CN1654805A - 在前端具有两个风扇的涡轮喷气发动机结构 - Google Patents

在前端具有两个风扇的涡轮喷气发动机结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种涡轮喷气发动机，该涡轮喷气发动机具有低压压缩机(7)和位于中间壳体(2)前侧的两个风扇(3，5)，所述两个风扇由两个独立的轴(4，6)驱动。所述低压压缩机(7)安装在后风扇的(5)下方，并且还具有：转子叶片(14)的下游环(18)，用于将后风扇(5)连接到后风扇(5)的驱动轴(6)上；上游转子叶片环(19)，其连接到前风扇(3)的驱动轴(4)上；以及至少一个定子叶片环(45，46)，其放置在转子叶片环(40)之间并位于外定子(49)内部，其中所述外定子(49)由第二中间壳体(60)支承着。轴承(70，71，80，81)分别设置在两个中间壳体(2，60)和两个轴(5，6)之间。

Description

在前端具有两个风扇的涡轮喷气发动机结构
技术领域
本发明涉及一种高旁通比的三级压缩机旁通涡轮喷气发动机，该涡轮喷气发动机具有位于中间壳体前面的前风扇和后风扇，该中间壳体具有位于旁通空气流中的外结构叶栅和位于主空气流中的内结构叶栅，所述风扇的叶片沿径向向外延伸至风扇壳，该风扇壳从外侧限定了旁通空气流；所述涡轮喷气发动机还具有低压压缩机，用于压缩进入到主空气流用通道中的空气；所述前风扇和后风扇由同轴的两个轴直接且分开地旋转。
背景技术
在现代高功率的高旁通比涡轮喷气发动机中，风扇具有较大的直径，且叶片梢端处的周向速度与风扇的直径和风扇的转动速度成正比。为了获得较高的效率，上述周向速度必须低于声速。在具有单个风扇的传统涡轮喷气发动机中，通过在驱动轴和风扇之间设置减速齿轮传动装置，有可能能够达到上述要求。然而，齿轮传动装置显著地增加了发动机的重量，同时降低了效率。另一项技术是用两个风扇(前风扇和后风扇)来装备涡轮喷气发动机，其中所述风扇组装在中间壳体的前方，且每个风扇由单独的低转速驱动轴来驱动，同时不在中间安装任何的减速齿轮传动装置。每个风扇使用旁通空气的大致一半的推进功率来提供给旁通空气通道中流动的空气。
在具有两个风扇的涡轮喷气发动机中(其中，这两个风扇位于中间壳体的前部，且由所述中间壳体支承)，前风扇具有相当长的悬伸长度，这很大程度上是因为在两个风扇的叶片之间需要有足够的距离以避免产生过大的噪音。
特别在美国专利No.3 861 139和4 860 537中示例说明了现有技术中的情况；所述美国专利描述了在本发明开始部分中所提及到的、具有两个可反向旋转风扇的涡轮喷气发动机；其中，所述风扇连接到具有可反向旋转转子的低压压缩机上，并且内转子由前风扇用的驱动轴驱动，外转子由后风扇用的驱动轴驱动。
本发明的目的是提供一种具有两个风扇的涡轮喷气发动机，并克服与悬伸长度相关的缺陷。
本发明通过以下方式来实现这一目的：所述后风扇的叶片从叶轮延伸至旁通空气流中，所述叶轮经低压压缩机中的转子叶片的下游环连接到驱动轴上；所述低压压缩机还包括至少一个转子叶片的上游环以及位于孔内的外定子，其中所述至少一个转子叶片由前风扇用的驱动轴驱动，且定子叶片的叶栅从所述孔内延伸，所述叶栅交错放置在转子叶片的环之间，所述外定子经第二中间壳体被风扇壳所承载着，所述第二中间壳体具有第二外结构叶栅和第二内结构叶栅，所述第二外结构叶栅位于前风扇的叶片和后风扇的叶片之间的旁通空气流中，且所述第二内结构叶栅位于主空气流中；并且，第一中间壳体通过轴向推力轴承支承着后风扇的转动轴，并通过轴间轴承支承着前风扇的驱动轴；附加轴承也设置在所述第二中间壳体和所述轴之间。
在本发明的第一实施例中，前风扇的驱动轴的推力轴承由第二中间壳体支承，且轴间轴承是滚柱轴承。
在本发明的第二实施例中，轴间轴承是推力轴承，且设置在第二中间壳体和前风扇的驱动轴之间的轴承是滚柱轴承。
设置在第二中间壳体和前风扇的驱动轴之间的轴承，是滚柱轴承。
第一中间壳体还通过推力轴承支承着高压压缩机的驱动轴。
