燃气涡轮发动机(第二版)第5章

带 有 半 球 形 接 头 的 套 齿 联 轴 器
3. 具有浮动球形垫圈的套齿联轴器
WP7发动机低压转子联轴器采用了具有浮动球形垫圈的套齿联轴器。 与上述两种联轴器不同之处在于球形结构并未定心在涡轮轴或压气机后 轴颈上，而是浮动于两轴间，成为浮动球形垫圈。这是因为WP7发动机 中，低压涡轮轴与压气机轴线间不同轴的偏斜角大，约为7’47’’， 而套齿又采用了小直径大宽度的设计，这时只能用较大的侧向啮合齿隙 (0.18-0.31mm)．为了不使其他零件限制两转子间的径向位置，所以采用 浮动结构，以保证涡轮转子沿球面偏斜时不受约束。
转子联接与联轴器
联轴器是将压气机转子与涡轮转子联成—体的组合件。 不同的转子支承方案对联轴器的功用有不同的要求。在有 各自的止推支点的压气机转子、涡轮转子的四支点承力方 案中，联轴器仅传递扭矩；在只有一个止推支点的四支点 支承方案中，联轴器不仅要传递招矩．而且还要传递轴向 力；在大多数三支点转子的支承方案中．不仅要求联轴器 传递涡轮转子的扭矩、轴向力、径向力．而且要求在两联 接轴不同心时，能保证良好的工作。这三种支承方案中的 联轴器，均允许涡轮转子相对压气机转子轴线有一定的倾 斜。这种联轴器称为柔性联轴器。在二支点的发动机转子 中．联轴器仅传递轴向力与扭矩，需将压气机轴与涡轮轴 刚性地联成一体．这种联轴器称为刚性联轴器。 联轴器的设汁应满足传递负荷的耍求，并能保证在不共 轴条件下，工作可靠及装拆方便。
发动机系统和附件传动齿轮箱组成
在航空发动机中，除了进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷 管等主要部件外，还有一些保证发动机正常工作所需的各种附 属系统，称为发动机系统，如起动系统、燃油系统、滑油系统、 冷却系统等。在发动机系统和飞机系统（如液压系统、气压系 统、电气系统等）中，有一些发动机附件（如滑油泵、燃油泵 等）和飞机附件（如液压泵、发电机等）有一定的功率、转速 和转向要求，需要由发动机转子来驱动。这些附件一般都装在 专门的附件传动机匣上，该附件传动机匣直接安装在发动机上。 在发动机中，通常有一个或几个附件传动机匣或称为附件传动 齿轮箱。
浮动套齿联轴器
2) 3支点方案
1-2-0的三支点支承方案
3) 2支点方案 承两 方支 案点 支的 方支 案点 支 承的 两 1-0-1 1-1-0
0-2-0支承方案
1-0-1支承方案
双转子和三转子支承方案
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 个转子分别进行处理。
篦齿 封严
倾斜篦 齿封严
（2）浮动环封严装置 （3）液压封严件 (4)石墨封严
石墨封严是利用石墨环与转子相接触来 达到封严的目的，它是 现代航空发动机较为 理想的密封装置。石墨封严主要用在涡轮发 动机轴承位置和辅助装置处。总的来看，石 墨封严的密封效果好，寿命长，泄漏量小， 甚至完全不泄漏，尤其是在高温、高压、高 转速条件下仍能保证可靠的密封性能，这是 其它类型密封装置所不具备的。在航空发动 机中，石墨封严的石墨环与 轴和叶片本身无 直接相对摩擦，石墨有自我润滑作用，在润 滑条件不良的情况下仍能可靠工作，加之石 墨摩擦系数小，因此 当石墨环磨损时，与之 相配合的轴和叶片能完整无损。
综上所述，联轴器的功用决定于支承方案，其具体结构与 它的功用有关，也和各部位的结构型式有关。联轴器的型式 虽然有多种．但设计联轴器结构时应考虑以下方而： (1)根据承力方案的要求．可靠地传递负荷(如扭矩、铀向力、 径向力)，且在不共轴时能可靠地工作。 (2)所有零件需可靠地定心及周向定位．保证良好的平衡 性．同时各零件还需轴向固定和锁紧。 (3)拆装方便。
与单转子发动机不同的是，有些支点不直接安装在承力机 匣上，而是装在另一个转子上，通过另一转子的支点将负荷 外传，由于这个支点是介于两个转子之间的，所以称为中介 支点。中介支点中的轴承，则称为中介轴承或轴间轴承。在 多数发动机中，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。
5.3 封严的作用和形式
封严作 用： 封严是 对转动 部件和 非转动 部件间 的泄漏 进行 控制
封严：接触式 非接触式 接触式 封严：皮碗、涨圈、浮动环、端面石墨、径向石墨、刷 式密封 非接触式封严：螺旋槽、篦齿、液力、气膜密封
（1）篦齿封严：采用斜齿和高阶梯相结合的方式(图2(b))可使泄漏量减少 17%。这是因为： ①刀形篦倾斜度的增加使得封严腔环流量增加，进而造成刀形齿处气流的 停滞面积增大，齿尖周围流线的弯曲度加 ②高阶梯截面形成的气流通道更为曲折，流量也随之增加，使得紊流粘滞 损失增加； ③倾斜篦齿造成了一节流过程，气流流经边缘更为 锋利的篦齿，减小了有效面积和单个篦齿的流量系数。 （外部气流压力高于内部气流压力）
