发动机构造第7章 发动机总体结构

7.2.2 柔性联轴器 这种联轴器在压气机，涡轮两个转子的轴线不同 心时，仍能保证良好的工作。也就是说允许涡轮转子 轴相对于压气机轴有一定的偏斜角。
图7-16 柔性联轴器允许两轴线有一定的偏斜角
一、四支点用的浮动式套齿联轴器
图7-2 浮动套齿联轴器
二、带有球形接头的套齿联轴器
图7-17 涡喷8发动机联轴器
三、带有半球形接头的套齿联轴器
图7-18 涡喷6发动机联轴器
四、具有浮动球形垫圈的套齿联轴器
图7-19 涡喷7发动机低压转子联轴器
五、涡桨5发动机的联轴器
图7-20 涡桨5发动机的联轴器
六、斯贝发动机低压转子联轴器
图7-21 斯贝发动机低压转子联轴器
第7.3节 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。
图7-26 涡喷6发动机后支点结构
图7-27 JT3D发动机高压涡轮支点结构
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。
1. 涡喷7发动机低压压气机后中介支点 涡喷7发动机低压转子的中、后支点均系中介支 点， 2 支点的供油、回油方式基本类似。图 7-28 为中 支点（即低压压气机后支点）的结构图。
图7-28 涡喷7发动机低压转子中支点结构
轴承的两端均装有涨圈式密封装置，防止滑油外 漏。涨圈式密封装置的工作原理如图7-29轴器和柔性联轴器两大类。以 上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偏斜角，即两个转子间可以有 相对的偏斜，这种联轴器称为“柔性联轴器”。在 2 支点支承方案中，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，也就是用安装边、 短螺栓或套齿、螺帽将两根轴刚性联接，这种联轴器 称为“刚性联轴器”。
图7-2 浮动套齿联轴器
J47单转子涡轮喷气发动机转子的1-3-0四支点 支承方案。
图7-3 1-3-0的四支点支承方案
2. 3支点方案
图7-4 1-2-0的三支点支承方案
3. 2支点方案
点图 支 承 方 案 的 两 支 点图 支 承 方 案 的 两 支 7-6 1-1-0 7-5 1-0-1
7.3.2 支承结构
一、内环（或外环）做成两半的支承结构 外环（或内环）做成两半分开的，可以使内、外环滚道 的槽作得深些，装的滚珠数目可以多些，这样，能承受较大的 负荷，因此，这种结构被许多发动机所采用。
图7-23 涡喷6发动机中支点结构
二、双排滚珠轴承的支承结构
经过卸荷后，发动机转子上的轴向力仍然较大， 当用一个滚珠轴承承受不了时，可采用二个滚珠轴承 并列，成为双排滚珠轴承的支承结构。 一个支点采用双排滚珠轴承的关键问题在于如何 保证两个轴承同时承受轴向负荷，而且承荷均匀。
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。
一、单转子支承方案 1. 4支点方案
图7-1 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。
7.1.2 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。
7.3.1 航空燃气涡轮发动机主轴承
一、轴承的类型
按照摩擦性质不同，轴承可分为滑动轴承和滚动轴承。滚 动轴承按滚动体种类不同，可分为滚珠轴承和滚棒轴承。滚棒 轴承又可分为圆柱滚棒轴承和圆锥滚棒轴承等。
图7-22 各种轴承
按照承受载荷的方向不同，轴承可分为向心型轴 承、推力型轴承和向心推力型轴承三大类。向心轴承 只能承受径向载荷；推力轴承只能承受轴向载荷；而 向心推力轴承既可承受径向载荷也能承受轴向载荷， 有以承受径向载荷为主的，也有以承受轴向载荷为主 的。
对发动机总体结构的主要要求是：发动机各大部件承受负 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，重量要轻，尺寸要小；同时要考虑发动机各大部 件装拆和检修方便。
第7.1节 转子支承方案 7.1.1 转子支承方案 在燃气涡轮发动机中，发动机转子通过支承结 构支承 于发动 机机匣 上 。转 子上承 受的各 种负荷 （如气体轴向力、重力、惯性力及惯性力矩等）由 支承结构承受并传至发动机机匣上，最后由机匣通 过安装节传至飞机构件中。 在发动机中，转子采用几个支承结构（支点）， 安排在何处，称为转子支承方案。
图7-7 0-2-0支承方案
图7-8 1-0-1支承方案
二、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。
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。
转子支承方案的表示方法（代号和简图）：
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：
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。
