航空燃氣渦輪發(fā)動機構造-第7章-發(fā)動機總體結構

1、Gas Turbine Aero-engine第7章 發(fā)動機總體結構中國民航飛行學院 航空工程學院7. 發(fā)動機總體結構7.2 聯(lián)軸器7.1 轉子支承方案7.3 支承結構7.4 靜子承力系統(tǒng)7. 發(fā)動機總體結構對發(fā)動機總體結構的主要要求： 各大部件承受負荷的方式和傳遞負荷的路線要合理； 在保證零、部件剛度、強度的條件下，重量輕，尺寸小； 發(fā)動機各大部件裝拆和檢修方便。7.1 轉子支承方案轉子負荷的傳遞7.1 轉子支承方案轉子支承方案： 在發(fā)動機中，轉子采用幾個支承結構（支點），安排在何處轉子支承方案代號： 例如：130 表示：壓氣機轉子前有一個支點，渦輪轉子后無支點，壓氣機與渦輪轉子間有三個支點

2、，整個轉子共支承于四個支點上。7.1 轉子支承方案轉子支承方案簡圖： 小圓圈表示滾珠軸承，小方塊表示滾棒軸承7.1 轉子支承方案 渦輪轉子和壓氣機轉子間的聯(lián)軸器僅傳遞扭矩，考慮到兩個轉子的四個支點很難保證同心，因此采用了浮動套齒的聯(lián)軸器結構。浮動套齒聯(lián)軸器7.1 單轉子支承方案1-3-0的四支點支承方案7.1 單轉子支承方案1-2-0的三支點支承方案7.1 單轉子支承方案1-0-1的兩支點支承1-1-0的兩支點支承7.1 單轉子支承方案0-2-0支承方案1-0-1支承方案7.1 轉子支承方案 多轉子發(fā)動機中，轉子數(shù)多，支承數(shù)目多，而且低壓轉子軸要從高壓轉子軸中心穿過，使結構復雜，但原則上仍以每

3、個轉子分別進行處理。 7.1 轉子支承方案 中介支點：裝在另一個轉子上的支點，通過另一個轉子的支點將負荷外傳。 中介軸承或軸間軸承 采用中介支點，可使發(fā)動機長度縮短，承力機匣數(shù)減少。但是軸間軸承的潤滑較困難，軸承工作條件較差，而且裝拆也比較復雜。7.1 轉子支承方案低壓轉子：011 高壓轉子：110JT9D發(fā)動機的支承方案7.1 轉子支承方案 低壓轉子：021 高壓轉子：110PW4000發(fā)動機的支承方案7.1 轉子支承方案 低壓轉子：021 高壓轉子：101CFM56發(fā)動機轉子支承方案簡圖7.1 轉子支承方案CFM56發(fā)動機轉子支承方案7.1 轉子支承方案 低壓轉子：021 中壓轉子：120

4、 高壓轉子：101RB211三轉子發(fā)動機的支承方案7.1 轉子支承方案止推支點： 每個轉子只能有一個止推支點 一般應置于溫度較低的地方 傳力路線短 工作溫度低 接近主安裝面 熱變形伸長量小7.2 聯(lián)軸器壓氣機轉子軸和渦輪轉子軸由聯(lián)軸器聯(lián)接形成發(fā)動機轉子作用： 連接渦輪轉子和壓氣機轉子負荷： 取決于轉子支承方案，一般能傳遞扭矩、軸向力和徑向力。分類： 剛性聯(lián)軸器(兩支點結構) 柔性聯(lián)軸器(三支點及四支點結構)7.2 聯(lián)軸器柔性聯(lián)軸器： 均允許渦輪轉子相對壓氣機轉子軸線有一定的偏斜角，即兩個轉子間可以有相對的偏斜剛性聯(lián)軸器： 聯(lián)軸器僅傳遞扭矩和軸向力，且將渦輪軸和壓氣機軸剛性地聯(lián)成一體，也就是用安

