航空燃气涡轮发动机构造-第7章-发动机总体结构

1、Gas Turbine Aero-engine第7章 发动机总体结构中国民航飞行学院 航空工程学院7. 发动机总体结构7.2 联轴器7.1 转子支承方案7.3 支承结构7.4 静子承力系统7. 发动机总体结构对发动机总体结构的主要要求： 各大部件承受负荷的方式和传递负荷的路线要合理； 在保证零、部件刚度、强度的条件下，重量轻，尺寸小； 发动机各大部件装拆和检修方便。7.1 转子支承方案转子负荷的传递7.1 转子支承方案转子支承方案： 在发动机中，转子采用几个支承结构（支点），安排在何处转子支承方案代号： 例如：130 表示：压气机转子前有一个支点，涡轮转子后无支点，压气机与涡轮转子间有三个支点

2、，整个转子共支承于四个支点上。7.1 转子支承方案转子支承方案简图： 小圆圈表示滚珠轴承，小方块表示滚棒轴承7.1 转子支承方案 涡轮转子和压气机转子间的联轴器仅传递扭矩，考虑到两个转子的四个支点很难保证同心，因此采用了浮动套齿的联轴器结构。浮动套齿联轴器7.1 单转子支承方案1-3-0的四支点支承方案7.1 单转子支承方案1-2-0的三支点支承方案7.1 单转子支承方案1-0-1的两支点支承1-1-0的两支点支承7.1 单转子支承方案0-2-0支承方案1-0-1支承方案7.1 转子支承方案 多转子发动机中，转子数多，支承数目多，而且低压转子轴要从高压转子轴中心穿过，使结构复杂，但原则上仍以每

3、个转子分别进行处理。 7.1 转子支承方案 中介支点：装在另一个转子上的支点，通过另一个转子的支点将负荷外传。 中介轴承或轴间轴承 采用中介支点，可使发动机长度缩短，承力机匣数减少。但是轴间轴承的润滑较困难，轴承工作条件较差，而且装拆也比较复杂。7.1 转子支承方案低压转子：011 高压转子：110JT9D发动机的支承方案7.1 转子支承方案 低压转子：021 高压转子：110PW4000发动机的支承方案7.1 转子支承方案 低压转子：021 高压转子：101CFM56发动机转子支承方案简图7.1 转子支承方案CFM56发动机转子支承方案7.1 转子支承方案 低压转子：021 中压转子：120

4、 高压转子：101RB211三转子发动机的支承方案7.1 转子支承方案止推支点： 每个转子只能有一个止推支点 一般应置于温度较低的地方 传力路线短 工作温度低 接近主安装面 热变形伸长量小7.2 联轴器压气机转子轴和涡轮转子轴由联轴器联接形成发动机转子作用： 连接涡轮转子和压气机转子负荷： 取决于转子支承方案，一般能传递扭矩、轴向力和径向力。分类： 刚性联轴器(两支点结构) 柔性联轴器(三支点及四支点结构)7.2 联轴器柔性联轴器： 均允许涡轮转子相对压气机转子轴线有一定的偏斜角，即两个转子间可以有相对的偏斜刚性联轴器： 联轴器仅传递扭矩和轴向力，且将涡轮轴和压气机轴刚性地联成一体，也就是用安

5、装边、短螺栓或套齿、螺帽将两根轴刚性联接7.2 联轴器套齿式刚性联轴器涡喷7高压转子联轴器7.2 联轴器圆柱面定心，短螺栓联接的刚性联轴器CFM56高压转子的刚性联轴器7.2 联轴器圆柱面定心，短螺栓联接的刚性联轴器CFM56高压转子的刚性联轴器7.2 联轴器圆弧端齿联轴器RB199发动机高压转子圆弧端齿联轴器7.2 联轴器柔性联轴器允许两轴线有一定的偏斜角7.2 联轴器四支点用的浮动式套齿联轴器浮动套齿联轴器7.2 联轴器带有球形接头的套齿联轴器涡喷8发动机联轴器7.2 联轴器带有半球形接头的套齿联轴器涡喷6发动机联轴器7.2 联轴器具有浮动球形垫圈的套齿联轴器涡喷7发动机低压转子联轴器7.

