CN117927382A - 轴承组件 - Google Patents

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CN117927382A CN202311320541.8A CN202311320541A CN117927382A CN 117927382 A CN117927382 A CN 117927382A CN 202311320541 A CN202311320541 A CN 202311320541A CN 117927382 A CN117927382 A CN 117927382A
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库杜姆·辛德
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Abstract

一种燃气涡轮发动机，包括旋转轴和轴承组件。轴承组件配置成支撑旋转轴。轴承组件具有第一轴承和第二轴承。第一轴承配置成当旋转轴的向前推力大于百分之十时支撑旋转轴的轴向载荷。第二轴承配置成当旋转轴的推力在百分之十的向前推力和百分之十的向后推力之间时(包括端点)支撑旋转轴的轴向载荷。

Description

轴承组件
技术领域
本公开总体上涉及一种轴承组件。
背景技术
涡轮发动机通常包括布置成彼此流动连通的风扇和核心区段。涡轮发动机包括轴承组件以促进相关部件之间的旋转。
附图说明
根据附图中所示的各种示例性实施例的以下更具体的描述，前述和其他特征和优点将变得显而易见，其中相似的附图标记通常表示相同的、功能上类似的和/或结构上类似的元件。
图1是根据本公开的沿着涡轮发动机的中心线轴线截取的涡轮发动机的示意性横截面视图。
图2是根据本公开的用于图1的涡轮发动机的轴承组件的示意性横截面视图。
图3是根据本公开的用于图1的涡轮发动机的轴承组件的示意性横截面视图。
图4A是根据本公开的轴承组件中使用的弹簧的示意性立体图。
图4B是根据本公开的轴承组件中使用的弹簧的示意性立体图。
图5是示出根据本公开的图1的涡轮发动机的轴承组件的载荷的示意性流程图。
图6是示出根据本公开的图1的涡轮发动机的轴承组件的载荷的示意性流程图。
图7是根据本公开的具有轴承组件的涡轮发动机的示意图。
图8是根据本公开的具有轴承组件的涡轮发动机的示意图。
图9示出了根据本公开的用于图6的方面或图7的方面的轴承组件的轴承。
图10示出了根据本公开的用于图6的方面或图7的方面的轴承组件的轴承。
具体实施方式
本公开的附加特征、优点和实施例通过对以下详细描述、附图和权利要求的考虑而被阐述或显而易见。此外，此外，本公开的前述概述和随后的详细描述都是示例性的并且旨在提供进一步的解释而不限制所要求保护的本公开的范围。
下面详细讨论本公开的各种实施例。虽然讨论了具体实施例，但这仅是为了说明的目的。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以使用其他部件和配置。
如本文所使用的，术语“第一”和“第二”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且并不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“前”和“后”是指涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于涡轮发动机，前指的是更靠近发动机入口的位置，而后指的是更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
如本文所用，术语“低”、“中”(或“中水平”)和“高”或它们各自的比较程度(例如，“较低”和“较高”，当适用时)，当与压缩机、涡轮、轴、风扇或涡轮发动机部件一起使用时，除非另有说明，否则每个术语均指发动机内的相对载荷、推力、压力、相对速度、相对温度和/或相对功率输出。例如，“低功率”设置定义了发动机配置为以低于发动机的“高功率”设置的功率输出操作，而“中水平功率”设置定义了发动机配置为以高于“低功率”设置且低于“高功率”设置的功率输出操作。此类术语中的术语“低”、“中”(或“中水平”)或“高”可以附加地或替代地被理解为相对于最小允许载荷、推力、速度、压力或温度，或相对于发动机的正常、期望、稳态等操作的最小或最大允许速度、压力和温度。
除非本文另有说明，否则术语“联接”、“固定”、“附接”、“连接”等既指直接联接、固定、附接或连接，也指通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定、附接或连接。
除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用。
如本文所使用的，术语“轴向”和“轴向地”指的是基本上平行于涡轮发动机的中心线延伸的方向和取向。此外，术语“径向”和“径向地”指的是基本上垂直于涡轮发动机的中心线延伸的方向和取向。另外，如本文所使用的，术语“周向”和“周向地”指的是绕涡轮发动机的中心线弓形延伸的方向和取向。
如在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化的任何定量表示，而不导致与其相关的基本功能的改变。因此，由诸如“大约”、“近似”、“一般”和“基本上”等术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度、或者用于构建部件和/或***或制造部件和/或***的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在单个值、值范围和/或定义值范围的端点中处于百分之一、二、四、十、十五或二十的裕度内。
在此以及整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换。除非上下文或语言另有指示，否则此类范围被识别并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以独立地彼此组合。
术语“低推力”、“推力交叉”和“推力反向”在本文中可互换使用。这些术语定义为从百分之十的向前推力到百分之十的向后推力之间的发动机推力，包括端点和其间的任何点(例如，10％推力到-10％推力，包括端点和其间的任何点)。这包括零推力条件。术语“推力交叉”和“推力反向”也被定义为向前推力切换到向后推力的发动机条件，反之亦然。
在发动机中，旋转高压轴中可能会发生高瞬态振动(“N2振动”)。在飞行器爬升期间振动处于较高水平，并在剩余飞行器飞行期间恢复到可接受的水平。振动是转子(例如，高压轴)的热响应，并且归因于活塞密封环上的泄漏，这导致较低的转子推力，最终导致刚度变化。泄漏与高海拔处的低环境压力相结合，导致高压轴中的低转子推力和/或反向转子推力。这会导致轴承组件的轴向刚度和径向刚度降低，从而导致高压轴出现动态响应。动态响应表现为高压轴的振动和高压轴的潜在非同步振动(NSV)。
