陈光/文
RB211采用了带18个气动喷嘴的环形燃烧室,如图7所示,其特点为:
(1)燃烧室外套做成双层并向前延伸到高压压气机第3级处,外层作为传力结构,内层不传力;
(2)火焰筒上的冷却环系锻件经机械加工的整体件,它与火焰筒壳体靠对接焊连接,避免了搭接焊中应力集中过大的缺点;
(3)采用了气动式喷嘴(18个)。
在气动喷嘴中,如图8所示,燃油经切向孔注入导流锥的环形腔道,在与流入喷嘴的高压高温气流均匀雾化后沿环形腔道流入火焰筒头部,从而排除了一般离心喷嘴易在燃烧区形成过度富油区,这不仅能使燃油充分燃烧、出口温度分布均匀,而且可在宽广的范围内很好地工作。
因此,这种喷嘴设计能够保证燃烧完全与降低发烟量,同时使燃烧室出口处温度场分布均匀。
图7、RB211-22B燃烧室结构图
图8、RB211的气动喷嘴
每个喷嘴与燃油总管连接处均装有一个分配活门(与斯贝发动机用的一样),以保证在主油路开始供油的瞬间,各喷嘴的喷油量一致,避免出现喷油不均匀所造成的局部高温区。RB211在使用过程中,曾发生火焰筒头部烧伤掉块而打坏涡轮叶片的事故。
因此,对RB211 22B型火焰筒头部的设计曾作过修改。
涡 轮
高压涡轮为单级气冷的。钴基合金铸造的导向叶片的冷却空气由叶片的上下两端进入叶身空腔,然后经叶身上许多小孔射出形成冷却气膜。
镍基合金铸造的工作叶片有10条冷却孔道,冷却空气来自带预旋的冲击式冷却系统,如图9所示。在导向器内环下面沿圆周装有一圈小型预旋导向叶片,叶片通道成收敛形。由燃烧室二股空气中来的冷却空气,进入预旋叶片膨胀降温,并以高速流出。由于出口方向与转子
图9、用于冷却空气的预旋导向叶片结构图
旋转方向一致,在转子作用下,冷却气流垂直地进入涡轮叶片根部的进气缺口中。此相对速度很小,因此,流入空心叶片的冷却空气的温度较不采用预旋措施的低40~60℃,加之,进入涡轮叶片的燃气温度,在三转子结构中较双转子结构中的低27~55℃,综合这两项,可使叶片材料所承受的温度低60~85℃。这种冷却空气用的预旋导向叶片在很多发动机中采用。
在 RB211系列发动机中,对高压涡轮工作叶片的冷却有一特殊设计,即冷却空气是分成高压与低压两股冷却空气流入工作叶片的,前者从叶片前缘及叶盆处的小孔喷出形成冷却气膜,后者则由叶尖处射出对叶片进行对流冷却,如图10所示。
高压、中压与3级低压涡轮的工作叶片均有延长根和叶冠。叶冠上带有2~3道封严翅,以减小漏气提高涡轮效率。中压涡轮导向器也做成空心气冷的结构。
图10、高压涡轮工作叶片冷却结构图
滑油系统
RB21122B用1个齿轮式增压泵向各润滑处供油。在5个回油泵的进油管路和回油总管上,分别装有磁性铁屑探测器(即磁堵),以便及时发现可能引起齿轮与轴承损坏的部位。
在回油管路上,装有燃油 滑油及空气 滑油两个散热器,分别利用来自低压燃油泵的燃油和来自风扇出口处的空气作为冷却剂。
在两个散热器之间装有一套选择控制机构,它根据燃油温度与滑油回油温度自动地控制回油的流路,如图11所示。当燃油温度低于25℃时,滑油回油首先流过燃油 滑油散热器,用滑油的回油对燃油加温,与此同时,回油的温度也得到降低。
当燃油温度高于25℃时:如滑油温度高(如图11所示的位置),滑油先流经空气 滑油散热器,然后流入燃油 滑油散热器;如滑油温度低,滑油只由空气 滑油散热器流过。这种设计,既可保证滑油散热,同时又使燃油温度高于25℃,有利于燃油系统的工作。
图11、滑油散热器选择控制机构简图
单元体结构
RB211采用了单元体结构设计,分风扇、中压压气机、风扇机匣、中压/高压压气机的中介机匣、高压系统(包括燃烧室)、中压与低压涡轮与外传动机匣等7个单元体。
为了做到在外场更换单元体,每个单元体的转动件均事先经过平衡,同时转子间连接均采用特殊的圆弧端齿联轴器连接。
在飞机上更换了单元体后,飞行前只需对发动机作一次全速运转,无需进行推力等性能的测定。
为此,对每个单元体中的零件特别是叶型要求较高,单元体不仅在尺寸上应具有互换性,而且在性能上也应基本一致。例如,为了不致破坏风扇转子的平衡,对更换的风扇叶片不仅有重量规定,而且对沿叶高的重量分布也有一定的要求。
视情维护与发动机状态监测
RB211-22B投入航线使用半年后,美国联邦航空局(FAA)批准其转入“视情维护”,即不规定发动机的翻修寿命,而是对每个单元体的状态进行经常性的监测。当单元体出现某些早期故障的征兆后,在外场使用条件下进行更换,发动机继续使用。
换下的单元体经更换或修理零件后可作为备用单元体使用。因此,每个单元体均应有各自的履历本。
对 RB211进行状态监测的手段有:
(1)目测、孔探仪检测和同位素 X光检测; (2)磁性铁屑探测器;
(3)发动机振动监测装置;
(4)机载积分数据记录系统,飞行中随时记录发动机的主要参数,以便及早发现问题,防止故障重现。
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