压气机ppt课件

航空发动机核心机压气机 1 主要内容 第一节概述第二节压气机工作原理第三节压气机构造第四节压气机附属装置第五节离心式压气机 2 转子 静子 压气机 第三节轴流压气机的构造 一 组成 3 4 轴流式压气机的组成转子 高速旋转对气流做功的组合件 低压转子双转子涡扇发动机中 低压转子就是风扇转子或风扇转子和低压压气机转子的组合高压转子静子包括机匣和整流器单转子涡喷发动机中 进气装置 整流器机匣和扩压器机匣双转子压气机中 进气装置 整流器机匣 扩压器机匣分流机匣 将内 外涵道的气流分开 中介机匣 将气流由低压引入高压 第三节轴流压气机的构造 5 二 转子基本结构 主要特点 转速高 组成 工作叶轮 包括工作叶片 鼓筒或鼓盘 及连接组件 转子构成压气机的旋转部分 要求 1 可靠的强度和结构刚性2 良好的定心 定位3 传力 传扭可靠4 良好的平衡性 6 1 压气机转子的基本类型 基本结构形式 鼓式 盘式和鼓盘式 7 1 鼓式 基本构件是鼓筒 圆柱形 橄榄型或圆锥形 借安装边和螺栓与前 后半轴联接 在鼓筒外表面加工有环槽或纵槽 用来安装转子叶片 叶片和鼓筒的离心力 弯度和扭矩由鼓筒承受和传递 优点 抗弯性能好 结构简单 但是承受离心力载荷能力差 故只能在转速较低的条件下使用 如民用贝斯发动机低压压气机转子 8 1 鼓式转子 9 2 盘式转子 由一根轴和一个或若干轮盘组成 用轴将各级盘联接在一起 盘缘有不同形式的榫槽用来安装转子叶片 转子叶片和轮盘的离心力由轮盘承受 特点 承受离心载荷能力强 但抗弯刚性差 很少单独使用 常用在风扇转子上和低压压气机的鼓式转子混合使用 10 2 盘式转子 11 3 鼓盘式转子 12 3 鼓盘式转子 13 鼓盘式 鼓式 14 3 鼓盘式转子鼓盘式转子兼有鼓式转子的抗弯刚性和盘式转子承受大离心力载荷的能力 因此得到广泛的应用 特别在现代涡扇发动机的高压压气机上 分类1 不可拆卸的转子2 可拆卸的转子3 部分不可拆卸部分不可拆卸的混合式转子 15 1 不可拆卸的鼓盘式转子 16 1 不可拆卸的鼓盘式转子级间联接 圆柱面紧度配合 径向销钉 焊接 整体加工成型 在完成装配后不可能再进行无损分解 如F119发动机是整体加工 WP6 8采用圆柱面紧度配合加径向销钉联接 A 圆柱面紧度配合 径向销钉法 利用热胀冷缩原理使圆柱面在装配后产生紧度 定心 圆柱面加径向销钉传递扭矩 径向销钉和配合面的摩擦力优点 结构简单 工作可靠 加工方便缺点 转子的零件较多 制造偏差会影响转子的定心和平衡 17 1 不可拆卸的鼓盘式转子B 焊接法 整体加工成型法 特点 不需要连接件 定心 直接在焊接过程中保证定心 优点 结构重量轻 转子工作可靠性高 缺点 对焊接技术要求很高 需用大型的专用数控焊接设备和科学的工装 工艺来保证 18 1 不可拆卸的鼓盘式转子 19 1 不可拆卸的鼓盘式转子刚度研究 鼓筒与轮盘的位置 恰当半径内 鼓径向变形小 盘大 鼓加强盘 恰当半径外 盘径向变形小 鼓大 盘加强鼓 20 1 不可拆卸的鼓盘式转子装配定心 径向销钉原理 21 1 不可拆卸的鼓盘式转子 小结 不可拆卸的鼓盘式转子的特点 重量轻 结构简单 有足够的横向刚性 能良好地定心和可靠地传力 因而的到了广泛的应用 22 2 可拆卸的鼓盘式转子在装配以后根据使用和维修的要求可以进行无损分解的转子 分类 1 用拉杆联接JT3D 2 短螺栓联接JT9D高压 3 长轴螺栓联接低压 23 2 可拆卸的鼓盘式转子 1 用拉杆联接JT3D用若干根拉杆将轮盘 鼓筒和半轴等基本构件连成一体 