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用于燃气 涡轮 发动机的 转子轴结构及其组装方法

阅读：1006发布：2020-05-22

专利汇可以提供用于燃气涡轮发动机的转子轴结构及其组装方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且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。，下面是用于燃气涡轮发动机的转子轴结构及其组装方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于旋转机器的轴组件，所述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，所述轴组件包括：
外部轴，其构造成将所述高压压缩机联接到所述高压涡轮上，所述外部轴包括：
定位在所述高压压缩机的前面的第一前部轴承组件；以及
定位在所述高压压缩机和所述高压涡轮之间的第一后部轴承组件；以及可与所述外部轴围绕公共轴线旋转的内部轴，其中，所述外部轴至少部分地围绕所述内部轴延伸，所述内部轴构造成将所述低压压缩机联接到所述低压涡轮上，所述内部轴包括：
定位在所述低压压缩机的前面的第二前部轴承组件；以及
定位在所述高压涡轮附近的第二后部轴承组件。
2.根据权利要求1所述的轴组件，其特征在于，所述内部轴的跨度限定在所述第二前部轴承组件和所述第二后部轴承组件之间，所述第二后部轴承组件构造成减小所述内部轴的所述跨度。
3.根据权利要求1所述的轴组件，其特征在于，确定所述第二前部轴承组件的位置和所述第二后部轴承组件的位置，以有利于提高所述内部轴的与引起挠曲固有频率模式相关联的旋转速度。
4.根据权利要求1所述的轴组件，其特征在于，所述第二后部轴承组件的至少一部分定位在所述高压涡轮的径向内侧。
5.根据权利要求1所述的轴组件，其特征在于，所述外部轴进一步包括定位在所述高压涡轮的后面的外侧轴承组件。
6.根据权利要求5所述的轴组件，其特征在于，所述外侧轴承组件包括空气轴承组件。
7.根据权利要求5所述的轴组件，其特征在于，所述外侧轴承组件具有第一直径，并且所述第二后部轴承组件具有第二直径，所述第一直径大于所述第二直径。
8.根据权利要求1所述的轴组件，其特征在于，所述第一前部轴承组件、所述第二前部轴承组件、所述第一后部轴承组件和所述第二后部轴承组件中的至少一个包括滚子元件轴承。
9.根据权利要求1所述的轴组件，其特征在于，所述内部轴联接到齿轮箱上。
10.一种用于旋转机器的轴组件，所述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，所述轴组件包括：
外部轴，其构造成将所述高压压缩机联接到所述高压涡轮上，所述外部轴包括：
定位在所述高压压缩机的前面的第一前部轴承组件；以及
定位在所述高压涡轮的后面的第一后部轴承组件；以及
可与所述外部轴围绕公共轴线旋转的内部轴，其中，所述外部轴至少部分地围绕所述内部轴延伸，所述内部轴构造成将所述低压压缩机联接到所述低压涡轮上，所述内部轴包括：
定位在所述低压压缩机的前面的第二前部轴承组件；以及
定位在所述低压涡轮的前面的第二后部轴承组件，所述第二后部轴承组件的至少一部分定位成与所述第一后部轴承组件成堆叠关系。

说明书全文

用于燃气涡轮 发动机的 转子轴结构及其组装方法

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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

[0005] 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。

[0006] 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。

[0007] 又一方面，提供一种组装用于旋转机器的轴组件的方法。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。方法包括通过外部轴将高压压缩机联接到高压涡轮上。第一前部轴承组件在高压压缩机的前面联接到外部轴上，并且第一后部轴承组件在高压压缩机和高压涡轮之间联接到外部轴上。方法还包括通过内部轴将低压压缩机联接到低压涡轮上，外部轴至少部分地围绕内部轴延伸。第二前部轴承组件在低压压缩机的前面联接到内部轴上，并且第二后部轴承组件在高压涡轮附近联接到内部轴上。方法进一步包括将外部轴定位在内部轴的径向外侧，以在它们之间限定间隙，使得内部轴和外部轴可围绕公共轴线旋转。

