一输出端相连接的第一风扇组件和一个与上述第二输出端相连接的第二风扇组件。
本发明的再一方面，提出一种涡轮发动机组，该涡轮发动机组具有一个核心发动机、一个与该核心发动机相连接的低压涡轮、一个具有一个与上述低压涡轮相连接的输入端、一个第一输出端和一个第二输出端的变速箱、和一个反转式风扇组，该风扇组的第一风扇组件与上述第一输出端相连接，其第二风扇组件与上述的第二输出端相连接。
附图简要说明
图1是一种示例性燃气涡轮发动机的一部分的剖视图；
图2是图1中所示的反转式风扇组的一部分的放大剖视图；
图3是图2所示的反转式风扇组的一部分的放大剖视图；和
图4是图3所示的变速箱的端视图。
本发明的详细说明
图1示出一种示例性燃气涡轮发动机组10的一部分的剖视图，其纵轴线以标号11表示。在示例性实施例中，上述涡轮发动机组10具有一个核心燃气涡轮发动机12、一个沿轴向连接在上述核心发动机12后面的低压涡轮14、和一个沿轴向连接在上述核心燃气涡轮发动机12前面的反转式风扇组16。
上述核心燃气涡轮发动机12具有一个可形成核心发动机环形进气口22的外壳体20。该外壳体20包围着低压增压压气机24，以利于将进入的空气的压力增大到第一压力级。在一个实施例中，燃气涡轮发动机12是美国通用电气(GE)飞机发动机公司(俄亥俄州，辛辛那提市)出售的CFM56型核心燃气涡轮发动机。
多级的轴流式高压压气机26接纳来自增压压气机24的压缩空气，将压力进一步增大到较高的第二压力级。高压空气进入燃烧室28，与燃料相混合。该燃料-空气混合物燃烧而提高了上述压缩空气的温度和能量级。高能的燃烧产物流至第一涡轮或者说高压涡轮30，以通过第一传动轴32带动压气机36转动，然后流至第二涡轮或者说低压涡轮14，以通过与第一传动轴32同轴连接的第二传动轴34带动反转式风扇组16和增压压气机24。上述燃烧产物在驱动低压涡轮后通过排气喷口36排出到涡轮发动机组10之外而产生推进的喷射推力。
上述反转式风扇组16具有围绕纵向中心轴线11设置的一个前风扇组件50和一个后风扇组件52。这里所说的“前风扇”和“后风扇”意指风扇组件50沿轴向连接在风扇组件52的上游。在示例性实施例中，风扇组件50和52如图所示设置在核心燃气涡轮发动机12的前端。但是，风扇50和52也可以分别设置在核心燃气涡轮发动机12的后端。风扇组件50和52分别具有至少一排转子叶片60和62，并且安置在机舱64内。上述的转子叶片60和62分别连接在各自的转盘66和68上。
在该示例性实施例中，增压压气机24具有多排与各自转盘72相连接的转子叶片70。在示例性实施例中，增压压气机24安置在进口导向叶片组74的后面，并与后风扇组件52相连接，以使增压压气机24以大致等于后风扇组件52的转动速度转动。虽然图中示出增压压气机24只有3排转子叶片70，但是应当认识到，增压压气机24也可以具有单排转子叶片70，或具有多排与多排导向叶片76互相叉指式组合的转子叶片70。
在该典型实施例中，上述进口导向叶片76固定连接在增压机壳78上。在另一个实施例中，转子叶片70可转动地连接在转盘72上，使进口导向叶片在发动机工作过程中可以移动，以便改变流过增压压气机24的空气量。在一个替换实施例中，涡轮发动机组10不设置增压压气机24。
图2是图1所示的反转式风扇组16的一部分的放大剖视图。图3是图2所示的反转式风扇组16的一部分的放大剖视图。
在该典型实施例中，第一风扇组件50具有一个围绕纵轴线11设置的圆锥体84。该圆锥体84的第一端或者说前端85与转盘66相连接，其第二端或者说后端88与变速箱100的一个输出端相连接。第二风扇组件52具有一个沿纵轴线11围绕圆锥体84的至少一部分同轴地设置的圆锥体90，该圆锥体90的第一端或者说前端92与转盘68相连接，其第二端或者说后端94与变速箱100的一个输出端相连接。
上述低压涡轮14通过传动轴34与变速箱100相连接，以便驱动或者说带动前风扇组件50、后风扇52和增压压气机24转动。在典型实施例中，前风扇组件50沿第一转动方向80转动，而后风扇组件52和增压压气机24则沿相反的第二转动方向转动。在典型实施例中，双输出端变速箱100是一个具有一个与传动轴34相连接的输入端104、一个与圆锥体84的后端88相连接的第一输出端105和一个与圆锥体90的后端94相连接的第二输出端106的双输出端变速箱。
