CN104246145B - 用于装配阻尼器轴承组件的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于燃气涡轮发动机的阻尼器轴承组件。所述阻尼器轴承组件包括弹簧夹壳体(202)、阻尼器壳体(220)和扳手螺母(238)。所述弹簧夹壳体包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分联接在一起以使得所述第一部分大体垂直于所述第二部分。所述阻尼器壳体包括径向内平台，所述径向内平台包括后面、前面以及定位在两者之间的径向内表面。此外，阻尼器壳体联接在弹簧夹壳体内，以使得在所述前面与所述第一部分之间限定第一轴向间隙。所述扳手螺母联接至所述第二部分的径向内表面。扳手螺母包括钩部分，所述钩部分在所述后面与所述钩部分之间限定第二轴向间隙。

Description

用于装配阻尼器轴承组件的装置和方法

相关申请案的交叉引用

本申请要求于2012年4月25日提交的美国临时专利申请第61/637970号的优先权，该申请以引用方式整体并入本说明书。

技术领域

本专利申请文件中所描述的申请总体涉及燃气涡轮发动机部件，并且更具体地说，涉及一种轴承组件和一种装配轴承组件的方法。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括风扇转子组件、压缩机、燃烧室和至少一个涡轮机。所述风扇转子组件包括具有从转子轴向外径向延伸的风扇叶片布置的风扇。所述压缩机可压缩空气，空气随后可与燃料混合并且集中至燃烧室中，在所述燃烧室中可将所述混合物点燃以便产生热气体，随后可将所述热气体引导至所述涡轮机。所述涡轮机使用所述热气体来向所述压缩机供以动力，和/或向所述转子轴和所述风扇供以动力以便推进飞行中的飞机。

所述转子轴通常由多个阻尼器轴承组件支撑。已知阻尼器轴承组件包括附接在安装凸缘与轴承箱之间的多个弹簧夹。在正常发动机操作期间，所述阻尼器轴承组件用于保持所述转子轴的轴向位置，并且还用于提供所述风扇/转子***的径向阻尼。传统设计方法包括轴向弹簧夹壳体结合径向挤压膜油阻尼器，该径向挤压膜油阻尼器能够承受相对小的不平衡载荷情况。使用扳手螺母来将所述轴承夹紧至所述弹簧夹壳体中。在这些正常操作状况期间，所述挤压膜阻尼器轴承要求在所述轴承周围所有方向(轴向和径向)上具有间隙以用于动态操作。然而，在风扇叶片脱落的潜在故障模式中，相对高的径向载荷连同相对高的倾覆力矩可能导致对燃气涡轮发动机部件的损害。所述径向载荷使所述阻尼器间隙闭合并且形成以扭转状态加载所述弹簧夹的谐波驱动效应。所述倾覆力矩在所述轴承和支撑结构上形成高轴向载荷，从而导致使所述弹簧夹弯曲的相对正弦式载荷分布。所述径向载荷还引起所述结构的严重变形以致允许导致扳手螺母释放的螺纹分离。

以比先前设计更快的速度旋转的更有效率的发动机在风扇叶片脱落事件期间会形成更大的径向载荷和更大的倾覆力矩。因此，仍存在对具有重量轻，但能够承受风扇叶片脱落事件的高径向力矩和倾覆力矩载荷的弹簧夹壳体的轴承支撑结构的需要。

发明内容

一方面，本发明提供一种用于燃气涡轮发动机的轴承组件。所述轴承组件包括弹簧夹壳体、阻尼器壳体和扳手螺母。所述弹簧夹壳体包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分联接在一起，以使得所述第一部分大体垂直于所述第二部分。所述阻尼器壳体包括径向内平台，所述径向内平台包括后面、前面以及定位在两者之间的径向内表面。此外，所述阻尼器壳体联接在弹簧夹壳体内，以使得在所述前面与所述第一部分之间限定第一轴向间隙。所述扳手螺母联接至所述第二部分的径向内表面。扳手螺母包括钩部分，所述钩部分在所述后面与所述钩部分之间限定第二轴向间隙。