将发动机转子的功率、转速传输到附件并驱动附件 以一定的转速和转向工作的齿轮轮系及传动轴的组 合体，称为附件传动装置。
在现代航空发动机上，传动发动机附件的 功率约占涡轮功率的 0.2 ～ 0.5% ，传动飞机附件的 功率约占涡轮功率的 0.3 ～ 0.6% ，一台大型航空发 动 机 附 件 传 动 所 消 耗 的 功 率 可 达 3.0 ～ 3.7kw （ 400～ 500马力）。附件及其传动装置的重量约占 发动机重量的15～20%。 附件传动装置一般由中心传动装置和外部 传动装置两部分组成。
1－3－0
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，整个转子共支承于四个支点上。
单转子支承方案
1) 4支点方案
1-3-0的四支点支承方案
在这种支承方案中，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。
轴承可分为向心型轴承和推力型轴承两大类。
向心轴承只能承受径向载荷，有的向心轴承承 受径向载荷的同时,还能承受不大的轴向载 荷; 推力轴承只能用来承受轴向载荷。
按滚动体的形状可分为：
滚动轴承分为滚珠轴承和滚棒轴承。 滚棒轴承分为圆柱滚棒轴承、圆锥滚棒轴承等。
滚动轴承的组成：
由内圈、外圈，一组滚动体（滚珠或滚棒）和保持架组成。 内圈通常装在轴上，与轴紧配合，并与轴一起旋转。 内套圈外表面上有供滚珠或滚棒滚动的沟槽，称内沟或内滚 道。
轴承需要滑油润滑和冷却
润滑的方法有两种:一种是直接润滑法,另一种是间接润滑法。
直接润滑法是通过一个标定孔供应一定温度和压力的滑油， 孔的尺寸确定了在各种工况下的流量。保持滑油干净 十分重要，喷油孔前，供油路上安装有若干油滤和滤 网。
间接润滑法是滚道下润滑方法,滑油喷雾在空心转子轴的内壁, 由于离心力滑油停留在壁上,然后滑油通过轴和轴承内 滚道上的孔向外流动,在保持架离开轴承。这种方法比 直接润滑带走的热量多。
外圈通常在轴承座或机械壳体上，与轴承座孔成过渡配合， 起支撑滚珠和滚棒的作用。 有些轴承是外圈旋转，内圈固定而起支撑作用。外圈内表面 上也有供滚珠或滚棒滚动的沟槽，称外沟或外滚道。 滚动体在内圈和外圈的滚道之间滚动，在旋转过程中允许其 发生相对运动，滚动体的大小和数量决定着轴承的承载能力。 保持架把轴承的一组滚动体均匀相互隔开，以避免互相碰撞 和摩擦，并使每个滚动体均匀和轮流地承受相等的载荷。
止推支点在转子中的位置
转子上的止推支点除承受转子的轴向负荷、径向负 荷外，还决定了转子相对于机匣的轴向位置，因此每 个转子只能有一个止推支点。由于此支点所承受的负 荷较大，一般应置于温度较低的地方。例如，在两支 点的转子上，止推支点应是转子的前支点；在三支点 的发动机中，止推支点最好置于压气机之后。这种安 排，不仅可以使轴承在较低的温度环境下工作，也使 转子相对机匣的轴向膨胀分配在压气机与涡轮两端， 使两端的轴向错移量较小。
结构 一般由内部（中心）传动装置和外部传动装置组成。
中心传动装置
外部传动装置
内部传动装置：将发动机转子 的转动变为与发动机轴线相垂直
的转动。以便将发动机转子的一
部分功率传递到发动机外。中心 传动装置ຫໍສະໝຸດ 般由一对锥型齿轮1和2组成。
外部传动装置：将垂直于发动 机转子轴线的转动变为轴向的转 动，并将传递到发动机外的功率 分配给各附属系统。外部传动装 置一般由一对锥型齿轮3和4组成。
作用在转子上的力
转子支承方案的表示方法（简图和代号）： 在研究转子支承方案时，均将复杂的转子简化成能表征其特 点的转子支承方案简图，在简图中小圆圈表示滚珠轴承，小 方块表示滚棒轴承。
转子支承方案的表示方法（简图和代号）：
转子支点的数目与位置，常用转子支承方案代号来表示。 两条前后排列的横线分别代表压气机转子和涡轮转子，两条横 线前后及中间的数字表示支点的数目。 例如：
低压转子：0－1－1 高压转子：1－1－0 JT9D发动机的支承方案
低压转子：0－2－1 高压转子：1－1－0 PW4000发动机的支承方案
低压转子：0－2－1 高压转子：1－0－1
CFM56发动机转子支承方案简图
低压转子：0－2－1 中压转子：1－2－0 高压转子：1－0－1 RB211三转子发动机的支承方案
(5)刷式封严：
刷式封严是一种接 触式密封装置，主要由 刷丝、前板、 背板和 跑 道组成。 刷丝夹在前板和背 板之间，采用焊接工艺 将三者焊接成一体。单 级刷式封严的工作压力 一般低于 0.5 MPa，但 多个单级刷式 封严串 联 起来形成多级刷式 封严，可提高其整体耐 压能力。
5.4 附件传动装置
“挤压油膜”式轴承：
目的： 在某些发动机上，为了尽 量减少从旋转组件传向轴 承座的动力负荷的影响， 采用了“挤压油膜”式轴 承。 在轴承外圈和轴承座之间 留有很小的间隙，该间隙 中充满了滑油。滑油来自 滑油系统.
形式：
该油膜阻尼了旋转组件的 径向运动及传向轴承座的 动力载荷，因此减低了发 动机的振动及疲劳损坏的 可能性。