在一个实施例中，围绕传动轴34和/或纵向轴线11设置一个轴承组件例如止推轴承组件110。该止推轴承组件110工作连接在或者说安装在传动轴34与核心燃气涡轮发动机12的框架13之间。再参看图3，在一个实施例中，上述止推轴承110具有一个沿径向相对于传动轴34安装的内座圈111。如图3所示，该内座圈111键接在和/或连接在传动轴延伸段112上，所以内座圈111可随传动轴34绕纵向轴线11转动。而且，传动轴延伸段112连接在输入端104及传动轴34上，上述内座圈111具有一个形成止推轴承组件110的内槽114的表面113，该表面113大致为弓形。
上述止推轴承110具有一个沿径向设置的并固定在框架13的外座圈116。在一个实施例中，外座圈116和/或框架13起到一种用于传递由反转式风扇组16和/或增压压气机24所产生或发展的推进载荷和/或推动力的基座的作用。外座圈116具有一个大致与表面113相对着的表面117，该表面117形成止推轴承组110的外槽117，它的形状大致为弓形。在内座圈111与外座圈116之间活动地设置至少一个滚柱件，诸如多个滚柱119，每个滚柱件119与内槽114和外槽118滚动接触，使传动轴34可相对于框架13自由地转动。
围绕纵轴线11沿径向设置一个第二轴承组件，诸如滚柱轴承组件120。在一个实施例中，该滚柱轴承组件120设置在圆锥体前端84或接近于该前端86的圆锥体84与传动轴34之间。围绕纵向轴线11沿径向设置一个第二轴承组件例如滚柱轴承组件121。在一个实施例中，该滚柱轴承组件121设置在圆锥体90的前端92或接近于该前端92的圆锥体90与圆锥体84之间。在该典型实施例中，轴承组件120和121是起着与止推轴承110相结合的差动轴承组件的作用的滚柱轴承，以便支承第一风扇组件50，并且/或者将第一风扇组件50产生的推进载荷和/或推进力传递到第三轴承组件130。
如图3所示，上述的第三轴承组件130是一种具有一个与圆锥体84的后端88相连接的外座圈136和一个与传动轴34相接的内座图138的止推轴承组件。在该示例性实施例中，上述轴承组件130起着一种用于传递由第一风扇组件50产生或发展的推进载荷和/或推进力的基座的作用。
在一个实施例中，如图2所示，在圆锥体前端92或靠近该前端92围绕圆锥体90的外表面设置第四轴承组件例如止推轴承组件140，该第四轴承组件140具有一个通过支承构件15与框架13相连接的径向在外座圈142、一个与圆锥体前端92相连接的径在内座圈144、和至少一个设置在轴承座圈142和144内的滚柱体146。上述止推轴承140连接在框架13与前端92之间。在一个实施例中，止推轴承组件140支承后风扇组件52，并将来自后风扇组件52的推进载荷和/或推进力传递到支承框架13。在该示例性实施例中，轴承组件110、120、130和140方便于在较为固定的轴向位置上支持前风扇组件50和/或后风扇组件52，并且也利于将前风扇组件50和/或后风扇组件52产生的推进载荷和/或推进力传递到基座上。
图4是图1所示的变速箱100的端视图。如前所述，变速箱100连接到燃气涡轮发动机10的固定的或者说静止的部件例如核心发动机12的框架13上(见图3)。上述齿轮箱100具有一个与传动轴34转动连接的输入端104、一个通过圆锥体84与前风扇组件50相连接的第一输出端105和一个通过圆锥体90与后风扇组件52相连接的第二输出端106。
在该示例性实施例中，变速箱100具有至少一个与输入端104相连接的第一齿轮或者说中心齿轮300和多个分别与中心齿轮300转动连接的第二齿轮或者说行星齿轮302。具体地说，变速箱100具有一个中心齿轮300和一组与之相配合以产生不同速度的行星齿轮302。因此，中心齿轮300通过输入端104直接与传动轴34相连接，而行星齿轮302则与中心齿轮300相啮合，以便通过输出端106带动后风扇组件52和增压压气机24转动。
