航空发动机结构-涡轮结构设计PPT幻灯片

第五章涡轮结构设计,轴流式涡轮向心式涡轮,第三讲涡轮结构设计,第一节概述第二节涡轮转子第三节涡轮静子第四节涡轮部件的冷却,燃气涡轮工作原理,冲击式涡轮,反作用力涡轮,第一节概述,1.1涡轮部件的特性温度：温度高、温度不均、工况变化；转速：转速高-离心负荷大、平衡困难；功率：叶片平均功率大、级数少。,第一节概述,1.2技术要求高效率尺寸小，结构紧凑足够的高温强度热定心好，热应力小良好的冷却系统适当选择材料,第一节概述,1.3组成静子导向器及机匣转子及其支承系统冷却系统,第二节涡轮转子,组成:涡轮盘涡轮轴工作叶片,2.1工作叶片,1.叶身特点:叶片厚且横截面弯曲大；截面沿高度变化大；叶栅通道为收敛形；叶片作功量大；通道形式多为等内径或等中径。,2.1工作叶片,2.叶片结构设计：带冠增加叶片间刚度和阻尼带箍增加刚度和阻尼减振切角调频防止叶片振动叶尖喷涂耐磨涂层可减小间隙机匣涂易磨涂层减小叶片磨损,RR公司带冠高压叶片,带箍-WP7发动机涡轮,箍环,2.1工作叶片,3.榫头1.工作条件：轮缘温度为500-6502.要求：自由膨胀、减少热应力、热传导性好、强度好3结构特点:多齿承载、倒锥型、间隙装入。,2.1工作叶片,3.榫头大圆弧少齿具有小的应力集中对工况的变化有了好的适应力加工相对简单结构阻尼性能好,2.1工作叶片,3.榫头小齿多齿结构应力分布均匀较好的温度分布加工难度较大,2.1工作叶片,3.榫头双叶片,2.1工作叶片,4.中间叶根(伸根)作用:降低叶片对盘的传热冷却空气导入减小应力集中伸根处可安装阻尼材料,2.1工作叶片,5.锁紧方式锁片，挡板,2.1工作叶片,高寿命，高可靠性锁紧结构,2.1工作叶片,5.锁紧方式涡轮叶片无螺栓槽向锁紧,2.1工作叶片,涡轮叶片的无螺栓锁紧,2.1工作叶片,6.冷却叶片对流冷却气膜冷却带导流板复合冷却,2.1工作叶片,6.冷却叶片对流换热冲击冷却气膜冷却,高压涡轮叶片,高压涡轮叶片,2.1工作叶片,7.叶片材料涡轮部件对材料的要求：高温下高的持久强度，蠕变强度，疲劳强度，热稳定性，好的物理性质和工艺性。材料工艺的选择演变A)锻造(60年代)B)精铸(70年代)C)定向结晶(80年代)D)单向结晶(80年代),2.1工作叶片,定向结晶单向结晶,2.1工作叶片,7.叶片材料防护涂层铝化物涂层抗氧化腐蚀；Cr抗硫化物腐蚀。高温涂层,2.2涡轮盘,1)工作条件：高转速，温度沿半径方向分布不均匀2)剖面形状：一般为对称，开孔-边缘加厚3)加工方法：锻件、粉沫冶金热等静压制造；非定位面喷丸可减少加工应力和表面裂纹。（喷砂？）,涡轮转子,V2500轮盘,涡轮转子,2.3转子结构,1.盘-轴连接径向销钉连接,2.3转子结构,1.盘-轴连接焊接转子,2.3转子结构,1.盘-轴连接短螺栓连接,2.3转子结构,1.盘-轴连接圆弧端齿(RB199),2.3转子结构,1.盘-轴连接盘带短轴通过花键与轴连接多根长螺栓连接,2.3转子结构,2盘-盘连接径向销钉焊接短螺栓连接盘上直接开孔螺栓连接多根长螺栓连接,2盘-盘连接,短螺栓连接,2盘-盘连接,盘上开孔螺栓连接,2盘-盘连接,盘上开孔螺栓连接,2盘-盘连接,长螺栓连接,第三节静子,组成：机匣和导向器导向器包括：外环、叶片、内环,3.1机匣,设计要求：装配问题：连接时要保证工作定心及周向位置。定位：径向定位、周向定位。安装边：外冷内热存在热应力。加工方法：铸造、锻件、板料焊接。,3.1机匣,机匣的定心,机匣防热应力,3.1机匣,机匣的销钉定心,3.2叶尖间隙控制,1.影响叶片与机匣间隙的因素：机匣和叶片的蠕变；转子与机匣偏心、机匣变形；通道形式与支点的分布；2.设计要求：机匣刚度好保持圆度材料的耐高温性能好保持机匣与转子同心,涡轮叶片与机匣径向间隙变化,设计采取措施带冠,F404高压涡轮,调整装配间隙内环加易磨材料双层或三层机匣,主动间隙控制被动间隙控制,JT9D发动机涡轮主动间隙控制,3.3导向器,3.3导向器,1工作条件：温度最高且不均匀、易产生热应力、烧蚀；直接与燃气接触易腐蚀、氧化；冷热疲劳易产生疲劳裂纹；不转动。2.设计中要解决的问题：高温下可靠工作；允许自膨胀-三个方向；能调节出口面积；,3.3导向器,3.分类传力的导向器不传力的导向器,3.3导向器,4.结构设计要求：出口面积调节安装：挂钩式连接斜置导向叶片,挂钩式涡轮导向器叶片,正交叶片,第四节低压转子断轴安全装置,4.1断轴可能性：低压转子轴细而功率大，风扇进口大易受外来物打伤卡死引起转子扭断。4.2危害性：超转，飞转危险极大。例如：CAAC1988年5月30日TY154(D30KY-154)4.3设施：JT15D，SPEAY利用轴的移切断油路利用转子叶片与静子相碰而刹车,JT9D,第五节冷却系统,5.1冷却目的提高涡轮前温度温度场均匀减小热应力减低零件的温度使燃气与零件分开,设计的基本原则：冷却效果好冷却后温度场均匀减小漏气