燃气涡轮发动机轴承外壳的制作方法

1.本技术总体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及燃气涡轮发动机的轴承外壳。


背景技术：

2.支撑燃气涡轮发动机的旋转部件的轴承被装纳在轴承外壳中并由其支撑。轴承外壳被安装到燃气涡轮发动机的固定结构。
3.轴承外壳被设计成容纳作用在轴承上且超过正常操作负载的过度负载。这样的过度负载可能是由于燃气涡轮发动机的操作期间轴承的卡滞导致的。采用技术来中断这些过度负载并且将它们限制到轴承外壳，从而防止将它们传输到燃气涡轮发动机的其他结构。这些技术可以包括向轴承外壳和/或所连接的结构添加零件，这会增加发动机零件数量和重量。


技术实现要素：

4.公开了一种可安装有发动机安装垫的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：链接到所述发动机安装垫且具有附接凸缘的结构，该附接凸缘绕所述燃气涡轮发动机的中心轴线周向分布，每个附接凸缘具有附接凸缘开口；被安装到所述结构且包括轴承的轴承外壳，该轴承支撑所述燃气涡轮发动机的可旋转轴，所述轴承外壳具有绕所述燃气涡轮发动机的所述中心轴线周向分布的轴承外壳凸缘，每个轴承外壳凸缘具有与所述附接凸缘中的一附接凸缘的所述附接凸缘开口对齐的轴承外壳凸缘开口，所述轴承外壳凸缘开口中的一些是绕所述燃气涡轮发动机的所述中心轴线周向延伸的槽；并且紧固件包括第一组紧固件和与所述第一组紧固件不同的第二组紧固件，所述第一组紧固件中的每个紧固件延伸穿过所述附接凸缘开口中的一个且穿过与该附接凸缘开口对齐的所述轴承外壳凸缘开口中的一个，所述第二组紧固件中的每个紧固件延伸穿过所述附接凸缘开口中的一个且穿过与该附接凸缘开口对齐的所述槽中的一个，所述第一组紧固件是牺牲紧固件，该牺牲紧固件限定指示出该牺牲紧固件的抗断裂能力的断裂负载，所述牺牲紧固件被构造成响应于在所述轴承外壳上的负载超过所述断裂负载而断裂，当所述牺牲紧固件断裂之后经由所述第二组紧固件在所述槽中的相应槽内且相对于所述相应槽移动，所述轴承外壳相对于所述结构可移位。
5.公开了一种将轴承外壳固定到被链接到发动机安装垫的燃气涡轮发动机的结构的方法，该方法包括：使用所述轴承外壳的轴承支撑所述燃气涡轮发动机的可旋转轴；抵靠所述结构放置所述轴承外壳以将所述轴承外壳的安装孔对齐于所述结构的安装孔，并且将所述轴承外壳的安装槽对齐于所述结构的其他安装孔；并且将第一组紧固件插入穿过对齐的成对的所述安装孔、将第二组紧固件插入穿过对齐的成对的所述安装槽和其他安装孔并且拧紧所述第一组紧固件和第二组紧固件以便将所述轴承外壳固定到所述结构，所述第一组紧固件被构造成响应于在所述轴承外壳上的负载超过所述第一组紧固件的断裂负载而
断裂，当所述第一组紧固件断裂之后经由所述第二组紧固件在所述安装槽中的相应安装槽内且相对于所述相应安装槽移动，所述轴承外壳相对于所述结构可移位。
附图说明
6.现在参照附图，在附图中：图1a是燃气涡轮发动机的示意性横截面图；图1b是图1a中的部分1b的放大图；图2a是图1a的燃气涡轮发动机的轴承外壳和结构的前视立面图；图2b是图2a的轴承外壳的一部分的前视立面图；图3是图1a的燃气涡轮发动机的轴承外壳和结构的透视图；图4a是处于相对移位的图1a的燃气涡轮发动机的轴承外壳和结构的透视图；图4b是图4a中的部分ivb的放大图；并且图4c是图4a中的部分ivc的放大图。
具体实施方式
7.图1a示出了优选地被提供用于亚音速飞行的类型的燃气涡轮发动机10，其大体包括处于串联流动连通的风扇12（周围空气被推进通过该风扇12）、用于加压空气的压缩机区段14、燃烧室16（在其内压缩空气与燃料混合并被点火以产生热燃烧气体的环状流）和用于从燃烧气体提取能量的涡轮区段18。部件绕燃气涡轮发动机10的纵向中心轴线11旋转。
8.一个或多个发动机安装件（诸如发动机安装垫13）被用于将燃气涡轮发动机10安装到相邻结构，使得在该相邻结构和燃气涡轮发动机10之间不存在相对移动。例如，在燃气涡轮发动机10被安装到飞行器以向其提供推进的构造中，发动机安装垫13有助于将燃气涡轮发动机固定到飞行器的适当安装件或锚定件。发动机安装垫13可以是燃气涡轮发动机10的一部分，或者它们可以是燃气涡轮发动机10被安装到的结构的一部分。不管它们的构造如何，发动机安装垫13均允许燃气涡轮发动机10产生的负载被传递到例如飞行器。参考图1a，沿着燃气涡轮发动机10的壳体15的周边安装发动机安装垫13。发动机安装垫13沿着壳体15的周边相对于中心轴线11彼此周向间隔开。
9.参考图1a和图1b，燃气涡轮发动机10具有轴承外壳20和结构17，该结构17在燃气涡轮发动机10内部以便将轴承外壳20安装到燃气涡轮发动机10的剩余部分。
10.结构17在结构上且被机械地链接到轴承外壳20以及燃气涡轮发动机10的剩余部分二者。这允许在轴承外壳20处由其部件产生的负载经由结构17传递到燃气涡轮发动机10的剩余部分且最终传递到发动机安装垫13。例如，在所示实施例中，结构17在径向外端处在结构上被链接到燃气涡轮发动机10的壳体15，且因此结构上间接地链接到发动机安装垫13。