5、裝邊、短螺栓或套齒、螺帽將兩根軸剛性聯(lián)接7.2 聯(lián)軸器套齒式剛性聯(lián)軸器渦噴7高壓轉子聯(lián)軸器7.2 聯(lián)軸器圓柱面定心，短螺栓聯(lián)接的剛性聯(lián)軸器CFM56高壓轉子的剛性聯(lián)軸器7.2 聯(lián)軸器圓柱面定心，短螺栓聯(lián)接的剛性聯(lián)軸器CFM56高壓轉子的剛性聯(lián)軸器7.2 聯(lián)軸器圓弧端齒聯(lián)軸器RB199發(fā)動機高壓轉子圓弧端齒聯(lián)軸器7.2 聯(lián)軸器柔性聯(lián)軸器允許兩軸線有一定的偏斜角7.2 聯(lián)軸器四支點用的浮動式套齒聯(lián)軸器浮動套齒聯(lián)軸器7.2 聯(lián)軸器帶有球形接頭的套齒聯(lián)軸器渦噴8發(fā)動機聯(lián)軸器7.2 聯(lián)軸器帶有半球形接頭的套齒聯(lián)軸器渦噴6發(fā)動機聯(lián)軸器7.2 聯(lián)軸器具有浮動球形墊圈的套齒聯(lián)軸器渦噴7發(fā)動機低壓轉子聯(lián)軸器7.

6、2 聯(lián)軸器渦槳5發(fā)動機的聯(lián)軸器7.2 聯(lián)軸器斯貝發(fā)動機低壓轉子聯(lián)軸器7.3 支承結構 發(fā)動機的轉子通過支承結構支承于發(fā)動機承力構件上，并將轉子的各種負荷傳遞到承力機匣上。支承結構包括軸承、對軸承進行冷卻與潤滑的滑油供入及回油結構、防止滑油漏入氣流通道以及防止高溫氣體漏入軸承腔室的封嚴裝置等7.3 支承結構7.3 支承結構7.3 支承結構航空燃氣渦輪發(fā)動機主軸承航空發(fā)動機均采用滾動軸承;發(fā)動機住軸承一般DN值較大;封嚴系統(tǒng)要求: 滑油不能流入氣流通道 高氣體不能向軸承腔泄漏滑油供入軸承的方法有兩種：側向噴射與環(huán)下供油7.3 支承結構渦噴6發(fā)動機中支點結構 內外環(huán)作成兩半的結構滾珠數(shù)目多,能夠承受

7、較大的軸向負荷7.3 支承結構渦噴7高壓轉子中支點結構雙排滾珠軸承的支承結構軸向力比較大,一個滾珠軸承難以承受時采用7.3 支承結構(a)單個軸承在負荷作用下測得端面錯移量； (b)根據(jù)A、B兩軸承的錯移量求出 的關系雙排滾珠軸承的調整襯套尺寸選配簡圖7.3 支承結構三、渦輪支點結構 位于渦輪盤前、后的支點，因處于高溫環(huán)境下，同時還有大量熱量從渦輪葉片經(jīng)輪盤、渦輪軸傳到軸承上，因此對軸承工作十分不利。通常軸承不直接裝在軸上，而是裝在套在軸上的襯套上，渦噴6發(fā)動機渦輪軸承可作為這種結構的代表。7.3 支承結構圖7-26 渦噴6發(fā)動機后支點結構7.3 支承結構JT3D發(fā)動機高壓渦輪支點結構軸承直接

8、裝在軸上，凸緣開了32個冷卻氣孔B7.3 支承結構四、中介支點結構 中介支點介于高壓軸（外軸）與低壓軸（內軸）之間，徑向空間小，軸承的滑油供人及回油、封嚴均較困難。如果是止推支點（即滾珠軸承），裝配也較困難。前用于中介支點的軸承，其直徑系列均較普通支點的系列輕一級左右。例如普通支點采用了特輕系列的滾棒軸承，則用于中介支點時，應采用超輕系列，用于普通中點的滾珠軸承一般采用輕系列，而用于中介支點的滾珠軸承則要使用特輕系列。7.3 支承結構渦噴7發(fā)動機低壓轉子中支點結構7.3 支承結構 軸承的兩端均裝有漲圈式密封裝置，防止滑油外漏漲圈工作原理7.3 支承結構斯貝發(fā)動機在高壓壓氣機后支點處，裝有低壓轉

