陈光/文
中国民航于20世纪70~80年代使用的装于三叉戟客机的斯贝 MK 512发动机滑油消耗量过大曾是引起发动机提前换发的主要原因之一。在国外使用中,也出现过类似问题。
引起滑油消耗量过大的原因主要是高压涡轮前滚棒轴承处采用的浮动环式封严装置在工作中失效而引起的。经过罗·罗公司做了两次修改后,解决了此问题。
装斯贝发动机MK 512的三叉戟2E客机,主要在中国民航使用。这型飞机共生产约50余架,其中32架为中国所有。MK 512发动机各油腔的封严处,采用了涨圈式、篦齿式与浮动环式3种封严装置。其中浮动环式在斯贝中有3处采用。
这种封严装置是介于涨圈式与篦齿式封严装置间的一种封严性能较好的装置。图1示出其结构图。整圈的封严环装于前后侧板间,端面留有轴向间隙,封严环与轴间留有径向间隙,封严环在腔外内压差作用下紧压在端壁上。
封严环与轴间径向间隙很小,如果轴与封严环相碰时,封严环可上下浮动而不会磨损,因而封严效果好(一般篦齿封严的径向间隙大,转子与其相碰时还会磨损,使封严效果变差),由于封严环能上下浮动,故封严环也称浮动环。
图1、浮动环式封严装置
这种有浮动环的封严装置也就称为浮动环式封严装置,斯贝高压涡轮前轴承腔的后封严处采用的即是这种浮动环式封严装置。中国民航使用的斯贝 MK 512从1982年起,由于上述浮动环封严装置失效,造成滑油消耗量过大引起提前换发的事件逐年加多,占每年提前换发的比例也很大。
但在1980 年以前却很少出现,例如1980 年国外出现的故障率为0.028 次/1000EFH,而中国民航一次也没有。表1列出1982~1985年4年间中国民航由于高压涡轮轴承处浮动环封严装置失效,引起的提前换发的统计数据。
表1、1982~1985年中国民航使用的斯贝发动机提前换发的统计
由表1可见,封严环失效是这一时期中引起发动机提前更换的主要原因。
浮动环封严装置主要特点是在工作中能上下浮动而不磨损,且能保持与转轴间的小间隙;一旦不能浮动,就会破坏它的封严作用。
高压涡轮前支点的滚棒轴承油腔后封严处,采用浮动环封严装置,如图1所示。发动机正常工作时,它不会出现问题。但是,当发动机停车后,如果滑油没有全部抽回,而在封严环前后积存时,就会在高温作用下结焦形成积炭。
这是因为发动机停车后,涡轮叶片与盘上的热量,大部分通过轴、轴承和轴承座传出,所以轴和轴承的温度均大大高于工作时的温度。例如,轴承工作时的温度约为80 ℃,停车后40min时可上升到190 ℃左右。这时,滑油在高温的作用下结焦;结焦的滑油,会卡在浮动环与环槽间,使浮动环不能浮动,在轴的作用下磨损,形成大的间隙,滑油由此间隙处大量外泄,使滑油消耗量大增。
为避免停车后,滑油在浮动环处结焦,罗· 罗个措施是将轴承处的油槽底部加深,出油管的下部与槽底平齐,使滑油能通畅流出;另外,还加大流向浮动环后侧的引气量,使滑油在较大的向前吹的风作用下扫净,不使滑油在停车后残留在浮动环处。
但改装(1980年）后，收效不大，因此采用了第2个即根本的措施,即将浮动环式封严装置除掉,换以篦齿式封严环,图2 所示即为改后结构。发动机经换装篦齿后,滑油消耗量过大问题从根本上得到解决。换装封严篦齿装置的费用当年为每套3489美元。
图2 斯贝高压涡轮轴承后封严处换装篦齿封严环的结构
浮动环封严装置与常用的篦齿封严装置相比,它的封严间隙小,且不会在工作中碰磨使工作间隙加大,因此是一种封严效果十分好的装置。但是,如果不考虑工作环境的影响,将它作为一种可用于任何位置的封严设施则会事与愿违,得到相反的效果,斯贝涡轮轴承处采用它使滑油消耗量过大这一故障,充分说明了这一点。
因此,在结构设计中,对于任一先进结构设计的采用,一定要由多方面考虑,权衡利弊,慎之又慎地做出决策。
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