商用大涵道比涡扇发动机主轴轴承应用浅析

代钰

（中航商用航空发动机有限责任公司，上海 201108）

商用大涵道比涡扇发动机主轴轴承应用浅析

代钰

（中航商用航空发动机有限责任公司，上海 201108）

主轴轴承作为航空发动机的关键零件之一，其应用方案直接关系到发动机转子载荷外传的路径，还影响整机传力方案设计。本文通过分析典型商用大涵道比涡扇发动机主轴轴承的应用情况，尝试分析出常见构型发动机主轴轴承应用的最优方案。

商用；涡扇；航空发动机；主轴轴承

0　引言

从基本构型上说，现代商用大涵道比涡扇发动机主要有以通用电气（以下简称GE）公司、普惠（以下简称PW）公司和CFMI公司为代表的双转子发动机和以罗尔斯罗伊斯（以下简称RR）公司为代表的三转子发动机。

一般每个转子有2～3支点，基于航空发动机运转精度高、润滑油消耗少、方便维护的要求，支点轴承多采用滚动轴承，轴承工作时采用润滑油润滑。转子轴向载荷通过止推支点轴承传递至主承力框架，径向载荷通过所有支点传递至主承力框架，图1为典型的双转子商用涡扇发动机转子支承方案。

图1　典型的双转子商用涡扇发动机转子支承方案

1　轴承分类

相对于滑动轴承，滚动轴承的主要优点包括：摩擦阻力小，机械效率高，容易启动，对润滑的要求较低；尺寸标准化，具有互换性，拆装维修方便；结构紧凑，重量轻，轴向尺寸更小；运转精度高，负载大；适用于大批量生产，质量稳定可靠，生产效率高；可根据需要灵活地在轴承出设计弹性支承及阻尼器等结构。因此，航空发动机主轴轴承主要采用滚动轴承，滚动轴承的分类见图2。

2　典型航空发动机主轴轴承应用分析

2.1双转子发动机主轴轴承应用分析

（1）GE90-94B发动机主轴轴承应用分析。GE90-94B是GE公司为波音B777-200飞机配发研制的双转子大涵道比涡扇发动机。其6级低压涡轮带动1级风扇和3级增压级；2级高压涡轮带动10级高压压气机。低压转子采用0-2-1支承方案，其中1号支点采用滚珠轴承，为止推支点；2号、5号支点采用滚棒轴承。高压转子采用1-0-1支承方案，3号支点采用滚珠、滚棒轴承并用方案，为止推支点；4号支点采用滚棒轴承。转子支承方案见图3。

图2　滚动轴承分类

图3　GE90-94B转子支承方案

（2）GE90-115B发动机主轴轴承应用分析。GE90-115B是GE公司在GE90-94B基础上改型设计，为波音B777-300飞机配发研制的双转子大涵道比涡扇发动机。其6级低压涡轮带动1级风扇和4级增压级；2级高压涡轮带动9级高压压气机。低压转子采用0-2-1支承方案，其中1号、5号支点采用滚棒轴承；2号支点采用滚珠轴承，为止推支点。高压转子采用1-0-1支承方案，3号支点采用滚珠、滚棒轴承并用方案，为止推支点；4号支点采用滚棒轴承。转子支承方案见图4。

与GE90-94B相比，转子支承方案最大的不同点是低压转子止推支点的位置由1号改为2号。分析其主要原因有以下几点。

①为配合可失效转子支承技术的应用，即在适航规定的风扇叶片脱落状态下，将1号支点支承锥壁局部减薄处剪断（见图5中128位置），2号轴承内侧与风扇短轴连接的球面处剪切销同时剪断，让风扇转子的旋转中心向其新的重心靠近，从而减小其不平衡载荷，达到减少传力路径上零件重量的目的；

②1号支点位置采用滚棒轴承，有利于控制风扇叶尖间隙；

③2号支点位置径向载荷相对较小，降低了球轴承载荷，提高其工作可靠性。

图4　GE90-115B转子支承方案

图5　可失效转子支承技术示意图

2.2三转子发动机主轴轴承应用分析

目前RR公司的Trent系列发动机是在其RB211发动机基础上发展起来的三转子大涵道比涡扇发动机。以Trent800发动机（应用于波音B777飞机）为例。4级低压涡轮带动1级风扇，1级中压涡轮带动8级中压压气机，1级高压涡轮带动6级高压压气机。3个转子采用8支点方案（见图6）：高压转子采用1-0-1支承方案，其中5号支点采用滚珠轴承，为止推支点；6号支点采用滚棒轴承。中压转子采用1-2-0支承方案，其中4号支点采用滚珠轴承，为止推支点；2号、7号支点采用滚棒轴承。低压转子采用0-2-1支承方案，其中3号支点是采用滚珠轴承的中介支点，为止推支点；1号、8号支点采用滚棒轴承。

可以看出Trent800发动机三个转子的止推支点相邻，且支承在同一个承力框架上。而推力拉杆安装于此承力框架，这样保证轴向载荷传递路径最短。

2.3齿轮传动风扇发动机主轴轴承应用分析

以PW公司PW1000G系列发动机为代表的齿轮传动风扇发动机（GTF发动机）在传动的双转子发动机低压涡轮轴与风扇转子中间增加了一个减速器。其转子支承方案与传统构型发动机也存在较大差异。PW1000G转子采用6支点方案（见图7）：低压转子采用0-2-2支承方案，其中1号支点采用1对斜置滚棒轴承，承担风扇转子的轴向、径向载荷；2号支点采用滚珠轴承，承担低压压气机-低压涡轮转子的轴向、径向载荷；5号、6号支点采用滚棒轴承。

图6　Trent800转子支承方案

图7　PW1000G转子支承方案

3　结语

轴承承担的转子载荷中，轴向载荷一般高于径向载荷1-2个量级，因此转子的止推轴承工作条件最为恶劣。

为保证止推轴承得到良好的润滑与冷却，减少高温对轴承及滑油的影响，从上述典型的商用大涵道比涡扇发动机主轴轴承应用来看，转子的止推轴承全部布置在低温区，即靠近发动机前端位置。从提高推力轴承可靠性的角度，可以考虑在高压转子止推支点处采用滚珠、滚棒轴承并用方案，以合理分配轴承载荷。同时，发动机几个转子的推力轴承尽可能靠近，支承在同一个主承力框架上，以缩短载荷的传递路径，提高结构效率。

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1671-0711（2016）08（下）-0089-02