本公开包括一种轴承组件，该轴承组件在上述低推力条件期间提供刚度以减轻、减少或消除高压轴中的振动。轴承组件控制轴承处的转子推力，以维持轴向反作用力的最小阈值，以避免N2振动。这是通过在低推力条件期间增加作用在轴承上的轴向刚度来实现的。为了在不改变轴承的轴向刚度的情况下实现轴向刚度的增加，轴承组件中包括辅助假轴承。轴承组件被构造成使得假轴承在低推力条件期间提供额外的轴向刚度。因此，假轴承在推力交叉处提供振动控制，不改变主轴承的轴向刚度。例如，在正常的向前推力条件期间，主轴承可以支撑由旋转轴提供的大部分轴向载荷。在低推力条件期间，假轴承被激活以补充和增加轴承组件的轴向刚度，从而增加整个轴承组件的轴向刚度，允许减轻高压轴可能经历的任何振动。
尽管针对高压轴进行了描述，但是低压轴也可能表现出振动，使得本公开可以应用于支撑低压轴的轴承组件，以减轻、减少或消除低压轴中的振动。
因此，本公开提供了一种辅助假轴承***，其在载荷反向和低推力条件期间产生主动轴向载荷路径。主动控制***避免了由于轴承可变性而导致的NSV、弓形转子启动(BRS)和模态不稳定性。本轴承组件提供了用于主载荷路径故障的辅助保持***。在本公开的一些示例中，存在用于齿轮传动的低压(LP)转子***的高压(HP)转子支撑***的滚珠轴承和滚子轴承的组合。本公开的配置为N2振动、NSV、BRS振动减少和增加涡动稳定性(例如，由于风扇叶片的旋转而在轴中经历的不稳定性)提供了显著的益处。
图1示出了燃气涡轮发动机10的示意性横截面视图。燃气涡轮发动机10限定了平行于燃气涡轮发动机10的纵向中心线轴线12延伸的轴向方向A、径向方向R和绕轴向方向A延伸的周向方向C。燃气涡轮发动机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。
所示的核心涡轮发动机16包括限定环形入口20的外壳体18。核心涡轮发动机16以串联流动关系包括压缩机区段，该压缩机区段包括低压(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；以及喷射排气喷嘴区段32。高压(HP)轴34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴36将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机22。因此，LP轴36和HP轴34各自是旋转部件，在燃气涡轮发动机10的操作期间绕纵向中心线轴线12在周向方向C上旋转。
为了支撑这种旋转部件，燃气涡轮发动机10包括附接到燃气涡轮发动机10内的各种结构部件的多个轴承组件80。例如，轴承组件80可定位成促进LP轴36和HP轴34的旋转。轴承组件80可以附加地或替代地位于沿着LP轴36和HP轴34的任何期望位置处。轴承组件80可与油润滑轴承组件结合使用，本文将对此进行更详细的讨论。
仍然参考图1，风扇区段14包括风扇38，风扇38具有以间隔开的方式联接至盘42的多个风扇叶片40。盘42被轮毂48覆盖。如图所示，风扇叶片40大体沿着径向方向R从盘42径向向外延伸。借助于风扇叶片40可操作地联接到桨距改变机构44，每个风扇叶片40能够相对于盘42绕桨距轴线P旋转。风扇叶片40、盘42和桨距改变机构44一起能够通过跨动力齿轮箱46的LP轴36绕纵向中心线轴线12旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，用于调节风扇38相对于LP轴36的转速。更具体地，风扇区段包括风扇轴，该风扇轴能够通过跨动力齿轮箱46的LP轴36旋转。因此，风扇轴也可以被认为是旋转部件，并且类似地由轴承组件80支撑。
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。外机舱50相对于核心涡轮发动机16通过多个周向间隔开的出口导向轮叶52支撑。外机舱50的下游区段54在核心涡轮发动机16的外部分上延伸，以便在其间限定旁通气流通道56。
在燃气涡轮发动机10的操作期间，一定体积的空气58通过外机舱50和/或风扇区段14的入口60进入燃气涡轮发动机10。当一定体积的空气58穿过风扇叶片40时，空气58的第一部分空气62被引导或导向进入旁通气流通道56，并且空气58的第二部分空气64被引导或导向进入核心空气流动路径37，或者更具体地，进入LP压缩机22。第一部分空气62和第二部分空气64之间的比率被称为旁通比。然后，当第二部分空气64通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧区段26时，第二部分空气64的压力增加，在燃烧区段26中，第二部分空气64与燃料混合并燃烧以产生燃烧气体66。
燃烧气体66被导向通过HP涡轮28，其中来自燃烧气体66的一部分热能和/或动能经由联接到外壳体18的HP涡轮定子轮叶68和联接到HP轴34的HP涡轮转子叶片70的连续级提取，从而引起HP轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66然后被导向通过LP涡轮30，在LP涡轮30中，经由联接到外壳体18的LP涡轮定子轮叶72和联接到LP轴36的LP涡轮机转子叶片74的连续级从燃烧气体66中提取第二部分热能和动能，从而使LP轴36旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后被导向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，在第一部分空气62从燃气涡轮发动机10的风扇喷嘴排气区段76排出之前，随着第一部分空气62被导向通过旁通气流通道56，第一部分空气62的压力显著增加，也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷射排气喷嘴区段32至少部分地限定用于导向燃烧气体66通过核心涡轮发动机16的热气体路径78。
虽然结合图1的燃气涡轮发动机10进行了描绘和描述，但是本公开的各方面可以结合到任何其他合适的燃气涡轮发动机10中。例如，在其他示例性实施例中，本公开的各方面可结合到例如涡轮风扇发动机(例如，类似于图1的燃气涡轮发动机10)、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机或涡轮喷气发动机中。
