推力平衡是指调整压气机和涡轮转子的轴向力,以保证发动机在工作包线内所有功率状态下 ,装于转子上的止推轴承的轴向力在允许范围内的措施。
轴向推力
在透平及
压气机转子上受到轴向推力,它的大小对机组的安全运行关系很大,它包括:
1、压力轴向力
各级叶片、轮盘、转子及气封片前后的气体压力不同,这些压力的轴向分力即为压力轴向推力。旋转叶片上的轴向推力的作用面积以流道截面的整圈圆环形面积计算。
2、速度轴向推力
动叶进口及出口气流的轴向流速有所变化,则动量就有变化,产生此轴向变化的轴向作用力即为速度轴向推力。
3、转子重量的轴向分力
运输式装置在上下坡道、爬高、俯冲时,转子轴线不在水平位置,故转子重量在轴向有分力。
4、惯性力轴向分力
运输机械加速向前、俯冲、拉起、转弯时,加速度可能很大,在飞机上可达到重力加速度的3~10倍,这时产生的惯性力也就很大,必须考虑其轴向分力的影响。
上述作用在转子上的各种轴向力的代数之和,即为转子上的轴向推力。
轴向推力的平衡
如果转子的轴向推力很大,推力轴承不能承担时,就需要采用平衡推力的措施,从结构和布置方面设法减小推力轴承的负担,以保证安全运行。这些方法有:
1、利用机体布置抵消轴向推力
在考虑燃气轮机各机体的布置方案时,应尽量设法使同一连轴上各转子的大部轴向推力相互抵消,最常用的方法是把压汽机和透平的高压端或者两者的低压端靠在一起,它们的转子用刚性连接或用能传递推力的联轴节连接。
2、改变气封数目或直径
改变气封数目或直径可以改变气体压力及其作用面积,这种方法可以用来平衡不大的轴向推力,但受到结构上和漏气面积过大的限制。
3、采用平衡气室
在转子侧面引入某一定压力的平衡气,或使高压端和低压端的气封中间分段处互相用管子联通,以平衡压力。这种方法较简单,收益也较大。
4、采用平衡活塞或平衡盘
当上述几种方法不足以解决推力过大的问题时,可以考虑采用平衡活塞或者平衡盘的方法。平衡活塞通常置于高压端级组以外的轴上,形似转鼓,有时同轮鼓一体锻成。在平衡活塞外围上的气封使漏气压力降落,就使平衡活塞外端面上的轴向推力减少,以达到减少轴向总推力的目的。平衡活塞外端的气室一般通过导管或转鼓上的钻孔与低压端的气室或低压中间级相通以均衡压力,其外侧有较小直径的正常外气封,进一步减少漏气。
5、采用双流式方案
例如,可采用双面进气压气机、两端排气或两端进气式透平来抵消轴向推力,如果机体太大,也可采用并联式透平或压气机的方案。