CFM56-5B发动机高低压转子转轴

CFM56-5B发动机是由GE和SNECMA公司共同研制生产的涡轮风扇发动机,由于具有较好的经济性能和较高的可靠性,被广泛地应用在空中客车A320系列。

  CFM56-5B发动机采用了“实时维护”的思想,根据这一思想,发动机除了部分寿命件外无固定的寿命限制。因此,对该发动机运行过程中的实时监控、实时维护显得格外重要,厂家提供了以下几种方法:
  1、内窥镜孔探检查;
  2、滑油消耗量监控和图谱分析;
  3、金属屑采样分析;
  4、发动机振动监控;
  5、发动机性能趋势监控。
  以上的监控工作可以对发动机的核心机的损坏有较好的监控,对故障的发生能及时的发现、处理。现代民用航空涡轮风扇发动机一般采用双转子或三转子构造,CFM56-5B发动机采用了双转子的构造,“双转子”通常也称之为高低压转子。
  其中,高压转子由高压压气机、高压涡轮、高压级转轴等组成,通过高压轴承与发动机本体相对连接,它的转速计为N2;低压转子由风扇叶片、低压压气机、低压涡轮、低压级转轴等组成,通过低压轴承与发动机本体相对连接,它的转速计为N1。
  CFM56-5B发动机共有五组轴承负责连接高低压转轴和发动机本体以及实现两级转子的相对转动。由前至后依次标识为1#、2#、3#、4#、5#轴承,其中1#、2#、5#轴承是安装在低压转轴与本体之间的轴承称为低压轴承;3#轴承是安装在高压转轴与本体之间的轴承称为高压轴承;4#为轴间轴承,顾名思义,它是安装在两级转轴之间的轴承。

  从构造上来分析(如图所示),1#轴承是低压转轴最前端的轴承,也是一个滚珠轴承,它起到了低压转子前端轴向止挡径向支撑的作用,2#轴承是低压转轴轴承,和1#轴承有所不同,2#轴承是滚棒轴承,它在支撑低压转子的同时,为它的轴向伸展提供了可能。
  这是因为2#滚棒轴承是由若干根滚棒组成,围绕着低压转子转轴转动,轴向没有阻挡作用。3#轴承是高压轴承,是为高压转子服务的,它是由滚棒轴承和滚珠轴承共同工作组成的“双轴承”,这一组轴承是高压转子最前端的轴承,滚珠轴承在滚棒轴承前端,高压转子在此处定位,滚棒轴承在此处起到径向支撑的作用。4#轴承是轴间轴承,是两极转子转轴之间的一组轴承,它是一组滚棒轴承。

  据有关资料统计,4#轴承是5组轴承中故障率最高的一个,主要是因为4#轴承的工作环境十分恶劣,高温、高转速,两根转轴之间的轴承负载大;它的润滑条件也十分差,它与5#轴承共用同一个后油池润滑,顺序是先“5后4”;同时,4#轴承的材料和装配工艺相对来说还不是很成熟,厂家对它的改装到目前为止从未间断过,相关的服务通告和工程指令也不断的推出。
  针对4#轴承的问题,发动机生产厂家提出了一个很好的建议:当飞机长时间户外停场且地面风速较大时安装进气道保护罩,以免造成长时间的风转。因为,发动机长时间停车时,轴承缺少必要的润滑,长时间风转的同时也会转动低压转子,两级转子在4#轴承处会产生干摩擦,高压级转子的负载是齿轮箱,负载重导致开车后滑油渗漏。
  5#轴承是一组滚棒轴承,作为低压转子的末端轴承,它起到了低压转轴径向支撑和轴向伸缩的作用。由于低压转轴较长、转速高,因此5#轴承在此处也起到“减摆”的作用。
  两级转轴都以较高的转速在工作,5组轴承都承受着较大的负荷,对它们的润滑和冷却以及保证滑油的清洁就显得十分的重要,它们的工作状态决定了高低压两级转子的性能发挥。
  1#、2#、3#轴承由前“油池”供油润滑,4#、5#轴承由后“搜油池”供油润滑。通过滑油泵供油使用“喷溅”的方式润滑轴承,也称为“干润滑”。

  对轴承润滑的同时,相应的封严也有较高的要求。如上图所示,在轴承的外侧设置两个密封的腔体,外侧腔体引入高压气体,两个腔体与转轴之间使用蓖齿封严。外侧腔体的蓖齿封严称为采用气封严,内侧腔体的蓖齿封严称为采用油封严。由于外腔的压力大于内腔,所以内腔的滑油无法通过蓖齿渗漏到外腔,由此,形成两种方式的封严。在内腔,喷溅到轴承上润滑后的滑油经由油气分离器的作用将油液通过回油口返回到滑油箱,分离出的油气则经由转轴的中空排出发动机。
  即使有少量的滑油渗漏到外腔,也会经由余油口收集排出发动机。随着发动机使用时间的延长,气封严会磨损,油气分离器的效率会下降,滑油消耗量逐渐上升,这是一个正常的过程,但是,航线上要不间断地监控滑油消耗量变化趋势,根据手册的标准即使地发现、处理油耗的超标及油耗曲线的突变。
  在航线上,针对轴承的维护,主要是重视对金属屑的收集和采样分析。
  CFM56-5B发动机针对轴承监控安装有主磁性探测器(MCD),它是一个安装在轴承润滑滑油回路的磁性探头,它能收集轴承磨损后产生的金属屑,粘附在探头上的金属屑会导通指示器的电路从而使指示器弹出,航线维护时可以及时发现。每个轴承都添加了自己的独有的标记性的材料,通过分析就可以准确地确定问题轴承。
  对CFM56-5B发动机的高低压转子转轴的维护和监控直接关系到发动机的工作性能和可靠性,同时,对这一方面的深入研究也会为我们的日常维护工作带来一定的帮助和指导作用。