[0008] 技术方案1. 一种用于旋转机器的轴组件，所述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，所述轴组件包括：外部轴，其构造成将所述高压压缩机联接到所述高压涡轮上，所述外部轴包括：
定位在所述高压压缩机的前面的第一前部轴承组件；以及
定位在所述高压压缩机和所述高压涡轮之间的第一后部轴承组件；以及
可与所述外部轴围绕公共轴线旋转的内部轴，其中，所述外部轴至少部分地围绕所述内部轴延伸，所述内部轴构造成将所述低压压缩机联接到所述低压涡轮上，所述内部轴包括：
定位在所述低压压缩机的前面的第二前部轴承组件；以及
定位在所述高压涡轮附近的第二后部轴承组件。

[0009] 技术方案2. 根据技术方案1所述的轴组件，其特征在于，所述内部轴的跨度限定在所述第二前部轴承组件和所述第二后部轴承组件之间，所述第二后部轴承组件构造成减小所述内部轴的所述跨度。

[0010] 技术方案3. 根据技术方案1所述的轴组件，其特征在于，确定所述第二前部轴承组件的位置和所述第二后部轴承组件的位置，以有利于提高所述内部轴的与引起挠曲固有频率模式相关联的旋转速度。

[0011] 技术方案4. 根据技术方案1所述的轴组件，其特征在于，所述第二后部轴承组件的至少一部分定位在所述高压涡轮的径向内侧。

[0012] 技术方案5. 根据技术方案1所述的轴组件，其特征在于，所述外部轴进一步包括定位在所述高压涡轮的后面的外侧轴承组件。

[0013] 技术方案6. 根据技术方案5所述的轴组件，其特征在于，所述外侧轴承组件包括空气轴承组件。

[0014] 技术方案7. 根据技术方案5所述的轴组件，其特征在于，所述外侧轴承组件具有第一直径，并且所述第二后部轴承组件具有第二直径，所述第一直径大于所述第二直径。

[0015] 技术方案8. 根据技术方案1所述的轴组件，其特征在于，所述第一前部轴承组件、所述第二前部轴承组件、所述第一后部轴承组件和所述第二后部轴承组件中的至少一个包括滚子元件轴承。

[0016] 技术方案9. 根据技术方案1所述的轴组件，其特征在于，所述内部轴联接到齿轮箱上。

[0017] 技术方案10. 一种用于旋转机器的轴组件，所述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，所述轴组件包括：外部轴，其构造成将所述高压压缩机联接到所述高压涡轮上，所述外部轴包括：
定位在所述高压压缩机的前面的第一前部轴承组件；以及
定位在所述高压涡轮的后面的第一后部轴承组件；以及
可与所述外部轴围绕公共轴线旋转的内部轴，其中，所述外部轴至少部分地围绕所述内部轴延伸，所述内部轴构造成将所述低压压缩机联接到所述低压涡轮上，所述内部轴包括：
定位在所述低压压缩机的前面的第二前部轴承组件；以及
定位在所述低压涡轮的前面的第二后部轴承组件，所述第二后部轴承组件的至少一部分定位成与所述第一后部轴承组件成堆叠关系。

[0018] 技术方案11. 根据技术方案10所述的轴组件，其特征在于，所述内部轴的跨度限定在所述第二前部轴承组件和所述第二后部轴承组件之间，所述第二后部轴承组件构造成减小所述内部轴的所述跨度。

[0019] 技术方案12. 根据技术方案10所述的轴组件，其特征在于，确定所述第二前部轴承组件的位置和所述第二后部轴承组件的位置，以有利于提高所述内部轴的与引起挠曲固有频率模式相关联的旋转速度。

[0020] 技术方案13. 根据技术方案10所述的轴组件，其特征在于，所述第一后部轴承组件和所述第二后部轴承组件的至少一部分联接到静态框架组件上。

[0021] 技术方案14. 根据技术方案13所述的轴组件，其特征在于，所述静态框架组件定位在所述第一后部轴承组件和所述第二后部轴承组件的至少一部分之间。

[0022] 技术方案15. 根据技术方案10所述的轴组件，其特征在于，所述第一后部轴承组件联接到第一静态框架组件上，并且所述第二后部轴承组件联接到第二静态框架组件上。

[0023] 技术方案16. 根据技术方案10所述的轴组件，其特征在于，所述第一后部轴承组件具有第一直径，并且所述第二后部轴承组件具有第二直径，所述第一直径大于所述第二直径。

