航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造-第7章-發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)

1、Gas Turbine Aero-engine第7章 發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)中國(guó)民航飛行學(xué)院 航空工程學(xué)院7. 發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)7.2 聯(lián)軸器7.1 轉(zhuǎn)子支承方案7.3 支承結(jié)構(gòu)7.4 靜子承力系統(tǒng)7. 發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)的主要要求： 各大部件承受負(fù)荷的方式和傳遞負(fù)荷的路線要合理； 在保證零、部件剛度、強(qiáng)度的條件下，重量輕，尺寸??； 發(fā)動(dòng)機(jī)各大部件裝拆和檢修方便。7.1 轉(zhuǎn)子支承方案轉(zhuǎn)子負(fù)荷的傳遞7.1 轉(zhuǎn)子支承方案轉(zhuǎn)子支承方案： 在發(fā)動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子采用幾個(gè)支承結(jié)構(gòu)（支點(diǎn)），安排在何處轉(zhuǎn)子支承方案代號(hào)： 例如：130 表示：壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子前有一個(gè)支點(diǎn)，渦輪轉(zhuǎn)子后無(wú)支點(diǎn)，壓氣機(jī)與渦輪轉(zhuǎn)子間有三個(gè)支點(diǎn)

2、，整個(gè)轉(zhuǎn)子共支承于四個(gè)支點(diǎn)上。7.1 轉(zhuǎn)子支承方案轉(zhuǎn)子支承方案簡(jiǎn)圖： 小圓圈表示滾珠軸承，小方塊表示滾棒軸承7.1 轉(zhuǎn)子支承方案 渦輪轉(zhuǎn)子和壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子間的聯(lián)軸器僅傳遞扭矩，考慮到兩個(gè)轉(zhuǎn)子的四個(gè)支點(diǎn)很難保證同心，因此采用了浮動(dòng)套齒的聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)。浮動(dòng)套齒聯(lián)軸器7.1 單轉(zhuǎn)子支承方案1-3-0的四支點(diǎn)支承方案7.1 單轉(zhuǎn)子支承方案1-2-0的三支點(diǎn)支承方案7.1 單轉(zhuǎn)子支承方案1-0-1的兩支點(diǎn)支承1-1-0的兩支點(diǎn)支承7.1 單轉(zhuǎn)子支承方案0-2-0支承方案1-0-1支承方案7.1 轉(zhuǎn)子支承方案 多轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子數(shù)多，支承數(shù)目多，而且低壓轉(zhuǎn)子軸要從高壓轉(zhuǎn)子軸中心穿過(guò)，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但原則上仍以每

3、個(gè)轉(zhuǎn)子分別進(jìn)行處理。 7.1 轉(zhuǎn)子支承方案 中介支點(diǎn)：裝在另一個(gè)轉(zhuǎn)子上的支點(diǎn)，通過(guò)另一個(gè)轉(zhuǎn)子的支點(diǎn)將負(fù)荷外傳。 中介軸承或軸間軸承 采用中介支點(diǎn)，可使發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度縮短，承力機(jī)匣數(shù)減少。但是軸間軸承的潤(rùn)滑較困難，軸承工作條件較差，而且裝拆也比較復(fù)雜。7.1 轉(zhuǎn)子支承方案低壓轉(zhuǎn)子：011 高壓轉(zhuǎn)子：110JT9D發(fā)動(dòng)機(jī)的支承方案7.1 轉(zhuǎn)子支承方案 低壓轉(zhuǎn)子：021 高壓轉(zhuǎn)子：110PW4000發(fā)動(dòng)機(jī)的支承方案7.1 轉(zhuǎn)子支承方案 低壓轉(zhuǎn)子：021 高壓轉(zhuǎn)子：101CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子支承方案簡(jiǎn)圖7.1 轉(zhuǎn)子支承方案CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子支承方案7.1 轉(zhuǎn)子支承方案 低壓轉(zhuǎn)子：021 中壓轉(zhuǎn)子：120