6、2 联轴器涡桨5发动机的联轴器7.2 联轴器斯贝发动机低压转子联轴器7.3 支承结构 发动机的转子通过支承结构支承于发动机承力构件上，并将转子的各种负荷传递到承力机匣上。支承结构包括轴承、对轴承进行冷却与润滑的滑油供入及回油结构、防止滑油漏入气流通道以及防止高温气体漏入轴承腔室的封严装置等7.3 支承结构7.3 支承结构7.3 支承结构航空燃气涡轮发动机主轴承航空发动机均采用滚动轴承;发动机住轴承一般DN值较大;封严系统要求: 滑油不能流入气流通道 高气体不能向轴承腔泄漏滑油供入轴承的方法有两种：侧向喷射与环下供油7.3 支承结构涡喷6发动机中支点结构 内外环作成两半的结构滚珠数目多,能够承受

7、较大的轴向负荷7.3 支承结构涡喷7高压转子中支点结构双排滚珠轴承的支承结构轴向力比较大,一个滚珠轴承难以承受时采用7.3 支承结构(a)单个轴承在负荷作用下测得端面错移量； (b)根据A、B两轴承的错移量求出 的关系双排滚珠轴承的调整衬套尺寸选配简图7.3 支承结构三、涡轮支点结构 位于涡轮盘前、后的支点，因处于高温环境下，同时还有大量热量从涡轮叶片经轮盘、涡轮轴传到轴承上，因此对轴承工作十分不利。通常轴承不直接装在轴上，而是装在套在轴上的衬套上，涡喷6发动机涡轮轴承可作为这种结构的代表。7.3 支承结构图7-26 涡喷6发动机后支点结构7.3 支承结构JT3D发动机高压涡轮支点结构轴承直接

8、装在轴上，凸缘开了32个冷却气孔B7.3 支承结构四、中介支点结构 中介支点介于高压轴（外轴）与低压轴（内轴）之间，径向空间小，轴承的滑油供人及回油、封严均较困难。如果是止推支点（即滚珠轴承），装配也较困难。前用于中介支点的轴承，其直径系列均较普通支点的系列轻一级左右。例如普通支点采用了特轻系列的滚棒轴承，则用于中介支点时，应采用超轻系列，用于普通中点的滚珠轴承一般采用轻系列，而用于中介支点的滚珠轴承则要使用特轻系列。7.3 支承结构涡喷7发动机低压转子中支点结构7.3 支承结构 轴承的两端均装有涨圈式密封装置，防止滑油外漏涨圈工作原理7.3 支承结构斯贝发动机在高压压气机后支点处，装有低压转

9、子中介止推支点斯贝发动机中介止推支点结构7.3 支承结构 斯贝发动机高压涡轮转子前滚棒轴承处原采用浮动环式封严装置，但在使用中，曾多次发生漏油较多，造成发动机滑油消耗量过大而提前更换发动机，其原因是轴承油腔处于高温环境下，在浮动环与轴间易形成积炭，积炭限止了浮动环的活动，可能会造成过大的间隙，因而泄漏量加大。为此，从1980年后，此封严处已改为篦齿封严，改型后的发动机，基本排除了泄漏量过大的故障。浮动环式封严装置7.3 支承结构滚动轴承的打滑与蹭伤滚动轴承工作时，有拖动力和阻力的作用，当拖动力大于阻力，滚子做纯滚动，当拖动力小于小于阻力时，滚子产生打滑现象。打滑时，滑动摩擦系数大于滚动摩擦系数

10、，滚子在内外滚道上形成干摩擦，引起滑蹭损伤，降低了轴承寿命，对转子的工作产生危害。解决办法： 减小阻力或者增加拖动力 7.3 支承结构减小阻力办法： （1）采用轻质材料做保持架； （2）采用空心滚子； （3）保持架不定位于外环； （4）改善滑油在轴承内的流动情况增加拖动力办法： （1）减小轴承的游隙； （2）保持架内环定位 （3）装配时对轴承施加径向或者轴向载荷7.3 支承结构7.3 支承结构五、带弹性支座、挤压油膜的支点结构1. 挤压油膜轴承 发动机工作时，转子的不平衡力通过支承结构传给机匣，使发动机产生振动，因此，原则上可以在轴承与支承结构间设置减振器，吸收振动能量，减少外传振动负荷与振幅

11、，降低发动机振动，挤压油膜就是其中一种常用的结构。图7-32所示为典型的挤压油膜轴承结构，它是在轴承外环和轴承座之间留有一定的间隙，间隙中引入润滑系统的压力滑油形成油膜，为防止滑油由两侧泄漏，轴承外环两侧处开有环形槽，槽中装有封严环，为防止轴承外环在座孔中转动，在后盖板上作有限动凸块，插入轴承外坏的缺口中。7.3 支承结构一种挤压油膜轴承 7.3 支承结构 JT8D发动机的1号滚柱轴承上采用的挤压油膜轴承减振结构。轴承外环以一定的间隙装入轴承减振器座内，在此环形缝隙内通入发动机润滑系统的压力滑油，形成油膜。为防止滑油从油膜两端大量泄漏，两端有封严圈。JT8D发动机的1号和6号轴承采用了挤压油膜