[0024] 技术方案17. 根据技术方案10所述的轴组件，其特征在于，所述第一前部轴承组件、所述第二前部轴承组件、所述第一后部轴承组件和所述第二后部轴承组件中的至少一个包括滚子元件轴承。

[0025] 技术方案18. 根据技术方案10所述的轴组件，其特征在于，所述内部轴联接到齿轮箱上。

[0026] 技术方案19. 一种组装用于旋转机器的轴组件的方法，所述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，所述方法包括：通过外部轴将所述高压压缩机联接到所述高压涡轮；
在所述高压压缩机的前面将第一前部轴承组件联接到所述外部轴上；
在所述高压压缩机和所述高压涡轮之间将第一后部轴承组件联接到所述外部轴上；
通过内部轴将所述低压压缩机联接到所述低压涡轮上，其中，所述外部轴至少部分地围绕所述内部轴延伸；
在所述低压压缩机的前面将第二前部轴承组件联接到所述内部轴上；
在所述高压涡轮附近将第二后部轴承组件联接到所述内部轴上；以及
将所述外部轴定位在所述内部轴的径向外侧，以在它们之间限定间隙，使得所述内部轴和所述外部轴可围绕公共轴线旋转。

[0027] 技术方案20. 根据技术方案19所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在所述高压涡轮的后面将外侧轴承组件联接到所述外部轴上。附图说明

[0028] 当参照附图阅读以下详细描述时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中相同符号在图中表示相同部件，其中：图1是示例性涡轮风扇发动机，即，燃气涡轮发动机的示意图；
图2是图1中显示的涡轮风扇发动机的示例性转子轴组件的放大示意图；
图3是可用于图1中显示的涡轮风扇发动机的备选转子轴组件的示意图；以及
图4是可用于图1中显示的涡轮风扇发动机的另一个备选转子轴组件的示意图。

[0029] 除非另有指示，否则本文提供的图意于示出本公开的实施例的特征。相信这些特征适用于包括本公开的一个或多个实施例的各种各样的系统。因而，图不意于包括本领域普通技术人员已知的实践本文公开的实施例所需的所有传统特征。

[0030] 部件列表110涡轮风扇发动机
112纵向轴线
114风扇组件
116核心涡轮发动机
118外部壳
120环形入口
122LP压缩机
124HP压缩机
126燃烧区段
128HP涡轮
130LP涡轮
132排气喷嘴
134HP轴
136LP轴
137轴组件
138核心空气流路径
140风扇
142风扇叶片
144盘
145功率齿轮箱
146毂
148 机舱组件
150机舱
152出口导叶
154下游区段
156旁通通道
158空气
160入口
162第一部分
164第二部分
166燃烧气体
168HP定子导叶
170HP 转子叶片
172LP定子导叶
174LP转子叶片
176排气区段
178热气路径
180第一前部轴承组件
182静态框架组件
184第一后部轴承组件
186静态框架组件
188外侧轴承组件
190静态框架组件
192第二前部轴承组件
194静态框架组件
196第二后部轴承组件
198静态框架组件
200跨度
300轴组件
302第一前部轴承组件
304静态框架组件
306第一后部轴承组件
308静态框架组件
310第二前部轴承组件
312静态框架组件
314第二后部轴承组件
316静态框架组件
318跨度
400轴组件
402第一前部轴承组件
404静态框架组件
406第一后部轴承组件
408静态框架组件
410第二前部轴承组件
412静态框架组件
414第二后部轴承组件
416跨度。

具体实施方式

[0031] 在以下说明书和权利要求中，将参照多个用语，它们应限定成具有以下含义。

[0032] 单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数参照，除非上下文另有明确的规定。

[0033] “可选的”或“可选地”表示后面描述的事件或情形可发生或可不发生，而且该描述包括发生该事件的情况或不发生该事件的情况。

[0034] 如本文在说明书和权利要求中使用，可应用近似语来修饰可允许改变的任何数量表示，而不改变与其相关的基本功能。因此，由诸如“大约”、“大致”和“基本”的用语或多个用语修饰的值不是要局限于所规定的确切值。在至少一些情况下，近似语可对应于用于测量该值的仪器的精度。在这里和说明书和权利要求中，范围限制可结合和/或互换。确定这样的范围，并且其包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。