4、 高壓轉(zhuǎn)子：101RB211三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的支承方案7.1 轉(zhuǎn)子支承方案止推支點(diǎn)： 每個(gè)轉(zhuǎn)子只能有一個(gè)止推支點(diǎn) 一般應(yīng)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(zhǎng)量小7.2 聯(lián)軸器壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子軸和渦輪轉(zhuǎn)子軸由聯(lián)軸器聯(lián)接形成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子作用： 連接渦輪轉(zhuǎn)子和壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子負(fù)荷： 取決于轉(zhuǎn)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(diǎn)結(jié)構(gòu)) 柔性聯(lián)軸器(三支點(diǎn)及四支點(diǎn)結(jié)構(gòu))7.2 聯(lián)軸器柔性聯(lián)軸器： 均允許渦輪轉(zhuǎn)子相對(duì)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子軸線有一定的偏斜角，即兩個(gè)轉(zhuǎn)子間可以有相對(duì)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(jī)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)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(diǎn)用的浮動(dòng)式套齒聯(lián)軸器浮動(dòng)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)聯(lián)軸器7.2 聯(lián)軸器具有浮動(dòng)球形墊圈的套齒聯(lián)軸器渦噴7發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器7.

6、2 聯(lián)軸器渦槳5發(fā)動(dòng)機(jī)的聯(lián)軸器7.2 聯(lián)軸器斯貝發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器7.3 支承結(jié)構(gòu) 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通過(guò)支承結(jié)構(gòu)支承于發(fā)動(dòng)機(jī)承力構(gòu)件上，并將轉(zhuǎn)子的各種負(fù)荷傳遞到承力機(jī)匣上。支承結(jié)構(gòu)包括軸承、對(duì)軸承進(jìn)行冷卻與潤(rùn)滑的滑油供入及回油結(jié)構(gòu)、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(yán)裝置等7.3 支承結(jié)構(gòu)7.3 支承結(jié)構(gòu)7.3 支承結(jié)構(gòu)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承航空發(fā)動(dòng)機(jī)均采用滾動(dòng)軸承;發(fā)動(dòng)機(jī)住軸承一般DN值較大;封嚴(yán)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(cè)向噴射與環(huán)下供油7.3 支承結(jié)構(gòu)渦噴6發(fā)動(dòng)機(jī)中支點(diǎn)結(jié)構(gòu) 內(nèi)外環(huán)作成兩半的結(jié)構(gòu)滾珠數(shù)目多,能夠承受

7、較大的軸向負(fù)荷7.3 支承結(jié)構(gòu)渦噴7高壓轉(zhuǎn)子中支點(diǎn)結(jié)構(gòu)雙排滾珠軸承的支承結(jié)構(gòu)軸向力比較大,一個(gè)滾珠軸承難以承受時(shí)采用7.3 支承結(jié)構(gòu)(a)單個(gè)軸承在負(fù)荷作用下測(cè)得端面錯(cuò)移量； (b)根據(jù)A、B兩軸承的錯(cuò)移量求出 的關(guān)系雙排滾珠軸承的調(diào)整襯套尺寸選配簡(jiǎn)圖7.3 支承結(jié)構(gòu)三、渦輪支點(diǎn)結(jié)構(gòu) 位于渦輪盤前、后的支點(diǎn)，因處于高溫環(huán)境下，同時(shí)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(duì)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(dòng)機(jī)渦輪軸承可作為這種結(jié)構(gòu)的代表。7.3 支承結(jié)構(gòu)圖7-26 渦噴6發(fā)動(dòng)機(jī)后支點(diǎn)結(jié)構(gòu)7.3 支承結(jié)構(gòu)JT3D發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪支點(diǎn)結(jié)構(gòu)軸承直接

8、裝在軸上，凸緣開(kāi)了32個(gè)冷卻氣孔B7.3 支承結(jié)構(gòu)四、中介支點(diǎn)結(jié)構(gòu) 中介支點(diǎn)介于高壓軸（外軸）與低壓軸（內(nèi)軸）之間，徑向空間小，軸承的滑油供人及回油、封嚴(yán)均較困難。如果是止推支點(diǎn)（即滾珠軸承），裝配也較困難。前用于中介支點(diǎn)的軸承，其直徑系列均較普通支點(diǎn)的系列輕一級(jí)左右。例如普通支點(diǎn)采用了特輕系列的滾棒軸承，則用于中介支點(diǎn)時(shí)，應(yīng)采用超輕系列，用于普通中點(diǎn)的滾珠軸承一般采用輕系列，而用于中介支點(diǎn)的滾珠軸承則要使用特輕系列。7.3 支承結(jié)構(gòu)渦噴7發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子中支點(diǎn)結(jié)構(gòu)7.3 支承結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)斯貝發(fā)動(dòng)機(jī)在高壓壓氣機(jī)后支點(diǎn)處，裝有低壓轉(zhuǎn)