优选地，所述前风扇和后风扇是可反向旋转的风扇。
附图说明
通过阅读以下对示例的说明和参考附图，将展现出本发明的其他特性和优点，其中：
图1是构成本发明第一实施例的涡轮喷气发动机前部分的局部半剖图；以及
图2是构成本发明第二实施例的涡轮喷气发动机前部分的局部半剖图。
具体实施方式
图1和图2是涡轮喷气发动机的前部分1(即位于中间壳体2的前端)沿X方向的局部剖面，所述涡轮喷气发动机包括：由内驱动轴4驱动的前风扇3；由中间驱动轴6驱动的后风扇5，该中间驱动轴6与内驱动轴4同轴且包围内驱动轴4；以及低压压缩机7，该低压压缩机7用于压缩贯穿到主空气流或“主体”空气流(F1)用的通道8内的空气，且沿轴向设置在前风扇3和后风扇5之间。
前风扇3具有叶片10，该叶片10从叶轮11的周边向外延伸至叶片壳12，其中该叶片壳12限定了辅助或“旁通”气流F2用的通道13的外侧。
后风扇5也具有叶片14，该叶片14从叶轮15的周边穿过旁通空气流F2用的通道13向外延伸至风扇壳12。叶轮15沿轴向设置在低压压缩机7的外侧。
前风扇3的叶轮11被锥形体16连接到内驱动轴4上，而后风扇5的叶轮15经低压压缩机7中的转子叶片19的下游环18被锥形体17连接到中间驱动轴6上。
中间壳体2具有位于旁通空气流F2中的外结构叶栅30和位于主空气流(F1)中的内结构叶栅31。外结构叶栅30向外连接在风扇壳12上。环形盒体32放置在外结构叶栅30和内结构叶栅31之间。附图标记33代表推力承受杆，用于将中间壳体2连接到涡轮喷气发动机支承柱上(图中未示)。
除转子叶片19的下游环18之外，低压压缩机7还包括从叶轮42的周边延伸的转子叶片41的上游环40，其中该叶轮42由衬套43连接到锥形体16或叶轮11上；并且，低压压缩机7还包括由中间驱动轴6驱动的转子叶片的中间环44。定子叶片的叶栅47和48交错放置在低压压缩机的转子叶片环之间，所述叶栅沿径向在外定子49的孔内延伸，其中该外定子49在其前端处具有分离梢端50，用来将主空气流F1从旁通空气流F2中分离。
低压压缩机7的外定子49通过第二辅助壳体60被风扇壳12所支承；所述第二辅助壳体60具有第二外结构叶栅61和第二内结构叶栅62，其中第二外结构叶栅61位于前风扇3的叶片10和后风扇5的叶片14之间的旁通空气流F2内，且第二内结构叶栅62设置在主空气流F 1中并环绕环形盒体63。在轴向上，第二内结构叶栅62设置在定子叶片的上游叶栅47和转子叶片的中间环44之间。
下游中间壳体2和第二中间壳体60支承着轴4和6的轴向力和径向力。中间轴6通过推力轴承70被下游中间壳体2支承着，并且通过滚柱轴承71被第二中间壳体60支承着。附图标记72代表推力轴承，其可使中间壳体2支承着高压压缩机74的驱动轴73，其中该高压压缩机74位于下游中间壳体2的后侧。轴间轴承80被放置在内驱动轴4和中间轴6之间，并且大致和中间轴6的推力轴承70相对齐；并且，推力轴承81在滚柱轴承71的下游处被放置在内驱动轴4和第二中间壳体60的盒体63之间。
在第一实施例中，如图1所示，轴间轴承80是滚柱轴承，且轴承81是推力轴承。在本视图中，由第二中间壳体60所承载的前风扇3的轴向力，在被推力承受杆33承受之前，将横贯传递到叶片壳12上。从机械的角度看，上述结构是简单的；但从传递力的角度来看，则是复杂的。
在第二实施例中，如图2所示，轴间轴承80是推力轴承，且轴承81是滚柱轴承。在本视图中，中间轴6承受着前风扇3的轴向力，并将这些轴向力直接传递给下游中间壳体2，其中这些轴向力由中间壳体2内的推力承受杆33所承受。从传递力的角度来看，上述结构是简单的；但考虑到前风扇3的推力轴承80和后风扇5的驱动轴6之间的连接方式，则该结构是复杂的。
风扇3和5两者可以在相同方向上旋转。然而，优选地，这两个风扇3和5可反向地进行旋转，且由具有内转子和外转子的工作涡轮驱动，其中所述内转子和外转子沿轴向交替地设置有转子叶片环。由于没有定子，这种配置方式可同时减少工作涡轮的长度和重量。

