燃气涡轮发动机(2)

1、第二章节菜鸟训练完成，进入初手训练营Chapter 1第二章二章 发动机部件发动机部件 （一）（一）航空燃气涡轮喷气发动机主要由进气道（航空燃气涡轮喷气发动机主要由进气道（IntakeIntake）、压气机）、压气机（compressorcompressor）、燃烧室（）、燃烧室（combustion chambercombustion chamber）、涡轮（）、涡轮（turbineturbine）、）、喷管（喷管（ExhaustExhaust）等部分构成）等部分构成。 2.1 进气道2.1.1 2.1.1 类型和参数类型和参数进气道亚音速进气道超音速进气道内压式外压式混合式 i = p*1

2、/ p*0 i ：进气道总压恢复系数 p*1 ：进气道出口面积的总压 p*0 ：进气道前方来流的总压 i = p*1/ p0 i ：冲压比 p0 ：远方气流静压 畸变指数 ：（ p*1（max）p*1（min）/p*1(平均值） 影响冲压比的因素影响冲压比的因素有飞行速度影响冲压比的因素有飞行速度(V)(V)、大气温度、大气温度(T(T0 0) )和流动损失。下面进行和流动损失。下面进行分析。分析。 (1) (1)飞行速度飞行速度大气温度不变时，飞行速度越大，空气流过进气道时速度降低得越多，有更多的动能用来大气温度不变时，飞行速度越大，空气流过进气道时速度降低得越多，有更多的动能用来提高空气的

3、压力，所以飞行速度增大时冲压比增大。提高空气的压力，所以飞行速度增大时冲压比增大。图图2424的曲线表示在没有流过损失的情况下。冲压比随飞行速度变化的情形。图上表明，的曲线表示在没有流过损失的情况下。冲压比随飞行速度变化的情形。图上表明，飞行速度增大时，冲压比增大，而且飞行速度越大，冲压比增加得越快飞行速度增大时，冲压比增大，而且飞行速度越大，冲压比增加得越快 (2)(2)大气温度大气温度 飞行速度保持不变时，大气温度越低，空气越易于压缩，冲压比越大；反之，大气飞行速度保持不变时，大气温度越低，空气越易于压缩，冲压比越大；反之，大气温度越高，冲压比越小。温度越高，冲压比越小。 飞行高度变化时，

4、冲压比是否变化，取决于大气温度的变化。在飞行高度变化时，冲压比是否变化，取决于大气温度的变化。在1100011000米高度以下，米高度以下，飞行高度升高时，大气温度降低，冲压比增大；在飞行高度升高时，大气温度降低，冲压比增大；在1100011000米高度以上，飞行高度改变时，大气米高度以上，飞行高度改变时，大气温度保持不变，冲压比也就保持不变。在没有流动损失的情况下，冲压比随飞行高度变化的温度保持不变，冲压比也就保持不变。在没有流动损失的情况下，冲压比随飞行高度变化的情形，如图情形，如图2525的曲线所示。的曲线所示。图2-5 ( (3)3)流动损失流动损失 动力压缩过程中的流动损失，使压缩器

5、进口的空气总压小于没有流动动力压缩过程中的流动损失，使压缩器进口的空气总压小于没有流动损失时的空气总压，因此流动损失增大，冲压比减小。另外，有了流动损失，由损失时的空气总压，因此流动损失增大，冲压比减小。另外，有了流动损失，由于压缩器进口空气压力的降低，还会引起发动机的空气流量减小。于压缩器进口空气压力的降低，还会引起发动机的空气流量减小。 冲压比和空气流量的减小，将导致发动机的推力减小。流动损失越大，冲压比和空气流量的减小，将导致发动机的推力减小。流动损失越大，发动机推力减小的越多。发动机推力减小的越多。2.1.2 亚音速进气道亚音速进气道工作原理亚音速进气道工作原理： 在飞行中，发动机前方

6、的空气经进气道流过压缩器（见图）。其气道前方在飞行中，发动机前方的空气经进气道流过压缩器（见图）。其气道前方未受扰动气流的速度未受扰动气流的速度( (即图上即图上0000截面处的气流速度截面处的气流速度) )，与飞行速度大小相等，方，与飞行速度大小相等，方向相反。空气流出进气道的速度向相反。空气流出进气道的速度(c1)(c1)就是压缩器的进口气流速度。就是压缩器的进口气流速度。 在飞行速度大于压缩器进口气流速度的情况下，空气流过进气道，流速减小，在飞行速度大于压缩器进口气流速度的情况下，空气流过进气道，流速减小，压力和温度升高，空气受到了压缩。空气由于本身速度降低而受到的压缩，叫做压力和温度升