11.图1b和图2a示出了实现上述功能的结构17的一种可能构造。结构17是环状主体或环，其被用于将燃气涡轮发动机10内部的部件安装到壳体15。结构17从壳体15径向向内延伸且径向向内地延伸经过燃气涡轮10的气体路径。结构17是环状主体，其具有限定被螺栓连接到壳体15的径向外凸缘17b的外环17a和被设置于外环17a的径向内部（即更靠近中心轴线11）的内环17c。内环17c具有绕中心轴线11周向分布且彼此周向间隔开的附接凸缘19。
结构17具有支柱17d，其绕中心轴线11周向分布且在外环和内环17a、17c之间径向延伸。支柱17d被周向地设置于附接凸缘19之间。在另一构造中，结构17是壳体15本身，使得通过被附接到壳体15，轴承外壳20在结构上被链接到燃气涡轮发动机10的剩余部分。结构17的其他构造也是可能的且落入本公开的范围内，以用于允许轴承外壳20在结构上被链接到燃气涡轮发动机10的剩余部分。
12.附接凸缘19可以采取允许它们邻接轴承外壳20的对应结构以便将结构17安装到轴承外壳20的任意适当形状或构造。例如，在图1b和图2a中，每个附接凸缘19均是从内环17c的径向最外侧表面径向向外突出的主体。附接凸缘19的主体是分立的且与另一附接凸缘19的主体分开。在图1b和图2a中，每个附接凸缘19均被设置于内环17c的径向外周边上。参考图1b，每个附接凸缘19均具有附接凸缘开口19a。附接凸缘开口19a是在轴向方向上（即基本平行于中心轴线11）延伸穿过附接凸缘19的轴向厚度的孔口。因此将意识到，附接凸缘19可以是邻接轴承外壳20的对应结构、突出或不突出、在周边或不在周边且具有用于将结构17安装到轴承外壳20的附接凸缘开口19a的任意结构。参考图2a，附接凸缘19中的一个或多个具有两个附接凸缘开口19a。在同一附接凸缘19上的附接凸缘开口19a彼此周向间隔开。
13.参考图1b至图2b，轴承外壳20被定位在燃气涡轮10的气体路径的径向内侧。轴承外壳20被定位在结构17的支柱17d的径向内侧。轴承外壳20是限定中心空腔或容积以接收轴承21的环状主体。参考图1b，轴承21被固定安装到轴承外壳20的径向内部部分。轴承21支撑燃气涡轮发动机10的可旋转轴11a中的一者。在图1b中，轴11a是高压轴，其通过涡轮区段18的高压涡轮的旋转被驱动。轴承外壳20相对于燃气涡轮发动机10的参考系是静止的，并且相对于结构17或发动机安装垫13不移位。参考图1b，轴承外壳20的环状主体具有沿着轴向方向具有一定范围的外部部分22a以及被设置于外部部分22a的径向内侧且安装到轴承21的内部部分22b。
14.参考图1b至图2b，轴承外壳20具有轴承外壳凸缘24，其绕中心轴线11周向分布且彼此周向间隔开。轴承外壳凸缘24可以采取允许它们邻接结构17的对应特征以便将轴承外壳20安装到结构17的任意适当形状或构造。例如，在图1b至图2b中，每个轴承外壳凸缘24均是从轴承外壳20的内部部分22a的径向最外侧表面径向向外突出的主体。轴承外壳凸缘24的主体是分立的且与另一轴承外壳凸缘24的主体分开。在图1b至图2b中，每个轴承外壳凸缘24均被设置于外部部分22a的径向外周边上。每个轴承外壳凸缘24均具有轴承外壳凸缘开口24a。轴承外壳凸缘开口24a是在轴向方向上（即基本平行于中心轴线11）延伸穿过轴承外壳凸缘24的轴向厚度的孔口。因此将意识到，轴承外壳凸缘可以是邻接结构17的对应部分、突出或不突出、在周边或不在周边且具有用于将轴承外壳20安装到结构17的轴承外壳凸缘开口24a的任意结构。
15.每个轴承外壳凸缘开口24a均对齐于附接凸缘开口19a中的一者。术语“对齐”意味着开口24a、19a彼此重叠，使得附接和轴承外壳凸缘19、24能够被固定一起（如下所述），从而将轴承外壳20固定到结构17。在轴承外壳凸缘和附接凸缘开口24a、19a之间的对齐关系的一种可能构造中，轴承外壳凸缘和附接凸缘开口24a、19a的中心轴线是基本共线的。在轴承外壳凸缘和附接凸缘开口24a、19a之间的对齐关系的另一种可能构造中，轴承外壳凸缘和附接凸缘开口24a、19a轴向重叠。参考图2a，附接凸缘开口19a和轴承外壳凸缘开口24a被
设置成关于直立平面p不对称，该直立平面p包含燃气涡轮发动机10的中心轴线11且延伸穿过中心轴线11。中心轴线11位于直立平面p中。附接和轴承外壳凸缘19、24也被设置成关于直立平面p不对称。在替代性实施例中，对齐的附接和轴承外壳凸缘开口19a、24a和附接和轴承外壳凸缘19、24中的一者或多者被设置成关于直立平面p对称。
16.参考图2b，轴承外壳凸缘开口24a以及还有附接凸缘开口19a可以具有对称布置。轴承外壳20具有对称平面sp。对称平面sp延伸穿过中心轴线11、穿过轴承外壳凸缘开口24a中的一者且穿过轴承外壳凸缘开口24a中的另一者，该另一者被定位成与对称平面sp延伸穿过的轴承外壳凸缘开口24a分开180度或周向相对。在对称平面sp的一侧上的轴承外壳凸缘开口24a相对于在对称平面sp的另一侧上的轴承外壳凸缘开口24a被对称设置。在图2b中，在对称平面sp的每个侧面上存在两个轴承外壳凸缘开口24a，并且每个轴承外壳凸缘开口24a在对称平面sp的另一侧上具有对称设置的相对轴承外壳凸缘开口24a。
