[发明专利]转子推力平衡的涡轮发动机

说明书

本公开涉及转子推力平衡的涡轮发动机，其可在管理风扇组件与涡轮转子组件之间的低压(LP)转轴中的推力不匹配或不平衡的同时提高发动机性能和效率。燃气涡轮发动机限定径向方向、纵向方向和周向方向、沿纵向方向的上游端部和下游端部，及沿纵向方向延伸的轴向中心线，且包括涡轮转子组件和涡轮框架。涡轮转子组件限定各自从轴向中心线延伸的第一和第二流路半径。第一流路半径设置在涡轮转子组件的上游端部处，且其中第二流路半径设置在涡轮转子组件的下游端部处。涡轮框架和涡轮转子组件一起沿径向方向在涡轮转子组件内侧且与轴向中心线同心地限定密封界面半径，且其中涡轮转子组件将第一流路半径与密封界面半径的比率限定成小于或等于近似1.79。

技术领域

本主题大体上涉及燃气涡轮发动机架构。更具体而言，本主题涉及用于燃气涡轮发动机的涡轮区段。

背景技术

燃气涡轮发动机大体上包括在燃烧区段下游的涡轮区段，其可与风扇组件一起旋转，以旋转和操作燃气涡轮发动机，以生成推进推力。普通燃气涡轮发动机设计标准通常包括必须平衡或妥协的冲突的标准，包括提高燃料效率、操作效率和/或功率输出，同时平衡推力负载且考虑各种构件的结构寿命。

在直接驱动燃气涡轮发动机中，低压(LP)涡轮转子组件和风扇组件各自联接于LP轴，以限定LP转轴，而在其间没有减速齿轮箱(即，涡轮转子组件和风扇组件以近似相同的旋转速度旋转)。普通LP涡轮转子组件设计标准包括使由推力产生的、在低压转轴上的一个或多个推力轴承组件处的负载平衡，该推力由涡轮转子组件和/或风扇组件生成。因此，常规地，增大的推力输出(如来自较大的风扇直径)大体上引起增加的发动机半径，如较大的LP涡轮转子半径。较大的LP涡轮转子半径可大体上导致需要更坚固(例如，较大直径)的轴承组件来补偿或平衡推力轴承上的增加的推力负载。较大的推力输出可进一步导致较大的密封界面直径，由此增加泄漏，降低效率，且/或降低性能。

因此，需要限定涡轮转子组件的系统和方法，其可在管理LP转轴中的推力不匹配的同时提高发动机性能和效率。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述而明显，或可通过本发明的实践而学习到。

本公开涉及一种转子推力平衡的涡轮发动机，其可在管理风扇组件与涡轮转子组件之间的低压(LP)转轴中的推力不匹配或不平衡的同时提高发动机性能和效率。燃气涡轮发动机限定径向方向、纵向方向和周向方向、沿纵向方向的上游端部和下游端部，以及沿纵向方向延伸的轴向中心线。燃气涡轮发动机包括涡轮转子组件和涡轮框架。涡轮转子组件限定各自从轴向中心线延伸的第一流路半径和第二流路半径。第一流路半径设置在涡轮转子组件的上游端部处，且其中第二流路半径设置在涡轮转子组件的下游端部处。涡轮框架和涡轮转子组件一起沿径向方向在涡轮转子组件内侧且与轴向中心线同心地限定密封界面半径，且其中涡轮转子组件将第一流路半径与密封界面半径的比率限定成小于或等于近似1.79。

在一个实施例中，涡轮转子组件将第二流路半径与密封界面半径的比率限定成小于或等于近似1.74。

在另一实施例中，涡轮转子组件将第一流路半径与密封界面半径的比率的范围限定成近似1.79到近似1.50。

在又一实施例中，密封界面半径为近似130mm到近似430mm。

在其他实施例中，涡轮转子组件将第二流路半径与密封界面半径的比率的范围限定成近似1.74到近似1.50。

在各种实施例中，燃气涡轮发动机将海平面推力不平衡范围限定成近似44kN到近似515kN。

在还有各种实施例中，密封界面半径为近似430mm或更小，且燃气涡轮发动机将海平面转子推力不平衡限定成至少近似44kN。在另一实施例中，燃气涡轮发动机将海平面推力不平衡范围限定成近似44kN到近似165kN。