接上文：

在上两篇文章中，笔者主要讲了航空发动机舰用化改型过程中的母型机选择、部件改装，以及材料和涂层改进等。在经历了这些改动以后，航空发动机舰用化改型的步骤已过半了。相对来说，这些改动是航空发动机舰用化改型过程中“大工程”，而在接下来的改型则更多的倾向于在细节上的优化。如航空燃气轮机和船用燃气轮机在使用环境的差异会造成支承部件的受力不同，所以接下来还要进行一个和受力有关的改动——减小轴向力和加强支承。

航空发动机

因使用环境的差异造成的受力差异

船舶在海面航行，因为海平面上的空气密度、所以压力比高空大得多；加上飞机在高空高速飞行时，能利用迎面气流的压力，在一定程度上能减少压气机的负荷，因此，船用燃气轮机在高工况下工作时，止推轴承上的轴向力数值将远远大于航空发动机在空中时高工况下止推轴承上的轴向力数值。而此时航改舰机型倘若仍然沿袭航空发动机的结构设计，那么将大大降低轴承的寿命。为此，航改舰机型为适应舰船上的使用环境在结构上要做相应的改进，主要有两个方面：一是通过合理的设计减少轴向力；另一个则是通过加强支承来提高可靠性和寿命。

船用燃气轮机

减小轴向力和加强支承

燃气轮机受力分析：

现有的大功率燃气轮机，主要以轴流压气机形式的为主。由气体动力学可知：燃气轮机压气机转子上的轴向力是向前的，而涡轮转子上的轴向力是向后的。如下图，在最大工况下，某型燃气轮机发生器上压气机转子需要承受510kN向前的轴向力，涡轮转子需要承受226.5kN向后的轴向力。由此可知，压气机的转子和涡轮的转子的支承部分需要承受巨大的轴向力。但事实上，压气机转子和涡轮转子通过联轴器连成一体，联轴器使转子上的两个方向相反的轴向力相互抵消了一部分。但是因为两边的力不是相等的，所以在抵消一部分后，仍是一个数值相当大的向前的轴向力。因此，必须在压气机上设置减荷装置，来减少转子作用在止推轴承上的轴向负荷。

某型燃气轮机受力分析

减荷装置：

在燃气轮机中，压气机部分为减少压气机级间的泄露量，通常采用具有多个篦齿的迷宫式密封装置。如下图，篦齿密封装置把压气机前后腔室与气流通道隔开，A、B腔分别称为前卸荷腔和后卸荷腔。减荷装置的工作原理就是在压气机转子鼓环上开孔，将后级的高压空气引入到转子内腔，再经前轴锥体上的孔进入到前卸荷腔A，由于A腔与压气机之间有密封，所以高压空气作用在转子的前端面产生向后的轴向力。而在后卸荷腔B，则通过放气导管和大气相通。接着通过放气导管中的调压隔板将后卸荷腔B中的绝对压力控制1.3~1.6之间，这样就降低了作用在转子后端面上向前的轴向力。采用上述措施就能有效减小作用在止推轴承上的轴向力。

减荷装置示意

支承加强：

当然，需要注意的是减荷装置只是减少了压气机转子上的轴向负荷，而不能完全消除。如在上受力述分析中，通过联轴器作用，使方向相反的两个轴向力相互抵消掉了一部分。但是因为压气机端的轴向力高达510kN，因此，在抵消后仍有283.5kN向前的轴向力。而在减荷装置的作用下，压气机转子上的轴向力仍然还有22.6kN。在燃气轮机中，转子上的轴向和径向负荷都是通过轴承及其支承件传递到机匣中。因此，应加大轴承尺寸或增加轴承的数量以及加大轴承的承载能力，相应的轴承座和传力构件也应得到加强。

燃气轮机内部

结语

相对于之前的改动，今天的改动显得有点枯燥和乏味，但是这确是一款优秀的航改舰机型必须经历的过程，因为它是影响航改舰机型使用寿命和可靠性的重要因素，因此必须引起重视。航改舰机在经历了减小轴向力和加强支承后，接下来还将进行附属系统、调节和安保系统的改动等。总之，精彩不断，敬请期待吧。

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作者：小船人的梦想 2019年9月22号

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