航空发动机对转轴间集油结构收油效率分析

发布时间：2020-06-06 10:04

【摘要】：目前,国内外高性能航空发动机的工作条件日益苛刻,主轴支承轴承的DN值不断提高。环下润滑作为一种新兴的润滑方式可以明显降低轴承内圈的工作温度,提高滑油的利用率,延长航空发动机的工作寿命,是高性能发动机研制的重要技术。为提高轴承环下润滑的性能,本文对滑油在对转轴间集油结构中的收油效率进行了分析,并给出了提高收油效率的改进方案。本次研究建立了环下润滑供油过程中各部分结构的数值计算模型以及滑油颗粒在对转轴间运动的理论计算模型。通过对集油结构整体模型、贮油槽及轴承内圈油孔数值计算模型以及轴承供油孔阻力特性模型的数值计算,全面的描述了环下润滑供油过程中滑油和空气的两相流动情况;建立了基于边界层流场结构下的轴间颗粒轨迹参数化模型,结合对集油结构整体模型的模拟结果确定了引起集油结构收油损失的主要原因;最后,对收油效率的实验测定结果以及变工况的模拟结果进行定量分析,给出了可以提高集油结构收油效率的改进意见。研究结论如下:滑油经低压轴环腔和油孔在离心力的作用下以油柱的形式被甩入对转轴间,达到高压轴集油环槽后形成油层,轴承中滚子的周期性运动对轴承内圈油孔外侧的背压并无明显影响;油坝一侧滑油的溢出现象和轴间滑油颗粒的运动对收油损失影响较小,而轴间油柱的脱落现象较为明显,因此对转轴间油柱在环形气流在的脱落现象是引起收油损失的主要原因;油柱的脱落现象是由迎风面不稳定性形成的表面波引起,同时液流边缘外侧产生的连续漩涡也会促进脱落现象,油柱的脱落量随横向气流速度大小的增加而增大;根据实验和模拟结果的对比分析发现,集油结构收油效率随高低压轴转速的增大而减小,随供油量的增大而增大。最后,结合全文给出的结构改进意见为在低压轴轴向添加油坝,并与高压轴一侧的油坝错位放置,这种方案可以有效的阻挡低压轴壁面附近从油柱脱落的滑油从轴间流失,从而提高集油结构的收油效率。
【图文】：

局部放大图,集油,对转轴,结构示意图

构的收油效率，描述了环下润滑轴承供油过程中的两相流动，分析了引起集油结构收油损失的主要原因，并给出对应的改进方案，是某航空发动机润滑系统设计的需求。本文所研究的主轴承结构如图 1.1 所示。高、低压转子轴（后文简称高、低压轴）以高转速反向旋转。来自供油部的滑油在离心力作用下从低压转子轴上的油孔甩入高、低压转子轴之间的环腔。高压转子轴上的集油环槽起到集油的作用，，其后端的油坝阻挡滑油向轴承腔流动。收集的滑油经高压转子轴上的油孔、贮油槽、轴承内圈和轴承内圈上的油孔向轴承滚动体供油。图 1.1 对转轴间集油结构示意图图 1.2 是对转轴间集油结构轴间环腔的局部放大图（图 1.1 中红色方框部分），在低压转子轴高速旋转的离心力作用下，滑油靠低压轴油孔一侧被甩入环腔，并大部分落入高压转子轴的集油环槽中，在其表面上形成一层滑油。在高压转子轴的离心力作用下，这层滑油以类似溢洪孔的方式流入高压转子轴上的油孔。轴间环腔中的空气在相对旋转的转子轴作用下形成内、外层反向流动的环流，同时封严空气从环腔的前端流入。对转轴间的滑油会以液块或滑油颗粒等形式在复杂气流作用下从油坝一侧流失，这些从环腔流失的滑油无法进入高压轴油孔，对轴承的润滑产生不良影响。因此

局部放大图,集油,结构轴,环腔

图 1.2 集油结构轴间环腔局部放大图路为：先初步确定可能引起集油结构收油损失的几种型和理论计算模型，根据对各模型计算结果的定性分果的定量分析，确定了影响收油效率的主要原因，进方案。油损失原因初步分析的集油结构中的存在复杂的两相流动，滑油会因为多步分析，可能造成集油结构中滑油流失的原因有以下几环槽上的油层厚度由滑油从轴承内圈油孔进入轴承腔到油坝高度时，油层上的滑油会在封严空气的吹扫下能以颗粒的形式从低压轴甩出，同时滑油到达高压转等因素也会在轴间形成滑油颗粒，这些滑油颗粒同样
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V231

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