硬核航發 航空發動機中介軸承、PW4000漲圈封嚴、連軸器等問題


硬核航發 航空發動機中介軸承、PW4000漲圈封嚴、連軸器等問題

一,中介軸承裡外兩個環都在轉,那滑油如何進入如何流出呢?rb211低壓轉子中間支點,cfm56高壓渦輪後支點都是中介軸承。


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1.低壓轉子軸;2.中介滾珠軸承;3.高壓壓氣機後軸;4.高壓轉子滾珠軸承;5.浮動環封嚴裝置

圖1、斯貝發動機中介止推支點結構 

答:中介軸承供油問題:一般採用環下供油,即在軸承內環上中間開多個小孔,滑油供到軸內腔,在離心力作用下甩到軸承內環與滾珠間進行潤滑,一般用於滾珠軸承中,如圖1所示。

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1.低壓壓氣機軸;2.軸承安裝軸套;3.螺母;4.滾珠軸承內環;5.限動銷釘;

6.軸承座;7.連接螺帽;8.噴油管;9.高壓壓氣機後軸頸;10.低壓渦輪軸;

11.噴油管;12.集油套;13.卡圈

圖2 、渦噴7發動機低壓轉子中支點結構

另外,對軸承側向供油,即在內軸上做有集油環A(圖2),在外軸內裝有向中介軸承噴油的噴油桿8。滑油流出中介軸承就比較簡單了,你可以仔細看看此二圖即可瞭解。

二:我瞭解到汽車渦輪增壓器的油封是類似活塞環的密封,是不是就是pw4000裡面的漲圈封嚴呢?我分析了汽車渦輪增壓器的封嚴特別有效,漲圈外彈形成圓柱面的密封,氣壓推動漲圈移動抵住環槽實現側面密封,漲圈的缺口只會讓高壓空氣進入而不會導致滑油洩漏。那為什麼飛機發動機主軸軸承密封不大量採用這種結構,而要採用蓖齒刷式等類型呢?

答:PW4000發動機中沒有采用漲圈封嚴措施,它的軸承腔除低壓渦輪後軸承處採用徑向石墨封嚴裝置外,其它都是端面石墨封嚴裝置。

至於漲圈封嚴你說用一道,在航空發動機上是不行的,一般要用三個,且要將缺口錯開。漲圈封嚴在新近發展的發動機上己不採用了,詳見以下摘自我與我學生編寫的《航空燃氣渦輪發動機結構》一書(2010年由北京航空航天大學出版社出版)。

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1.低壓壓氣機軸;2.軸承安裝軸套;3.螺母;4.滾珠軸承內環;5.限動銷釘;

6.軸承座;7.連接螺帽;8.噴油管;9.高壓壓氣機後軸頸;10.低壓渦輪軸;

11.噴油管;12.集油套;13.卡圈

圖8-62、 渦噴7發動機低壓轉子中支點結構

軸承的兩端均裝有漲圈式密封裝置,防止滑油外漏。漲圈式密封裝置的工作原理如圖8-63所示,在油腔外、內壓差DP的作用下,金屬漲圈8被頂在漲圈槽的側面A上;

另一方面,當漲圈裝到封嚴襯套2中時,漲圈受到壓縮,產生較大的周向彈性力PT。工作時、此彈性力PT在漲圈與封嚴襯套間產生的摩擦力應大於由壓差DP在漲圈端面與軸套上的漲圈糟端面A處產生的摩擦力,使漲圈不隨軸套旋轉,只是漲圈的端面與A面間產生相對滑動,於是將滑油封住不外洩,為了產生周向彈性力及便於裝配,漲圈在圓周上有一對口縫隙,滑油會由此縫隙逸漏,因此,採用漲圈封嚴裝置時,一般需2~3道漲圈,且各漲圈上的對口縫隙均應相互錯開180°。

漲圈封嚴裝置是屬於接觸式封嚴裝置,封嚴效果較篦齒式的要好,軸向尺寸也短些,但過高的溫度與切線速度,會使金屬漲圈喪失彈力,磨損過快,影響封嚴效果。


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1.軸套;2.封嚴襯套;3.漲圈

圖8-63 漲圈工作原理

在工作溫度為180~200℃、壓差為(0.1~0.3)´105帕的情況下,採用含錫的可鍛青銅,其允許的切線速度為60~80m/s,含鉻鑄鐵可達100米/秒。工作溫度愈高,允許的切線速度相應地要降低,工作溫度達到250°C時,切線速度下降30~40%。渦噴7發動機採用含鉻、鎳,鉬的CrMo灰鑄鐵,工作溫度為300~400°C,切線速度達113米/秒。

三:關於連軸器,有圓弧端齒,套筒齒等結構,缺乏圖式很難理解清楚,有沒有這方面的專業書籍推薦?

