10.16 高溫航空潤滑脂在航空渦扇發動主軸軸承中的應用

飛機渦輪發動機主軸的軸承潤滑是一大難題,由於高旋轉速度和極寬的溫度範圍,這些問題是非常嚴峻的,目前用於渦輪發動機的滾動接觸軸承的材料的溫度受到限制,以至於現在正在考慮全新的材料。提供了一些數據,顯示了某些材料在高速和高溫下滾動接觸軸承及其保持架(隔板,保持架)的可接受的摩擦和磨損性能。對於液體潤滑軸承,通過適當的保持架和軸承設計,滾動接觸軸承的極限速度可以得到顯著改善。寬溫度範圍也對潤滑劑施加溫度限制問題。合成潤滑劑的極限溫度比石油高得多。對於更高的溫度,由於更好的熱穩定性,正在考慮固體或氣體潤滑劑。諸如MoS 2和石墨等固體在高溫(500°至1000°F)下對滾動軸承的潤滑非常有效。類似地,氣體已經在高溫下用作潤滑劑。對1000°F外部加壓空氣軸承的初步研究表明,非旋轉軸承在該溫度下以穩定的方式支撐載荷。噴油潤滑廣泛應用於航空發動機,渦輪機械,大功率傳動系統,是高速軸承潤滑的最常見形式之一。由於滾動元件和保持架的攪拌,複雜的油氣兩相流將存在於噴油潤滑的高速滾動軸承的腔體中。兩相流場的特性對軸承的發熱和溫度分佈有著決定性的影響,對軸承的性能和使用壽命有很大影響。射流速度是影響軸承腔內油氣兩相流場的重要因素。使用多相流的VOF方法和RNG k-3湍流模型。通過數值計算和分析了不同運行速度和射流速度下軸承腔內的流場。研究了射流速度和運行速度對軸承腔內油量分數和攪拌轉矩的影響。

高溫航空潤滑脂在航空渦扇發動主軸軸承中的應用

由於航空發動機軸承的高溫,快速和過載,傳統的油潤滑有時不起作用。因此,比瑟奴潤滑劑工程師與多家航空發動機工程師合作,並推出比瑟奴A.GREASE-05/CU 飛機渦輪發動機軸承高低溫潤滑脂,採用微鉬石墨結合體用於改善本文中的潤滑不足。並提供顯微硬度,摩擦係數和磨損率測試:採用GLC,與典型軸承材料相比,硬度至少提高兩倍,摩擦係數為25%,磨損率為1/100 。試驗和計算結果表明:GLC塗層W9Cr4V的磨損週期是未塗層W9Cr4V的400倍以上,即使GLC塗層磨損,W9Cr4V的摩擦係數也只有0。如圖15所示,當液體潤滑不起作用時,可以在短時間內有效地潤滑軸承。因此,它被證明可有效地提高軸承的耐磨性和可靠性。

航空發動機轉子系統軸承支承著整個發動機最核心的系統,是發動機中最重要的軸承,通常稱作主軸承。航空發動機主軸承具有轉速高、工作環境溫度高、載荷複雜的特點。如果把航空發動機轉子系統比作一位跳芭蕾的舞者,主軸承就是她的足尖,優雅的旋轉、絕佳的平衡莫不與其息息相關。正如精湛的舞姿需要付出超常的努力一般,主軸承也是經過了千錘百煉以後才練就了一身絕技。科學家和工程師們本著“親量圭尺,躬察儀漏,目盡毫釐,心窮籌策”的科學精神與工匠精神,克服了材料選擇、結構設計、潤滑設計、可靠性設計等諸多難題,才成就了主軸承超凡的工作性能。根據滾動體的形狀,主軸承可以分為圓柱滾子軸承和角接觸球軸承。但它們與其他旋轉機械中相同類型的軸承有明顯的區別。通常來說,無論是圓柱滾子型主軸承還是角接觸型主軸承,結構都比較複雜。主軸承的外圈通常都會加工出一些特殊的結構,這樣處理既可以減重,又便於與發動機其他部件進行配裝。此外,軸承的內環通常做成分半式的,這種設計不僅僅是為了便於裝配,更重要的是使軸承在承受機動載荷時仍能實現平穩可靠的支承作用。