[0035] 如本文使用，用语“轴向”和“沿轴向”指的是基本平行于燃气涡轮发动机的纵向轴线延伸的方向和定向。此外，用语“径向”和“沿径向”指的是基本垂直于燃气涡轮发动机的纵向轴线延伸的方向和定向。另外，如本文使用，用语“周向”和“沿周向”指的是围绕燃气涡轮发动机的纵向轴线以弧形延伸的方向和定向。

[0036] 本公开的实施例涉及用于燃气涡轮发动机的转子轴结构，它提高齿轮传动式涡轮风扇发动机的低压轴的运行旋转速度。更特别地，在示例性实施例中，转子轴组件包括将高压压缩机联接到高压涡轮上的外部轴或高压轴。转子轴组件还包括可与高压轴围绕公共轴线旋转的内部轴或低压轴，并且低压轴将增压压缩机联接到低压涡轮上。各个轴，即高压轴和低压轴，由多个轴承组件支承。支承低压轴的后部轴承组件定位在高压涡轮附近，使得低压轴跨度减小且低压轴刚度提高。因而，在不对低压轴引起挠曲或第三固有频率模式的情况下，涡轮风扇发动机内的低压轴的运行旋转速度提高。

[0037] 图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机110的示意图，例如，旋转机器或涡轮机。在示例性实施例中，燃气涡轮发动机110是高旁通涡轮风扇发动机110，在本文称为“涡轮风扇发动机110”。如图1中显示的那样，涡轮风扇发动机110限定轴向方向A(平行于为了参照而提供的纵向轴线112延伸)和径向方向R。大体上，涡轮风扇发动机110包括风扇组件114和设置在风扇组件114下游的核心涡轮发动机116。

[0038] 在示例性实施例中，核心涡轮发动机116包括限定环形入口120的基本管状发动机壳118。发动机壳118以连续流关系包围下者：压缩机区段，其包括增压器或低压(LP)压缩机122和高压(HP)压缩机124；燃烧区段126；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮128和低压(LP)涡轮130；和喷气排气喷嘴区段132。高压(HP)轴134传动地将HP涡轮128连接到HP压缩机124上。低压(LP)或传动轴136传动地将LP涡轮130连接到LP压缩机122上。HP轴134至少部分地围绕LP轴136延伸，并且它们两者都可围绕纵向轴线112旋转。HP轴134和LP轴136还限定轴组件137，将在下面参照图2更详细地论述轴组件137。压缩机区段、燃烧区段126、涡轮区段和喷嘴区段132共同限定核心空气流路径138。

[0039] 风扇组件114包括风扇140，风扇140具有多个风扇叶片142，它们以间隔开的方式联接到盘144上。如描绘的那样，风扇叶片142大体沿着径向方向R从盘144向外延伸。风扇叶片142和盘144可通过跨过功率齿轮箱145的LP轴136围绕纵向轴线112共同旋转。功率齿轮箱145包括多个齿轮，以相对于LP轴136将风扇140的旋转速度调节成更高效的旋转风扇速度。

[0040] 盘144被可旋转前毂146覆盖，可旋转前毂146的空气动力学轮廓设置成促进空气流通过多个风扇叶片142。另外，风扇组件114和核心涡轮发动机116的至少一部分被机舱组件148包围，机舱组件148包括沿周向包围风扇140和/或核心涡轮发动机116的至少一部分的环形风扇壳或外部机舱150。在示例性实施例中，机舱150构造成相对于核心涡轮发动机116由多个沿周向间隔开的出口导叶152支承。此外，机舱150的下游区段154延伸经过核心涡轮发动机116的外部部分，以便在它们之间限定旁通空气流道156。

[0041] 在涡轮风扇发动机110的运行期间，一定量的空气158通过机舱150和/或风扇组件114的相关联的入口160进入涡轮风扇发动机110。随着一定量的空气158经过风扇叶片142，第一部分，即空气158的风扇流162被引导或发送到旁通空气流道156中，并且空气158的第二部分164被引导或发送到核心空气流路径138中，或更特别地，被引导或发送到LP压缩机
122中。第一部分162和第二部分164之间的比通常被称为旁通比。然后随着第二部分164发送通过HP压缩机124且进入到燃烧区段126中，第二部分164的压力提高，在燃烧区段126中，第二部分164与燃料混合且燃烧，以提供燃烧气体166。

