陳光/文
中國民航於20世紀70~80年代使用的裝於三叉戟客機的斯貝 MK 512發動機滑油消耗量過大曾是引起發動機提前換髮的主要原因之一。在國外使用中,也出現過類似問題。
引起滑油消耗量過大的原因主要是高壓渦輪前滾棒軸承處採用的浮動環式封嚴裝置在工作中失效而引起的。經過羅·羅公司做了兩次修改後,解決了此問題。
裝斯貝發動機MK 512的三叉戟2E客機,主要在中國民航使用。這型飛機共生產約50餘架,其中32架為中國所有。MK 512發動機各油腔的封嚴處,採用了漲圈式、篦齒式與浮動環式3種封嚴裝置。其中浮動環式在斯貝中有3處採用。
這種封嚴裝置是介於漲圈式與篦齒式封嚴裝置間的一種封嚴性能較好的裝置。圖1示出其結構圖。整圈的封嚴環裝於前後側板間,端面留有軸向間隙,封嚴環與軸間留有徑向間隙,封嚴環在腔外內壓差作用下緊壓在端壁上。
封嚴環與軸間徑向間隙很小,如果軸與封嚴環相碰時,封嚴環可上下浮動而不會磨損,因而封嚴效果好(一般篦齒封嚴的徑向間隙大,轉子與其相碰時還會磨損,使封嚴效果變差),由於封嚴環能上下浮動,故封嚴環也稱浮動環。
圖1、浮動環式封嚴裝置
這種有浮動環的封嚴裝置也就稱為浮動環式封嚴裝置,斯貝高壓渦輪前軸承腔的後封嚴處採用的即是這種浮動環式封嚴裝置。中國民航使用的斯貝 MK 512從1982年起,由於上述浮動環封嚴裝置失效,造成滑油消耗量過大引起提前換髮的事件逐年加多,佔每年提前換髮的比例也很大。
但在1980 年以前卻很少出現,例如1980 年國外出現的故障率為0.028 次/1000EFH,而中國民航一次也沒有。表1列出1982~1985年4年間中國民航由於高壓渦輪軸承處浮動環封嚴裝置失效,引起的提前換髮的統計數據。
表1、1982~1985年中國民航使用的斯貝發動機提前換髮的統計
由表1可見,封嚴環失效是這一時期中引起發動機提前更換的主要原因。
浮動環封嚴裝置主要特點是在工作中能上下浮動而不磨損,且能保持與轉軸間的小間隙;一旦不能浮動,就會破壞它的封嚴作用。
高壓渦輪前支點的滾棒軸承油腔後封嚴處,採用浮動環封嚴裝置,如圖1所示。發動機正常工作時,它不會出現問題。但是,當發動機停車後,如果滑油沒有全部抽回,而在封嚴環前後積存時,就會在高溫作用下結焦形成積炭。
這是因為發動機停車後,渦輪葉片與盤上的熱量,大部分通過軸、軸承和軸承座傳出,所以軸和軸承的溫度均大大高於工作時的溫度。例如,軸承工作時的溫度約為80 ℃,停車後40min時可上升到190 ℃左右。這時,滑油在高溫的作用下結焦;結焦的滑油,會卡在浮動環與環槽間,使浮動環不能浮動,在軸的作用下磨損,形成大的間隙,滑油由此間隙處大量外洩,使滑油消耗量大增。
為避免停車後,滑油在浮動環處結焦,羅· 羅個措施是將軸承處的油槽底部加深,出油管的下部與槽底平齊,使滑油能通暢流出;另外,還加大流向浮動環後側的引氣量,使滑油在較大的向前吹的風作用下掃淨,不使滑油在停車後殘留在浮動環處。
但改裝(1980年）後，收效不大，因此採用了第2個即根本的措施,即將浮動環式封嚴裝置除掉,換以篦齒式封嚴環,圖2 所示即為改後結構。發動機經換裝篦齒後,滑油消耗量過大問題從根本上得到解決。換裝封嚴篦齒裝置的費用當年為每套3489美元。
圖2 斯貝高壓渦輪軸承後封嚴處換裝篦齒封嚴環的結構
浮動環封嚴裝置與常用的篦齒封嚴裝置相比,它的封嚴間隙小,且不會在工作中碰磨使工作間隙加大,因此是一種封嚴效果十分好的裝置。但是,如果不考慮工作環境的影響,將它作為一種可用於任何位置的封嚴設施則會事與願違,得到相反的效果,斯貝渦輪軸承處採用它使滑油消耗量過大這一故障,充分說明了這一點。
因此,在結構設計中,對於任一先進結構設計的採用,一定要由多方面考慮,權衡利弊,慎之又慎地做出決策。
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