图1中所描绘的燃气涡轮发动机10仅仅是示例性的。在其他示例性实施例中，燃气涡轮发动机10可具有任何其他合适的配置。例如，在其他示例性实施例中，风扇38可以以任何其他合适的方式配置(例如，作为固定桨距风扇)并且还可以使用任何其他合适的风扇框架配置来支撑。此外，在其他示例性实施例中，可以提供任何其他合适数量或配置的压缩机、涡轮、轴或其组合。在其他示例性实施例中，本公开的各方面可结合到任何其他合适的涡轮发动机，例如涡轮风扇发动机、螺旋桨风扇发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和/或涡轮轴发动机。此外，在其他实施例中，本公开的各方面可结合到任何其他合适的涡轮机中，包括但不限于蒸汽涡轮、离心压缩机、涡轮增压器、固定式涡轮机、或其他发电涡轮机、或使用挤压油膜阻尼器的任何类型的旋转设备。
图2至图9示出了可用于燃气涡轮发动机10的示例性轴承组件的放大图。图2至图9所示的轴承组件可以是图1所示的任何轴承组件80。在不脱离本公开的范围的情况下，图2至图9的任何轴承组件的特征可以与轴承润滑剂排放装置的其他实施例互换和/或组合。本文所述的轴承组件不是相互排斥的，并且可以同时使用。
图2和图3的轴承组件提供了较小的辅助轴承支撑件，其具有相对于主轴承更软的安装***。主轴承支撑转子推力(双向)。在低推力或推力反向条件下，假轴承提供额外的轴向和径向刚度来支撑转子。正如将关于图2所解释的，辅助轴承由于其相对较软的结构(与主轴承相比)而具有较低的载荷能力，这导致该轴承是“假轴承”。假轴承在高载荷条件下承受很少的载荷或不承受载荷，但在推力交叉条件下有助于承受载荷。图2和图3的轴承组件提供了辅助轴承***，该***为载荷反向条件创建主动轴向载荷路径，包括主动控制***，以避免由于轴承可变性而导致的NSV、BRS和模态不稳定性，以及用于主载荷路径故障的辅助保持***。
术语“弹簧”用于描述图2和图3的实施例，以便于描述。然而，如从以下公开内容中将理解的，弹簧可以是允许其选择性压缩和延伸的任何偏压构件或偏压装置。例如，偏压构件可以是弹簧、温度相关(例如，高α材料或低α材料)材料、应变相关材料、形状记忆合金、电磁体、气动装置、液压装置等。高α材料是指与轴承组件的其余特征相比具有相对高的热膨胀系数的材料，而低α材料是指与轴承组件的其余特征相比具有相对低的热膨胀系数的材料。
图2示出了轴承组件100的示例性实施例。如上所述，轴承组件100可以是关于图1描述的轴承组件80中的任一个。因此，图2中相似的附图标记与图1中相似的附图标记一致。轴承组件100可以支撑轴82的旋转，轴82可以是HP轴34。尽管如上所述，轴承组件100可以是图1的轴承组件80中的另一个，因此，轴82可以是LP轴36。
轴承组件100可包括以平行轴承支撑布置连接的第一轴承102和第二轴承104。第一轴承102由第一轴承内座圈106、第一轴承外座圈108和第一轴承座110支撑。第一轴承弹簧112位于第一轴承外座圈108的轴向向前的外表面108a和第一轴承座110的轴向向后的外表面110a之间。第一轴承锁紧螺母114将第一轴承外座圈108和第一轴承弹簧112固定至第一轴承座110。第二轴承104由第二轴承内座圈116、第二轴承外座圈118和第二轴承座120支撑。第二轴承弹簧122位于第二轴承外座圈118的轴向向后的外表面118a和第二轴承座120的轴向向前的外表面120a之间。第二轴承锁紧螺母124将第二轴承外座圈118和第二轴承弹簧122固定至第二轴承座120。因此，如图2所示，第一轴承座110和第二轴承座120并联地联接至轴82，使得第一轴承102和第二轴承104并联连接。第一轴承弹簧112和第二轴承弹簧122在图2中示意性地示出。在一些示例中，弹簧可以是材料块或者可以是螺旋弹簧，例如关于图4A和4B所示和描述的。
如图2所示，轴向向后的外表面110a位于第一轴承座110的径向向内延伸部分111上。径向向内延伸部分111从第一轴承座110的大致环形部分113朝向中心线轴线12(图1)径向向内延伸。轴向向前的外表面120a位于第二轴承座120的径向向内延伸部分121上。径向向内延伸部分121从第二轴承座120的大致环形部分123朝向中心线轴线12(图1)径向向内延伸。
第一轴承座110具有小于第二轴承座120的第二轴承座刚度K2的第一轴承座刚度Kl。因此，相对于第二轴承座120，第一轴承座110更软。换句话说，第二轴承座120为轴82提供比第一轴承座110更大的径向刚度支撑。第一轴承座刚度Kl可以比第二轴承座刚度K2小百分之十和百分之五十之间，包括端点。
第一轴承弹簧112具有小于第二轴承弹簧122的第二轴承弹簧刚度KS2的第一轴承弹簧刚度KSl。因此，相对于第二轴承弹簧122，第一轴承弹簧112更软。换句话说，第二轴承弹簧122为轴82提供比第一轴承弹簧112更大的轴向刚度支撑。第一轴承弹簧刚度KSl可以比第二轴承弹簧刚度KS2小百分之十和百分之五十之间，包括端点。
由于第一轴承座110和第一轴承弹簧112比第二轴承座120和第二轴承弹簧122更软并且刚性更小，所以第二轴承104用作“主轴承”，并且第一轴承102用作“假轴承”。也就是说，在发动机的高载荷条件(例如，高于约百分之十的推力)期间，第二轴承104在向前推力和向后推力发动机操作条件期间支撑旋转轴82的大部分载荷(例如，大于百分之五十，在一些示例中，约百分之八十至约百分之九十五)或全载荷(即双向支持)，而第一轴承102在这些发动机条件期间支撑很少的载荷(例如，约百分之五至约百分之20)到不支撑载荷。第一轴承102在推力交叉条件期间支撑旋转轴82的载荷。也就是说，在低推力条件期间和/或在向前推力切换到向后推力的交叉期间，反之亦然，第一轴承102可以与第二轴承104一起支撑轴82的旋转载荷。在一些示例中，在推力交叉条件或低推力条件期间，第一轴承102支撑大部分载荷(例如，大于百分之五十，在一些示例中，约百分之八十至约百分之一百)，而第二轴承104支撑很少的载荷(例如，约百分之零至约百分之二十)。低推力和/或推力交叉条件可以被定义为从百分之十的向前推力到百分之十的向后推力，包括端点。在这种条件期间(例如，低推力或推力反向条件)，假轴承(即，第一轴承102)提供支撑转子(即，轴82)的轴向刚度(由于第一轴承弹簧112)和径向刚度(由于第一轴承座110)。
图3的轴承组件提供了较小的辅助串联连接的轴承支撑件，其具有相对于主轴承更软的安装***。主轴承支撑转子推力(双向)。在低推力或推力反向条件期间，假轴承提供额外的轴向和径向刚度来支撑转子。正如将关于图3所解释的，辅助轴承由于其相对较软的结构(与主轴承相比)而具有较低的载荷能力，这导致该轴承是“假轴承”。假轴承在高载荷条件期间承受很少的载荷或不承受载荷，但在推力交叉条件下有助于承受载荷。图2的轴承组件提供了辅助轴承***，该***为载荷反向条件创建主动轴向载荷路径，包括主动控制***，以避免由于轴承可变性而导致的NSV、BRS和模态不稳定性；以及用于主载荷路径故障的辅助保持***。