17.参考图2a和图2b，轴承外壳凸缘开口24a绕中心轴线11且沿着轴承外壳20的周向部分彼此周向间隔开。轴承外壳凸缘开口24a绕中心轴线彼此周向间隔开角度α1。相邻的周向间隔开的轴承外壳凸缘开口24a之间的角度α1是相同的。角度α1可以等于360度除以轴承外壳凸缘开口24a的数量。在图2a和图2b中，角度α1因此是60度（即360度除以三个轴承外壳凸缘开口24a）。
18.参考图2a和图2b，轴承外壳凸缘开口24a可以在形状和大小上变化。轴承外壳凸缘开口24a中的一者或多者是孔24ah，并且轴承外壳凸缘开口24a中的一者或多者是槽24as。孔24ah是具有基本恒定直径的圆形孔口。槽24as相对于中心轴线11具有周向范围。槽24as是在轴承外壳凸缘24中的周向椭圆孔口，其具有在幅值上大于径向尺寸的周向尺寸。是孔24ah和槽24as的轴承外壳凸缘开口24a的数量可以变化。例如，在图2a和图2b中，轴承外壳凸缘开口24a中的一些是孔24ah且轴承外壳凸缘开口24a中的剩余部分是槽24as。例如，在图2a和图2b中，轴承外壳凸缘开口24a中的三个是孔24ah，且轴承外壳凸缘开口24a中的三个是槽24as。在图2a和图2b中的轴承外壳20因此具有两种类型的开口24a：一种是三个孔24ah的图案且一种是三个槽24as的图案。如果需要，对应于槽24as的附接凸缘开口19a也可以是槽。存在一个或多个槽24as可以允许当周向离开负载（off load）（即转矩）超过阈值负载时轴承外壳20相对于结构17周向移位（例如“扭曲”或旋转），如下文更详细描述的。
19.槽24as的不同可能构造可以实现上述功能。例如，参考图2a和图2b，槽24as绕中心轴线11且沿着轴承外壳20的周向部分彼此周向间隔开。槽24as绕中心轴线彼此周向间隔开角度α。相邻的周向间隔开的槽24as之间的角度α是相同的。角度α可以等于360度除以槽24as的数量。在图2a和图2b中，角度α因此是120度（即360度除以三个槽34as）。
20.槽24as及它们相对于孔24ah的布置的不同可能构造可以实现上述功能。例如，参考图2a和图2b，每个孔24ah和每个槽24as与相邻的孔24ah或槽24as等距地周向间隔开。在替代性实施例中，孔24ah和槽24as并不与邻近或相邻的孔24ah或槽24as等距地周向间隔开。在这样的实施例中，一对相邻的孔24ah和槽24as可以比它们与周向相邻的一对相邻的孔24ah和槽24as间隔的更近地彼此周向间隔。参考图2a和图2b，槽24as和孔24ah绕中心轴线11以交替地周向序列布置。换言之，每个槽24as被周向定位在两个孔24ah之间，并且每个孔24ah被周向定位在两个槽24as之间。槽24as和孔24ah因此在轴承外壳凸缘24上周向地交替。槽24as和孔24ah的这种交替的周向分布可以有助于促进轴承外壳20响应于在轴承21上
的显著负载相对于结构17的周向移位。在替代性实施例中，槽24as和/或孔24ah被设置成彼此周向相邻，或者可以周向地组合在一起。参考图2a和图2b，孔24ah的数量等于槽24as的数量。在替代性实施例中，槽24as的数量小于或大于孔24ah的数量。
21.参考图3至图4c，在槽24as的周向范围和轴承外壳20（且因此轴承外壳凸缘24）响应于显著负载相对于结构17（和附接凸缘19）的预期周向位移之间可能存在关系。槽24as具有的周向范围可以与轴承外壳20相对于结构17周向移位时每个孔24ah相对于对应附接凸缘开口19a的周向位移有关。这个关系为槽24as和对应轴承外壳凸缘24周向移位提供了空间。在这种关系的一种可能构造中，每个槽24as的周向尺寸cd等于孔24ah直径的至少两倍。在这种关系的另一可能构造中，每个槽24as的周向尺寸cd是轴承外壳20相对于结构17绕中心轴线11的预期最大角位移的函数。在这种关系的另一可能构造中，每个槽24as的周向尺寸cd被选择成允许将轴承外壳20固定到结构17的紧固件中的一些在另一些紧固件可能失效之前失效，如下文更详细描述的。这种关系的其他构造也是可能的。
22.参考图2a和图2b，每对对齐的轴承外壳凸缘和附接凸缘开口24a、19a接收紧固件30，该紧固件30延伸穿过轴承外壳凸缘和附接凸缘开口24a、19a且能够被拧紧以将附接和轴承外壳凸缘19、24固定在一起，从而将轴承外壳20固定到结构17。紧固件30可以是被用于将轴承外壳20固定到结构17的任意适当机械连接装置或机构。在本公开中，紧固件30被描述为螺栓30，不过也可以使用其他类型的紧固件30。在本公开中，所有紧固件30均是螺栓30，不过也可能的是紧固件30中仅一些是螺栓30。因此，关于螺栓30在本文公开的公开内容和原理也适用于被用于将轴承外壳20固定到燃气涡轮发动机10的其他结构17的其他类型的机械紧固件30。