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

10、，滾子在內(nèi)外滾道上形成干摩擦，引起滑蹭損傷，降低了軸承壽命，對(duì)轉(zhuǎn)子的工作產(chǎn)生危害。解決辦法： 減小阻力或者增加拖動(dòng)力 7.3 支承結(jié)構(gòu)減小阻力辦法： （1）采用輕質(zhì)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(nèi)的流動(dòng)情況增加拖動(dòng)力辦法： （1）減小軸承的游隙； （2）保持架內(nèi)環(huán)定位 （3）裝配時(shí)對(duì)軸承施加徑向或者軸向載荷7.3 支承結(jié)構(gòu)7.3 支承結(jié)構(gòu)五、帶彈性支座、擠壓油膜的支點(diǎn)結(jié)構(gòu)1. 擠壓油膜軸承 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子的不平衡力通過(guò)支承結(jié)構(gòu)傳給機(jī)匣，使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)，因此，原則上可以在軸承與支承結(jié)構(gòu)間設(shè)置減振器，吸收振動(dòng)能量，減少外傳振動(dòng)負(fù)荷與振幅

11、，降低發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，擠壓油膜就是其中一種常用的結(jié)構(gòu)。圖7-32所示為典型的擠壓油膜軸承結(jié)構(gòu)，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(rùn)滑系統(tǒng)的壓力滑油形成油膜，為防止滑油由兩側(cè)泄漏，軸承外環(huán)兩側(cè)處開(kāi)有環(huán)形槽，槽中裝有封嚴(yán)環(huán)，為防止軸承外環(huán)在座孔中轉(zhuǎn)動(dòng)，在后蓋板上作有限動(dòng)凸塊，插入軸承外壞的缺口中。7.3 支承結(jié)構(gòu)一種擠壓油膜軸承 7.3 支承結(jié)構(gòu) JT8D發(fā)動(dòng)機(jī)的1號(hào)滾柱軸承上采用的擠壓油膜軸承減振結(jié)構(gòu)。軸承外環(huán)以一定的間隙裝入軸承減振器座內(nèi)，在此環(huán)形縫隙內(nèi)通入發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)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(yán)圈。JT8D發(fā)動(dòng)機(jī)的1號(hào)和6號(hào)軸承采用了擠壓油膜

12、后，發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工作狀態(tài)下振動(dòng)幅值有明顯降低。由于滑油吸收了外環(huán)振動(dòng)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(dòng)機(jī)擠壓油膜軸承 7.3 支承結(jié)構(gòu)V2500發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子后軸承采用的擠壓油膜結(jié)構(gòu)7.3 支承結(jié)構(gòu)2. 彈性支座 轉(zhuǎn)子的軸承不直接固定到機(jī)匣上，而通過(guò)一個(gè)剛性小、具有較大彈性的支座固定到機(jī)匣上，這個(gè)剛性小的支座，一般稱為彈性支座。 在發(fā)動(dòng)機(jī)上，采用彈性支座主要是用來(lái)減少轉(zhuǎn)子的支承剛性，降低轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速（或共振轉(zhuǎn)速），使發(fā)動(dòng)機(jī)常用的工作轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速。另外，彈性支座本身的彈性變形還會(huì)吸收一部分振動(dòng)能量，也起到減小振動(dòng)的作用。7.3 支承結(jié)構(gòu)斯貝發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪前支點(diǎn)