可靠度和刚度 靠拉杆的拉紧力保证 传递扭矩 靠端面摩擦定心 圆柱面流道变化 多根拉杆联接 24 2 可拆卸的鼓盘式转子 2 短螺栓联接JT9D高压刚性 靠螺栓预紧力保证 定心 传递扭矩 螺栓 25 2 可拆卸的鼓盘式转子 3 长轴螺栓联接低压转子 定心 传扭 端面圆弧齿 26 2 可拆卸的鼓盘式转子关键件 拉杆预紧力 拉杆在装配时的拉紧力 用于保证压气机各级件联接的可靠性和整体刚度 影响因素计算截面的弯矩值拉杆所在半径大小转子上的气体轴向力所选材料 应与鼓筒 轮盘尽量一致 装配方法总结 在制造技术和装配工艺许可下 应尽量选择零件数目少且不可拆卸的 整体式的或混合式的结构方案 27 3 混合式的鼓盘转子由若干大段组成 每一段由若干级焊接而成不可拆卸转子 每一大段通过短螺栓联接组成可拆卸转子 特点 兼有可拆卸转子和不可拆卸转子的优点 对制造技术和装配工艺要求不高 同时给设计者提供了广阔的选择空间 可以分段式用不同材料制造 满足压气机前后温差大的需求 目前 现代发动机的高压转子中 较多采用混合式转子 28 3 混合式的鼓盘转子 1 的低压压气机转子 三大段 焊接或整体制造 再用短螺栓联接 29 3 混合式的鼓盘转子 2 CFM56和V2500的高压压气机转子 两大段 短螺栓联接 三大段 1 2级钛合金焊接 4 9级不锈钢焊接 与3级短螺栓联接 30 3 混合式的鼓盘转子 3 的高压压气机转子 三大段 一段 1 3级 二段 4 6级 三段 7 9级 短螺栓长螺栓 31 4 工作叶片及其与轮盘的联接 工作叶片是轴流压气机重要零件之一 它直接影响压气机的气动特性 工作可靠性 重量及成本等 由于受离心负荷 气动负荷 大气温差负荷及振动的交变负荷 进气道外来物的冲击 风沙 潮湿的侵蚀 所以故障较多 32 4 工作叶片及其与轮盘的联接转子叶片构造 叶身 榫头工作可靠性要求 叶身本身和其与轮盘的联接有足够的强度 适宜的刚性和较小的应力集中 1 叶身的构造特点 1 要求 由适应亚声速和超声速工作的叶片型面 按照一定的扭向规律及型面重心分布规律 沿着叶高重叠而成 为减轻重量 叶尖的弦长要比根部的短 厚度比根部的薄 33 4 工作叶片及其与轮盘的联接 1 叶身的构造特点 2 特点A 减震凸台 是指较长叶片为避免发生共振或颤震的危险 在叶身中部的凸台 装配好后 凸台连成一环状 彼此制约 以增加刚性 改变叶片的固有频率 降低叶片根部的弯曲扭转应力 34 1 叶身的构造特点 2 特点B 宽弦风扇叶片 V2500 采用了在真空中用活性扩散粘合剂将钛蒙皮粘合在钛蜂窝骨架上的特殊结构 减轻了叶片重量 优点 没有增重 减震特性好 叶栅通道面积大 喘振裕度宽 级效率高等 35 B 宽弦叶片 宽弦叶片将钛蒙皮在真空条件下粘合在蜂窝骨架上 大大改善叶片减振特性 与带减振凸台的窄弦风扇叶片比 具有流道面积大 喘振裕度宽 及效率高和减振性好的优点 36 1 叶身的构造特点 2 特点C 可控扩散叶型 亚音速的叶型设计中 对叶型表面速度分布进行优化 控制表面气流扩散 减少或消除附面层分离 消弱可能出现的激波损失 增加压气机有效流通面积 提高压气机效率 应用 气流为亚声速的叶型 37 1 叶身的构造特点 2 特点D 端部过弯叶身的叶片 为了减少叶片两端壁附面层所造成的损失 而将叶身 包括静子叶片 尖端和根部前 后缘特别地加以弯曲 提高压气机效率 38 2 榫头的构造 1 要求 2 分类 燕尾式 销钉式 枞树式3种 最常用的是燕尾式 39 优点 结构简单 抗振性好 榫头尺寸小 