7、高，空气受到了压缩。空气由于本身速度降低而受到的压缩，叫做动力压缩。动力压缩。在飞行速度小于压缩器进口气流速度的情况下，空气流过进气道时，流速增大，在飞行速度小于压缩器进口气流速度的情况下，空气流过进气道时，流速增大，压力和温度降低，这时没有动力压缩。压力和温度降低，这时没有动力压缩。 目前，飞机平飞时的速度，一般都大于压缩器进口气流速度。因此，在飞行中目前，飞机平飞时的速度，一般都大于压缩器进口气流速度。因此，在飞行中空气流过进气道时，一般都受到动力压缩。空气流过进气道时，一般都受到动力压缩。 亚音速亚音速进气道内部通道为扩张通道，使气流在进气道内减速增压。进气道内部通道为扩张通道，使气流在

8、进气道内减速增压。00空气流量：单位时间流入进气道的空气质量。用空气流量：单位时间流入进气道的空气质量。用q qm m，a a表示表示 qm，a=A ：空气密度 ：飞行速度 A：面积 影响流量的因素：空气密度 ， 飞行速度 ，压气机转速n进气道组成：壳体和整流锥，有的分前整流锥和后整流锥。进气道组成：壳体和整流锥，有的分前整流锥和后整流锥。 注意：亚音速亚音速进气道的唇口必须做得较为注意：亚音速亚音速进气道的唇口必须做得较为圆滑。圆滑。 进气道和整流锥由压气机引气防冰。进气道和整流锥由压气机引气防冰。装前后整流锥装前后整流锥2.1.3 超音速进气道飞机以超音速飞行时，在进气道前方将产生一道弓形

9、激波。飞机以超音速飞行时，在进气道前方将产生一道弓形激波。飞行飞行M M数超过数超过1.51.5以后，进气道进口前的正激波的强度增大，以后，进气道进口前的正激波的强度增大，压力损失剧增，发动机推力迅速减小。为了减小激波损失，压力损失剧增，发动机推力迅速减小。为了减小激波损失，在飞行在飞行M M数大于数大于1.51.5的飞机上，都采用超音速进气道。它利用的飞机上，都采用超音速进气道。它利用激波系增压来达到以最小的压力损失完成冲压压缩过程。激波系增压来达到以最小的压力损失完成冲压压缩过程。 按激波系所处的位置不同，超音速进气道可分为三种：按激波系所处的位置不同，超音速进气道可分为三种：激波系全部在

10、进气道唇口外的，叫激波系全部在进气道唇口外的，叫“外冲压式外冲压式”超音速进气超音速进气道；激波系全部在进气道内的，叫道；激波系全部在进气道内的，叫“内冲压式内冲压式”超音速进气超音速进气道；激波系既在唇口外又在唇口内的，称为道；激波系既在唇口外又在唇口内的，称为“混合式混合式”超音超音速进气道。速进气道。进气道喘振进气道喘振： 进气道喘振是一种故障现象。发生进气道喘振时，气流将在管道内发生激烈的振动，正激波在进气口内外迅速地前后移动，以致能听到飞机头部传来“膨膨”的响声。进气道喘振不但会引起燃烧室熄火，而且可能损坏飞机和发动机的结构。 进气道喘振的根本原因进气道喘振的根本原因: : 流入进气

11、道的空气流量与发动机需要的空气流量之间发生了矛盾。如果流入进气道的空气流量大于发动机需要的空气流量时，进气道出口反压升高，到了一定程度，就将正激波推到唇口外，形成三叉形激波，出现了溢流，使进气量下降。而正激波的前移，使锥体上的附面层内有一层气流受到阻滞，并发生倒流现象，于是气流从锥体上分离，沿流动方向逐渐扩张，如图217所示。这会使喉道有效面积减小，这样，流入的空气量又低于发动机的需气量，进气道出口反压急降，正激波被吸入管道内(气流分离层也被吸除)，溢流现象消离。此时，流入进气道的空气量又超过发动机的需气量，正激波再次被推出，如此循环往复，使管道内气流压力和流量随之反复脉动，即进入喘振喘态。防

12、止进气道喘振的基本原理防止进气道喘振的基本原理: : 防止进气道出口处反压增大和防止锥面上的气流发生分离。 例如：1.歼7飞机在23框间机身两侧各设置一放气门(见图218)。 2.把中心锥体的表面做得粗糙些，并在其上安装扰流器(见图219) 2.2 压气机功能概况：功能概况：主要功能：主要功能：提高气流的压力的，空气流过压气机时，压气机工作叶片对气流做功，使气提高气流的压力的，空气流过压气机时，压气机工作叶片对气流做功，使气流的压力，温度升高，为燃气膨胀做功创造条件。流的压力，温度升高，为燃气膨胀做功创造条件。次要功能：次要功能：1. 1. 供应冷气冷却热部件。供应冷气冷却热部件。 2. 2.