在您的長途客機機翼下方的巨型噴氣渦輪發動機需要潤滑才能像更適中的汽車發動機一樣運轉。然而,保持這種複雜的發電廠潤滑比大多數都更具挑戰性。噴氣渦輪機以高達18,000 rpm(每分鐘轉數)的速度旋轉,內部溫度可升至1127°C以上,同時外部空氣溫度降至-60°C。渦輪發動機潤滑脂有許多要求。由於沒有往復運動以及滾珠和滾柱軸承(減摩軸承)的存在,渦輪發動機使用粘度較低的潤滑劑。燃氣渦輪發動機油必須具有高粘度以獲得良好的承載能力,但也必須具有足夠低的粘度以提供良好的流動性。它還必須具有低揮發性,以防止在發動機運行的高海拔處的蒸發損失。此外,油不應起泡,並且應該對潤滑系統中的天然或合成橡膠密封件基本上無破壞性。此外,對於高速減摩軸承,碳或清漆的形成必須保持在最低限度。用於渦輪發動機的合成油通常以密封的一夸脫罐供應。在專門為渦輪發動機開發的合成油中滿足潤滑油的許多要求。合成油比石油有兩個主要優點。它具有較低的沉積漆和焦炭的傾向(溶劑蒸發後留下的固體),因為它在高溫下不會從油中蒸發溶劑。某些渦輪發動機中使用的油品通常含有熱和氧化預防劑,載荷添加劑以及降低傾點的物質以及合成化學基料。MIL-L-7808是渦輪機油的軍用規格,是I型渦輪機油。渦輪機合成油在210℉時的粘度約為5至5.5釐米,符合軍用規格MIL-PRF-23699F。該油被稱為II型渦輪機油。

這種發動機通常還以每小時約30cl的速率將其基於油的潤滑劑丟失到大氣中。這種損失代表了航空業的成本,並汙染了環境。

由於通常存在高溫,排氣渦輪軸承是燃氣渦輪發動機中最關鍵的潤滑點。在一些發動機中,除了對軸承進行油冷卻之外還使用空氣冷卻,軸承支撐渦輪機。空氣冷卻,稱為二次空氣流,是來自壓縮機早期階段的引氣提供的冷卻空氣。這種內部氣流在發動機內部有許多用途。它用於冷卻渦輪盤,葉片和葉片。而且,一些渦輪機葉輪可能具有在渦輪機盤上流動的引氣,這減少了到軸承表面的熱輻射。軸承腔有時使用壓縮機空氣來幫助冷卻渦輪軸承。這種引氣,如其所稱,

冷卻空氣的使用大大減少了提供軸承充分冷卻所需的油量。由於冷卻是渦輪發動機中的油的主要功能,因此用於軸承冷卻的潤滑油通常需要油冷卻器。當需要油冷卻器時,通常需要更大量的油來提供冷卻器和發動機之間的循環。為確保適當的溫度,油通過風冷和/或燃油冷卻的油冷卻器。該系統還用於加熱(調節)燃料以防止燃料中的冰。

星型航空發動機潤滑油設計用於在廣泛的工作溫度範圍內潤滑發動機運動部件,如軸承,齒輪,凸輪軸,搖臂,氣缸壁,活塞環,推杆和插座,併為發動機冷卻,清潔提供額外的功能和腐蝕抑制。大多數活塞發動機可歸類為兩種基本類型之一:徑向發動機或直列式發動機。徑向發動機可具有一個,兩個或四個氣缸環,每個氣缸由圍繞軸線徑向安裝的三至九個單元組成。每個環中總是有奇數個圓柱體。直列式發動機可以具有水平或垂直放置的一個或多個汽缸組,或者具有各種配置,因此產生直髮動機,水平對置或所謂的扁平發動機,V型發動機和H ......


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