**高温润滑脂在航空涡扇发动主轴轴承中的应用

飞机涡轮发动机主轴的轴承润滑是一大难题，由于高旋转速度和较宽的温度范围，这些问题是非常严峻的，目前用于涡轮发动机的滚动接触轴承的材料的温度受到限制，以至于现在正在考虑全新的材料。提供了一些数据，显示了某些材料在高速和高温下滚动接触轴承及其保持架（隔板，保持架）的可接受的摩擦和磨损性能。对于液体润滑轴承，通过适当的保持架和轴承设计，滚动接触轴承的极限速度可以得到显着改善。宽温度范围也对润滑剂施加温度限制问题。合成润滑剂的极限温度比石油高得多。对于更高的温度，由于更好的热稳定性，正在考虑固体或气体润滑剂。诸如MoS2和石墨等固体在高温（500°至1000°F）下对滚动轴承的润滑非常有效。类似地，气体已经在高温下用作润滑剂。对1000°F外部加压空气轴承的初步研究表明，非旋转轴承在该温度下以稳定的方式支撑载荷。喷油润滑广泛应用于航空发动机，涡轮机械，大功率传动系统，是高速轴承润滑的常见形式之一。由于滚动元件和保持架的搅拌，复杂的油气两相流将存在于喷油润滑的高速滚动轴承的腔体中。两相流场的特性对轴承的发热和温度分布有着决定性的影响，对轴承的性能和使用寿命有很大影响。射流速度是影响轴承腔内油气两相流场的重要因素。使用多相流的VOF方法和RNGk-3湍流模型。通过数值计算和分析了不同运行速度和射流速度下轴承腔内的流场。研究了射流速度和运行速度对轴承腔内油量分数和搅拌转矩的影响。  
由于航空发动机轴承的高温，快速和过载，传统的油润滑有时不起作用。因此，比瑟奴润滑剂工程师与多家航空发动机工程师合作，并推出比瑟奴A.GREASE-05/CU飞机涡轮发动机轴承高低温润滑脂，采用微钼石墨结合体用于改善本文中的润滑不足。并提供显微硬度，摩擦系数和磨损率测试：采用GLC，与典型轴承材料相比，硬度至少提高两倍，摩擦系数为25％，磨损率为1/100。试验和计算结果表明：GLC涂层W9Cr4V的磨损周期是未涂层W9Cr4V的400倍以上，即使GLC涂层磨损，W9Cr4V的摩擦系数也只有0。如图15所示，当液体润滑不起作用时，可以在短时间内有效地润滑轴承。因此，它被证明可有效地提高轴承的耐磨性和可靠性。  
航空发动机转子系统轴承支承着整个发动机核心的系统，是发动机中重要的轴承，通常称作主轴承。航空发动机主轴承具有转速高、工作环境温度高、载荷复杂的特点。如果把航空发动机转子系统比作一位跳芭蕾的舞者，主轴承就是她的足尖，优雅的旋转、**的平衡莫不与其息息相关。正如精湛的舞姿需要付出**常的努力一般，主轴承也是经过了千锤百炼以后才练就了一身绝技。科学家和工程师们本着“亲量圭尺，躬察仪漏，目尽毫厘，心穷筹策”的科学精神与工匠精神，克服了材料选择、结构设计、润滑设计、可靠性设计等诸多难题，才成就了主轴承**凡的工作性能。根据滚动体的形状，主轴承可以分为圆柱滚子轴承和角接触球轴承。但它们与其他旋转机械中相同类型的轴承有明显的区别。通常来说，无论是圆柱滚子型主轴承还是角接触型主轴承，结构都比较复杂。主轴承的外圈通常都会加工出一些特殊的结构，这样处理既可以减重，又便于与发动机其他部件进行配装。此外，轴承的内环通常做成分半式的，这种设计不仅仅是为了便于装配，更重要的是使轴承在承受机动载荷时仍能实现平稳可靠的支承作用。  