13、 供应热气防冰。供应热气防冰。 3. 3. 机舱增压机舱增压 空调，燃油系统除冰，发动机启动气源。空调，燃油系统除冰，发动机启动气源。压气机分类：压气机分类： 1. 1. 离心式压气机离心式压气机 2. 2. 轴流式压气机轴流式压气机2.2.1 离心式压气机离心式压气机的特点及应用离心式压气机的特点及应用 与轴流压气机相比具有迎风面积尺寸大、效率低的特点 不宜用于高速飞行的大推力发动机上 具有特性平缓、结构简单、工艺性好等优点 在早期中小推力发动机以及近期小型发动机上得到了应用 早期离心式压气机单级增压比为3.0-4.5，效率为0.75-0.78 60年代借助于数值流场计算技术使增压比达到15

14、:1，效率为0.83-0.85. 组合压气机（前面加上1-2级超跨音速轴流压气机），应用于性能良好的小型风扇发动机定义：定义：空气在工作叶轮内沿远离叶轮空气在工作叶轮内沿远离叶轮旋转中心的方向流动旋转中心的方向流动 离心式压气机的组成离心式压气机的组成：由进气装置由进气装置, , 工作叶轮工作叶轮, , 扩压扩压器器, , 集气管等部分组成集气管等部分组成叶轮和扩压器是其中两个主要叶轮和扩压器是其中两个主要部件部件 离离 心心 式式 压压 气气 机机双级离心压气机、环形回流燃烧室、单级燃气双级离心压气机、环形回流燃烧室、单级燃气涡轮、双级轴流式动力涡轮涡轮、双级轴流式动力涡轮 涡轴涡轴1616

15、发动机发动机直直-10-10武装直升机武装直升机离心式压气机的组成进气装置进气装置 安装在叶轮的进口处，其通道是收敛形的 功用 使气流拐弯并以一定方向均匀进入工作叶轮, 以减小流动损失 此过程中气流加速，防止出现拐弯分离流 气流参数变化 空气在流过它时速度增大,而压力和温度下降 叶轮：叶轮： 1. 1. 单面叶轮单面叶轮 2 2。双面叶轮。双面叶轮 叶轮高速旋转，对流过的空气做功，加速空气的流速，叶轮高速旋转，对流过的空气做功，加速空气的流速，同时提高空气压力。同时提高空气压力。叶叶 轮轮扩压器 位于叶轮的出口处 其通道是扩张形的 空气在流过它时, 速度下降, 压力和温度都上升 集气管 使气流

16、变为轴向, 将空气引入燃烧室 图图4 45 5 双面离心式压气机进气装置双面离心式压气机进气装置空空气在离心式压气机中的流动气在离心式压气机中的流动：空气在导流器中的流动空气在导流器中的流动单面进气的离心式压气机叶轮的进口直接与进气道的出口相单面进气的离心式压气机叶轮的进口直接与进气道的出口相接接双面进气离心式压气机的进气装置一般由预旋片和分气盆构双面进气离心式压气机的进气装置一般由预旋片和分气盆构成成预旋片的作用在于造成工作轮进口有一定规律的气流切向速预旋片的作用在于造成工作轮进口有一定规律的气流切向速度分布度分布分气盆的作用则在于将经过预旋片的空气分为数层分气盆的作用则在于将经过预旋片的空

17、气分为数层, ,以便将以便将空气较均匀地充满工作轮叶片的进口空气较均匀地充满工作轮叶片的进口进气装置中的流道做成略有收敛进气装置中的流道做成略有收敛, ,使空气经过它后使空气经过它后, ,速度略有速度略有增大，以减少流动损失增大，以减少流动损失。离心式压气机的主要优点离心式压气机的主要优点 单级增压比高单级增压比高 一级的增压比可达一级的增压比可达4:14:15:1, 5:1, 甚至更高甚至更高 同时离心式压气机稳定的工作范围宽同时离心式压气机稳定的工作范围宽 结构简单可靠结构简单可靠 重量轻重量轻, , 所需要的起动功率小所需要的起动功率小离心式压气机的主要缺点离心式压气机的主要缺点 它的流

18、动损失大它的流动损失大, , 尤其是级间损失更大尤其是级间损失更大, , 不适于用多级不适于用多级, , 最多两级最多两级 效率较低效率较低, , 一般离心式压气机的效率最高只有一般离心式压气机的效率最高只有83838585, , 甚至不到甚至不到8080 单位面积的流通能力低单位面积的流通能力低, , 故迎风面积大故迎风面积大, , 阻力大阻力大。2.2.2 轴流式压气机1. 1. 组成组成 它由转子和静子（又称整流器）两部分组成。由一排转子叶片和一排静它由转子和静子（又称整流器）两部分组成。由一排转子叶片和一排静子叶片组成一级，单级的增压比很小，为了获得较高的增压比，一般都采用的多子叶片组