23.参考图3，每个螺栓30均具有轴32，该轴32具有螺纹部分32a并且在其一个端部处终止于螺栓头34。每个螺栓30的轴32延伸穿过整个轴承外壳凸缘开口24a并穿过整个对齐的附接凸缘开口19a。通过使用任意适当装置（诸如螺母）来固定轴32的与螺栓头34相反的自由端部。随着螺母和螺栓头34被拧紧，螺母压抵于附接凸缘19并且螺栓头34压抵于轴承外壳凸缘24，从而将附接和轴承外壳凸缘19、24拉到一起并将轴承外壳20固定到结构17。在替代性布置中，螺栓头34压抵于附接凸缘19并且螺母压抵于轴承外壳凸缘24。在这种替代性布置中，拧紧螺母和螺栓头34也将附接和轴承外壳凸缘19、24拉到一起并且将轴承外壳20固定到结构17。参考图2a，六个螺栓30被固定到六对对齐的轴承外壳凸缘和附接凸缘开口24a、19a中。其他的构造也是可能的。可以使用更少或更多的螺栓30。参考图2a，使用偶数个螺栓30。在另一构造中可以使用奇数个螺栓30。对齐的轴承外壳凸缘和附接凸缘开口24a、19a中的一者或多者可以没有螺栓30。
24.参考图1b，在燃气涡轮发动机10的旋转零件的操作期间，可以在轴承21上产生离开负载。由于在正常发动机操作状况之外的突然不利发动机事件可能会产生离开负载。可能在轴承21上产生离开负载的发动机事件的非限制性示例包括：由于润滑不足导致轴承21卡滞，或由于由轴11a和轴承21支撑的转子失去一个或多个转子叶片而导致不平衡。离开负载可以沿着下列负载路径行进：至轴承21，然后至轴承外壳20，穿过螺栓30，然后至被安装到轴承外壳20的结构17，然后至壳体15或燃气涡轮发动机10的其他结构，且最终至发动机安装垫13。
25.螺栓30形成在轴承外壳20和结构17之间的接头。因此螺栓30被构造成支撑在正常
的发动机操作状况期间由轴承21生成的负载。螺栓30也是朝向发动机安装垫13的离开负载的负载路径的一部分。如果离开负载足够大，则其可以沿着负载路径一路行进到发动机安装垫13并且会对燃气涡轮发动机10至相邻结构的安装产生负面影响。
26.参考图2a，为了减少或中断离开负载或过度负载经由结构17向发动机安装垫13的传递，螺栓30中的一些或全部被构造成在轴承21上的离开负载超出这些螺栓30的断裂负载时断裂或破裂。这些螺栓30在本文被称为牺牲螺栓36，这是因为它们在断裂之后不能工作且不适于进一步使用，并且它们吸收一些离开负载。牺牲螺栓36的断裂吸收一些或全部离开负载并且可以将其充分减小到使得其将不再对发动机安装垫13或燃气涡轮发动机10与相邻结构的安装产生负面影响。在本文使用的术语“断裂”指的是牺牲螺栓36失去其结构完整性且因而吸收负载。例如，响应于离开负载，在与轴32的纵向轴线垂直的平面内，牺牲螺栓36可以破裂、开裂且/或剪切。
27.牺牲螺栓36的断裂负载指示出牺牲螺栓36的断裂阻力。在燃气涡轮发动机10的正常操作期间，在轴承外壳20上的负载小于牺牲螺栓36的断裂负载，使得它们保持完好。断裂负载因此大于在轴承21的正常操作期间轴承外壳20经历的负载。断裂负载可以基于由于不利发动机事件（诸如轴承卡滞）导致的预期离开负载而进行选择。预期离开负载的幅值可以是已知的或者可以被近似地确定。预期离开负载的已知幅值可以被确定为避免当暴露于预期的离开负载时避免轴承外壳20和/或结构17的塑性变形的幅值。例如，可以执行有限元分析（fea）来确定轴承外壳20的强度，且因此什么负载将导致轴承外壳20的结构损坏或塑性变形。一旦预期离开负载的幅值已知，则也可以确定牺牲螺栓36的断裂负载。断裂负载将小于或等于预期离开负载，已知当暴露于预期离开负载时牺牲螺栓36断裂。断裂负载也可以小于或等于会导致轴承外壳20的结构损坏或塑性变形的预期负载，使得当暴露于这样的负载时牺牲螺栓36断裂。然后可以基于已知的断裂负载来确定牺牲螺栓36的数量、类型和大小以及牺牲螺栓36的布置。断裂负载可以源自于牺牲螺栓30的制造或材料和/或它们怎样以及使用什么被固定到轴承外壳20和结构17。断裂负载是当牺牲螺栓36将轴承外壳20固定到结构17时牺牲螺栓共同限定的负载。例如，在一种可能构造中，断裂负载由牺牲螺栓36共同限定使得它们将首先且在其他螺栓30之前断裂。将意识到，断裂和离开负载可以具有径向、轴向或者转矩/周向分量、这些分量中的仅一种或者这些分量的任意组合。
28.通过断裂，牺牲螺栓36允许作用在轴承21上的重要的离开负载被轴承外壳20部分或全部吸收并被限制在其上，从而有助于限制可能由离开负载导致的对燃气涡轮发动机10或其安装件的任意损坏。牺牲螺栓36因此在原理上类似于牺牲电保险丝起作用。因为牺牲螺栓36也被用于将轴承外壳20固定到结构17，所以它们的吸收离开负载的附加“保险丝”功能允许使用轴承外壳20的已经存在的特征来减轻由于轴承21上的离开负载导致的负载传递。此外，在实施例中，牺牲螺栓36是执行这种“保险丝”功能的轴承外壳20的唯一机械特征。这有助于减少或消除对于轴承外壳20上的用于减轻由于轴承21上的离开负载导致的负载传递的额外零件的需求。牺牲螺栓36因此可以是在由于不同的发动机失效事件导致的轴承21上的离开负载的情况期间保护发动机安装结构的完整性的机械架构。