重量较轻 能承受较大的载荷 缺点 槽底的受力面积小 不能承受过大载荷或安装更多叶片 2 榫头的构造 2 分类a 燕尾形榫头 40 2 榫头的构造 2 分类a 燕尾形榫头 安装形式 依榫槽的走向不同有两种形式 纵向和周向 依靠槽侧面定位 传力 榫头和榫槽可以过渡配合 也可以小间隙配合 41 2 榫头的构造 2 分类a 燕尾形榫头 槽向固定 防止在叶片气动力和离心力的槽向分力下沿槽向移动 或振动脱落 固定方式 通常采用卡圈 锁片 挡销等锁紧方式或复合方式 42 2 榫头的构造 2 分类a 燕尾形榫头 大流量比涡扇发动机 风扇叶片易受外物击伤 为了能及时更换 安装能单个拆除带冠叶片的锁紧结构 43 2 榫头的构造 2 分类b 销钉式榫头 特点 简单 但是承载能力有限 尺寸和重量大 44 2 榫头的构造 2 分类c 枞树型榫头 特点 周向尺寸小 重量轻 能承受较大的载荷 但是多靠榫齿传力 应力集中严重 工艺性差 45 四 轴流式压气机静子 压气机静子为压气机中不旋转的部件 由机匣和静子叶片 整流叶片 组成 46 47 48 1 整流器机匣1 对机匣的基本要求 49 1 整流器机匣2 整流器机匣的方案整体式分半式分段式转子可拆卸转子不可拆卸转子不可拆卸 50 51 1 整流器机匣2 整流器机匣分类 1 分半式机匣装配简单 容易选择整流器和转子的结构方案结合面的连接 定位和密封 安装边和螺栓联接工作受热时 机匣刚性不均 增加纵向加强肋和采用横向加强肋整流器机匣后段 双层机匣 52 1 整流器机匣2 整流器机匣分类 1 分半式机匣CFM56 CFM56发动机的高压压气机机匣为上下对分结构 前段为钛合金锻件机械加工 后段为双层机匣 外层机匣作为承力件 内层机匣是压气机气流通道外壁 53 2 整流器机匣的方案 1 分半式机匣CFM56 54 1 整流器机匣2 整流器机匣的方案 2 分段式机匣许多发动机的压气机由3段组成 如 wp7发动机 由前机匣 中机匣 后机匣组成 双转子涡扇发动机 分低压压气机机匣 中间机匣 高压压气机机匣 风扇机匣 风扇包容机匣 风扇整流机匣 风扇承力机匣 55 1 整流器机匣2 整流器机匣分类 2 分段式机匣 解决周向刚性不均 56 1 整流器机匣2 整流器机匣分类 2 分段式机匣 57 1 整流器机匣2 整流器机匣的方案 3 整体式机匣 JT3D的用处很广 不仅装在民用的波音707 DC 8飞机上 后期的B 52H轰炸机以及C 141A军用运输机 E 3A预警机等军用飞机也装JT3D的军用型TF 33发动机 58 1 整流器机匣3 整流器机匣的方案研究影响因素 转子和整流器的方案机匣的材料和工艺机匣的铸造工艺分 铸造 板料焊接 锻造后经机械加工近代发动机机匣 双层机匣包容机匣 59 60 2 整流器 在铸造的分半式机匣内 由于机匣壁较厚 整流叶片可以用各种形式的榫头直接固定在机匣内壁机械加工成的特形环槽内 在整体式机匣和分段式机匣内 整流叶片采用间接固定的方案 61 2 整流器1 叶片与机匣的固定方案 1 整流叶片的榫头固定 ws9发动机 62 涡喷 6发动机整流叶片是用螺纹轴颈和矩形板直接装在机匣内壁的环槽内 并用螺帽拧紧 1 叶片与机匣的固定方案 2 直接固定法 A 螺帽联接 63 B 焊接固定 WP13的1 3 4 5级除了1级空心整流叶片用螺帽联接外 均用焊接固定 1 叶片与机匣的固定方案 2 直接固定法 64 2 整流器1 叶片与机匣的固定方案 3 间接固定wp7发动机第2级整流器 65 2 整流器3 整流器的方案总结 66