19、成一级，单级的增压比很小，为了获得较高的增压比，一般都采用的多级结构。空气在压气机中被逐级增压后，密度和温度也逐级提高。级结构。空气在压气机中被逐级增压后，密度和温度也逐级提高。 多级组成，每一级由工作轮与静子组成。多级组成，每一级由工作轮与静子组成。 工作轮（转子：叶片、盘、轴工作轮（转子：叶片、盘、轴 静子（导向器：叶片、机匣静子（导向器：叶片、机匣 转子在前、静子在后，交错排列转子在前、静子在后，交错排列2. 2. 分类分类 单转子压气机单转子压气机 双转子压气机双转子压气机 三转子压气机三转子压气机 3. 工作原理空气被吸入压气机空气被吸入压气机旋转的叶片使空气提速，加压旋转的叶片使空

20、气提速，加压空气在静子通道中减速，扩压空气在静子通道中减速，扩压最后一排静子叶片最后一排静子叶片矫直空气矫直空气空气均匀的轴向速度进入燃烧室空气均匀的轴向速度进入燃烧室2.2.3 压气机特性级级: : 一排转子叶片一排转子叶片 + + 一排静子叶一排静子叶片片 基元级基元级: :以以abab为母线绕压气机轴旋转所为母线绕压气机轴旋转所切割的压气机级称为基元级切割的压气机级称为基元级 平面叶栅平面叶栅: : 在平面上展开的基元级叶在平面上展开的基元级叶栅栅 平面叶栅平面叶栅: : 动叶叶栅 静叶叶栅 截面编号 1 动叶进口 2 动叶出口（静叶进口） 3 静叶出口2.2.3 压气机特性1. 1.

21、基元级速度三角形基元级速度三角形 决定速度三角形变化的主要参数：决定速度三角形变化的主要参数： （1 1）工作叶轮进口处绝对速度在发动机轴线方向的分量）工作叶轮进口处绝对速度在发动机轴线方向的分量c c，a a （2 2） 工作叶轮进口处绝对速度在切线方向的分量工作叶轮进口处绝对速度在切线方向的分量c c，u u （3 3） 圆周速度圆周速度u u，其大小与发动机转速，其大小与发动机转速n n有关：有关： u= u= DnDn/60/60 u u越大，叶片对空气的加功量越多。越大，叶片对空气的加功量越多。轴流式压气机主要是利用扩散增压的原理来提高空气压力轴流式压气机主要是利用扩散增压的原理来提

22、高空气压力动叶加功量动叶加功量 w1w2c1c2 wu cuu1u2c1ac1u(b)uuuwucuL1.1.为什么压气机级数远大于透平为什么压气机级数远大于透平( (涡轮）涡轮）？要使每级压比增大加大气流折转角加大u叶片弯曲程度加剧叶片背弧处易发生边界层分离压气机易喘振2.多级轴流压气机由于轴流式压气机的单级增压能力是有限的，特由于轴流式压气机的单级增压能力是有限的，特别是亚音速级，每级增压比只有别是亚音速级，每级增压比只有1.151.31.151.3，最，最高也不大于高也不大于1.41.4（超音速级可以高一些），所以，（超音速级可以高一些），所以，采用多级式轴流压气机，使压比高达采用多级式

23、轴流压气机，使压比高达17301730。总增压比总增压比= =各级增压比乘积各级增压比乘积3. 3. 压气机的通用特性：压气机的通用特性： 压气机工况变化时，各主要参数压气机工况变化时，各主要参数(转速转速、增压比增压比、空气流空气流量量、压气机效率压气机效率)之间的变化关系曲线称为压气机的特性线。各之间的变化关系曲线称为压气机的特性线。各种工况下的压气机特性线组成压气机特性图。种工况下的压气机特性线组成压气机特性图。 压气机特性压气机特性: 压气机性能参数随工作参数的变化规律。压气机性能参数随工作参数的变化规律。引起性能参数变化的原因外界条件：进气总温、进气总压外界条件：进气总温、进气总压工

24、作转速工作转速压气机空气流量压气机空气流量 实验设备 压气机试验台实验过程实验过程 在一定的压力、温度下：在一定的压力、温度下： 固定转速，改变容积流量 测取进口和出口 气流总温、总压 流量测量管测取流量 压气机转轴扭矩),(),()(2*1*111nqfnqfqfVAqvcvcvama整理测取数据整理测取数据 容积流量 增压比 效率一定进气条件的特性一定进气条件的特性 等转速线 等效率线 稳定边界线通用特性线通用特性线相似理论相似理论相似准则相似准则 几何相似 运动相似 动力相似1.叶型的几何参数叶型的几何参数 2.2.4 压气机喘振最大相对厚度Cmax及其相对位置e ：叶型中直径最大的内切