在您的长途客机机翼下方的巨型喷气涡轮发动机需要润滑才能像更适中的汽车发动机一样运转。然而，保持这种复杂的发电厂润滑比大多数都更具挑战性。喷气涡轮机以高达18,000rpm（每分钟转数）的速度旋转，内部温度可升至1127°C以上，同时外部空气温度降至-60°C。涡轮发动机润滑脂有许多要求。由于没有往复运动以及滚珠和滚柱轴承（减摩轴承）的存在，涡轮发动机使用粘度较低的润滑剂。燃气涡轮发动机油必须具有高粘度以获得良好的承载能力，但也必须具有足够低的粘度以提供良好的流动性。它还必须具有低挥发性，以防止在发动机运行的高海拔处的蒸发损失。此外，油不应起泡，并且应该对润滑系统中的**或合成橡胶密封件基本上无破坏性。此外，对于高速减摩轴承，碳或清漆的形成必须保持在低限度。用于涡轮发动机的合成油通常以密封的一夸脱罐供应。在专门为涡轮发动机开发的合成油中满足润滑油的许多要求。合成油比石油有两个主要优点。它具有较低的沉积漆和焦炭的倾向（溶剂蒸发后留下的固体），因为它在高温下不会从油中蒸发溶剂。某些涡轮发动机中使用的油品通常含有热和氧化预防剂，载荷添加剂以及降低倾点的物质以及合成化学基料。MIL-L-7808是涡轮机油的规格，是I型涡轮机油。涡轮机合成油在210℉时的粘度约为5至5.5厘米，符合规格MIL-PRF-23699F。该油被称为II型涡轮机油。  
这种发动机通常还以每小时约30cl的速率将其基于油的润滑剂丢失到大气中。这种损失代表了航空业的成本，并污染了环境。  
由于通常存在高温，排气涡轮轴承是燃气涡轮发动机中关键的润滑点。在一些发动机中，除了对轴承进行油冷却之外还使用空气冷却，轴承支撑涡轮机。空气冷却，称为二次空气流，是来自压缩机早期阶段的引气提供的冷却空气。这种内部气流在发动机内部有许多用途。它用于冷却涡轮盘，叶片和叶片。而且，一些涡轮机叶轮可能具有在涡轮机盘**动的引气，这减少了到轴承表面的热辐射。轴承腔有时使用压缩机空气来帮助冷却涡轮轴承。这种引气，如其所称，  
冷却空气的使用大大减少了提供轴承充分冷却所需的油量。由于冷却是涡轮发动机中的油的主要功能，因此用于轴承冷却的润滑油通常需要油冷却器。当需要油冷却器时，通常需要更大量的油来提供冷却器和发动机之间的循环。为确保适当的温度，油通过风冷和/或燃油冷却的油冷却器。该系统还用于加热（调节）燃料以防止燃料中的冰。  
星型航空发动机润滑油设计用于在广泛的工作温度范围内润滑发动机运动部件，如轴承，齿轮，凸轮轴，摇臂，气缸壁，活塞环，推杆和插座，并为发动机冷却，清洁提供额外的功能和腐蚀抑制。大多数活塞发动机可归类为两种基本类型之一：径向发动机或直列式发动机。径向发动机可具有一个，两个或四个气缸环，每个气缸由围绕轴线径向安装的三至九个单元组成。每个环中总是有奇数个圆柱体。直列式发动机可以具有水平或垂直放置的一个或多个汽缸组，或者具有各种配置，因此产生直发动机，水平对置或所谓的扁平发动机，V型发动机和H......  