更具体地说，变速箱100具有一个整体的用于支承中心齿轮300和行星齿轮302的也被称为大猩猩笼(gorilla cage)的支承构件。在典型实施例中，每个行星齿轮302用紧固件304例如螺栓连接到上述支承构件上，这就方便于将行星齿轮302固定在上述支承构件内。而且，每个行星齿轮302具有各自的轴承组件306，故行星齿轮302可相对于中心齿轮300自由地转动。
发动机工作过程中，当第二传动轴34转动时，便带动输出端104沿第一转动方向80转动，随后使中心齿轮300转动。由于中心齿轮302与第一输出端105相连接，故中心齿轮300通过输出端105促使前风扇组件50沿着与传动轴34相同的方向转动。而且，由于中心齿轮300与行星齿轮302互相啮合，故中心齿轮300的转动引起行星齿轮302转动，从而通过第二输出端106带动后风扇组件52沿着不同于前风扇组件50的第二方向82转动。
本文所述的燃气涡轮发动机组具有一个设置有齿轮传动的单转(SR)式低压涡轮的反转(CR)式风扇组。该发动机组有利于至少减少一些与公知的反转式低压涡轮相关的复杂性。更具体地说，所述的燃气涡轮发动机组具有一个通过双输出端变速箱的第一输出端与单转式低压涡轮转动连接的前风扇组件和一个通过双输出端变速箱的第二输出端与上述低压涡轮转动连接在一起且由该低压涡轮带动的后风扇组件和增压压气机。
另外，后风扇组件和增压压气机以相同的速度转动，在典型实施例中，上述速度大致为前风扇组件速度的一半。此外，本文所述的燃气涡轮发动机组可以将低压涡轮产生的大约40％的功率通过变速箱传递给后风扇组件以减少齿轮的损耗。
因此，本发明的燃气涡轮发动机组有利于提高风扇效率、降低风扇翼梢速度、和/或减少噪音。而且，由于所述燃气涡轮发动机组不设置反转式低压涡轮来带动反转式风扇组，故可省去一些零部件例如(但不限于)外转子、后旋转架、第二低压涡轮轴、和低压涡轮外转动密封件，这就减轻了燃气涡轮发动机的总重量。另外，在一些燃气涡轮发动机的用途中还可采用本文所述方法和装置省去中涡轮框架。
上面已详细说明了具有与风扇组相连接的变速箱的燃气涡轮发动机组的示例性实施例。各种零部件并不限于所述的具体实施例，而是可将每个部分的零部件独立地并且与所述的其他零部件分开地应用。所述的变速箱也可与具有前、后风扇组件的其他公知的燃气涡轮发动机结合应用。
虽然上面按照各种具体实施例说明了本发明，但是，熟悉本技术的人们将会认识到，本发明可以以符合下述权利要求书的精神和范围的改型加以实施。
标号及名称一览表
10    涡轮发动机组        86     前端
11    向轴线              88     后端
12    核心燃气涡轮发动机  90     圆锥体
13    框架                92     前端
14    低压涡轮            94     后端
16    反转式风扇组        100    变速箱
20    外壳体              104    输入端
22    核心发动机进气口    105    第一输出端
24    增压压气机          106    第二输出端
26    轴流式压气机        110    止推轴承组件
28    燃烧室              111    内座圈
30    高压涡轮            113    表面
32    第一传动轴          114    内槽
34    第二传动轴          116    外座圈
36    排气喷口            118    外槽
50    第一风扇组件        119    滚柱体
52    第二风扇组件        120    滚柱轴承组件
60    转子叶片            121    滚柱轴承组件
62    转子叶片            130    止推轴承组件
64    机舱                136    外座圈
66    转盘                138    内座圈
68    转盘                140    止推轴承组件