25、圆的直径为Cmax，其圆心到叶型前缘的距离为e2.叶栅的几何参数叶栅的几何参数2.2.4 压气机喘振在工程中，往往应用在工程中，往往应用叶栅稠度叶栅稠度和几何进和几何进口角口角1K1K和几何出口和几何出口角角2K2K来表示。来表示。 攻攻角角 i i落后角落后角 2.2.4 压气机喘振 流入角1和流出角2：分别表示流入叶栅的气流和流出叶栅的气流与叶栅额线的夹角。攻角i：流入叶栅的气流方向与叶型中弧线前缘切线之间的夹角。落后角：流出叶栅的气流方向与叶型中弧线后缘切线之间的夹角。 压气机转速一定，如果压气机压气机转速一定，如果压气机出口反压出口反压，进入压气机的空，进入压气机的空气流量增加，使速度

26、气流量增加，使速度c上升时，攻上升时，攻角角i i下降，反压下降到一定程度后，下降，反压下降到一定程度后，可以使攻角为负值。当攻角负值可以使攻角为负值。当攻角负值过大，气流会从叶盆处分离，叶过大，气流会从叶盆处分离，叶片通道被分离区所占，进入压气片通道被分离区所占，进入压气机的空气流量不再增加。机的空气流量不再增加。如果压气机出口反压如果压气机出口反压，进入压，进入压气机的空气流量减少，使速度气机的空气流量减少，使速度c下下降时，攻角降时，攻角i i增大。攻角过大时，增大。攻角过大时，气流从叶背分离，称为气流从叶背分离，称为。失速。失速可使压气机效率明显下降，甚至会可使压气机效率明显下降，甚至

27、会使压气机出现不稳定工作使压气机出现不稳定工作(旋转失旋转失速和喘振速和喘振)。 喘振的产生过程流量减少旋转失速流量继续减少叶背气流严重失速堵塞压气机通道下游的高压气体会产生倒流正向压力梯度消失叶片作用气流又沿正方向流动流量过小，失速区又会迅速扩大而产生堵塞下游气体再度倒流轴向振荡 喘振反复 喘振发生时，出现强烈的不稳定工作现象：流过压喘振发生时，出现强烈的不稳定工作现象：流过压气机的气流沿压气机的轴线方向产生低频高振幅的强气机的气流沿压气机的轴线方向产生低频高振幅的强烈振荡，压气机出口平均压力急剧下降，出口总压、烈振荡，压气机出口平均压力急剧下降，出口总压、流量、流速产生大幅度脉动，并伴随有

28、强烈放炮声。流量、流速产生大幅度脉动，并伴随有强烈放炮声。这种现象称为压气机喘振这种现象称为压气机喘振 2.2.4 压气机喘振1. 1. 根本原因：根本原因： 由于攻角过大，使气流在叶背处发生分离（失速）而且这种气流分由于攻角过大，使气流在叶背处发生分离（失速）而且这种气流分离严重扩展至整个离严重扩展至整个 叶栅通道（喘振）。轴流式压气机某一级出现失速，并叶栅通道（喘振）。轴流式压气机某一级出现失速，并不是沿整个环面同时发生，而是在部分叶片中某个部位上首先发生，而且不是沿整个环面同时发生，而是在部分叶片中某个部位上首先发生，而且失速区不是固定在这些叶片上。失速区相对于工作轮叶栅向与旋转方向相失

29、速区不是固定在这些叶片上。失速区相对于工作轮叶栅向与旋转方向相反的方向移动。反的方向移动。2. 2. 两种情况下容易发生喘振：两种情况下容易发生喘振： （1 1）在一定转速下工作时，若出口反压增大，使空气流量降低到一）在一定转速下工作时，若出口反压增大，使空气流量降低到一定程度时，就会出现喘振。定程度时，就会出现喘振。 （2 2）当发动机偏离设计工作状况而降低转速时容易发生喘振）当发动机偏离设计工作状况而降低转速时容易发生喘振3. 3. 防喘措施防喘措施 ： （1 1）从多级轴流压气机的某一个或数个中间截面放气。）从多级轴流压气机的某一个或数个中间截面放气。 （2 2）第一级采用可调进口导叶和

30、静叶，低转速时，它们可）第一级采用可调进口导叶和静叶，低转速时，它们可以闭拢以闭拢 提高气流的轴向提高气流的轴向 速度，防止失速，以致可以接近最佳运转工况。速度，防止失速，以致可以接近最佳运转工况。（最后几级用可调进口导叶和静叶也可）（最后几级用可调进口导叶和静叶也可） （3 3）采用双轴或三轴结构）采用双轴或三轴结构 2.2.5 压气机的结构压气机的结构压气机的结构压气机转子组件压气机转子组件压气机机匣压气机机匣压气机转子类型压气机转子类型鼓式盘式鼓盘式压气机气流通道结构等外径等中经等内径混合式气气流流通通道道结结构构型型式式（1）等外径: 等外径的优点是平均直径逐级增大，即圆周速度逐级增大