图3示出了轴承组件200的示例性实施例。如上所述，轴承组件200可以是关于图1描述的轴承组件80中的任一个。因此，图3中相似的附图标记与图1中相似的附图标记一致。轴承组件200可以支撑轴82的旋转，轴82可以是HP轴34。尽管如上所述，轴承组件200可以是图1的轴承组件80中的另一个，因此，轴82可以是LP轴36。
轴承组件200可包括以串联轴承支撑布置连接的第一轴承202和第二轴承204。第一轴承202由第一轴承内座圈206、第一轴承外座圈208和第一轴承座210支撑。第一轴承弹簧212位于第一轴承外座圈208的轴向向后的外表面208a和第一轴承座210的轴向向前的外表面210a之间。第一轴承锁紧螺母214将第一轴承外座圈208和第一轴承弹簧212固定至第一轴承座210。第二轴承204由第二轴承内座圈216、第二轴承外座圈218和第二轴承座220支撑。第二轴承弹簧222位于第二轴承外座圈218的轴向向前的外表面218a和第二轴承座220的轴向向后的外表面220a之间。第二轴承锁紧螺母224将第二轴承外座圈218和第二轴承弹簧222固定至第二轴承座220。因此，如图3所示，第一轴承座210和第二轴承座220串联联接至轴82，使得第一轴承202和第二轴承204串联连接。也就是说，第一轴承座210从第二轴承座220延伸。第一轴承弹簧212和第二轴承弹簧222在图3中示意性地示出。在一些示例中，弹簧可以是材料块或者可以是螺旋弹簧，例如关于图4A和4B所示和所描述的。
如图3所示，轴向向前的外表面210a位于第一轴承座210的径向向内延伸部分211上。径向向内延伸部分211从第一轴承座210的大致环形部分213朝向中心线轴线12(图1)径向向内延伸。轴向向前的外表面220a位于第二轴承座220的径向向内延伸部分221上。径向向内延伸部分221从第二轴承座220的大致环形部分223朝向中心线轴线12(图1)径向向内延伸。阻尼器84可设置在环形部分213周围。阻尼器减少振动并阻尼转子以帮助减轻振动。
第一轴承座210具有小于第二轴承座220的第二轴承座刚度K2的第一轴承座刚度Kl。因此，相对于第二轴承座220，第一轴承座210更软。换句话说，第二轴承座220为轴82提供比第一轴承座210更大的径向刚度支撑。第一轴承座刚度K1可以比第二轴承座刚度K2小百分之十和百分之五十之间，包括端点。
第一轴承弹簧212具有小于第二轴承弹簧222的第二轴承弹簧刚度KS2的第一轴承弹簧刚度KSl。因此，相对于第二轴承弹簧222，第一轴承弹簧212更软。换句话说，第二轴承弹簧222为轴82提供比第一轴承弹簧212更大的轴向刚度支撑。第一轴承弹簧刚度KSl可以比第二轴承弹簧刚度KS2小百分之十和百分之五十之间，包括端点。
由于第一轴承座210和第一轴承弹簧212比第二轴承座220和第二轴承弹簧222更软并且刚性更小，所以第二轴承204用作“主轴承”并且第一轴承202用作“假轴承”。也就是说，在燃气涡轮发动机10的正常操作期间，第二轴承204在向前推力和向后推力发动机操作条件期间支撑旋转轴82的大部分载荷(例如，大于百分之五十，在一些示例中，约百分之八十至约百分之九十五)或全载荷(即双向支持)，而第一轴承202在这些发动机条件期间支撑很少的载荷(例如，约百分之五至约百分之二十)或不支撑载荷。第一轴承202在推力交叉条件期间支撑旋转轴82的载荷。也就是说，在低推力条件期间和/或在向前推力切换到向后推力的交叉期间，反之亦然，第一轴承202可以支撑轴82的旋转载荷。例如，在推力交叉条件或低推力条件期间，第一轴承202支撑大部分载荷(例如，大于百分之五十，在一些示例中，约百分之八十至约百分之一百)，而第二轴承204支撑很少的载荷(例如，约百分之零至约百分之二十)。低推力和/或推力交叉条件可以被定义为从百分之十的向前推力到百分之十的向后推力，包括端点。在这种条件期间(例如，低推力或推力反向条件)，假轴承(即，第一轴承202)提供支撑转子(即，轴82)的轴向刚度(由于第一轴承弹簧212)和径向刚度(由于第一轴承座210)。
图4A和4B分别示出示例性弹簧300a和300b。弹簧300a或弹簧300b可用于第一轴承弹簧112、第二轴承弹簧122、第一轴承弹簧212或第二轴承弹簧222中的任一个或全部、或任何组合。弹簧300a是具有平端(plain end)的弹簧。弹簧300b是具有垫片端的弹簧。在一些示例中，第一轴承弹簧112、第二轴承弹簧122、第一轴承弹簧212或第二轴承弹簧222中的任一个或全部、或其任何组合可以是材料块或材料区段。该材料可以是基于应变的形状记忆合金(例如，载荷相关的可变刚度)或基于温度的形状记忆合金(例如，热相关的可变刚度，例如但不限于，高α材料或低α材料)或其任意组合。轴承中的弹簧可以相同或可以不同，并且当不同时，可以设想上述弹簧的任意组合。例如，第一轴承弹簧112可以与第二轴承弹簧122不同。在另一示例中，第一轴承弹簧112与第二轴承弹簧122相同。无论使用何种类型的弹簧，应当理解，可以改变弹簧刚度以适应上述公开。
图5和图6示出了用于基于旋转轴82的推力条件来控制前述轴承上的载荷的示例性控制***。图5表示主动控制***。图6示出了被动控制***。两个控制***的特征可以在图5和6之间互换，使得控制的一些方面是主动的而一些方面是被动的。所采用的控制***的类型可以基于轴承组件中所采用的弹簧的类型。例如，当弹簧是形状记忆合金、温度相关材料和/或应变相关材料时，可能需要主动控制来激活弹簧并接合适当的轴承以支撑旋转轴的载荷。
在图5和图6的***中，第一轴承、第一轴承弹簧、第一轴承座刚度、第一轴承弹簧刚度、第一轴承组件等代表假轴承和相关部件(例如，关于图2描述的第一轴承102和关于图3描述的第一轴承202，以及相关部件)。第二轴承、第二轴承弹簧、第二轴承座刚度、第二轴承弹簧刚度、第二轴承组件等代表主轴承和相关部件(例如，关于图2描述的第二轴承104和关于图3描述的第三轴承204，以及相关部件)。关于图5和图6描述的转子代表关于图2和图3描述的旋转轴82。
图5示出了示例性主动控制***400。示例性主动控制***400示出了假轴承(例如，关于图2描述的第一轴承102和关于图3描述的第一轴承202)的操作和控制。燃气涡轮发动机10(图1)具有转子(例如旋转轴82)的三种操作条件，其中假轴承受到控制。当燃气涡轮发动机10以大于约百分之十的向前推力操作时的第一操作条件402、当燃气涡轮发动机10以介于约百分之十的向后推力和百分之十的向前推力之间(包括端点)的推力交叉条件操作时的第二操作条件404、以及当燃气涡轮发动机10以大于约百分之十的向后推力操作时的第三操作条件406。
参考图5，在第一操作条件402期间，并且如框408处所示，转子处于向前推力条件。即，转子的向前推力Tfwd大于转子的向后推力Taft。在这种条件下，向前方向的推力大于约百分之十的全推力。因为，如框410处所示，第二轴承弹簧的刚度KS2大于第一轴承弹簧的刚度KS1(对于关于图2和图3描述的两个示例都是如此)，第二轴承被加载比第一轴承的载荷更大的载荷。如框412处所示，第二轴承被加载由旋转轴所呈现的旋转载荷的约百分之八十至约百分之九十五(包括端点)。第一轴承被加载由旋转轴所呈现的旋转载荷的约百分之五至约百分之二十(包括端点)。在一些示例中，第二轴承支撑旋转轴的全载荷，而第一轴承不支撑载荷。因此，主轴承现在支撑旋转轴的大部分载荷或全载荷。