另一方面，本发明提供一种装配用于燃气涡轮发动机的轴承组件的方法。所述方法包括提供弹簧夹壳体，所述弹簧夹壳体包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分联接在一起，以使得所述第一部分大体垂直于所述第二部分。此外，还提供包括径向内平台的阻尼器壳体，所述径向内平台具有后面、前面以及定位在两者之间的径向内表面。所述阻尼器壳体联接在弹簧夹壳体内，以使得在所述前面与所述第一部分之间限定第一轴向间隙。所述方法还包括将扳手螺母联接至所述第二部分的径向内表面。所述扳手螺母包括钩部分，所述钩部分在所述后面与所述钩部分之间限定第二轴向间隙。

又一方面，本发明提供一种转子组件。所述转子组件包括转子轴以及配置用于支撑所述转子轴的轴承组件。所述轴承组件包括弹簧夹壳体、阻尼器壳体和扳手螺母。所述弹簧夹壳体包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分联接在一起，以使得所述第一部分大体垂直于所述第二部分。所述阻尼器壳体包括径向内平台，所述径向内平台包括后面、前面以及定位在两者之间的径向内表面。此外，阻尼器壳体联接在弹簧夹壳体内，以使得在所述前面与所述第一部分之间限定第一轴向间隙。所述扳手螺母联接至所述第二部分的径向内表面。扳手螺母包括钩部分，所述钩部分在所述后面与所述钩部分之间限定第二轴向间隙。

附图说明

图1为示例性燃气涡轮发动机的横截面示意图。

图2为可与图1中示出的燃气涡轮发动机一起使用的轴承组件的横截面图。

具体实施方式

图1为包括风扇组件12、增压器14、高压压缩机16和燃烧器18的示例性燃气涡轮发动机10的示意图。发动机10还包括均以串流布置设置的高压涡轮机20和低压涡轮机22。风扇组件12包括从转子盘26径向向外延伸的一批风扇叶片24。发动机10包括进气侧28和排气侧30。在所述示例性实施例中，发动机10可为但不限于可从俄亥俄州辛辛那提的通用电气公司购得的LEAP或P20燃气涡轮发动机。风扇组件12、增压器14和涡轮机22可由第一转子轴32联接，并且燃烧器16和涡轮机20可由第二转子轴34联接。

在操作中，空气流过风扇组件12并且压缩空气通过增压器14供应至高压压缩机16。将所述高度压缩的空气传送至燃烧室18，在那里将其与燃料混合并且点燃以便产生燃烧气体。将所述燃烧气体从燃烧室18引导出来以便驱动涡轮机20和22。涡轮机22通过轴32驱动风扇组件12和增压器14。涡轮机20通过轴34驱动压缩机16。

图2为可与图1中示出的燃气涡轮发动机10一起使用的阻尼器轴承组件200的横截面图，并且根据本发明的示例性实施例，阻尼器轴承组件200包括阻尼器壳体220、弹簧夹壳体202、轴承箱248、轴承250和扳手螺母238。

弹簧夹壳体202是包括外构件204、内构件206，和联接内构件206和外构件204的中间构件208的环形环组件。弹簧夹壳体202的内构件206包括内表面216和外表面214。弹簧夹壳体202的外构件204也包括内表面212和外表面210。弹簧夹壳体202的中间构件208包括后表面218。

环形阻尼器壳体220包括平台222，所述平台222包括在平行于轴向方向的平面内对齐的径向内表面226和径向外表面224。阻尼器壳体平台222还包括在垂直于轴向方向的第一平面内对齐的前面230，以及在与所述第一平面轴向间隔的垂直于轴向方向的第二平面内对齐的后面228。阻尼器壳体220联接至弹簧夹壳体202，以使得阻尼器壳体220的径向外表面224与弹簧夹壳体202的外构件204的内表面212彼此邻接。阻尼器壳体220与弹簧夹壳体202还以这种方式联接：在阻尼器壳体220的平台径向内表面226与弹簧夹壳体202的内构件206的外表面214之间限定径向间隙236。当阻尼器壳体220与弹簧夹壳体202以这种方式联接时，在径向内平台222的前面230与弹簧夹壳体202的中间构件208的后面218之间限定前轴向间隙232。