这就是为什么欧盟资助的ELUBSYS项目的研究人员开发出一种新方法来减少喷气涡轮机的油损，同时提高效率和可靠性。该项目的创新油封还将有助于降低航空公司的运营和维护成本，比利时TechspaceAero的项目协调员VincentThomas说。该创新还将使欧洲的飞机制造商保持竞争力并支持未来的飞机发动机开发。  
项目合作伙伴的测试表明，ELUBSYS引入的创新将减少约0.8％的燃料消耗，油耗降低60％，直接运营成本降低1％，Thomas说。  
挑战  
“飞机发动机涡轮机的转速过高，无法用于汽车发动机中使用的经典橡胶油封，”他补充道。“所涉及的较端温度和摩擦会破坏它们。然而，飞机发动机需要像任何其他发电厂一样保持润滑。“  
目前，在发动机内部保持润滑剂涉及在轴承室内设计迷宫式密封件，这种方法在30年内保持不变。  
然而，不可避免地，一些润滑剂总是逸出，例如通过排气管线或油循环系统的其他部分。为了减少浪费，ELUBSYS研究团队测试并验证了一种创新的油封设计，尽管它确实与旋转涡轮轴直接接触，但它是由能够承受较端热量和摩擦力的材料构成的。喷气式发动机。  
新密封件被称为“刷子”密封件。它由碳纤维和Kevlar纤维制成，与油漆刷直接机械接触的方式与油漆刷接触油漆表面的方式相同。  
“这种刷式密封更像是经典的橡胶密封，”托马斯说。“密封纤维与旋转轴直接接触，防止漏油，*加压进气流。”  
ELUBSYS的研究人员包括航空发动机制造商MTU（德国）和SNECMA（法国），他们为新的刷式密封设计并制造了一个实验性轴承座。他们成功地对新油封进行了深入测试，以提高效率，对油温和润滑油寿命的影响。  
他们还使用建模和测试技术来研究轴承室内的传热过程，目的是优化轴承的冷却，从而进一步降低发动机的整体重量。寻求更高的润滑效率导致更好的方法来重新循环油和更高效的泵。  
新一代飞机发动机将以更高的速度运转，从而导致润滑剂产生更大的温度应力。通过在飞行中检查润滑剂的质量来维持发动机的安全性和效率将更加重要。  
为此，ELUBSYS团队在实验室中测试了几种新型传感器，以实时检查油品降解，作为估算何时更换废油和提高飞机维护效率的一种方法。  
减肥吸引力  
托马斯指出，该项目获得了航空**业的广泛支持。“这是因为减肥潜力，”他说。“如果你在飞行中失去一定比例的发动机润滑油，那么你必须确保有足够的剩余物来保持发动机润滑直至着陆。更有效的润滑和更好的发动机密封意味着飞机不需要携带尽可能多的润滑剂。“  
尽管改进的润滑方法和新密封已经在实验环境中进行了广泛测试，但他们仍然必须完成飞行中的测试以符合欧洲的安全法规。即便如此，托马斯相信我们离新一代更清洁的飞机发动机并不遥远。  
涡轮发动机润滑脂有许多要求。由于没有往复运动以及滚珠和滚柱轴承（减摩轴承）的存在，涡轮发动机使用粘度较低的润滑剂。燃气涡轮发动机油必须具有高粘度以获得良好的承载能力，但也必须具有足够低的粘度以提供良好的流动性。它还必须具有低挥发性，以防止在发动机运行的高海拔处的蒸发损失。此外，油不应起泡，并且应该对润滑系统中的**或合成橡胶密封件基本上无破坏性。此外，对于高速减摩轴承，碳或清漆的形成必须保持在低限度。用于涡轮发动机的合成油通常以密封的一夸脱罐供应。在专门为涡轮发动机开发的合成油中满足润滑油的许多要求。合成油比石油有两个主要优点。它具有较低的沉积漆和焦炭的倾向（溶剂蒸发后留下的固体），因为它在高温下不会从油中蒸发溶剂。某些涡轮发动机中使用的油品通常含有热和氧化预防剂，载荷添加剂以及降低倾点的物质以及合成化学基料。MIL-L-7808是涡轮机油的规格，是I型涡轮机油。涡轮机合成油在210℉时的粘度约为5至5.5厘米，符合规格MIL-PRF-23699F。该油被称为II型涡轮机油。  
本文描述了  
湿式和干式油底壳润滑系统均用于燃气涡轮发动机。湿式油底壳发动机将润滑油储存在发动机中，而干式油底壳发动机利用安装在发动机上或发动机附近的飞机结构中某处的外部油箱，类似于前面提到的往复式活塞发动机。  
涡轮发动机的油系统也可以归类为压力释放系统，它可以保持一定的恒定压力：全流量系统，其中压力随发动机转速而变化，以及总损耗系统，用于短时间的发动机操作（目标无人机，导弹等）。广泛使用的系统是压力释放系统，其全流量主要用于大型幻想引擎。涡轮发动机中的油系统的主要功能之一是通过在轴承周围循环油将热量从轴承带走而冷却轴承。