继续参考图5，在第二操作条件404期间，并且如框414所示，转子处于交叉推力条件。即转子的向前推力Tfwd是转子的向后推力Taft的百分之十。在这种条件下，假轴承(也称为第一轴承)将代替主轴承(也称为第二轴承)或与主轴承一起支撑旋转轴的载荷。例如，假轴承可以支撑大部分载荷(例如，超过百分之五十的载荷)，并且在一些示例中，可以支撑约百分之八十和约百分之一百之间的载荷，而主轴承支撑比假轴承更少的载荷(例如，约百分之零至约百分之二十)。为了使假轴承承担载荷，在框416中激活主轴承弹簧。在当第二弹簧由温度相关材料(例如，形状记忆合金)形成时的情况下，加热第二弹簧以降低第二弹簧的刚度，如框418所示。尽管如前所述，第二弹簧可以由其他材料形成，并且因此可以以与框418所示不同的方式被激活。例如，弹簧可以由高α材料形成，当加热时，该材料生长以接触外座圈，从而使轴承***。
一旦第二弹簧被激活，在这种情况下，通过软化第二弹簧，第二弹簧的刚度减小。在一些示例中，如框420处所示，第二弹簧的刚度可以与第一弹簧的刚度大约相同。第一弹簧承受载荷的能力增加，辅助承受转子的载荷。也就是说，如框422处所示，在第一轴承开始被加载的同时，第二轴承开始卸载。这是由于第一弹簧承受载荷的能力增加。换句话说，并且如框424处所示，当存在从向前推力到向后推力的推力交叉(反之亦然)时，存在从第二轴承到第一轴承的轴承载荷交叉。此时，如框426处所示，第二轴承被加载由旋转轴所呈现的载荷的约百分之零到约百分之二十(包括端点)。第一轴承被加载由旋转轴所呈现的旋转载荷的约百分之八十到约百分之一百(包括端点)。因此，假轴承现在支撑旋转轴的大部分载荷或全载荷。
在第三操作条件406期间，并且如框428所示，转子处于向后推力条件。即转子的向后推力Taft大于转子的向前推力Tfwd。在这种条件下，向后方向的推力大于约百分之十的全推力。在这种条件下，主轴承(也称为第二轴承)将承受旋转轴的载荷，而不是假轴承(也称为第一轴承)，该假轴承在交叉条件下承受载荷。为了使主轴承再次承担载荷，在框430中激活假轴承弹簧。在当第一弹簧由温度相关材料(例如，形状记忆合金)形成时的情况下，第一弹簧被冷却以增加第一弹簧的刚度，如框432中所示。尽管如此，如前所述，第一弹簧可以由其他材料形成，并且因此可以以与框432处所示不同的方式激活。一旦第一弹簧被激活，第一弹簧的刚度就增加。在一些示例中，如框434处所示，第一弹簧的刚度大于第二弹簧的刚度。增加了第一弹簧承受载荷的能力。也就是说，如框436处所示，第二轴承开始再次被加载并且轴承一起分担更高的载荷。如框436处所示，第二轴承被加载由旋转轴所呈现的旋转载荷的约百分之八十到约百分之九十五(包括端点)。第一轴承被加载由旋转轴所呈现的旋转载荷的约百分之五到约百分之二十(包括端点)。在一些示例中，第二轴承支撑旋转轴的全载荷，并且第一轴承不支撑载荷。因此，主轴承现在支撑旋转轴的大部分载荷或全载荷。
图6示出了示例性被动控制***500。控制***500示出了假轴承(例如，关于图2描述的第一轴承102和关于图3描述的第一轴承202)的操作和控制。燃气涡轮发动机10(图1)具有转子(例如，旋转轴82)的三种操作条件，其中假轴承受到控制。这三种操作条件是当燃气涡轮发动机10以大于约百分之十的向前推力操作时的第一操作条件502、当燃气涡轮发动机10以介于约百分之十的向后推力和百分之十的向前推力(包括端点)之间的推力交叉条件操作时的第二操作条件504、以及当燃气涡轮发动机10以大于约百分之十的向后推力操作时的第三操作条件506。
参考图6，在第一操作条件502期间，并且如框508处所示，转子处于向前推力条件。即，转子的向前推力Tfwd大于转子的向后推力Taft。在这种条件下，向前方向的推力大于大约百分之十的全推力。因为，如框510处所示，第二轴承弹簧的刚度KS2大于第一轴承弹簧的刚度KS1(对于关于图2和图3描述的两个示例都是如此)，第二轴承被加载比第一轴承的载荷更大的载荷。如框512处所示，第二轴承被加载由旋转轴所呈现的旋转载荷的约百分之八十到约百分之九十五(包括端点)。第一轴承被加载由旋转轴所呈现的旋转载荷的约百分之五到约百分之二十(包括端点)。在一些示例中，第二轴承支撑旋转轴的全载荷，而第一轴承不支撑载荷。因此，主轴承现在支撑旋转轴的大部分载荷或全载荷。
继续参考图6，在第二操作条件504期间，并且如框514所示，转子处于交叉推力条件。即转子的向前推力Tfwd是转子的向后推力Taft的百分之十。在这种条件下，假轴承(也称为第一轴承)将代替主轴承(也称为第二轴承)承受旋转轴的载荷。为了使假轴承承担载荷，在框516中激活主轴承弹簧。与示例性主动控制***400相比，主轴承弹簧的激活是被动的。也就是说，不需要施加外力来激活弹簧。例如，轴承上载荷的减少可能会激活弹簧。弹簧仍可以是温度相关材料或应变相关材料，但是在被动情况下，发动机环境的自然条件激活弹簧。一旦第二弹簧被激活，在这种情况下，通过软化第二弹簧，第二弹簧的刚度减小。在一些示例中，如框518处所示，第二弹簧的刚度可以与第一弹簧的刚度大约相同。第一弹簧承受载荷的能力增加，辅助承受转子的载荷。即，如框520处所示，在第一轴承开始被加载的同时，第二轴承开始卸载。这是由于第一弹簧承受载荷的能力增加。换句话说，并且如框522处所示，当存在从向前推力到向后推力的推力交叉(反之亦然)时，存在从第二轴承到第一轴承的轴承载荷交叉。此时，如框524处所示，第二轴承被加载由旋转轴所呈现的载荷的约百分之零到约百分之二十(包括端点)。第一轴承被加载由旋转轴所呈现的旋转载荷的约百分之八十到约百分之一百(包括端点)。因此，假轴承现在支撑旋转轴的大部分载荷或全载荷。
在第三操作条件506期间，并且如框526所示，转子处于向后推力条件。即转子的向后推力Taft大于转子的向前推力Tfwd。在这种条件下，向后方向的推力大于约百分之十的全推力。在这种条件下，主轴承(也称为第二轴承)将承受旋转轴的载荷，而不是假轴承(也称为第一轴承)，该假轴承在交叉条件下承受载荷。为了使主轴承再次承担载荷，在框528中激活假轴承弹簧。一旦第一弹簧被激活，第一弹簧的刚度就增加。在一些示例中，如框530处所示，第一弹簧的刚度大于第二弹簧的刚度。增加了第一弹簧承受载荷的能力。也就是说，如框532处所示，第二个轴承开始再次被加载，并且轴承分担更高的载荷。如框532处所示，第二轴承被加载由旋转轴所呈现的旋转载荷的约百分之八十至约百分之九十五(包括端点)。第一轴承被加载由旋转轴所呈现的旋转载荷的约百分之五到大约百分之二十(包括端点)。在一些示例中，第二轴承支撑旋转轴的全载荷，而第一轴承不支撑载荷。因此，主轴承现在支撑旋转轴的大部分载荷或全载荷。
