RB211三转子RB199、 EJ200发动机转子支承方案

文/陈光

RB211三转子发动机转子支承方案

在三转子发动机中,转子数目又多了一个,因此增加了支承构件的复杂程度。图33示出了RB211的转子支承方案图,它的三个转子共用了8个支点,通过四个承力构件外传。

低压、中压和高压转子的支承方案分别为0 2 1、1 2 0和1 0 1形式,其中,低压转子的止推支点(即3号止推轴承)为中介支点,将低压轴支承于中压压气机后轴内。在整体布局中,将三个转子的止推轴承集中在一个承力机匣上,使传力路线好。

由于转子数目多,只得在涡轮中采用涡轮级间(高压与中压级间)的承力构件,支承6,7号轴承。这种涡轮级间承力构件不仅使发动机长度加大,而且也对涡轮效率有影响,一般最好不用,例如CF6发动机在CF6 50系列时采用了涡轮级间承力构件,后来发展为80系列时,取消了该构件,不仅使发动机长度缩短了,而且涡轮的效率也有提高。

但是,在三转子发动机中,很难取消这个承力构件,例如RB199发动机中就是在中压与低压涡轮间采用了级间承力构件。

图33、RB211发动机转子支承方案

3.2.9 RB199发动机转子支承方案

在几种现役的军用发动机(F100、F110、F404、RB199与M88、EJ200)中,RB199、EJ200两种发动机的风扇无进口导流叶片,因而它们的风扇前无支点,风扇转子是向前悬臂支承的。

RB199是三转子发动机如图34所示,它的三个转子共用了七个支点,比RB211 少一个,这是由于RB199的中压压气机仅有3级,整个中压转子支承于两个支点上,而RB211的中压压气机有7级,整个中压转子较长,所以采用了三个支点来支承。 另外,低压转子的止推轴承在RB199中置于涡轮盘前,这是少有的。

在现有发动机中,除RB199 外尚未发现有其他发动机在涡轮处设置滚珠轴承的,这是因为滚珠轴承的工作条件比滚棒轴承差,它除承受径向负荷外,还要承受较大的轴向负荷,如果将它安置在高温的轴承处,工作条件更将恶劣,其寿命将比滚棒轴承小许多。

RB199中将滚珠轴承置于低压涡轮处,是由发动机装拆方便来考虑的。当然,它还必须采用强化轴承冷却的措施,否则是不合适的。与RB211转子支承方案另一不同处是RB199低压涡轮处的支点置于涡轮盘之前,而不是置于涡轮盘之后,这是由于RB199低压涡轮只有2级(RB211为3级),采用悬臂支承还是可以的。这样,消除了低压涡轮后支点,可使发动机的长度缩短,对战斗机用的发动机有较突出的好处。

图34、RB199发动机简图

RB199的低压转子采用了03 0式三支点支承方案,这也是少有的,另一种采用这种支承方案的是EJ200发动机。这两种发动机均是风扇前无进口导向叶片,因而风扇转子无前支点,而是在风扇转子后用两个相距较远的两个支点将风扇悬臂支承着的;

另外,这两种发动机的低压涡轮由于级数少(EJ200中为1级),也采用了悬臂支承方式,即低压涡轮轴承置于涡轮盘前,由于这两个原因,使低压转子采用了独特的0 3 0支承方案。

RB199的中压转子采用了01 1式二支点支承方案,高压转子采用10 1 式二支点支承方案,其涡轮后支点为一中介支点,即涡轮后轴通过中介轴承支承于中压转子上。

RB199采用了三个承力构件,即风扇与中压压气机间中介机匣(支承风扇转子的两个轴承)、中压压气机与高压压气机间中介机匣(支承中压压气机、高压压气机的滚珠轴承)以及中压涡轮与低压涡轮间的级间承力构件(支承三个转子的后支点)。

为了使装拆滚珠轴承方便,在RB199、RB211发动机中,均将滚珠轴承装于一个专用于安装轴承的短轴上,短轴再用圆弧端齿联轴器与转子的前或后轴连接。分解发动机时,只要将连接圆弧端齿联轴器的几个带自锁螺母的螺钉拧下,转子即与固定于机匣中的滚珠轴承分开,能自如地由机匣中卸下。另外,高压压气机转子与高压涡轮转子也采用了圆弧端齿联轴器连接。

3.2.11 EJ200发动机转子支承方案

图35示出了EJ200发动机简图,它的两个转子支承于五个支点上,装在两个承力构件上,即风扇与高压压气机间的中介机匣(风扇两个支点,高压压气机前支点)及高低压涡轮级间承力构件(两个转子的后支点),没有中介支点。为了方便滚珠轴承的装拆,高压压气机前滚珠轴承采用了前述的R199的做法(参见图34),即轴承装于特殊的短轴上,再通过圆弧端齿联轴器与转子相连。

风扇转子的滚珠轴承则采用了非常特殊的方法:支承风扇转子的两个轴承(前为滚棒轴承、后为滚珠轴承)装于一根独特的连接轴上,风扇转子则通过与第1级风扇轮盘后端连接的短轴,用套齿联轴器与该连接轴相连,连接轴的后端与涡轮轴相连。分解时,只需将固定套齿联轴器的大螺帽卸下,风扇转子即可与轴承分离而将轴承留在机匣中。这种连接方式在其他发动机中尚未见过,实属首创。

图35、EJ200发动机简图

F404、F110、F101和M88发动机转子支承方案

这四种发动机的转子支承方案基本同于CFM56(图29),只是由于风扇转子是两端支承而不是像CFM56悬臂支承,因而在风扇前有一支点,即低压转子采用了1 1 1式三支点支承方案。

高压转子支承方案完全同于CFM56的,即后支点为中介支点的1 0 1式二支点支承方案,承力构件由于有风扇前支点而比CFM56多1个即3个。图36、图37和图38分别示出了F404、F110、和M88发动机的简图。

由图36~38可见,这三种发动机中,风扇滚珠轴承的位置不同,在F404、F110中置于风扇转子之后,这样,两个转子受力较大的滚珠轴承均固定于中介机匣上,由于主安装节也是装在中介机匣上的,使传力路线最好,但是当风扇后轴偶尔出现折断故障时,风扇转子不易保持在发动机中,而M88将滚珠轴承置于风扇转子前端就能避免风扇甩出发动机。