29.牺牲螺栓36的不同布置可以实现上述功能。参考图2a，螺栓30包括第一组螺栓30和与第一组螺栓30不同的第二组螺栓30。第二组中的螺栓30是与第一组30中的螺栓不同的螺栓30。第一组中的每个螺栓30穿过附接凸缘开口19a中的一者且穿过与该附接凸缘开口
19a对齐的轴承外壳凸缘开口24a中的一者被固定。在图2a中，在第一组中的每个螺栓30穿过轴承外壳凸缘24的孔24ah中的一者被固定。第二组的每个螺栓30被固定在附接凸缘开口19a中的一者中且穿过与该附接凸缘开口19a对齐的槽24as中的一者被固定。
30.参考图2a，为了有助于部分地或完全地吸收来自轴承20的离开负载且将其限制到轴承外壳20，至少第一组的螺栓30是牺牲螺栓36。因此在轴承外壳20和结构17之间的接头具有一个或更多个失效模式。当在孔24ah中的第一组中的牺牲螺栓36断裂以有助于部分地或完全地吸收来自轴承21的离开负载且中断其至发动机安装垫13的传递时，发生这些失效模式中的第一种。在实施例中，仅被固定在孔24ah中的第一组中的螺栓30是牺牲螺栓36，并且螺栓30中的剩余部分当暴露于离开负载时保持完好。因此仅一些螺栓30是被构造成响应于离开负载超过断裂负载时断裂的牺牲螺栓36。剩余螺栓30可以保持完好，这是因为它们在槽24as中，如下文更详细解释的。在这种构造中，第一组螺栓30中的牺牲螺栓36被设计成使得当轴承外壳20经历显著离开负载时仅这些牺牲螺栓36将断裂。在另一实施例中，如下文更详细描述的，被固定在槽24as中的第二组中的螺栓30也是牺牲螺栓36。
31.当第一组中的牺牲螺栓36已经断裂时，轴承外壳20相对于结构17自由移位，如上文所述。在第一组中的牺牲螺栓36已经断裂之后，轴承外壳20继续暴露于离开负载会导致轴承外壳凸缘24的槽24as相对于被固定在槽24as中的第二组中的螺栓30移位，从而导致轴承外壳20相对于结构17移位。因此当牺牲螺栓36断裂时，槽24as相对于第二组中的螺栓30可移位。因为牺牲螺栓36的断裂负载可以小于或等于会导致轴承外壳20的结构损坏或塑性变形的预期负载，所以轴承外壳20响应于离开负载可以不经历结构损坏或塑性变形，并且因此可以在不经历塑性变形的情况下相对于结构移位。
32.例如，当牺牲螺栓36响应于作用在轴承21上的显著转矩而断裂时，槽24as及其对应轴承外壳凸缘24可以相对于被固定在槽24as及其对应附接凸缘开口19a中的第二组中的螺栓30周向移位。因此，当牺牲螺栓36响应于作用在轴承21上的显著转矩而断裂时，槽24as可以适应轴承外壳20相对于结构17的周向位移，同时仍然允许轴承外壳20保持附接到结构17。
33.在第二组螺栓30被构造成在断裂时允许轴承外壳20保持附接到结构17的第一失效模式中，第一组螺栓30中的牺牲螺栓36可以同时断裂。来自轴承21的显著离开负载可以导致第一组螺栓30中的牺牲螺栓36基本同时破裂、开裂或断裂。这样的同时事件可以导致可由传感器或观察者检测到的物理效果。这样的同时事件可以促进轴承外壳20相对于结构17的位移。
34.在其中在断裂时轴承外壳20保持附接到结构17的第一失效模式的一种可能实施例中，第一组螺栓30可以包括或者可以是唯一的一个牺牲螺栓36。单个牺牲螺栓36可以在孔24ah中的一者中，所述孔可以是所有轴承外壳凸缘开口24a的唯一孔24ah。第二组中的螺栓30的剩余部分被设置在是槽24as的轴承外壳凸缘开口24a中的剩余部分中。对于预期离开负载相对较低的一些应用中，这个单个牺牲螺栓36的断裂可以足以中断或者减少至发动机安装垫13的负载传递。因为第二组中的剩余螺栓30被固定在槽24as及其对应附接凸缘开口19a中，所以当所述单个牺牲螺栓36断裂时，轴承外壳20保持附接到结构17。槽24as也可以相对于它们的螺栓30移位以有助于适应轴承外壳20相对于结构17的任意周向位移。
35.通过在牺牲螺栓36的断裂之后有助于一些附接和轴承外壳凸缘19、24保持连接，
第二组中的螺栓30可以有助于在不利发动机事件中保持轴承21对可旋转轴11a的支撑并有助于保持轴11a的对齐。因此，在孔24ah中的第一组中的牺牲螺栓36断裂以有助于部分地或完全地吸收来自轴承21的离开负载的第一失效模式中，由于存在被固定在一些附接和轴承外壳凸缘19、24中的第二组中的螺栓30，所以轴承外壳20和轴承21可以继续保持操作。
36.在一些情况下，牺牲螺栓36的断裂以及轴承外壳20相对于结构17的最终可能位移可以足以部分或完全地吸收来自轴承21的离开负载。然而，在离开负载显著的另一些情况下，牺牲螺栓36的断裂以及轴承外壳20的所得相对位移可能不足以将被传递到发动机安装垫13的离开负载减小到可接受水平。在这样的情况下，被固定在槽24as中的第二组中的螺栓30也可以是被构造成断裂的牺牲螺栓36，如下文更详细地解释的。在槽24as中的第二组中的螺栓30因此提供在转矩离开负载沿着负载路径被传递到发动机安装垫13之前减少或消除该转矩离开负载的另一可能性。这在本文被描述为另一或第二失效模式。在这样的实施例中，轴承外壳20提供两个“保险丝”来中断或减少至将燃气涡轮发动机10安装到相邻结构的结构的有问题离开负载的传递。如下文更详细地描述的，第二组中的牺牲螺栓36的断裂会导致轴承外壳20与结构17分离，从而破坏在轴承外壳20和发动机安装垫13之间的结构连接并且中断离开负载的负载路径。因此，在实施例中，在轴承外壳20将结构17解耦之前，螺栓30的构造需要两个失效事件或模式。这两个失效模式也提供在离开轴承21的负载到达发动机安装垫13之前中断所述负载的两种情形。