扳手螺母238为包括径向钩部分240和主体部分242的环形环构件。主体部分242通过带螺纹表面244联接至弹簧夹壳体202的内构件206的内表面216，以使得扳手螺母238的钩部分240围绕弹簧夹壳体202的内构件206的端部环绕，并且邻近弹簧夹壳体202的内构件206的外表面214和径向内平台222的后面228。扳手螺母238的径向钩部分240定位成使得在径向钩部分240与弹簧夹壳体202的内构件206的外表面214之间限定径向间隙246，并且在径向钩部分240与径向内平台222的后面228之间限定轴向间隙234。

扳手螺母238的主体部分242位于邻近轴承箱248处，在那里轴承箱248联接至弹簧夹壳体202的内构件206的内表面216。轴承250定位在轴承箱248内。

在风扇叶片脱落事件期间，发动机10的转子26失去平衡并且产生大的径向载荷和大的倾覆力矩。阻尼器轴承组件200使用轻量弹簧夹壳体202设计以便承受此类大的径向载荷和倾覆力矩。轴承组件200在径向内平台222的前面230和后面228两者上限定轴向间隙232和234，所述轴向间隙232和234在风扇叶片脱落事件期间限制阻尼器壳体220的偏转，并且引起自身阻止弹簧夹壳体202变形的摩擦力。扳手螺母238还限定径向间隙246以便限制由于风扇叶片脱落事件的高径向载荷导致的径向螺纹分离。在标准发动机10操作期间，轴向间隙232和234和径向间隙246允许阻尼器壳体220在用于风扇转子失衡的膜阻尼器间隙(未示出)的限制内在径向方向上偏转。轴向间隙232和234允许在标准发动机10操作期间的正常阻尼器壳体偏转，但轴向间隙232和234在风扇叶片脱落事件的高载荷下闭合以便将所述载荷转移至阻尼器壳体220中。阻尼器壳体220、径向钩部分240和弹簧夹壳体202之间的摩擦力限制扭转卷曲(windup)并且随着载荷渐增使扭转阻力增大。

在风扇叶片脱落事件期间，所述高倾覆力矩用于在轴向方向上推动扳手螺母238，这引起弹簧夹壳体202的偏转。当弹簧夹壳体202偏转时，巨大载荷可能引起扳手螺母238的带螺纹表面244失效。在扳手螺母238上使用钩部分240允许扳手螺母238与偏转的弹簧夹壳体202一起运动并且减轻带螺纹表面244上的载荷。

因为扳手螺母238与弹簧夹壳体202一起偏转并且抵抗由所述倾覆力矩引起的故障，因此来自所述倾覆力矩的转矩转移至弹簧夹壳体202。弹簧夹壳体202对产生用于振动阻尼的径向柔软度是有必要的，但它也会由于可使弹簧夹壳体202弯曲的高倾覆力矩而处于故障模式。因为所述倾覆力矩而出现的谐波驱动效应在弹簧夹壳体202中引起扭转扭曲。当倾覆力矩作用在阻尼器轴承组件200的上的第一点时，阻尼器壳体220向前偏转并且前轴向间隙232闭合。在阻尼器轴承组件200的相对于第一点的第二点，阻尼器壳体220在后方向上偏转并且后轴向间隙234闭合。U形弹簧夹壳体202和扳手螺母238的径向钩部分240充当止动件，来限制轴向方向上的偏转和由前轴向间隙232和后轴向间隙234闭合引起的摩擦力，以用于阻止弹簧夹壳体202的卷曲并且确保阻尼器轴承组件200能够经受住风扇叶片脱落事件。