13、結(jié)構(gòu)7.3 支承結(jié)構(gòu)彈性支承構(gòu)造7.3 支承結(jié)構(gòu)V2500高壓轉(zhuǎn)子前支承點(diǎn)結(jié)構(gòu)7.3.3 支承結(jié)構(gòu)-封嚴(yán)結(jié)構(gòu)封嚴(yán)結(jié)構(gòu)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?xì)膺M(jìn)入封嚴(yán)腔。分類：蓖齒式封嚴(yán)浮動(dòng)環(huán)封嚴(yán)漲圈封嚴(yán)件液壓封嚴(yán)件石墨封嚴(yán)裝置刷式封嚴(yán)裝置7.3.3 支承結(jié)構(gòu)-封嚴(yán)結(jié)構(gòu)幾種典型的封嚴(yán)裝置7.3.3 支承結(jié)構(gòu)-封嚴(yán)結(jié)構(gòu) 蓖齒式封嚴(yán)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(guò)蓖齒與封嚴(yán)環(huán)間的間隙向內(nèi)逸流，阻止滑油外逸。它屬于非接觸式的封嚴(yán)裝置。7.3.3 支承結(jié)構(gòu)-封嚴(yán)結(jié)構(gòu)7.3.3 支承結(jié)構(gòu)-封嚴(yán)結(jié)構(gòu) 浮動(dòng)環(huán)封嚴(yán)裝置 在油腔外、內(nèi)壓差的作用下，浮動(dòng)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(yán)裝置。7.3.3 支承結(jié)構(gòu)-封嚴(yán)結(jié)構(gòu) 漲圈式封嚴(yán)件 屬于接觸式封嚴(yán)封嚴(yán)效果比蓖齒式的要好，軸向尺寸也短，但過(guò)高的溫度與切向速度會(huì)使金屬漲圈喪失彈力，磨損過(guò)快，影響封嚴(yán)效果。7.3.3 支承結(jié)構(gòu)-封嚴(yán)結(jié)構(gòu)液壓封嚴(yán)件 常用于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)件之間來(lái)封嚴(yán)軸承腔。液壓封嚴(yán)件由一個(gè)封嚴(yán)齒浸在一個(gè)滑油環(huán)帶中形成，這個(gè)滑油環(huán)帶是由離心力造成的。 7.3.3 支承結(jié)構(gòu)-封嚴(yán)結(jié)構(gòu) 石墨封嚴(yán)裝置 它含有一個(gè)靜止的石墨環(huán)構(gòu)件，不斷地與旋轉(zhuǎn)軸的套環(huán)相摩擦，使用幾個(gè)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(guò)。7.3.3 支承結(jié)構(gòu)-封嚴(yán)結(jié)構(gòu) 刷式封嚴(yán)裝置 由

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

16、封嚴(yán)裝置也將失去封嚴(yán)作用。7.4 靜子承力系統(tǒng) 發(fā)動(dòng)機(jī)靜子上傳出的負(fù)荷通過(guò)承力框架、承力殼體傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)安裝節(jié)，這些承力框架、承力殼體組成發(fā)動(dòng)機(jī)的承力系統(tǒng)7.4.1 靜子承力系統(tǒng)-承力框架 將轉(zhuǎn)子支點(diǎn)的負(fù)荷通過(guò)氣流通道傳至外機(jī)匣（承力殼體）的構(gòu)件，稱為承力框架。作為承力框架的結(jié)構(gòu)有以下幾種：1.鑄造或焊接機(jī)匣2.利用靜子葉片傳力3.利用渦輪導(dǎo)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(dòng)機(jī)進(jìn)氣機(jī)匣7.4.1 靜子承力系統(tǒng)-承力框架V2500帶葉柵式擴(kuò)散器的鑄造燃燒室整體機(jī)匣7.4.1 靜子承力系統(tǒng)-承力框架V2500發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子后軸承采用的擠壓油膜結(jié)構(gòu)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(jí)導(dǎo)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(dòng)機(jī)渦輪后軸承機(jī)匣7.4.1 靜子承力系統(tǒng)-承力框架RB211的轉(zhuǎn)子與承力系統(tǒng)7.4.2 靜子承力系統(tǒng)-發(fā)動(dòng)機(jī)安裝節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝節(jié)是發(fā)動(dòng)機(jī)連接到飛機(jī)的固定點(diǎn)，將發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷傳遞至飛機(jī)；主安裝節(jié)：傳遞軸向力、徑向力及扭矩；輔助安裝節(jié)：傳