9、子中介止推支點斯貝發(fā)動機中介止推支點結構7.3 支承結構 斯貝發(fā)動機高壓渦輪轉子前滾棒軸承處原采用浮動環(huán)式封嚴裝置，但在使用中，曾多次發(fā)生漏油較多，造成發(fā)動機滑油消耗量過大而提前更換發(fā)動機，其原因是軸承油腔處于高溫環(huán)境下，在浮動環(huán)與軸間易形成積炭，積炭限止了浮動環(huán)的活動，可能會造成過大的間隙，因而泄漏量加大。為此，從1980年后，此封嚴處已改為篦齒封嚴，改型后的發(fā)動機，基本排除了泄漏量過大的故障。浮動環(huán)式封嚴裝置7.3 支承結構滾動軸承的打滑與蹭傷滾動軸承工作時，有拖動力和阻力的作用，當拖動力大于阻力，滾子做純滾動，當拖動力小于小于阻力時，滾子產生打滑現(xiàn)象。打滑時，滑動摩擦系數(shù)大于滾動摩擦系數(shù)

10、，滾子在內外滾道上形成干摩擦，引起滑蹭損傷，降低了軸承壽命，對轉子的工作產生危害。解決辦法： 減小阻力或者增加拖動力 7.3 支承結構減小阻力辦法： （1）采用輕質材料做保持架； （2）采用空心滾子； （3）保持架不定位于外環(huán)； （4）改善滑油在軸承內的流動情況增加拖動力辦法： （1）減小軸承的游隙； （2）保持架內環(huán)定位 （3）裝配時對軸承施加徑向或者軸向載荷7.3 支承結構7.3 支承結構五、帶彈性支座、擠壓油膜的支點結構1. 擠壓油膜軸承 發(fā)動機工作時，轉子的不平衡力通過支承結構傳給機匣，使發(fā)動機產生振動，因此，原則上可以在軸承與支承結構間設置減振器，吸收振動能量，減少外傳振動負荷與振幅

11、，降低發(fā)動機振動，擠壓油膜就是其中一種常用的結構。圖7-32所示為典型的擠壓油膜軸承結構，它是在軸承外環(huán)和軸承座之間留有一定的間隙，間隙中引入潤滑系統(tǒng)的壓力滑油形成油膜，為防止滑油由兩側泄漏，軸承外環(huán)兩側處開有環(huán)形槽，槽中裝有封嚴環(huán)，為防止軸承外環(huán)在座孔中轉動，在后蓋板上作有限動凸塊，插入軸承外壞的缺口中。7.3 支承結構一種擠壓油膜軸承 7.3 支承結構 JT8D發(fā)動機的1號滾柱軸承上采用的擠壓油膜軸承減振結構。軸承外環(huán)以一定的間隙裝入軸承減振器座內，在此環(huán)形縫隙內通入發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的壓力滑油，形成油膜。為防止滑油從油膜兩端大量泄漏，兩端有封嚴圈。JT8D發(fā)動機的1號和6號軸承采用了擠壓油膜

12、后，發(fā)動機在各種工作狀態(tài)下振動幅值有明顯降低。由于滑油吸收了外環(huán)振動的能量，滑油溫度有所增加，軸承外環(huán)的溫度也有所增高。JT8D發(fā)動機擠壓油膜軸承 7.3 支承結構V2500發(fā)動機低壓轉子后軸承采用的擠壓油膜結構7.3 支承結構2. 彈性支座 轉子的軸承不直接固定到機匣上，而通過一個剛性小、具有較大彈性的支座固定到機匣上，這個剛性小的支座，一般稱為彈性支座。 在發(fā)動機上，采用彈性支座主要是用來減少轉子的支承剛性，降低轉子的臨界轉速（或共振轉速），使發(fā)動機常用的工作轉速大于臨界轉速。另外，彈性支座本身的彈性變形還會吸收一部分振動能量，也起到減小振動的作用。7.3 支承結構斯貝發(fā)動機高壓渦輪前支點

13、結構7.3 支承結構彈性支承構造7.3 支承結構V2500高壓轉子前支承點結構7.3.3 支承結構-封嚴結構封嚴結構功用：防止滑油從滑油腔中漏出，控制冷卻氣 及防止主氣流的燃氣進入封嚴腔。分類：蓖齒式封嚴浮動環(huán)封嚴漲圈封嚴件液壓封嚴件石墨封嚴裝置刷式封嚴裝置7.3.3 支承結構-封嚴結構幾種典型的封嚴裝置7.3.3 支承結構-封嚴結構 蓖齒式封嚴裝置： 軸承油腔的壓力低于腔外壓力，外腔中壓力較高的空氣通過蓖齒與封嚴環(huán)間的間隙向內逸流，阻止滑油外逸。它屬于非接觸式的封嚴裝置。7.3.3 支承結構-封嚴結構7.3.3 支承結構-封嚴結構 浮動環(huán)封嚴裝置 在油腔外、內壓差的作用下，浮動環(huán)緊貼在槽座的