Claims (6)

1、一种高旁通比的三级压缩机旁通涡轮喷气发动机，该涡轮喷气发动机具有位于中间壳体(2)前面的前风扇(3)和后风扇(5)，该中间壳体(2)具有位于旁通空气流(F2)中的外结构叶栅(30)和位于主空气流(F1)中的内结构叶栅(31)，所述风扇的叶片(10，14)沿径向向外延伸至风扇壳(12)，该风扇壳从外侧限定了旁通空气流(F2)；所述涡轮喷气发动机还具有低压压缩机(7)，用于压缩进入到主空气流(F1)用通道(8)中的空气；所述前风扇和后风扇由同轴的两个轴(4，6)直接且分开地旋转，
所述涡轮喷气发动机的特征在于：
所述后风扇(5)的叶片(14)从叶轮(15)延伸至旁通空气流(F2)中，所述叶轮(15)经低压压缩机(7)中的转子叶片(19)的下游环(18)连接到驱动轴(6)上；所述低压压缩机还包括至少一个转子叶片(41)的上游环以及位于孔内的外定子(49)，其中所述至少一个转子叶片(41)由前风扇(3)用的驱动轴(4)驱动，且定子叶片的叶栅(47，48)从所述孔内延伸，所述叶栅交错放置在转子叶片的环(41，44，19)之间，所述外定子经第二中间壳体(60)被风扇壳(12)所承载着，所述第二中间壳体(60)具有第二外结构叶栅(61)和第二内结构叶栅(62)，所述第二外结构叶栅(61)位于前风扇(3)的叶片(10)和后风扇(5)的叶片(14)之间的旁通空气流(F2)中，且所述第二内结构叶栅(62)位于主空气流(F1)中；
并且，第一中间壳体(2)通过轴向推力轴承(70)支承着后风扇(5)的转动轴(6)，并通过轴间轴承(80)支承着前风扇的驱动轴(4)；附加轴承(71，81)也设置在所述第二中间壳体(60)和所述轴(4，6)之间。
2、如权利要求1所述的涡轮喷气发动机，其特征在于：
由第二中间壳体(60)所支承的前风扇(3)的驱动轴(4)的轴承(81)是推力轴承，且轴间轴承(80)是滚柱轴承。
3、如权利要求1所述的涡轮喷气发动机，其特征在于：
轴间轴承(80)是推力轴承，且设置在第二中间壳体(60)和前风扇(3)的驱动轴(4)之间的轴承(81)是滚柱轴承。
4、如权利要求2或3所述的涡轮喷气发动机，其特征在于：
设置在第二中间壳体(60)和前风扇(3)的驱动轴(4)之间的轴承(71)是滚柱轴承。
5、如权利要求1-4中任一所述的涡轮喷气发动机，其特征在于：
第一中间壳体(2)还通过推力轴承(72)支承着高压压缩机(74)的驱动轴(73)。
6、如权利要求1-4中任一所述的涡轮喷气发动机，其特征在于：
所述前风扇(3)和后风扇(5)是可反向旋转的风扇。
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