[发明专利]用于燃气涡轮发动机的转子轴结构及其组装方法

说明书

一种用于旋转机器的轴组件，旋转机器包括低压压缩机、高压压缩机、高压涡轮和低压涡轮。轴组件包括构造成将高压压缩机联接到高压涡轮上的外部轴。外部轴包括定位在高压压缩机的前面的第一前部轴承组件，以及定位在高压压缩机和高压涡轮之间的第一后部轴承组件。轴组件还包括可与外部轴围绕公共轴线旋转的内部轴，外部轴至少部分地围绕内部轴延伸。内部轴构造成将低压压缩机联接到低压涡轮上。内部轴包括定位在低压压缩机的前面的第二前部轴承组件，以及定位在高压涡轮附近的第二后部轴承组件。

技术领域

本公开的领域大体涉及燃气涡轮发动机，并且更特别地，涉及用于燃气涡轮发动机的转子轴结构及其组装方法。

背景技术

至少一些已知的燃气涡轮发动机，诸如涡轮风扇，包括核心发动机、风扇组件、低压压缩机和低压涡轮。核心发动机包括高压压缩机、燃烧器和高压涡轮，它们以连续流关系联接在一起。更特别地，高压压缩机和涡轮通过由多个高压轴承组件支承的高压可旋转轴联接而形成高压转子组件。低压压缩机和涡轮通过由多个低压轴承组件支承的低压可旋转传动轴联接而形成低压转子组件。此外，风扇组件通过功率齿轮箱联接到低压转子组件上。典型地，高压传动轴和低压传动轴是按连续关系联接的同轴的轴。

在运行中，空气被引导通过低压压缩机和高压压缩机，以提高其压力。压缩空气在燃烧器处与燃料混合且点燃而产生高能气体流。高能气体流被引导通过高压涡轮，以通过高压轴可旋转地驱动高压压缩机。然后高能气体流被引导通过低压涡轮，以通过低压轴可旋转地驱动低压压缩机和风扇组件。功率齿轮箱使得低压轴能够以比风扇组件更高的速度旋转，从而，提高低压涡轮的效率。

但是，低压轴的运行旋转速度典型地受第三固有频率轴挠曲模式的限制。低压轴具有部分地由其刚度限定的固有频率，刚度基于其几何构造、材料和长度。因而，在涡轮风扇发动机的运行期间，低压轴将以不同的频率振动，这部分地取决于低压轴的旋转速度。第一和第二固有频率模式是刚性模式，其对涡轮风扇发动机引入力，力由联接到轴承组件上的减震器吸收。但是，第三固有频率模式是低压轴的挠曲模式，当轴的旋转速度与第三固有频率的位置一致时，挠曲模式被激励。如果燃气涡轮发动机以第三固有频率模式运行，则在轴承组件之间对低压轴引入挠曲，从而提高对转子组件引起的力，有可能在其中引起转子动态不稳定性。因而，燃气涡轮发动机典型地以低于激励低压轴的第三固有频率模式的旋转速度运行。

发明内容

一方面，提供一种用于旋转机器的轴组件。旋转机器包括处于连续流关系的低压压缩机、高压压缩机、高压涡轮和低压涡轮。轴组件包括构造成将高压压缩机联接到高压涡轮上的外部轴。外部轴包括定位在高压压缩机的前面的第一前部轴承组件，以及定位在高压压缩机和高压涡轮之间的第一后部轴承组件。轴组件还包括可与外部轴围绕公共轴线旋转的内部轴，外部轴至少部分地围绕内部轴延伸。内部轴构造成将低压压缩机联接到低压涡轮上。内部轴包括定位在低压压缩机的前面的第二前部轴承组件，以及定位在高压涡轮附近的第二后部轴承组件。

另一方面，提供一种用于旋转机器的轴组件。旋转机器包括处于连续流关系的低压压缩机、高压压缩机、高压涡轮和低压涡轮。轴组件包括构造成将高压压缩机联接到高压涡轮上的外部轴。外部轴包括定位在高压压缩机的前面的第一前部轴承组件，以及定位在高压涡轮的后面的第一后部轴承组件。轴组件还包括可与外部轴围绕公共轴线旋转的内部轴，外部轴至少部分地围绕内部轴延伸。内部轴构造成将低压压缩机联接到低压涡轮上。内部轴包括定位在低压压缩机的前面的第二前部轴承组件，以及定位在低压涡轮的前面的第二后部轴承组件。第二后部轴承组件的至少一部分定位成与第一后部轴承组件成堆叠关系。