14、端面A上，形成了徑向間隙式與端面接觸式的混合封嚴裝置。7.3.3 支承結構-封嚴結構 漲圈式封嚴件 屬于接觸式封嚴封嚴效果比蓖齒式的要好，軸向尺寸也短，但過高的溫度與切向速度會使金屬漲圈喪失彈力，磨損過快，影響封嚴效果。7.3.3 支承結構-封嚴結構液壓封嚴件 常用于兩個旋轉件之間來封嚴軸承腔。液壓封嚴件由一個封嚴齒浸在一個滑油環(huán)帶中形成，這個滑油環(huán)帶是由離心力造成的。 7.3.3 支承結構-封嚴結構 石墨封嚴裝置 它含有一個靜止的石墨環(huán)構件，不斷地與旋轉軸的套環(huán)相摩擦，使用幾個彈簧使石墨與套環(huán)保持接觸。依靠接觸的良好程度，不允許滑油或空氣漏過。7.3.3 支承結構-封嚴結構 刷式封嚴裝置 由

15、許多細鋼絲制成的刷組成的靜止環(huán)，不斷與旋轉軸相接觸，與硬的陶瓷涂層相摩擦，其優(yōu)點是可以承受徑向摩擦而不增加滲漏。7.3.3 支承結構-封嚴結構不同的滑油封嚴裝置有不同的使用條件：蓖齒式封嚴裝置，由于蓖齒尖端與襯套存在間隙，因而工作不受轉速和溫度的限制，但封嚴效果不如接觸式封嚴裝置，軸向尺寸也較大，并且要求軸承機匣外部的空氣壓力必須大于內部的壓力，否則會使大量的滑油外溢，起不到封嚴效果。漲圈封嚴受到工作溫度和切線速度的限制。浮動環(huán)封嚴的工作溫度與切線速度比漲圈封嚴要高一些，但封嚴效果要差一些。石墨封嚴裝置可在高溫、高壓差、高轉速下工作，密封效果好，但結構復雜，如溫度過高，使加載彈簧失去彈力，石墨

16、封嚴裝置也將失去封嚴作用。7.4 靜子承力系統(tǒng) 發(fā)動機靜子上傳出的負荷通過承力框架、承力殼體傳遞給發(fā)動機安裝節(jié)，這些承力框架、承力殼體組成發(fā)動機的承力系統(tǒng)7.4.1 靜子承力系統(tǒng)-承力框架 將轉子支點的負荷通過氣流通道傳至外機匣（承力殼體）的構件，稱為承力框架。作為承力框架的結構有以下幾種：1.鑄造或焊接機匣2.利用靜子葉片傳力3.利用渦輪導向器傳力4.渦輪后承力框架7.4.1 靜子承力系統(tǒng)-承力框架渦噴6發(fā)動機進氣機匣7.4.1 靜子承力系統(tǒng)-承力框架V2500帶葉柵式擴散器的鑄造燃燒室整體機匣7.4.1 靜子承力系統(tǒng)-承力框架V2500發(fā)動機低壓轉子后軸承采用的擠壓油膜結構7.4.1 靜子承力系統(tǒng)-承力框架由靜子葉片組成的承力框架7.4.1 靜子承力系統(tǒng)-承力框架RB199低壓渦輪第1級導向器承力框架7.4.1 靜子承力系統(tǒng)-承力框架斯貝發(fā)動機渦輪后軸承機匣7.4.1 靜子承力系統(tǒng)-承力框架RB211的轉子與承力系統(tǒng)7.4.2 靜子承力系統(tǒng)-發(fā)動機安裝節(jié)發(fā)動機安裝節(jié)是發(fā)動機連接到飛機的固定點，將發(fā)動機負荷傳遞至飛機；主安裝節(jié)：傳遞軸向力、徑向力及扭矩；輔助安裝節(jié)：傳