[0042] 燃烧气体166发送通过HP涡轮128，在这里，来自燃烧气体166的热能和/或动能的一部分经由成顺序级的联接到发动机壳118上的HP涡轮定子导叶168和联接到HP轴134上的HP涡轮转子叶片170被抽取，从而使轴134旋转，从而支持压缩机124的运行。然后燃烧气体166发送通过LP涡轮130，在这里，热能和动能的第二部分从燃烧气体166经由成顺序级的联接到发动机壳118上的涡轮定子导叶172和联接到LP轴136上的LP涡轮转子叶片174被抽取，从而使LP轴136旋转，这使功率齿轮箱145使LP压缩机122旋转和/或使风扇140旋转。

[0043] 燃烧气体166随后发送通过核心涡轮发动机116的喷气排气喷嘴区段132，以提供推力。同时，第一部分162的压力随着第一部分162发送通过旁通空气流道156而显著提高，然后第一部分162从涡轮风扇发动机110的风扇喷嘴排气区段176排出，从而也提供推力。HP涡轮128、LP涡轮130和喷气排气喷嘴区段132至少部分地限定热气路径178，以发送燃烧气体166通过核心涡轮发动机116。

[0044] 图1中描绘的示例性涡轮风扇发动机110仅仅是示例性的，而且在其它实施例中，涡轮风扇发动机110可具有任何其它适当的构造，包括例如涡轮螺旋桨发动机。

[0045] 图2是涡轮风扇发动机110的示例性转子轴组件137的放大示意图。在示例性实施例中，LP轴136与HP轴134同轴，并且可与HP轴134围绕纵向轴线112旋转。HP轴134在涡轮风扇发动机110中可旋转地由多个轴承组件支承。第一前部轴承组件180在LP压缩机122和HP压缩机124之间的前部位置处将HP轴134联接到静态框架组件182上。第一后部轴承组件184在HP压缩机124和HP涡轮128之间的在燃烧区段126附近的后部位置处将HP轴134联接到静态框架组件186上。另外，外侧轴承组件188在HP涡轮128和LP涡轮130之间的后部位置处将HP轴134联接到静态框架组件190上。在示例性实施例中，第一前部轴承组件180和后部轴承组件184分别是滚子元件轴承，并且外侧轴承组件188是能够高速旋转的轴承，诸如空气轴承组件或其它高速轴承类型。

[0046] LP轴136还在涡轮风扇发动机110中可旋转地由多个轴承组件支承。第二前部轴承组件192在齿轮箱145和LP压缩机122之间的前部位置处将LP轴136联接到静态框架组件194上。另外，第二后部轴承组件196在LP涡轮130前面和HP涡轮128附近的后部位置处将LP轴136联接到静态框架组件198上。例如，第二后部轴承组件196的一部分定位在涡轮128的径向内侧。在示例性实施例中，第二前部和后部轴承组件192和196分别是滚子元件轴承。

[0047] 在示例性实施例中，LP轴136的跨度200限定在第二前部轴承组件192和第二后部轴承组件196之间。通过将第二后部轴承组件196的一部分定位在HP涡轮128附近和其径向内侧来减小和/或缩短跨度200。由于缩短LP轴跨度200，以及保持轴136的跨式安装，LP轴136的挠曲刚度提高。特别地，LP轴136的挠曲刚度与LP轴136的跨度200的立方(例如，长度3)成比例。因而，提高LP轴136的挠曲刚度会对LP轴136的固有频率引起变化。特别地，变刚性的LP轴136的挠曲模式或第三固有频率模式由于轴承组件位置而改变，使得不会由于涡轮风扇发动机110中的LP轴136的运行旋转速度而引起挠曲模式。所述另一种方式，LP轴
136的将激励第三固有频率模式的旋转速度大于在涡轮风扇发动机110的运行期间的轴136的运行极限。轴承组件192和196的构造有利于使得LP轴136能够以较高的旋转速度运行，而不激励或穿过轴的挠曲或第三固有频率模式。