尽管图5和图6描述了在推力交叉条件下激活第二弹簧，替代地或附加地，可以激活第一弹簧。也就是说，例如，代替软化第二弹簧或除了软化第二弹簧之外，第一弹簧可被强化至第一弹簧比第二弹簧更刚性的点，以允许第一弹簧比第二弹簧承受更多的载荷。同样，在大于百分之十的向后推力条件下，代替激活第一弹簧或除了激活第一弹簧之外，可以激活第二弹簧。
图7和图8示出了具有轴承组件以支撑转子的旋转载荷的示例性发动机。在图7和图8的示例中，作为轴承组件100或轴承组件200的替代，发动机可包括具有小型双轴承的轴承或具有轴向预载弹簧的四点接触轴承的轴承。在图7和图8的示例中，HP转子***与LP转子***速度的比率在二和十之间。后滚子轴承支撑刚度与前滚珠和滚子轴承的总刚度的比率在约二和约十之间，包括端点。图7和图8的轴承组件在推力交叉条件和低推力条件下支撑旋转轴，以最小化或减轻轴中呈现出的振动。
图7示出了具有中心线轴线12的示例性发动机600。发动机600具有高压(HP)转子***602和低压(LP)转子***604。发动机600包括风扇转子642、齿轮箱646和低压涡轮转子630。HP转子***602和LP转子***604可以包括关于图1描述的特征。HP转子***602可以包括由轴承组件605支撑的高压(HP)轴603。轴承组件605包括第一轴承组件606、第二轴承组件608和第三轴承组件610。
如图7所示，第一轴承组件606可包括一个或多个滚珠轴承607。第二轴承组件605可包括一个或多个滚子轴承609。一个或多个滚珠轴承607可在径向方向上是刚性的，并且因此不受轴向推力的影响。在一些示例中，第二轴承组件605不包括挤压油膜阻尼器。第一轴承组件606和第二轴承组件608可包括单个轴承座。即，例如，一个或多个滚珠轴承607和一个或多个滚子轴承609可以由同一轴承座支撑。尽管第一轴承组件606和第二轴承组件608共享相同的轴承座，但是相应的一个或多个滚珠轴承607和一个或多个滚子轴承609中的每一个可以具有单独的外座圈和内座圈以支撑轴承(例如，如图2和3所示和所述)。第三轴承组件610可包括一个或多个滚子轴承611。
图8示出了具有中心线轴线12的示例性发动机700。发动机700具有高压(HP)转子***702和低压(LP)转子***704。发动机700包括风扇转子742、齿轮箱746和低压涡轮转子730。HP转子***702和LP转子***704可以包括关于图1描述的特征。HP转子***702可以包括由轴承组件705支撑的高压(HP)轴703。轴承组件705包括第一轴承组件706、第二轴承组件708和第三轴承组件710。
如图8所示，第一轴承组件706可包括一个或多个滚珠轴承707。第二轴承组件708可包括一个或多个滚珠轴承709。第一轴承组件706和第二轴承组件708一起形成为单个整体轴承组件。也就是说，第一轴承组件706和第二轴承组件708共享单个轴承座713、单个外轴承座圈715和单个轴承内座圈717。在一些示例中，没有为轴承座713提供挤压油膜阻尼器。第三轴承组件710可包括一个或多个滚子轴承711。
图9和图10示出了示例性轴承组件，其可用于图8的轴承组件705中以支撑旋转轴703的载荷。在图9的方面中，轴承组件包括滚子轴承，而在图10的方面中，如在图8的方面中，轴承组件包括滚珠轴承。
图9示出了轴承组件800，其可以是图8方面的轴承组件705。在图9中，轴承组件800由第一轴承组件806和第二轴承组件808形成。第一轴承组件806包括一个或多个第一滚子轴承807。第二轴承组件808包括一个或多个第二滚子轴承809。类似于图8的方面，第一轴承组件806和第二轴承组件808共享相同的外座圈815和内座圈817。第一轴承组件806和第二轴承组件808也共享相同的轴承座813。内座圈817包括凹槽812，凹槽812接收一个或多个第一滚子轴承807和一个或多个第二滚子轴承809。凹槽812可以包括第一滚子轴承807搁置在其上的第一成角度表面814和第二滚子轴承809搁置在其上的第二成角度表面816。表面的角度可以与一个或多个第一滚子轴承807和一个或多个第二滚子轴承809的外表面匹配、一致或以其他方式对准。
图10示出了轴承组件900，其可以是图8方面的轴承组件705。在图10的方面中，轴承组件900由第一轴承组件906和第二轴承组件908形成。第一轴承组件906包括一个或多个第一滚珠轴承907。第二轴承组件908包括一个或多个第二滚珠轴承909。类似于图8的方面，第一轴承组件906和第二轴承组件908共享相同的外座圈915和内座圈917。第一轴承组件906和第二轴承组件908也共享相同的轴承座913。内座圈917包括凹槽912，凹槽912接收一个或多个第一滚珠轴承907和一个或多个第二滚珠轴承909。凹槽912可以包括第一滚珠轴承907搁置在其上的第一弯曲表面914和第二滚珠轴承909搁置在其上的第二弯曲表面916。表面的曲率可以与一个或多个第一滚珠轴承907和一个或多个第二滚珠轴承909的外表面匹配、一致或以其他方式对准。
在一些示例中，例如关于图7和图8描述的示例，低压转子***具有通过总齿轮比大于1.5的齿轮箱连接的风扇转子和LP转子。高压转子和轴承***通过框架与LP/HP转子和齿轮箱***连接。HP转子的速度与LP转子的速度之比率在二至十之间。对于HP转子的前端处的滚珠和滚子轴承组合***，滚子轴承支撑***的刚度比滚珠轴承***支撑刚度大1.5倍至5倍。后滚子轴承支撑刚度与组合滚珠/滚子支撑刚度的总刚度的比率应大于4。
前述公开的轴承组件用于解决轴承中的推力交叉条件。即，轴承通常在向前方向上被加载。在某些情况下，由于泄漏或其他原因，如前所述，载荷方向改变为向后方向。在空载或极低载荷条件期间(例如，推力从向前到向后切换的点)，轴承可能没有径向刚度或表现出低径向刚度，这导致旋转轴的高振动。上述公开的轴承组件通过在推力交叉条件期间用支撑旋转轴的假轴承来补充刚度来解决这个问题。
在前述公开的轴承组件中，主轴承可以是比辅助轴承或假轴承更大的轴承。在高载荷或高推力条件期间，较大的主轴承始终承受载荷。在交叉或向后推力条件期间，较小的辅助轴承会增加承受在向后方向上的载荷的阻力。在轴承组件串联安装的示例中，较小的轴承依赖于较大的轴承。在轴承组件并联安装的示例中，较小的轴承独立于较大的轴承。
因此，本公开的轴承组件在低推力条件期间提供轴向刚度以减轻、减少或消除高N2振动、NSV和涡动不稳定性。此外，本公开的轴承组件改善了转子的起飞重量，否则可能导致发动机中的高度不平衡。本公开提供了一种有效的方式来控制高压转子的独特发动机振动、NSV、涡动、不平衡响应，并且减少由于齿轮传动低压转子的多个速度而导致的低压到高压转子***的振动影响。这可以延长转子的飞行时间并提高生产率。
进一步的方面由以下条项的主题提供。
