[發明專利]轉子推力平衡的渦輪發動機

有效

• 申請號: 201810067426.7
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108374721B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: T.O.莫尼斯;J.D.克萊門茨
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/04
• 分類號: F02C7/04;F02C7/28;F01D5/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

本公開涉及轉子推力平衡的渦輪發動機，其可在管理風扇組件與渦輪轉子組件之間的低壓(LP)轉軸中的推力不匹配或不平衡的同時提高發動機性能和效率。燃氣渦輪發動機限定徑向方向、縱向方向和周向方向、沿縱向方向的上游端部和下游端部，及沿縱向方向延伸的軸向中心線，且包括渦輪轉子組件和渦輪框架。渦輪轉子組件限定各自從軸向中心線延伸的第一和第二流路半徑。第一流路半徑設置在渦輪轉子組件的上游端部處，且其中第二流路半徑設置在渦輪轉子組件的下游端部處。渦輪框架和渦輪轉子組件一起沿徑向方向在渦輪轉子組件內側且與軸向中心線同心地限定密封界面半徑，且其中渦輪轉子組件將第一流路半徑與密封界面半徑的比率限定成小于或等于近似1.79。

技術領域

本主題大體上涉及燃氣渦輪發動機架構。更具體而言，本主題涉及用于燃氣渦輪發動機的渦輪區段。

背景技術

燃氣渦輪發動機大體上包括在燃燒區段下游的渦輪區段，其可與風扇組件一起旋轉，以旋轉和操作燃氣渦輪發動機，以生成推進推力。普通燃氣渦輪發動機設計標準通常包括必須平衡或妥協的沖突的標準，包括提高燃料效率、操作效率和/或功率輸出，同時平衡推力負載且考慮各種構件的結構壽命。

在直接驅動燃氣渦輪發動機中，低壓(LP)渦輪轉子組件和風扇組件各自聯接于LP軸，以限定LP轉軸，而在其間沒有減速齒輪箱(即，渦輪轉子組件和風扇組件以近似相同的旋轉速度旋轉)。普通LP渦輪轉子組件設計標準包括使由推力產生的、在低壓轉軸上的一個或多個推力軸承組件處的負載平衡，該推力由渦輪轉子組件和/或風扇組件生成。因此，常規地，增大的推力輸出(如來自較大的風扇直徑)大體上引起增加的發動機半徑，如較大的LP渦輪轉子半徑。較大的LP渦輪轉子半徑可大體上導致需要更堅固(例如，較大直徑)的軸承組件來補償或平衡推力軸承上的增加的推力負載。較大的推力輸出可進一步導致較大的密封界面直徑，由此增加泄漏，降低效率，且/或降低性能。

因此，需要限定渦輪轉子組件的系統和方法，其可在管理LP轉軸中的推力不匹配的同時提高發動機性能和效率。

發明內容

本發明的方面和優點將在以下描述中部分地闡述，或可從描述而明顯，或可通過本發明的實踐而學習到。

本公開涉及一種轉子推力平衡的渦輪發動機，其可在管理風扇組件與渦輪轉子組件之間的低壓(LP)轉軸中的推力不匹配或不平衡的同時提高發動機性能和效率。燃氣渦輪發動機限定徑向方向、縱向方向和周向方向、沿縱向方向的上游端部和下游端部，以及沿縱向方向延伸的軸向中心線。燃氣渦輪發動機包括渦輪轉子組件和渦輪框架。渦輪轉子組件限定各自從軸向中心線延伸的第一流路半徑和第二流路半徑。第一流路半徑設置在渦輪轉子組件的上游端部處，且其中第二流路半徑設置在渦輪轉子組件的下游端部處。渦輪框架和渦輪轉子組件一起沿徑向方向在渦輪轉子組件內側且與軸向中心線同心地限定密封界面半徑，且其中渦輪轉子組件將第一流路半徑與密封界面半徑的比率限定成小于或等于近似1.79。

在一個實施例中，渦輪轉子組件將第二流路半徑與密封界面半徑的比率限定成小于或等于近似1.74。

在另一實施例中，渦輪轉子組件將第一流路半徑與密封界面半徑的比率的范圍限定成近似1.79到近似1.50。

在又一實施例中，密封界面半徑為近似130mm到近似430mm。

在其他實施例中，渦輪轉子組件將第二流路半徑與密封界面半徑的比率的范圍限定成近似1.74到近似1.50。

在各種實施例中，燃氣渦輪發動機將海平面推力不平衡范圍限定成近似44kN到近似515kN。

在還有各種實施例中，密封界面半徑為近似430mm或更小，且燃氣渦輪發動機將海平面轉子推力不平衡限定成至少近似44kN。在另一實施例中，燃氣渦輪發動機將海平面推力不平衡范圍限定成近似44kN到近似165kN。