37.在第二组螺栓30也是牺牲螺栓36的第二失效模式中，第二组螺栓30限定第二断裂负载。在实施例中，第一和第二组螺栓30是相同的螺栓30，并且因此所有螺栓30的断裂负载相同。在替代性实施例中，第二组螺栓30的第二断裂负载不同于（大于或小于）第一组螺栓30的断裂负载。因此，在轴承外壳20具有两种失效模式的构造中，所有螺栓30均是牺牲螺栓36。参考图2a，第一组螺栓30中的牺牲螺栓36的数量等于第二组螺栓30中的牺牲螺栓36的数量。在图2a中，存在六个螺栓30。三个是第一组螺栓30中的牺牲螺栓36，并且三个是第二组螺栓30中的牺牲螺栓36。在替代性实施例中，第一组螺栓30中的牺牲螺栓36的数量大于或小于第二组螺栓30中的牺牲螺栓36的数量。
38.参考图3至图4c，在第一和第二组螺栓30被构造成允许在断裂时轴承外壳20与结构17分离的第二失效模式中，第一和第二组螺栓30中的牺牲螺栓36被固定在孔24ah中、在槽24as中和它们的与其对齐的对应附接凸缘开口19a中。牺牲螺栓36因此在孔24ah和槽24as二者中。因此在这种情形中，轴承外壳20的所述两个“保险丝”是在槽24as和孔24ah中的牺牲螺栓36。如果轴承21上的离开负载超过所有牺牲螺栓36的断裂负载，则所有牺牲螺栓36均断裂。所有牺牲螺栓36的断裂将吸收部分过度离开负载，并且轴承外壳20与结构17的最终分离将中断至发动机安装垫13的有问题负载的传递。
39.在轴承外壳20被构造成与结构17分离的第二失效模式中，第二组中的牺牲螺栓36可以同时断裂。来自轴承21的显著离开负载可以导致第二组螺栓30中的牺牲螺栓36基本同时地破裂、开裂或断裂。这样的同时事件可以导致可由传感器或观察者检测到的物理效果。
40.在第二失效模式中，第一组螺栓30中的牺牲螺栓36被构造成响应于来自轴承21的显著离开负载在第二组螺栓30中的牺牲螺栓36之前断裂。牺牲螺栓36的这种连续断裂为轴承外壳20提供了来自轴承21的离开负载在沿着负载路径行进到发动机安装垫13之前中断、减少和/或限制部分来自轴承21的离开负载的两种情形。牺牲螺栓36的这种连续断裂提供
了两个或双重保险丝功能。因此来自轴承21的显著离开负载可以导致所有牺牲螺栓36以间隔开的时间间隔破裂、开裂或断裂。这样的连续事件可以导致可由传感器或观察者检测到的两个物理效果。
41.牺牲螺栓36的连续断裂可以如下发生。参考图4a至图4c，在超过牺牲螺栓30的断裂负载的显著周向负载或转矩被施加到轴承21的事件中，在孔24ah中的牺牲螺栓36被构造成响应于显著转矩同时剪切。这可以被看作是第一“保险丝”跳闸（tripping）。一旦第一组螺栓30中的牺牲螺栓36剪切，则轴承外壳20响应于转矩绕中心轴线11自由旋转，并且槽24as及其轴承外壳凸缘24相对于槽24as中的牺牲螺栓36周向移位。第二组螺栓30中的剩余完好的牺牲螺栓36（其在槽24as中）则被构造成当轴承外壳20的连续旋转导致界定槽24as的壁或边缘抵靠于它们的牺牲螺栓36并剪切牺牲螺栓36时同时剪切。这可以被看作是第二“保险丝”的跳闸，并且允许轴承外壳20与结构17分离并中断在轴承外壳20和发动机安装垫13之间的结构连接。因此在第二情形中的轴承外壳20可以是具有两步式相继轴承卡滞失效模式的轴承外壳。
42.将理解的是即使所有螺栓30均是牺牲螺栓36，轴承外壳20仍然可以被构造成以单个失效模式操作。第一组螺栓30中的牺牲螺栓36的断裂和轴承外壳20相对于结构17的最终可能位移可以足以部分或完全地吸收来自轴承21的离开负载，使得第二组螺栓30中的牺牲螺栓36不会断裂。因此，在孔24ah和槽24as中的一者或两者中的牺牲螺栓36的数量可以被选择成允许轴承外壳20保持附接到结构17，和/或当它们响应于轴承21上的离开负载超过断裂负载而断裂时允许轴承外壳20与结构17分离。
43.将理解的是，因为作用在轴承21上的离开负载可以具有各种分量（即径向、轴向和周向，以任意组合），所以在牺牲螺栓36的断裂之后由离开负载导致的轴承外壳20相对于结构17的位移也可以具有各种分量（即径向、轴向和周向，以任意组合）。例如，预期在不良发动机事件期间作用在轴承21上的常见离开负载是由轴承卡滞导致的显著转矩。转矩将导致牺牲螺栓36通过在与牺牲螺栓36的轴32的纵向轴线垂直的平面内剪切而断裂，如图4a和图4b所示。之后，在牺牲螺栓36的断裂之后，轴承外壳20可以相对于结构17周向移位。如果离开负载具有显著的径向分量，则其可以导致牺牲螺栓36通过在与牺牲螺栓36的轴32的纵向轴线垂直的平面内剪切而断裂，使得在牺牲螺栓36的断裂之后轴承外壳20相对于结构17径向移位。如果离开负载具有显著的轴向分量，则其可以导致牺牲螺栓36在沿与轴32的纵向轴线平行的方向施加张力时断裂，并且之后轴承外壳20可以相对于结构17轴向移位。