12、后，发动机在各种工作状态下振动幅值有明显降低。由于滑油吸收了外环振动的能量，滑油温度有所增加，轴承外环的温度也有所增高。JT8D发动机挤压油膜轴承 7.3 支承结构V2500发动机低压转子后轴承采用的挤压油膜结构7.3 支承结构2. 弹性支座 转子的轴承不直接固定到机匣上，而通过一个刚性小、具有较大弹性的支座固定到机匣上，这个刚性小的支座，一般称为弹性支座。 在发动机上，采用弹性支座主要是用来减少转子的支承刚性，降低转子的临界转速（或共振转速），使发动机常用的工作转速大于临界转速。另外，弹性支座本身的弹性变形还会吸收一部分振动能量，也起到减小振动的作用。7.3 支承结构斯贝发动机高压涡轮前支点

13、结构7.3 支承结构弹性支承构造7.3 支承结构V2500高压转子前支承点结构7.3.3 支承结构-封严结构封严结构功用：防止滑油从滑油腔中漏出，控制冷却气 及防止主气流的燃气进入封严腔。分类：蓖齿式封严浮动环封严涨圈封严件液压封严件石墨封严装置刷式封严装置7.3.3 支承结构-封严结构几种典型的封严装置7.3.3 支承结构-封严结构 蓖齿式封严装置： 轴承油腔的压力低于腔外压力，外腔中压力较高的空气通过蓖齿与封严环间的间隙向内逸流，阻止滑油外逸。它属于非接触式的封严装置。7.3.3 支承结构-封严结构7.3.3 支承结构-封严结构 浮动环封严装置 在油腔外、内压差的作用下，浮动环紧贴在槽座的

14、端面A上，形成了径向间隙式与端面接触式的混合封严装置。7.3.3 支承结构-封严结构 涨圈式封严件 属于接触式封严封严效果比蓖齿式的要好，轴向尺寸也短，但过高的温度与切向速度会使金属涨圈丧失弹力，磨损过快，影响封严效果。7.3.3 支承结构-封严结构液压封严件 常用于两个旋转件之间来封严轴承腔。液压封严件由一个封严齿浸在一个滑油环带中形成，这个滑油环带是由离心力造成的。 7.3.3 支承结构-封严结构 石墨封严装置 它含有一个静止的石墨环构件，不断地与旋转轴的套环相摩擦，使用几个弹簧使石墨与套环保持接触。依靠接触的良好程度，不允许滑油或空气漏过。7.3.3 支承结构-封严结构 刷式封严装置 由

15、许多细钢丝制成的刷组成的静止环，不断与旋转轴相接触，与硬的陶瓷涂层相摩擦，其优点是可以承受径向摩擦而不增加渗漏。7.3.3 支承结构-封严结构不同的滑油封严装置有不同的使用条件：蓖齿式封严装置，由于蓖齿尖端与衬套存在间隙，因而工作不受转速和温度的限制，但封严效果不如接触式封严装置，轴向尺寸也较大，并且要求轴承机匣外部的空气压力必须大于内部的压力，否则会使大量的滑油外溢，起不到封严效果。涨圈封严受到工作温度和切线速度的限制。浮动环封严的工作温度与切线速度比涨圈封严要高一些，但封严效果要差一些。石墨封严装置可在高温、高压差、高转速下工作，密封效果好，但结构复杂，如温度过高，使加载弹簧失去弹力，石墨

16、封严装置也将失去封严作用。7.4 静子承力系统 发动机静子上传出的负荷通过承力框架、承力壳体传递给发动机安装节，这些承力框架、承力壳体组成发动机的承力系统7.4.1 静子承力系统-承力框架 将转子支点的负荷通过气流通道传至外机匣（承力壳体）的构件，称为承力框架。作为承力框架的结构有以下几种：1.铸造或焊接机匣2.利用静子叶片传力3.利用涡轮导向器传力4.涡轮后承力框架7.4.1 静子承力系统-承力框架涡喷6发动机进气机匣7.4.1 静子承力系统-承力框架V2500带叶栅式扩散器的铸造燃烧室整体机匣7.4.1 静子承力系统-承力框架V2500发动机低压转子后轴承采用的挤压油膜结构7.4.1 静子承力系统-承力框架由静子叶片组成的承力框架7.4.1 静子承力系统-承力框架RB199低压涡轮第1级导向器承力框架7.4.1 静子承力系统-承力框架斯贝发动机涡轮后轴承机匣7.4.1 静子承力系统-承力框架RB211的转子与承力系统7.4.2 静子承力系统-发动机安装节发动机安装节是发动机连接到飞机的固定点，将发动机负荷传递至飞机；主安装节：传递轴向力、径向力及扭矩；辅助安装节：传