70    转子叶片            142    轴承外座圈
72    转盘                144    内座圈
74    进口导向叶片组件    146    滚柱体
78    增压机壳            300    中心齿轮
80    第一转动方向        302    行星齿轮
82    第二转动方向        304    紧固件
84    圆锥体              306    轴承组件

Claims (10)

1.一种反转式风扇组件(16)，具有：
一个具有一个与低压涡轮(14)相连接的输入端(104)、一个第一输出端(105)和一个第二输出端(106)的变速箱(100)；
一个与上述第一输出端相连接的第一风扇组件(50)；和
一个与上述第二输出端相连接的第二风扇组件(52)。
2.根据权利要求1的反转式风扇组件(16)，其特征在于，上述的第一风扇组件(50)与上述变速箱(100)的第一输出端(105)相连接，从而使上述第一风扇组件和该低压涡轮(14)沿第一方向(80)转动，而上述第二风扇组件(52)与上述变速箱的第二输出端(106)相连接，从而使上述第二风扇组件沿相反的第二方向(82)转动。
3.根据权利要求1的反转式风扇组件(16)，其特征在于，上述的第一风扇组件(50)与上述变速箱(100)的第一输出端(105)相连接，使上述第一风扇组件以第一转动速度转动，上述的第二风扇组件(52)与上述变速箱第二输出端(106)相连接，使该第二风扇组件(52)以不同于第一转动速度的第二转动速度转动。
4.根据权利要求1的反转式风扇组件(16)，其特征在于，上述的第一风扇组件(50)与变速箱(100)的第一输出端(105)相连接，使该第一风扇组件以第一转动速度转动，上述的第二风扇组件(52)与上述变速箱的第二输出端(106)相连接，使该第二风扇组件以小于该第一转动速度的第二转动速度转动。
5.根据权利要求1的反转式风扇组件(16)，其特征在于，上述的第一风扇组件(50)与上述变速箱(100)的第一输出端(105)相连接，使该第一风扇组件以小于低压涡轮(14)的转动速度的第一转动速度转动，上述的第二风扇组件(52)与上述变速箱第二输出端(106)相连接，使该第二风扇组件(52)以小于第一转动速度的第二转动速度转动。
6.根据权利要求1的反转式风扇组件(16)，其特征在于，还具有一个与上述变速箱(100)的第二输出端(106)相连接的增压压气机(24)，使上述第二风扇组件(52)和上述增压压气机各自沿相反的第二方向(82)转动。
7.根据权利要求6的反转式风扇组件(16)，其特征在于，上述的增压压气机(14)与上述的第二风扇组件(52)相连接，使上述增压压气机和上述第二风扇组件(52)各自以相同的转动速度转动。
8.一种燃气涡轮发动机组(10)，具有：
一个核心涡轮发动机(12)；
一个与上述核心涡轮发动机相连接的低压涡轮(14)；
一个具有一个与上述低压涡轮相连的输入端(104)、一个第一输出端(105)和一个第二输出端(106)的变速箱(100)；和
一个反转式风扇组件(16)，该风扇组件具有：
一个与上述变速箱第一输出端相连接的第一风扇组件(50)；和
一个与上述变速箱第二输出端相连接的第二风扇组件(52)。
9.根据权利要求8的涡轮发动机组(10)，其特征在于，上述的第一风扇组件(50)与上述变速箱(100)的第一输出端(105)相连接，使该第一风扇组件和上述低压涡轮(14)沿第一方向(80)转动，上述的第二风扇组件(52)与上述变速箱的第二输出端(106)相连接，使上述第二风扇组件沿相反的第二方向(82)转动。
10.根据权利要求8的涡轮发动机组(10)，其特征在于，上述的第一风扇组件(50)与上述变速箱(100)的第一输出端(105)相连接，使该第一风扇组件(50)以第一转动速度转动，上述的第二风扇组件(52)与上述变速箱的第二输出端(106)相连接，使该第二风扇组件(52)以不同于上述第一转动速度的第二转动速度转动。
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