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當前位置:首頁 > 航空發(fā)動機中介軸承、PW4000漲圈封嚴、連軸器等問題解惑

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1.低壓轉子軸;2.中介滾珠軸承;3.高壓壓氣機后軸;4.高壓轉子滾珠軸承;5.浮動環(huán)封嚴裝置

圖1、斯貝發(fā)動機中介止推支點結構 

答:中介軸承供油問題:一般采用環(huán)下供油,即在軸承內環(huán)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(huán)與滾珠間進行潤滑,一般用于滾珠軸承中,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(huán);5.限動銷釘;

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

11.噴油管;12.集油套;13.卡圈

圖2 、渦噴7發(fā)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(huán)A(圖2),在外軸內裝有向中介軸承噴油的噴油桿8?;土鞒鲋薪檩S承就比較簡單了,你可以仔細看看此二圖即可了解。

二:我了解到汽車渦輪增壓器的油封是類似活塞環(huán)的密封,是不是就是pw4000里面的漲圈封嚴呢?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(huán)槽實現(xiàn)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泄漏。那為什么飛機發(fā)動機主軸軸承密封不大量采用這種結構,而要采用蓖齒刷式等類型呢?

答:PW4000發(fā)動機中沒有采用漲圈封嚴措施,它的軸承腔除低壓渦輪后軸承處采用徑向石墨封嚴裝置外,其它都是端面石墨封嚴裝置。

至于漲圈封嚴你說用一道,在航空發(fā)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(fā)展的發(fā)動機上己不采用了,詳見以下摘自我與我學生編寫的《航空燃氣渦輪發(fā)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(huán);5.限動銷釘;

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

11.噴油管;12.集油套;13.卡圈

圖8-62、 渦噴7發(fā)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于由壓差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?jié)q圈不隨軸套旋轉,只是漲圈的端面與A面間產生相對滑動,于是將滑油封住不外泄,為了產生周向彈性力及便于裝配,漲圈在圓周上有一對口縫隙,滑油會由此縫隙逸漏,因此,采用漲圈封嚴裝置時,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°。

漲圈封嚴裝置是屬于接觸式封嚴裝置,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,采用含錫的可鍛青銅,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(fā)動機采用含鉻、鎳,鉬的CrMo灰鑄鐵,工作溫度為300~400°C,切線速度達113米/秒。

三:關于連軸器,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(yè)書籍推薦?

3.1剛性聯(lián)軸器

3.1.1套齒式剛性聯(lián)軸器

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1.壓氣機后軸;2.渦輪軸

圖8-41 渦噴7發(fā)動機高壓轉子聯(lián)軸器

渦噴7發(fā)動機高壓轉子采用了0-2-0式的2支點支承方案,因此需采用剛性聯(lián)軸器將渦輪轉子與壓氣機轉子聯(lián)接成為一體。

圖8-41為渦噴7高壓轉子聯(lián)軸器,它屬于套齒式的剛性聯(lián)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,即在壓氣機后軸內套齒的前端裝有定位襯環(huán),用定位襯環(huán)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,在壓氣機后軸內套齒后端的內圓柱面B與渦輪軸的外圓柱面以0.00mm到0.05mm的間隙相配合。

另外,高壓壓氣機后軸的軸頭作成錐型,與裝在渦輪軸上的后錐體相配,后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,用大螺母將壓氣機后軸與渦輪軸剛性地聯(lián)接成一體。在套齒兩端采用錐面夾緊,能加強聯(lián)接剛性,但并不是所有套齒式剛性聯(lián)軸器均采用。

在J85、JT9D、PW2037、PW4000、V2500等發(fā)動機上,高壓渦輪與高壓壓氣機軸間采用了套齒式剛性聯(lián)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(xiàn)代高涵道比渦扇發(fā)動機中,低壓轉子聯(lián)軸器普遍采用此類結構。

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圖8-42高涵道比渦扇發(fā)動機低壓轉子聯(lián)軸器(PW4000)

如圖8-42在低壓渦輪軸與風扇軸連接的低壓聯(lián)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(lián)接的剛性聯(lián)軸器。

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1.壓氣機后軸;2.封嚴盤;3.自鎖螺母;4.渦輪軸

圖8-43 CFM56高壓轉子聯(lián)軸器

在RB211、CFM56等發(fā)動機的高壓轉子,壓氣機后軸與渦輪軸間采用了用圓柱面定心,短螺栓聯(lián)接的剛性聯(lián)軸器。圖8-43是CFM56高壓轉子聯(lián)軸器的結構圖。

壓氣機后軸與渦輪軸分別與封嚴盤的前、后端面接觸,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(lián)接。為便于安裝,螺栓先固定于壓氣機后軸上,當渦輪轉子裝上后,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(lián)軸器

圖8-44 RB199高壓轉子圓弧端齒聯(lián)軸器

RB199發(fā)動機高壓轉子采用了圓弧端齒聯(lián)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公司在研制三轉子發(fā)動機期間發(fā)展的一項重要技術。

在壓氣機后軸的后端面上與渦輪軸前端面上分別銑出帶弧形的端面齒,用短螺栓將相互嚙合的端齒聯(lián)接起來,成為剛性很好的聯(lián)軸器。利用圓弧端齒傳扭、定心(包括工作定心),螺栓傳軸向力。為便于裝拆,在壓氣機后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于前短軸上

在RR公司研制或參與研制的發(fā)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?jié)L珠軸承的裝拆變?yōu)槿菀住?/p>

在RB199發(fā)動機中,共采用了四個圓弧端齒聯(lián)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(lián)軸器在歐洲的一些發(fā)動機上采用較多,例如斯貝MK202、RB211、RB199(共有四處)、阿赫那、RTM322、阿杜爾(Adour)等發(fā)動機。


 

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注:此文為中國著名航空發(fā)動機結構專家陳光教授對盛俞匯問題的解答。

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