羅·羅RB211渦扇發動機的燃燒室、渦輪和滑油系統結構介紹

陳光/文

RB211採用了帶18個氣動噴嘴的環形燃燒室,如圖7所示,其特點為:

(1)燃燒室外套做成雙層並向前延伸到高壓壓氣機第3級處,外層作為傳力結構,內層不傳力;

(2)火焰筒上的冷卻環系鍛件經機械加工的整體件,它與火焰筒殼體靠對接焊連接,避免了搭接焊中應力集中過大的缺點;

(3)採用了氣動式噴嘴(18個)。

在氣動噴嘴中,如圖8所示,燃油經切向孔注入導流錐的環形腔道,在與流入噴嘴的高壓高溫氣流均勻霧化後沿環形腔道流入火焰筒頭部,從而排除了一般離心噴嘴易在燃燒區形成過度富油區,這不僅能使燃油充分燃燒、出口溫度分布均勻,而且可在寬廣的範圍內很好地工作。

因此,這種噴嘴設計能夠保證燃燒完全與降低發煙量,同時使燃燒室出口處溫度場分布均勻。

圖7、RB211-22B燃燒室結構圖

圖8、RB211的氣動噴嘴

每個噴嘴與燃油總管連接處均裝有一個分配活門(與斯貝發動機用的一樣),以保證在主油路開始供油的瞬間,各噴嘴的噴油量一致,避免出現噴油不均勻所造成的局部高溫區。RB211在使用過程中,曾發生火焰筒頭部燒傷掉塊而打壞渦輪葉片的事故。

因此,對RB211 22B型火焰筒頭部的設計曾作過修改。

渦 輪

高壓渦輪為單級氣冷的。鈷基合金鑄造的導向葉片的冷卻空氣由葉片的上下兩端進入葉身空腔,然後經葉身上許多小孔射出形成冷卻氣膜。

鎳基合金鑄造的工作葉片有10條冷卻孔道,冷卻空氣來自帶預旋的衝擊式冷卻系統,如圖9所示。在導向器內環下面沿圓周裝有一圈小型預旋導向葉片,葉片通道成收斂形。由燃燒室二股空氣中來的冷卻空氣,進入預旋葉片膨脹降溫,並以高速流出。由於出口方向與轉子

圖9、用於冷卻空氣的預旋導向葉片結構圖

旋轉方向一致,在轉子作用下,冷卻氣流垂直地進入渦輪葉片根部的進氣缺口中。此相對速度很小,因此,流入空心葉片的冷卻空氣的溫度較不採用預旋措施的低40~60℃,加之,進入渦輪葉片的燃氣溫度,在三轉子結構中較雙轉子結構中的低27~55℃,綜合這兩項,可使葉片材料所承受的溫度低60~85℃。這種冷卻空氣用的預旋導向葉片在很多發動機中採用。

在 RB211系列發動機中,對高壓渦輪工作葉片的冷卻有一特殊設計,即冷卻空氣是分成高壓與低壓兩股冷卻空氣流入工作葉片的,前者從葉片前緣及葉盆處的小孔噴出形成冷卻氣膜,後者則由葉尖處射出對葉片進行對流冷卻,如圖10所示。

高壓、中壓與3級低壓渦輪的工作葉片均有延長根和葉冠。葉冠上帶有2~3道封嚴翅,以減小漏氣提高渦輪效率。中壓渦輪導向器也做成空心氣冷的結構。

圖10、高壓渦輪工作葉片冷卻結構圖

滑油系統

RB21122B用1個齒輪式增壓泵向各潤滑處供油。在5個回油泵的進油管路和回油總管上,分別裝有磁性鐵屑探測器(即磁堵),以便及時發現可能引起齒輪與軸承損壞的部位。

在回油管路上,裝有燃油 滑油及空氣 滑油兩個散熱器,分別利用來自低壓燃油泵的燃油和來自風扇出口處的空氣作為冷卻劑。

在兩個散熱器之間裝有一套選擇控制機構,它根據燃油溫度與滑油回油溫度自動地控制回油的流路,如圖11所示。當燃油溫度低於25℃時,滑油回油首先流過燃油 滑油散熱器,用滑油的回油對燃油加溫,與此同時,回油的溫度也得到降低。

當燃油溫度高於25℃時:如滑油溫度高(如圖11所示的位置),滑油先流經空氣 滑油散熱器,然後流入燃油 滑油散熱器;如滑油溫度低,滑油只由空氣 滑油散熱器流過。這種設計,既可保證滑油散熱,同時又使燃油溫度高於25℃,有利於燃油系統的工作。

圖11、滑油散熱器選擇控制機構簡圖

單元體結構

RB211採用了單元體結構設計,分風扇、中壓壓氣機、風扇機匣、中壓/高壓壓氣機的中介機匣、高壓系統(包括燃燒室)、中壓與低壓渦輪與外傳動機匣等7個單元體。

為了做到在外場更換單元體,每個單元體的轉動件均事先經過平衡,同時轉子間連接均採用特殊的圓弧端齒聯軸器連接。

在飛機上更換了單元體後,飛行前只需對發動機作一次全速運轉,無需進行推力等性能的測定。

為此,對每個單元體中的零件特別是葉型要求較高,單元體不僅在尺寸上應具有互換性,而且在性能上也應基本一致。例如,為了不致破壞風扇轉子的平衡,對更換的風扇葉片不僅有重量規定,而且對沿葉高的重量分布也有一定的要求。

視情維護與發動機狀態監測

RB211-22B投入航線使用半年後,美國聯邦航空局(FAA)批准其轉入「視情維護」,即不規定發動機的翻修壽命,而是對每個單元體的狀態進行經常性的監測。當單元體出現某些早期故障的徵兆後,在外場使用條件下進行更換,發動機繼續使用。

換下的單元體經更換或修理零件後可作為備用單元體使用。因此,每個單元體均應有各自的履曆本。

對 RB211進行狀態監測的手段有:

(1)目測、孔探儀檢測和同位素 X光檢測; (2)磁性鐵屑探測器;

(3)發動機振動監測裝置;

(4)機載積分數據記錄系統,飛行中隨時記錄發動機的主要參數,以便及早發現問題,防止故障重現。

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