31、，故级的平均作功量大于等内径的而使级数较少，其次是气缸平直且易于加工。（2）等内径: 等内径的优点是末级平均直径小而使叶片高，有利于压气机效率的提高，还易于把通流部分分为几个级组，每个级组设计成同一叶型以便加工。气气流流通通道道结结构构型型式式（3）等平均直径（等中径）：等平均直径的级数及效率介于两者之间。（4）混合型：在大流量、高压比的压气机中，采用组合型的通流形式。压气机转子结构型式压气机转子结构型式1 1、鼓筒式转子、鼓筒式转子 鼓筒式转子由鼓筒及半轴组成，结构简单，刚性好，一般为刚性轴。但由于它是靠鼓筒来承受离心力载荷的，因而强度差，鼓筒外径处的圆周速度不大于150ms左右，故只适用于

32、级压比低、通流部分是等内径或接近等内径的压气机中。压气机转子结构型式压气机转子结构型式2 2、盘式转子、盘式转子 盘式转子上各级轮盘是分开的，安装时以一定的过盈量红套套在轴上，靠红套的预紧力传扭。由于轮盘的强度好，可用于圆周速度较高的转子上。但由于主轴细长，故刚性差、临界转速低，一般只能设计成柔性轴。目前，美国WH公司的燃气轮机采用此种转子。压气机转子结构型式压气机转子结构型式3 3、盘鼓式转子、盘鼓式转子 盘鼓式转子把各级轮盘在轮缘或接近轮缘处的鼓环压紧连接或焊接而形成。在轮缘或接近轮缘处是一转鼓，转子刚性较好；而离心力则靠轮盘来承受，转子强度高。故盘鼓式转子兼有鼓筒式和盘式转子的优点而获得

33、了广泛的应用。压气机转子叶片1 1、叶身、叶身 叶身即叶片的型线部分。叶身即叶片的型线部分。特点：叶型较薄折转角较小为符合气动要求，动叶沿叶高均为符合气动要求，动叶沿叶高均设计成扭转叶片。设计成扭转叶片。为降低叶型根部截面处的应力，为降低叶型根部截面处的应力，以及使沿叶高的应力分布差别缩以及使沿叶高的应力分布差别缩小，动叶都设计成沿叶高逐渐减小，动叶都设计成沿叶高逐渐减薄的结构。薄的结构。叶片的榫头及与转子的连接榫头形式：榫头形式： 销钉式销钉式 燕尾形燕尾形 枞树形枞树形在转子上的固定形式：在转子上的固定形式：1 1）周向装入式）周向装入式 叶片装在轮盘的圆周向根槽中，常用于鼓筒式转子和焊接

34、转子。可用于T形叶根及燕尾形叶根等。2 2）径向插入式）径向插入式 叶片自径向插入轮槽，用销钉将其与轮缘相连接，这时销钉不仅固定叶片，同时还承受叶片的离心力。3 3）轴向装入式轴向装入式 广泛用于盘式转子中。轴向装入的叶片需将其轴向定位和锁紧，以防止叶片在工作时发生轴向移动和脱落静子叶片及固定1 1、直接装配的静叶、直接装配的静叶 这种固定方式的静叶相当于一个悬臂梁，它的缺点是叶片刚性较差。对长叶片来说问题较大，解决的方法是在静叶端部加装内环来加强刚性。静子叶片及固定 2. 静叶环（1）焊接静叶环 将静叶插入两个加工有叶型孔的静叶内环和静叶外环后焊接而成。焊接静叶环焊接静叶环 其优点是静叶不需

35、加叶根，而当静叶为直叶片时可采用轧制成型的工艺，故叶片加工简单。其内、外环用薄板冲压而成，加工方便。静叶为两端支承，刚性好。静叶环装入气缸的槽中后，靠两端的耳环以螺栓固定在气缸上，装拆简单。 缺点是若有叶片损坏，则需更换整个静叶半环。 为便于装配，半个静叶环沿圆周分为数个扇形段。WH公司的压气机即采用此结构。（2 2）装配式静叶环）装配式静叶环 一种可拆装的静叶环，个别叶片损坏后可拆下单独更换。该结构的主要缺点是整个压气机静子的机加工量大。GE公司的压气机就采用该结构。（3 3）用固紧环固定的静叶环）用固紧环固定的静叶环 用可拆卸的固紧环来固定静叶环。其优点是气缸内壁无槽道而加工简化。 可调静