图7-29 涨圈工作原理
2. 斯贝发动机中介支点 斯贝发动机在高压压气机后支点处，装有低压转 子中介止推支点，其结构如图7-30所示。
图7-30 斯贝发动机中介止推支点结构
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 图7-31 浮动环式封严装置 了泄漏量过大的故障。
第7章 发动机总体结构
第7.1节 转子支承方案 第7.2节 联轴器
第7.3节 支承结构
第7.4节 静子承力系统
在研究了燃气涡轮发动机的各主要部件（压气机、燃烧室、 涡轮、尾喷管等）的结构之后，本章将研究发动机的总体结构， 其中包括转子的支承方案、支承结构、压气机转子与涡轮转子 的联接、静子承力系统等。
低压转子：0－1－1 高压转子：1－1－0 图7-9 JT9D发动机的支承方案
低压转子：0－2－1 高压转子：1－1－0
图7-10 PW4000发动机的支承方案
低压转子：0－2－1 高压转子：1－0－1 图7-11 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 图7-12 RB211三转子发动机的支承方案
发动机主轴承采用滚棒轴承与径向止推的滚珠轴承，前 者仅承受径向载荷，后者可承受径向载荷与轴向载荷。在2支 点与3支点的转子支承方案中，只能在一处安装滚珠轴承，其 它支点上安装滚棒轴承。通常主轴承采用标准尺寸与标准结构 型式的轴承，但是，在有些发动机上，为了适应发动机总体结 构的需要，而将主轴承的尺寸、结构型式作成非标准的。 发动机主轴承工作于高转速、高而且是变化的工作温度、 变化很大的负荷条件下，工作条件比较恶劣。为满足航空发动 机的特殊而苛刻的要求，适应工作的需要，对发动机主轴承均 作了许多特殊的技术要求。
高速轴承：一般采用DN（D轴承内径，毫米；N轴承转速，转 /分）值来代表轴承速度特性。当DN值大于0.8～1.0×106时， 为高速轴承。一般地面机械所使用的轴承，绝大部分均低于此 值。航空燃气涡轮发动机主轴承，除初期曾有过 DN 值低于 1.0×106的外，大多数均大于1.0×106。 DN值大，滚子的离心力将会很大，使滚子与外环滚道间 的接触应力加大，摩擦热量增大，轴承温度升高； DN值大， 保持架不平衡产生的离心力也大，是造成轴承振动的原因。因 此，对于大 DN值的轴承，要很好解决轴承材料的强度、冷却 润滑等问题，并要提高轴承的制造精度与平衡精度。 滑油供入轴承的方法有两种：侧向喷射与环下供油。
图7-24 涡喷7高压转子中支点结构
l1 1 l2 2
（a）单个轴承在负荷作用下测得靖西结移量； （b）根据A、B两轴承的错移量求出l1、l2的关系
图7-25 双排滚珠轴承的调整衬套尺寸选配简图
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。
第7.2节 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。联轴器传递的负荷取决于转子支承方案。 一般需能传递扭矩，轴向力和径向力。 只传递扭矩：压气机转子和涡轮转子各有自己的止推支点的四支点支
承方案
传递扭矩和轴向力：只有一个止推支点的四支点支承方案 传递扭矩、轴向力和径向力：大多数的三支点支承方案
7.2.1 刚性联轴器
这种联轴器能将涡轮轴和压气机轴刚性地联成一 体，传递扭矩、轴向力和径向力。
刚性联轴器有套齿式和短螺栓联接式等。
一、套齿式刚性联轴器
图7-13 涡喷7高压转子联轴器
二、圆柱面定心，短螺栓联接的刚性联轴器。
图7-14 CFM56高压转子的刚性联轴器
三、圆弧端齿联轴器
图7-15 RB199发动机高压转子圆弧端齿联轴器
二、航空燃气涡轮发动机主轴承
装于发动机转子上的轴承，一般称为发动机主轴承，以与附件 传动中采用的轴承相区别。
航空燃气涡轮发动机主轴承均采用滚动轴承（滚珠轴承和滚棒 轴承）。 优点：滚动轴承摩擦系数小、轴向尺寸小、需用的滑油量小、低温 下易于起动，且能在短时间无滑油供入的条件下工作，为采用由发 动机转子传动的滑油泵供油润滑提供了条件等。 因为滚动轴承的径向尺寸大，在航空燃气涡轮发动机的主轴承 中，均采用较轻的直径系列。例如，一般滚珠轴承采用轻系列，滚 棒轴承采用特轻系列，另外，在某些发动机中由于径向只寸受到限 制而采用无内环或外环的滚动轴承。
冷却、润滑轴承的滑油，不应漏入气流通道中。另一方 面，高温气体也不应向轴承腔泄漏，对轴承加温。因此轴承的 工作腔应与气流通道通过封严装置隔开。 被封严装置与气流通道隔开的轴承工作腔一般称为轴承 油腔。为保证油腔的滑油不外漏，轴承油腔均应与大气相通 （通过滑油系统的通气系统）。一个轴承油腔内可以只装一个 支点的轴承，也可以装二个或三个支点的轴承。 作用于发动机主轴承的负荷不应过大，也不能过小。过 大的负荷会引起轴承磨损甚至损坏；过小的负荷会引起轴承打 滑而出现滑蹭损伤。而作用于主轴承的负荷却因工作状态的改 变而变化，因此，应充分考虑在飞行包线内各种飞行条件下， 各主轴承均不应出现较长时间的过大或过小负荷。