[0048] 通过将第二后部轴承组件196定位在HP涡轮128的径向内侧，HP轴134的直径增大。但是，增大HP轴134的直径也会增大相邻轴承组件的直径。因而，第一后部轴承组件184定位在HP压缩机124和HP涡轮128之间，因为滚子元件轴承的大小可受到限制。由于滚子元件轴承的直径增大，其中的速度和离心力也提高，从而，导致其中的构件变形。另外， HP涡轮128的后面的区域是涡轮风扇发动机110的高温区域，其需要提高轴承组件冷却。

[0049] 但是，仅仅包括第一后部轴承组件184将产生外伸式HP轴134。外伸式HP轴134会增加HP涡轮128空隙容差，从而，降低涡轮128效率，而且还会提高转子动态不稳定性。在示例性实施例中，外侧轴承组件188定位在HP涡轮128的后部，并且外侧轴承组件188是空气轴承组件，它通过流体膜来支承来自HP轴134的负载。因而，HP轴134是跨式安装式轴，它使得HP涡轮128内能够有减小的空隙容差。另外，外侧轴承组件188是空气轴承组件，这使得轴承组件能够有增大的直径。例如，外侧轴承组件188具有大于第二后部轴承组件196的直径。此外，外侧轴承组件188在高热负载下运行。

[0050] 图3是可用于涡轮风扇发动机110的备选转子轴组件300的示意图。类似于上面参照图1和2所描述的实施例，LP轴136与HP轴134同轴，并且可与HP轴134围绕纵向轴线112旋转。在这个示例性实施例中，HP轴134可旋转地支承在涡轮风扇发动机110中。第一前部轴承组件302在LP压缩机122和HP压缩机124之间的前部位置处将HP轴134联接到静态框架组件304上。另外，第一后部轴承组件306在HP涡轮128和LP涡轮130之间的后部位置处将HP轴134联接到静态框架组件308上。在这个示例性实施例中，第一前部轴承组件302和后部轴承组件306分别是滚子元件轴承。

[0051] LP轴136还在涡轮风扇发动机110中可旋转地由多个轴承组件支承。第二前部轴承组件310在齿轮箱145和LP压缩机122之间的前部位置处将LP轴136联接到静态框架组件312上。另外，第二后部轴承组件314在LP涡轮130的前面和HP涡轮128和第一后部轴承组件306附近的后部位置处将LP轴136联接到静态框架组件316上。例如，第二后部轴承组件314的一部分与第一后部轴承组件306成堆叠关系且定位在其径向内侧且与其对齐。因而，第一后部轴承组件306具有大于第二后部轴承组件314的直径。在这个示例性实施例中，第二前部轴承组件310和后部轴承组件314分别是滚子元件轴承。

[0052] 类似于上面参照图1和2所描述的实施例，在这个示例性实施例中，也通过将第二后部轴承组件314的一部分定位在第一后部轴承组件306的径向内侧来缩短LP轴136的跨度318。通过缩短LP轴跨度318和保持轴136的跨式安装，LP轴136的挠曲刚度提高。因而，提高LP轴136的挠曲刚度会对LP轴136的固有频率引起变化。轴承组件310和314的构造有利于使得LP轴136能够以较高的旋转速度运行，而不对轴引起挠曲或第三固有频率模式。另外，由于堆叠第一后部轴承组件306和第二后部轴承组件314，第一后部轴承组件306的直径减小，以有利于使用滚子元件轴承组件。

[0053] 图4是可用于涡轮风扇发动机110的另一个备选转子轴组件400的示意图。类似于上面描述的实施例，LP轴136与HP轴134同轴，并且可与HP轴134围绕纵向轴线112旋转。在这个示例性实施例中，HP轴134在涡轮风扇发动机110中可旋转地由多个轴承组件支承。第一前部轴承组件402在LP压缩机122和HP压缩机124之间的前部位置处将HP轴134联接到静态框架组件404上。另外，第一后部轴承组件406在HP涡轮128和LP涡轮130之间的后部位置处将HP轴134联接到静态框架组件408上。在这个示例性实施例中，第一前部轴承组件402和后部轴承组件406分别是滚子元件轴承。