3.1剛性聯軸器

3.1.1套齒式剛性聯軸器

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1.壓氣機後軸;2.渦輪軸

圖8-41 渦噴7發動機高壓轉子聯軸器

渦噴7發動機高壓轉子採用了0-2-0式的2支點支承方案,因此需採用剛性聯軸器將渦輪轉子與壓氣機轉子聯接成為一體。

圖8-41為渦噴7高壓轉子聯軸器,它屬於套齒式的剛性聯軸器。渦輪轉子與壓氣機轉子通過套齒傳扭,兩者間的定心靠A、B兩圓柱面,即在壓氣機後軸內套齒的前端裝有定位襯環,用定位襯環的內圓柱面與渦輪軸外套齒前端的外圓柱面A以緊度0.009mm到間隙0.027mm相配合,在壓氣機後軸內套齒後端的內圓柱面B與渦輪軸的外圓柱面以0.00mm到0.05mm的間隙相配合。

另外,高壓壓氣機後軸的軸頭作成錐型,與裝在渦輪軸上的後錐體相配,後軸軸頸的內面也作成錐型,與裝在渦輪軸頭上的、開有6條軸向槽的彈性錐體相配,在9噸軸向力的夾緊下,用大螺母將壓氣機後軸與渦輪軸剛性地聯接成一體。在套齒兩端採用錐面夾緊,能加強聯接剛性,但並不是所有套齒式剛性聯軸器均採用。

在J85、JT9D、PW2037、PW4000、V2500等發動機上,高壓渦輪與高壓壓氣機軸間採用了套齒式剛性聯軸器,但不帶錐型襯套,兩軸間的定心靠套齒兩側的兩圓柱面以小緊度的配合來達到。

此外,在現代高涵道比渦扇發動機中,低壓轉子聯軸器普遍採用此類結構。

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圖8-42高涵道比渦扇發動機低壓轉子聯軸器(PW4000)

如圖8-42在低壓渦輪軸與風扇軸連接的低壓聯軸器,由A,B兩個圓柱面定心,套齒傳遞扭矩,大螺母軸向壓緊傳遞渦輪軸與風扇軸的軸向力。

3.1.2圓柱面定心短螺栓聯接的剛性聯軸器。

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1.壓氣機後軸;2.封嚴盤;3.自鎖螺母;4.渦輪軸

圖8-43 CFM56高壓轉子聯軸器

在RB211、CFM56等發動機的高壓轉子,壓氣機後軸與渦輪軸間採用了用圓柱面定心,短螺栓聯接的剛性聯軸器。圖8-43是CFM56高壓轉子聯軸器的結構圖。

壓氣機後軸與渦輪軸分別與封嚴盤的前、後端面接觸,以軸的外圓面與封嚴盤的凸緣配合定心,三者之間用短螺栓聯接。為便於安裝,螺栓先固定於壓氣機後軸上,當渦輪轉子裝上後,由渦輪盤孔心處用工具將自鎖螺母擰到各螺栓上即可。

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3.1.3圓弧端齒聯軸器

圖8-44 RB199高壓轉子圓弧端齒聯軸器

RB199發動機高壓轉子採用了圓弧端齒聯軸器(圖8-44)。使用圓弧端齒連接主要是必須擁有專門的加工設備,這是RR公司在研製三轉子發動機期間發展的一項重要技術。

在壓氣機後軸的後端面上與渦輪軸前端面上分別銑出帶弧形的端面齒,用短螺栓將相互齧合的端齒聯接起來,成為剛性很好的聯軸器。利用圓弧端齒傳扭、定心(包括工作定心),螺栓傳軸向力。為便於裝拆,在壓氣機後軸上先固定有自鎖螺母,裝配時,只須將短螺栓由渦輪盤孔心處伸入擰上即可。

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圖8-45 RB199高壓壓氣機前滾珠軸不承裝於前短軸上

在RR公司研製或參與研製的發動機如RB211、遄達、RB199等中,滾珠軸承不直接安裝在壓氣機軸上,而是裝在一個單獨的短軸上,短軸與壓氣機軸用圓弧端齒連接,這種設計(如圖8-45所示)使滾珠軸承的裝拆變為容易。

在RB199發動機中,共採用了四個圓弧端齒聯軸器,即三個轉子的滾珠軸承處及高壓壓氣機轉子與高壓渦輪轉子間。圓弧端齒聯軸器在歐洲的一些發動機上採用較多,例如斯貝MK202、RB211、RB199(共有四處)、阿赫那、RTM322、阿杜爾(Adour)等發動機。


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注:此文為中國著名航空發動機結構專家陳光教授對盛俞匯問題的解答。


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