44.参考图3至图4c，公开了将轴承外壳20固定到结构17的方法。可以在燃气涡轮发动机10的初始组装期间执行该方法。当修理或更换已组装燃气涡轮发动机10的轴承外壳20时，诸如在售后市场维修燃气轮机发动机10时，可以执行该方法。该方法包括使用轴承外壳20的轴承21支撑可旋转轴11a。该方法包括抵靠结构17放置轴承外壳20以将轴承外壳20的安装孔24ah对齐于结构17的安装孔19a，并且将轴承外壳20的安装槽24as对齐于结构的其他安装孔19a。该方法包括：将第一组紧固件30插入穿过对齐的成对安装孔24ah、19a；将第二组紧固件30插入穿过对齐的成对安装槽24as和其他安装孔19a。该方法包括拧紧第一和第二组紧固件30以便将轴承外壳20固定到结构17。第一组紧固件30被构造成响应于在轴承外壳20上的负载超过第一组紧固件30的断裂负载而断裂。当第一组紧固件30断裂之后经由第二组紧固件30在安装槽24as中的相应安装槽内且相对于相应安装槽移动，轴承外壳20相
对于结构17可移位。
45.在本文公开的轴承外壳20和方法允许使用牺牲螺栓36来缓解不同的失效情况（例如叶片离开负载、轴承卡滞等）。因为螺栓30是在任意事件中将轴承外壳20连结到结构17所需的部件，这些螺栓36的一个或多个在不同失效情况下断裂的指定或计划省去了增加轴承外壳20的零件数量且因此轴承外壳20的重量以管理这些失效情况的需要。通过修改轴承外壳凸缘24的几何构型使得一些轴承外壳凸缘开口24a是槽24as，在本文公开的轴承外壳20和方法有助于使用现有的螺栓30提供“两阶段”失效模式。当轴承外壳20经历由于轴承21的卡滞导致的显著转矩或其他离开负载时，这允许螺栓30根据需要以两个阶段断裂。
46.在本文献中描述的实施例提供了当前技术的可能实施方式的非限制示例。在回顾本公开后，本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离本技术范围的情况下，可以对在本文描述的实施例进行更改。然而，鉴于本公开，本领域普通技术人员可以实施进一步的修改，这些修改将在本技术的范围内。

技术特征：
1.一种能够安装有发动机安装垫的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：链接到所述发动机安装垫且具有附接凸缘的结构，所述附接凸缘绕所述燃气涡轮发动机的中心轴线周向分布，每个附接凸缘具有附接凸缘开口；被安装到所述结构且包括轴承的轴承外壳，所述轴承支撑所述燃气涡轮发动机的可旋转轴，所述轴承外壳具有绕所述燃气涡轮发动机的所述中心轴线周向分布的轴承外壳凸缘，每个轴承外壳凸缘具有与所述附接凸缘中的一附接凸缘的附接凸缘开口对齐的轴承外壳凸缘开口，所述轴承外壳凸缘开口中的一些是绕所述燃气涡轮发动机的所述中心轴线周向延伸的槽；并且紧固件，其包括第一组紧固件和与所述第一组紧固件不同的第二组紧固件，所述第一组紧固件中的每个紧固件延伸穿过所述附接凸缘开口中的一者且穿过与该附接凸缘开口对齐的所述轴承外壳凸缘开口中的一者，所述第二组紧固件中的每个紧固件延伸穿过所述附接凸缘开口中的一者且穿过与该附接凸缘开口对齐的所述槽中的一者，所述第一组紧固件是牺牲紧固件，所述牺牲紧固件限定指示出所述牺牲紧固件的抗断裂能力的断裂负载，所述牺牲紧固件被构造成响应于在所述轴承外壳上的负载超过所述断裂负载而断裂，在所述牺牲紧固件断裂之后经由所述第二组紧固件在所述槽中的相应槽内且相对于所述相应槽移动，所述轴承外壳能够相对于所述结构移位。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述牺牲紧固件包括所述第二组紧固件，所述第二组紧固件中的所述牺牲紧固件限定指示出所述第二组紧固件中的所述牺牲紧固件的抗断裂能力的第二断裂负载。3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中所述第二组紧固件中的所述牺牲紧固件被构造成响应于在所述轴承外壳上的负载将所述第二组紧固件中的所述牺牲紧固件移位到所述槽中的相应槽的边缘以剪切所述第二组紧固件中的所述牺牲紧固件而断裂。4.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一组紧固件中的所述牺牲紧固件的数量等于所述第二组紧固件中的所述牺牲紧固件的数量。5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述槽绕所述中心轴线且沿着所述轴承外壳的周向部分彼此周向间隔开。6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述槽绕所述中心轴线彼此周向间隔开一角度，相邻的周向间隔开的槽之间的所述角度是相同的。7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述轴承外壳凸缘开口绕所述中心轴线彼此周向间隔开一角度，相邻的周向间隔开的轴承外壳凸缘开口之间的所述角度是相同的。