[0054] LP轴136也在涡轮风扇发动机110可旋转地由多个轴承组件支承。第二前部轴承组件410在齿轮箱145和LP压缩机122之间的前部位置处将LP轴136联接到静态框架组件412上。另外，第二后部轴承组件414在LP涡轮130的前面和HP涡轮128和第一后部轴承组件406附近的后部位置处将LP轴136联接到静态框架组件408上。例如，第二后部轴承组件414的一部分与第一后部轴承组件406成堆叠关系且定位在其径向内侧且与其对齐。因而，第一后部轴承组件406具有大于第二后部轴承组件414的直径。此外，第一后部轴承组件406和第二后部轴承组件414由定位在它们之间的相同静态框架组件408支承。在这个示例性实施例中，第二前部轴承组件410和后部轴承组件414分别是滚子元件轴承，其中轴承组件414具有旋转的内滚道，而轴承组件406具有旋转的外滚道。

[0055] 类似于上面描述的实施例，在这个示例性实施例中，也通过将第二后部轴承组件414的一部分定位在第一后部轴承组件406的径向内侧来缩短LP轴136的跨度416。通过缩短LP轴跨度416和保持LP轴136的跨式安装，LP轴136的挠曲刚度提高。因而，提高LP轴136的挠曲刚度会对LP轴136的固有频率引起变化。轴承组件410和414的构造有利于使得LP轴136能够以较高的旋转速度运行，而不对轴引起挠曲或第三固有频率模式。另外，通过堆叠第一后部轴承组件406和第二后部轴承组件414，第一后部轴承组件406的直径减小，以有利于使用滚子元件轴承组件，而且轴向封装/堆叠有利于更高效和紧凑的槽设计。

[0056] 上面描述的实施例提供一种用于燃气涡轮发动机的转子轴结构，它提高齿轮式涡轮风扇发动机的低压轴的运行旋转速度。更特别地，在示例性实施例中，转子轴组件包括将高压压缩机联接到高压涡轮上的外部轴或高压轴。转子轴组件还包括可与高压轴围绕公共轴线旋转的内部轴或低压轴，并且低压轴将增压压缩机联接到低压涡轮上。各个轴，即高压轴和低压轴，由多个轴承组件支承。支承低压轴的后部轴承组件定位在高压涡轮附近，使得低压轴跨度减小，并且低压轴刚度提高。因而，涡轮风扇发动机内的低压轴的运行旋转速度提高，而不对低压轴引起挠曲或第三固有频率模式。

[0057] 通过促进低压轴的较高的运行旋转速度，低压涡轮的效率提高。另外，其中的涡轮级的数量可减少，从而降低涡轮风扇发动机重量。在一些实施例中，外侧轴承组件联接在高压涡轮的后部，这使得能够较紧密地控制高压涡轮空隙，从而，提高高压涡轮的效率。在其它实施例中，支承低压轴的后部轴承组件和支承高压轴的后部轴承组件在高压涡轮附近以堆叠关系定位。堆叠关系使得高压轴的后部轴承组件能够包括滚子轴承元件。

[0058] 本文描述的系统和方法的示例性技术效果包括下者中的至少一个：(a)提高低压轴的刚度；(b)提高涡轮风扇发动机中的低压轴的运行旋转速度，而不对低压轴引起第三固有频率模式；(c)提高低压涡轮效率；(d)降低整体涡轮风扇发动机重量；(e)减小高压涡轮中的空隙容差，从而提高高压涡轮效率；以及(f)提高整体涡轮风扇发动机效率。

[0059] 在上面详细描述了用于转子轴组件的系统和方法的示例性实施例。方法和系统不局限于本文描述的具体实施例，系统的构件和/或方法的步骤而是可独立于本文描述的其它构件和/或步骤且与它们分开来使用。例如，方法还可与其它涡轮构件结合起来使用，而且不局限于仅仅用本文描述的转子轴组件来实践本方法。而是可与许多其它应用结合起来实现和利用示例性实施例。

[0060] 虽然可在一些图中显示本公开的各种实施例的具体特征，而在其它图中不显示，但这仅仅是为了方便。根据本公开的实施例的原理，图的任何特征可与任何其它图的任何特征结合起来引用和/或声明。

[0061] 本书面描述使用示例来公开本公开的实施例，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本公开的实施例，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本文描述的实施例的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

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