36、叶可调静叶MS9001E压气机轴与涡轮轴连接联轴器：联轴器： （1 1） 刚性联轴器刚性联轴器 （2 2） 柔性联轴器柔性联轴器 刚性联轴器刚性联轴器 （1 1）套齿式）套齿式 （2 2）短螺栓连接式）短螺栓连接式2. 风扇风扇机匣组件（主单元体）：风扇机匣组件（主单元体）： 风扇机匣风扇机匣 风扇转子风扇转子 低压压气机低压压气机风扇转子（子单元体）：风扇转子（子单元体）： 整流锥整流锥 风扇盘风扇盘 风扇叶片风扇叶片 中距凸肩的作用：中距凸肩的作用： 风扇叶片运转时，凸台与凸台之间就会产生摩擦阻风扇叶片运转时，凸台与凸台之间就会产生摩擦阻尼尼 以减少叶片的振动以减少叶片的振动vCFM56-

37、5B CFM56-5B 风扇连接风扇连接1.风扇静子机匣1.1.承力机匣框架：承力机匣框架： 铸焊组合 2.2.出口导向叶片：出口导向叶片： 距离-噪音3.3.包容环：包容环： 防止叶片飞出 4.4.吸音衬套：吸音衬套： 声学衬套。3. 压气机机匣压气机机匣：分半式压气机机匣：分半式 分段式分段式 整体式整体式压气机机匣设计要求：压气机机匣设计要求： 重量轻重量轻 ， 刚性好刚性好 ，保证叶片叶尖间隙，保证叶片叶尖间隙CDPCDP密封密封2.3 燃烧室2.3.1 2.3.1 燃烧室的基本性能要求燃烧室的基本性能要求（1 1） 点火可靠点火可靠 （2 2）燃烧稳定）燃烧稳定 （3 3）燃烧效率高

38、）燃烧效率高（4 4）压力损失小）压力损失小 （5 5）尺寸小）尺寸小 （6 6）燃烧完全）燃烧完全（7 7）出口温度场分布满足要求）出口温度场分布满足要求 （8 8）排气污染小）排气污染小（8 8）寿命长）寿命长 油气比：油气比： f=q f=qm m，f f/q/qm m，a a q qm m，f f ：进入燃烧室燃油流量：进入燃烧室燃油流量 q qm m，a a ：空气流量：空气流量余气系数： =qm，a/qm，f L0 L0：理论空气量 富油：1 贫油：1 油气比和余气系数的关系： f =1/ L0稳定燃烧的条件：燃烧时的气流速度等于火焰的传播速度。稳定燃烧的条件：燃烧时的气流速度等于

39、火焰的传播速度。燃烧效率：燃烧效率：1kg1kg燃油燃烧后工质实际吸收热量与燃油燃烧后工质实际吸收热量与1kg1kg燃油燃燃油燃 烧理论上释放出的热量之比烧理论上释放出的热量之比压力损失小：总压恢复系数（燃烧室出口处的总压与燃烧室进压力损失小：总压恢复系数（燃烧室出口处的总压与燃烧室进 口处的总压之比）口处的总压之比） 燃烧室尺寸小：容热强度燃烧室尺寸小：容热强度 出口温度场分布满足要求：如图出口温度场分布满足要求：如图 排气污染小：污染物与转速关系如图排气污染小：污染物与转速关系如图2.3.2 燃烧室的类型燃烧室的分类：多个单管燃烧室燃烧室的分类：多个单管燃烧室 环管燃烧室环管燃烧室 环形燃

40、烧室环形燃烧室1. 1. 多个单管燃烧室多个单管燃烧室 涡喷涡喷6 6发动机燃烧室示意图发动机燃烧室示意图优点：设计简单，结构强度好，能够单个拆卸和更换优点：设计简单，结构强度好，能够单个拆卸和更换缺点：空间利用率低，重量重，气动损失高。室与室之间点火困缺点：空间利用率低，重量重，气动损失高。室与室之间点火困难难2. 环管燃烧室优点：尺寸优点：尺寸较小，重量较小，重量较轻，不需较轻，不需要复杂空气要复杂空气供应管路，供应管路，结构强度好。结构强度好。缺点：气动缺点：气动损失相当高，损失相当高，室与室之间室与室之间点火困难点火困难3. 环形燃烧室优点：节省重优点：节省重量和成本，消量和成本，消除

41、了室与室之除了室与室之间燃烧传播问间燃烧传播问题，燃烧效率题，燃烧效率提高，减少对提高，减少对空气的污染。空气的污染。缺点：制造成缺点：制造成本高，拆卸困本高，拆卸困难，耗费时间。难，耗费时间。 环形燃烧室火焰筒立体环形燃烧室火焰筒立体图图双环双环形燃形燃烧室：烧室：减少减少燃烧燃烧排放排放污染污染物物2.3.3 燃烧过程一、燃烧室的气流流型一、燃烧室的气流流型在燃烧室内建立适当的气流流型是组织燃烧的基础。在燃烧室内建立适当的气流流型是组织燃烧的基础。燃烧室的气流流型应满足：燃烧室的气流流型应满足：能促进燃油与空气混合，形成所需要的浓度场；能促进燃油与空气混合，形成所需要的浓度场；产生回流区，