一种燃气涡轮发动机，包括旋转轴和轴承组件。所述轴承组件配置成支撑所述旋转轴，所述轴承组件具有第一轴承和第二轴承，所述第一轴承配置成当所述旋转轴的向前推力大于百分之十时支撑所述旋转轴的轴向载荷，并且所述第二轴承配置成当所述旋转轴的推力在百分之十的向前推力和百分之十的向后推力(包括端点)之间时支撑所述旋转轴的所述轴向载荷。
根据前项所述的燃气涡轮发动机，所述旋转轴是高压轴。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，所述第一轴承和所述第二轴承并联连接。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，所述第一轴承和所述第二轴承串联连接。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，所述第一轴承是滚珠轴承，并且所述第二轴承是滚子轴承。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，所述第一轴承和所述第二轴承均是共享内座圈和外座圈的滚珠轴承。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，所述第一轴承和所述第二轴承均是共享内座圈和外座圈的滚子轴承。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，所述第一轴承由第一轴承座、第一轴承内座圈和第一轴承外座圈支撑，并且所述第二轴承由第二轴承座、第二轴承内座圈和第二轴承外座圈支撑。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括第一轴承偏压构件，所述第一轴承偏压构件位于所述第一轴承外座圈的轴向向前的外表面和所述第一轴承座的轴向向后的外表面之间。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，所述轴向向后的外表面位于所述第一轴承座的径向向内延伸部分上。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括第一轴承偏压构件，所述第一轴承偏压构件位于所述第一轴承外座圈的轴向向后的外表面和所述第一轴承座的轴向向前的外表面之间。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，所述轴向向前的外表面位于所述第一轴承座的径向向内延伸部分上。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括第二轴承偏压构件，所述第二轴承偏压构件位于所述第二轴承外座圈的轴向向后的外表面和所述第二轴承座的轴向向前的外表面之间。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，所述轴向向前的外表面位于所述第二轴承座的径向向内延伸部分上。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括第二轴承偏压构件，所述第二轴承偏压构件位于所述第二轴承外座圈的轴向向前的外表面和所述第二轴承座的轴向向后的外表面之间。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，所述轴向向后的外表面位于所述第二轴承座的径向向内延伸部分上。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括联接到所述第一轴承的第一轴承偏压构件和联接到所述第二轴承的第二轴承偏压构件，所述第一轴承偏压构件具有比所述第二轴承偏压构件的刚度小百分之十到百分之五十的刚度。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括第一轴承座和第二轴承座，所述第一轴承偏压构件联接在所述第一轴承的外座圈和所述第一轴承座之间，并且所述第二轴承偏压构件联接在所述第二轴承的外座圈和所述第二轴承座之间，并且所述第一轴承座具有比所述第二轴承座的刚度小百分之十到百分之五十的刚度。
根据任一前述条项所述的燃气涡轮发动机，所述第一轴承偏压构件、所述第二轴承偏压构件或两者是弹簧、低α材料、基于应变的形状记忆合金、高α材料、基于温度的形状记忆合金或其任何组合。
一种控制燃气涡轮发动机中的转子推力载荷的方法，包括旋转所述燃气涡轮发动机的轴以产生向前推力；在所述向前推力期间向主轴承加载来自所述轴的轴向推力载荷；将所述向前推力减少到小于百分之十的向前推力，以产生推力交叉；和在所述推力交叉期间向辅助轴承加载来自所述轴的所述轴向推力载荷，所述主轴承在所述向前推力期间支撑大部分轴向推力载荷，并且所述辅助轴承在所述推力交叉期间支撑大部分轴向推力载荷。
根据任一前述条项所述的方法，所述辅助轴承在所述推力交叉期间被激活以支撑所述轴向推力载荷。
根据任一前述条项所述的方法，激活包括加热联接到所述主轴承的弹簧以减小所述弹簧的刚度。
根据任一前述条项所述的方法，在所述向前推力期间，所述主轴承支撑所述轴向推力载荷的百分之八十到百分之九十五，在所述推力交叉期间，所述主轴承支撑所述轴向推力载荷的百分之零到百分之二十。
根据任一前述条项所述的方法，进一步包括旋转所述燃气涡轮发动机的所述轴以产生向后推力，所述主轴承在所述向后推力期间支撑大部分轴向推力载荷。
根据任一前述条项所述的方法，所述主轴承在所述向后推力期间被激活以支撑所述轴向推力载荷。
尽管前面的描述针对本公开的优选实施例，但是对于本领域的技术人员来说，其他变化和修改将是显而易见的，并且可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下做出其他变化和修改。此外，结合本公开的一个实施例描述的特征可以结合其他实施例使用，即使上面没有明确说明。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括：
旋转轴；和
轴承组件，所述轴承组件配置成支撑所述旋转轴，所述轴承组件具有第一轴承和第二轴承，其中所述第一轴承配置成当所述旋转轴的向前推力大于百分之十时支撑所述旋转轴的轴向载荷，并且其中所述第二轴承配置成当所述旋转轴的推力在百分之十的向前推力和百分之十的向后推力之间时(包括端点)支撑所述旋转轴的所述轴向载荷。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述旋转轴是高压转子***中的轴。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述第一轴承和所述第二轴承并联连接。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述第一轴承和所述第二轴承串联连接。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述第一轴承是滚珠轴承，并且所述第二轴承是滚子轴承。