除经受住风扇叶片脱落事件的能力之外，阻尼器轴承组件200的其他优势在于其紧凑设计和轻量结构。弹簧夹壳体202的U形设计允许阻尼器壳体220大致在弹簧夹壳体202内联接，因此引起阻尼器轴承组件200在发动机10内占用更少的空间。另外，为了使常规设计的阻尼器轴承组件承受风扇叶片脱落事件的大径向载荷和高倾覆力矩，扳手螺母将需要比图2中描绘的那些更大并且弹簧夹需要比图2中描绘的那些更长。在如图2中示出的阻尼器轴承组件200中使用U形弹簧夹壳体202和具有径向钩部分240的扳手螺母238需要更少材料，并且因此比设计用于经受住在风扇掉落事件中出现的相同的大径向载荷和高倾覆力矩的传统阻尼器轴承组件更轻。

如图2中描绘的阻尼器轴承组件200的额外优势是发动机10复杂性的降低，以及由于将阻尼器轴承200放置在第一位置36，即，放置在发动机10的前部分中，因此机舱噪音减小。过去，在第一位置36已存在滚珠轴承250以便承载风扇12的推力载荷，但它是硬安装的。该轴承通过螺栓固定就位，并且不存在具有所述轴向和径向间隙或所述弹簧夹壳体结构的阻尼器轴承。在第二位置38(即，在所述发动机中更向后)增添了一个阻尼器轴承，以使得这些轴承可经受住风扇叶片脱落事件。在第一位置36的所述硬安装的滚珠轴承引起非同步振动，这种非同步振动呈现为飞机机舱中的令人厌烦的噪音。为了降低发动机10复杂度并且减少所述机舱噪音，图2中示出的设计用于经受住由风扇叶片脱落事件引起的大径向载荷和高倾覆力矩的阻尼器轴承组件200在第一位置36***。

以上详细描述了用于装配阻尼器轴承组件200的方法和装置的示例性实施例。阻尼器轴承组件200并不限于本专利申请文件中所描述的这些具体实施例，而是，阻尼器轴承组件200的各部件可与本专利申请文件中所描述的其他部件独立且单独地使用。例如，本专利申请文件中所描述的轴承250可具有其他工业和/或消费者应用，并且不限于与如本专利申请文件中所描述的用于燃气涡轮发动机10的阻尼器轴承组件200一起实践。而是，轴承250可与许多其他应用结合来实施和使用。

尽管本发明的各个实施例的具体特征可能在某些附图中显示但未在其他附图中显示，这仅仅是出于方便考量。根据本发明的原理，附图中的任何特征可结合任何其他附图中的任何特征进行参考和/或提出权利主张。

本说明书使用各个实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域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***，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并且可包含所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包含的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于燃气涡轮发动机的轴承组件，所述组件包括：

包括第一部分和第二部分的弹簧夹壳体，所述第一部分和所述第二部分联接在一起以使得所述第一部分大体垂直于所述第二部分；

包括径向内平台的阻尼器壳体，所述径向内平台包括后面、前面和定位在两者之间的径向内表面，所述阻尼器壳体联接在所述弹簧夹壳体内，以使得在所述前面与所述第一部分之间限定第一轴向间隙；以及