8.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述轴承外壳相对于所述结构可移位而不会经历塑性变形。9.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述紧固件是螺栓。10.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中对称平面延伸穿过所述中心轴线、穿过所述轴承外壳凸缘开口中的第一轴承外壳凸缘开口且穿过所述轴承外壳凸缘开口中的第二轴承外壳凸缘开口，所述第二轴承外壳凸缘开口与所述第一轴承外壳凸缘开口周向相对，在所述对称平面的一侧上的所述轴承外壳凸缘开口相对于在所述对称平面的另一侧上的所述轴承外壳凸缘开口被对称设置。
11.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述轴承外壳凸缘开口中的剩余部分是绕所述中心轴线周向延伸的孔，所述第一组紧固件中的每个紧固件延伸穿过所述附接凸缘开口中的一者且穿过与该附接凸缘开口对齐的孔中的一者。12.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，其中所述牺牲紧固件包括所述第二组紧固件，所述第一紧固件中的所述牺牲紧固件被固定在所述孔中，并且所述第二紧固件中的所述牺牲紧固件被固定在所述槽中，在所述孔中的所述第一紧固件中的所述牺牲紧固件被构造成在所述槽中的所述第二组紧固件中的所述牺牲紧固件之前断裂。13.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机，其中在所述槽中的所述第二紧固件中的所述牺牲紧固件被构造成响应于所述轴承外壳相对于所述结构的周向位移而断裂。14.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，其中所述槽和所述孔绕所述燃气涡轮发动机的所述中心轴线以交替的周向序列设置。15.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，其中存在第一数量的孔和第二数量的槽，所述第一数量等于所述第二数量。16.一种将轴承外壳固定到被链接到发动机安装垫的燃气涡轮发动机的结构的方法，所述方法包括：使用所述轴承外壳的轴承支撑所述燃气涡轮发动机的可旋转轴；抵靠所述结构放置所述轴承外壳以将所述轴承外壳的安装孔对齐于所述结构的安装孔，并且将所述轴承外壳的安装槽对齐于所述结构的其他安装孔；并且将第一组紧固件插入穿过对齐的成对的所述安装孔、将第二组紧固件插入穿过对齐的成对的所述安装槽和其他安装孔并且拧紧所述第一组紧固件和第二组紧固件以将所述轴承外壳固定到所述结构，所述第一组紧固件被构造成响应于在所述轴承外壳上的负载超过所述第一组紧固件的断裂负载而断裂，在所述第一组紧固件断裂之后经由所述第二组紧固件在所述安装槽中的相应安装槽内且相对于所述相应安装槽移动，所述轴承外壳能够相对于所述结构移位。17.根据权利要求16所述的方法，其中插入所述第一组紧固件包括插入所述第一组紧固件以响应于在所述轴承外壳上的所述负载超过所述第一组紧固件的所述断裂负载而同时断裂。18.根据权利要求16所述的方法，其中插入所述第一组紧固件包括插入所述第一组紧固件以响应于在所述轴承外壳上的所述负载超过所述第一组紧固件的所述断裂负载而同时断裂，所述轴承外壳经由在对齐的成对的所述安装槽和其他安装孔中的所述第二组紧固件保持被附接到所述结构。19.根据权利要求16所述的方法，其中插入所述第一组紧固件包括在所述对齐的成对的所述安装孔中插入所述第一组紧固件以响应于在所述轴承外壳上的所述负载超过所述第一组紧固件的所述断裂负载而同时断裂，并且插入所述第二组紧固件包括插入所述第二组紧固件以在所述第一组紧固件已经断裂之后响应于所述第二组紧固件抵靠所述安装槽的边缘的移动而同时剪切。20.根据权利要求19所述的方法，其中插入所述第二组紧固件以同时剪切包括插入所述第二组紧固件以同时剪切且使得所述轴承外壳与所述结构分离。

技术总结
燃气涡轮发动机具有被安装到结构的轴承外壳，该结构链接到发动机安装垫。轴承外壳具有带轴承外壳凸缘开口的轴承外壳凸缘，该轴承外壳凸缘开口对齐于结构的附接凸缘开口。一些轴承外壳凸缘开口是槽。第一组紧固件延伸穿过附接凸缘开口中的一者并穿过轴承外壳凸缘开口中的一者。第二组紧固件延伸穿过附接凸缘开口中的一者并穿过槽中的一者。第一组紧固件是牺牲紧固件，其被构造成响应于在轴承外壳上的负载超过断裂负载而断裂。在牺牲紧固件断裂之后经由第二组紧固件在所述槽中的相应槽内且相对于所述相应槽移动，轴承外壳相对于结构可移位。移位。移位。


技术研发人员：G
受保护的技术使用者：普拉特-惠特尼加拿大公司
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2023/5/30