6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述第一轴承和所述第二轴承均是共享内座圈和外座圈的滚珠轴承。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述第一轴承和所述第二轴承均是共享内座圈和外座圈的滚子轴承。
8.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述第一轴承的刚度在所述第二轴承的两倍和十倍之间。
9.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述第一轴承由第一轴承座、第一轴承内座圈和第一轴承外座圈支撑，并且所述第二轴承由第二轴承座、第二轴承内座圈和第二轴承外座圈支撑。
10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括第一轴承偏压构件，所述第一轴承偏压构件位于所述第一轴承外座圈的轴向向前的外表面和所述第一轴承座的轴向向后的外表面之间。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3994541A (en) 1975-10-03 1976-11-30 Carrier Corporation Bearing assembly
US8118570B2 (en) 2007-10-31 2012-02-21 Honeywell International Inc. Anisotropic bearing supports for turbochargers
FR2951232B1 (fr) 2009-10-08 2017-06-09 Snecma Dispositif de centrage et de guidage en rotation d'un arbre de turbomachine
US8727632B2 (en) 2011-11-01 2014-05-20 General Electric Company Bearing support apparatus for a gas turbine engine
US20150345426A1 (en) 2012-01-31 2015-12-03 United Technologies Corporation Geared turbofan gas turbine engine architecture
US9500100B2 (en) 2012-04-25 2016-11-22 General Electric Company Apparatus and method for assembling a damper bearing assembly
EP2900937B1 (en) 2012-09-25 2019-09-25 United Technologies Corporation Turbomachine bearing support structure
EP2954220A4 (en) * 2013-02-06 2016-06-29 United Technologies Corp HYBRID DUPLEX BALL BEARING ASSEMBLY
EP2792884A1 (en) * 2013-04-19 2014-10-22 Sulzer Pumpen AG A centrifugal pump with four-point contact ball bearing
GB201421880D0 (en) * 2014-12-09 2015-01-21 Rolls Royce Plc Bearing structure
US9932986B2 (en) * 2016-08-05 2018-04-03 United Technologies Corporation Variable preloaded duplex thrust bearing system for a geared turbofan engine
JP6839565B2 (ja) 2017-02-24 2021-03-10 本田技研工業株式会社 スクイズフィルムダンパベアリング装置
US10655499B2 (en) * 2017-12-21 2020-05-19 United Technologies Corporation Flexible preloaded ball bearing assembly
US10480572B2 (en) 2018-04-18 2019-11-19 United Technologies Corporation Bearing centering spring and damper
US10823002B2 (en) 2018-05-15 2020-11-03 General Electric Company Variable stiffness static structure
US10823003B2 (en) 2018-05-25 2020-11-03 General Electric Company System and method for mitigating undesired vibrations at a turbo machine
US11021994B2 (en) * 2019-11-01 2021-06-01 Pratt & Whitney Canada Corp. Flanged integral piston bearing
US11326473B2 (en) 2019-12-18 2022-05-10 Borgwarner Inc. Bearing assembly and turbocharger including the bearing assembly
FR3127024B1 (fr) 2021-09-10 2024-03-08 Safran Aircraft Engines Souplesses dans une turbomachine à réducteur
FR3127025B1 (fr) 2021-09-10 2024-03-08 Safran Aircraft Engines Souplesses dans une turbomachine à réducteur
US12025017B2 (en) * 2022-02-02 2024-07-02 Pratt & Whitney Canada Corp. Loaded bearing system

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