联接至所述第二部分的径向内表面的扳手螺母，其中所述扳手螺母包括钩部分，所述钩部分在所述后面与所述钩部分之间限定第二轴向间隙。

2.根据权利要求1所述的轴承组件，其中所述弹簧夹壳体具有大体U形的横截面。

3.根据权利要求1所述的轴承组件，其中所述钩部分和所述弹簧夹壳体第二部分在两者之间限定径向间隙。

4.根据权利要求3所述的轴承组件，其中所述径向间隙配置用于至少限制所述扳手螺母与所述弹簧夹壳体的分离。

5.根据权利要求1所述的轴承组件，所述轴承组件进一步包括联接至所述弹簧夹壳体、邻近所述扳手螺母的轴承壳体。

6.根据权利要求5所述的轴承组件，所述轴承组件进一步包括联接至所述轴承壳体的轴承。

7.根据权利要求1所述的轴承组件，其中所述弹簧夹壳体、所述阻尼器壳体和所述扳手螺母中的至少一个为环形环。

8.根据权利要求1所述的轴承组件，其中所述弹簧夹壳体的所述第二部分和所述阻尼器平台的所述径向内表面在两者之间限定径向间隙。

9.根据权利要求1所述的轴承组件，其中所述第一轴向间隙配置用于在所述轴承组件上第一点处闭合，并且第二轴向间隙配置用于在所述轴承组件上第二点处闭合，其中所述第一轴向间隙和所述第二轴向间隙同时闭合，并且在所述轴承组件上所述第一点与所述第二点相对。

10.一种装配用于燃气涡轮发动机的轴承组件的方法，所述方法包括：

提供弹簧夹壳体，所述弹簧夹壳体包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分联接在一起，以使得所述第一部分大体垂直于所述第二部分；

提供包括径向内平台的阻尼器壳体，所述径向内平台包括后面、前面和定位在两者之间的径向内表面；

将所述阻尼器壳体联接在所述弹簧夹壳体内，以使得在所述前面与所述第一部分之间限定第一轴向间隙；以及

将扳手螺母联接至所述第二部分的径向内表面，其中所述扳手螺母包括钩部分，所述钩部分在所述后面与所述钩部分之间限定第二轴向间隙。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述弹簧夹壳体具有大体U形的横截面。

12.根据权利要求10所述的方法，其中将扳手螺母联接至所述弹簧夹壳体的第二部分的径向内表面进一步包括将扳手螺母螺纹联接至所述弹簧夹壳体的第二部分的径向内表面。

13.根据权利要求10所述的方法，其中将扳手螺母联接至所述弹簧夹壳体的第二部分的径向内表面进一步包括在所述弹簧夹壳体第二部分与所述钩部分之间限定径向间隙。

14.根据权利要求10所述的方法，所述方法进一步包括将轴承壳体联接至所述弹簧夹壳体、邻近所述扳手螺母。

15.根据权利要求10所述的方法，所述方法进一步包括在所述轴承组件上第一点处闭合所述第一轴向间隙，同时在所述轴承组件上第二点处闭合所述第二轴向间隙，其中在所述轴承组件上所述第一点与所述第二点相对。

16.一种转子组件，所述转子组件包括：

转子轴；以及

配置用于支撑所述转子轴的轴承组件，所述轴承组件包括：

包括第一部分和第二部分的弹簧夹壳体，所述第一部分和所述第二部分联接在一起以使得所述第一部分大体垂直于所述第二部分；

包括径向内平台的阻尼器壳体，所述径向内平台包括后面、前面和定位在两者之间的径向内表面，其中所述阻尼器壳体联接在所述弹簧夹壳体内，以使得在所述前面与所述第一部分之间限定第一轴向间隙；以及

联接至所述第二部分的径向内表面的扳手螺母，其中所述扳手螺母包括钩部分，所述钩部分在所述后面与所述钩部分之间限定第二轴向间隙。

17.根据权利要求16所述的转子组件，其中所述弹簧夹壳体具有大体U形的横截面。

18.根据权利要求16所述的转子组件，其中所述钩部分和所述弹簧夹壳体第二部分在两者之间限定径向间隙。

19.根据权利要求16所述的转子组件，所述转子组件进一步包括联接至所述弹簧夹壳体、邻近所述扳手螺母的轴承壳体。

20.根据权利要求16所述的转子组件，其中所述第一轴向间隙配置用于在所述轴承组件上第一点处闭合，并且第二轴向间隙配置用于在所述轴承组件上第二点处闭合，其中所述第一轴向间隙和所述第二轴向间隙同时闭合，并且在轴承组件上所述第一点与所述第二点相对。