42、确保可靠点火，火焰稳定及燃烧完全；产生回流区，确保可靠点火，火焰稳定及燃烧完全；在壁面形成保护气膜，使壁温在允许的范围内；在壁面形成保护气膜，使壁温在允许的范围内；通过掺混、降温形成所要求的出口流场和温度场。通过掺混、降温形成所要求的出口流场和温度场。 叶片式旋流器：叶片式旋流器：在装有旋流器的燃烧室中，少量空气形成了气体的回流。在装有旋流器的燃烧室中，少量空气形成了气体的回流。 气流的轴向速度分布：气流的轴向速度分布：形成顺流区、逆流区、过渡区。形成顺流区、逆流区、过渡区。 过渡区位于虚线所示的轴向速度线附近，可形成气流速度等于火焰传播速度过渡区位于虚线所示的轴向速度线附近，可形成气流速度等

43、于火焰传播速度的条件，既满足火焰稳定的条件。在过渡区，速度梯度大，紊流强度大（可的条件，既满足火焰稳定的条件。在过渡区，速度梯度大，紊流强度大（可达达50%50%以上），因此发生着强烈的稳流质量交换的过程，提供了不断流向火以上），因此发生着强烈的稳流质量交换的过程，提供了不断流向火焰筒前端的高温燃气，这促使燃料迅速蒸发，并保证新鲜混气被不断点燃。焰筒前端的高温燃气，这促使燃料迅速蒸发，并保证新鲜混气被不断点燃。 主燃孔：主燃孔：将空气导入火焰筒前部参加燃烧过程。由于空气的进入流速较高，因将空气导入火焰筒前部参加燃烧过程。由于空气的进入流速较高，因此在每一主燃孔处均形成一气柱状射流。他阻止着旋流

44、器下游气流的旋转，此在每一主燃孔处均形成一气柱状射流。他阻止着旋流器下游气流的旋转，使回流区截止在主燃孔所在的截面附近。使回流区截止在主燃孔所在的截面附近。 气膜孔：气膜孔：形成保护气膜，使壁温在容许的范围内。形成保护气膜，使壁温在容许的范围内。补燃孔及掺混孔：补燃孔及掺混孔：以柱状射流的形式进入火焰筒，经过掺混、降温形成所要求以柱状射流的形式进入火焰筒，经过掺混、降温形成所要求的出口温度场。的出口温度场。二、燃烧室中的燃料分布二、燃烧室中的燃料分布 燃料喷出后，形成一锥形空心油膜，他迅速扩大变薄而破裂成细小的燃料喷出后，形成一锥形空心油膜，他迅速扩大变薄而破裂成细小的油珠群，同时穿出回流区进

45、入紊流度很大的过渡区，其中大油珠可以穿到顺油珠群，同时穿出回流区进入紊流度很大的过渡区，其中大油珠可以穿到顺流区，而最小的油珠则可能被回流区的气流带走，随之漂流。在强烈的紊流流区，而最小的油珠则可能被回流区的气流带走，随之漂流。在强烈的紊流换热和换质的条件下，油珠不断蒸发并与不断进入火焰筒头部的新鲜空气强换热和换质的条件下，油珠不断蒸发并与不断进入火焰筒头部的新鲜空气强烈混合，形成适宜于燃烧的新鲜混气。烈混合，形成适宜于燃烧的新鲜混气。 根据对冷吹风时燃料浓度分布的测量结果知道，燃料在火焰截面上呈根据对冷吹风时燃料浓度分布的测量结果知道，燃料在火焰截面上呈非均匀分布，其中大部分集中在油雾锥面附

46、近，在离开油雾锥面的地方，燃非均匀分布，其中大部分集中在油雾锥面附近，在离开油雾锥面的地方，燃料浓度迅速减小。余气系数的分布则与此相反，随着远离喷嘴，截面上燃料料浓度迅速减小。余气系数的分布则与此相反，随着远离喷嘴，截面上燃料局部浓度和余气系数逐渐均匀。局部浓度和余气系数逐渐均匀。 燃烧室中的燃料分布的不均匀性，正是组织燃烧所需要的。因为在燃燃烧室中的燃料分布的不均匀性，正是组织燃烧所需要的。因为在燃烧室各截面上，由于染料浓度和余气系数都在变化，因此在各种工况中一般烧室各截面上，由于染料浓度和余气系数都在变化，因此在各种工况中一般都自然存在着符合火焰稳定所需要的混气浓度的地方，从而是火焰稳定区域都自然存在着符合火焰稳定所需要的混气浓度的地方，从而是火焰稳定区域很宽。很宽。三、燃烧室中