第三章-压气机转子
-压气机转子
2.压气机工作叶片结构
叶身
❖叶型：亚音、超音。 ❖叶尖切速：决定叶片的加功量。 ❖宽弦：提高抗外物打伤能力，减振。
端弯叶片
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
根部 (榫头)
2.压气机工作叶片结构
根部 (榫头)
❖叶片和盘的连接部分并将叶片的离 心力均匀加在盘缘上。
❖轴向燕尾型--广泛采用于风扇、压气 机中。
❖环形燕尾槽--用于高压后几级中。 ❖榫树型榫头--在压气机中较少使用。
（为什麽?）
2.压气机工作叶片结构
环型燕尾榫头
❖加工简单 ❖安装方便 ❖承受负荷小 ❖零件数目减少
2.压气机工作叶片结构
叶片在轮盘槽内的 固定
❖卡圈 ❖锁片 ❖锁板 ❖销钉
3.压气机轮盘结构
F404低压风扇
第一节 概 述
❖等内径设计
❖优点：提高末级叶片效率。 ❖缺点：对气体加功量小，级数多。
❖等中径设计
❖介于两者之间，一般均混合采用。
CFM56-5C高压压气机
第二节 轴流压气机转子
1. 转子的基本结构 2. 压气机工作叶片结构 3. 压气机轮盘结构 4. 转子平衡技术
1. 转子的基本结构
恰当半径：
❖盘的变形等于鼓的变形。
盘加强鼓：
❖盘的变形小于鼓的变形。
鼓加强盘：
❖盘的变形大于鼓的变形。
混合式转子
1. 转子的基本结构
二、转子的连结形式：
❖短螺栓连接 ❖焊接的盘鼓混合式转子 ❖销钉连接转子 ❖长螺栓连接转子
短螺栓连接转子
焊接的盘鼓混合式转子
销钉连接 转子
长螺栓连接转子
❖AL-31F
第三章 燃气轮机(1)
第三章燃气轮机燃气轮机（Gas Turbine）作为新型的动力设备，由于具有结构紧凑、单位功率重量轻、启动迅速、运行平稳且安全可靠等显著的优点，受到世人的广泛关注，应用的范围越来越广，已成为世界主要动力设备之一。
燃气轮机在电力、石化、冶金、交通等行业都有广泛应用，也是海上平台大型发电机组的主要动力之一。
燃气轮机的特点：（1）质量轻、体积小燃气轮机与活塞式内燃机相比，由于以高速回转运动代替了活塞的往复运动。
因而做到质量轻、体积小、功率大。
其比质量仅为内燃机的几分之一到几十分之一，且振动小、噪声低。
开式循环单机功率可达几十万千瓦。
燃气轮机的金属消耗量约为同功率汽轮机的l／4~l／6。
（2）水、电和润滑油的消耗省燃气轮机装置运行所需的水、电极少，甚至可以不用水和无电源起动。
润滑油消耗也较汽轮机或内燃机省。
因此，适用于缺水、缺电地区。
（3）燃料适应性强、公害少燃气轮机能燃用多种燃料和廉价燃料，如重油、原油、天然气等。
同一台机子可燃用液体或气体等几种燃料而其设备不需作很大变动。
排气比较干净，除NOx需加考虑外，对空气污染较少。
（4）起动快、自动化程度高工业燃气轮机从冷态起动、加速直到带上满负荷，一般只需3～15分钟。
易于实现集控、程控和遥控，操作简单，运行维护也较方便，甚至可以不需要现场运行人员。
燃气轮机目前在中小功率动力机械中尚未普遍应用，是因为还有一些缺点有待进一步研究解决。
主要是：（1）涡轮内是高温燃气、需用耐高温材料制造涡轮叶片，这必然增加生产成本；若采用冷却措施，又必然引起机械的复杂性。
（2）由于目前受到材料和冷却技术的限制，不能选用过高的燃气温度，因而单机热效率不如内燃机高，经济性较差，燃油消耗率一般在270g／kw·h以上。
若用复合循环，热效率固然可以提高，但结构复杂。
第一节燃气轮机的工作过程燃气轮机是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械，主要由压气机、加热工质的设备（燃烧室）、透平机三大部分组成。
燃气轮机教学ppt课件6压气机
轴流式压气机
n 一个亚声速级的压比只有1.05~1.28左右， n 一个超声速级的压比为1.5~2.0。 n 通常轴流式压气机都是多级的。
轴流式压气机
排气
T
排气
B轴
15级
B
C
进气
轴
进气
叶片越来越短 能量损失增加
离心式压气机
n 单级的压比高达3~8 n 但气体流动路线较曲折， 压缩效率较
低75％~85％。 n 受到材料强度的限制，工作叶轮的外
盘承受，使转子强度好。还可能达到最轻的质量。
在燃气轮机中应用广泛。 径向销钉转子 焊接转子
中心拉杆转子
径向销钉转子
盘鼓式转子
径向销钉孔周围应力集中 较严重，可能会产生裂纹。
径向销钉
主要在航空燃气轮机应用， 在重型燃机上基本不用。
花键传扭
盘鼓式 盘式
盘鼓式转子
焊接转子
—把轮盘在轮缘处焊接起来。
一个轮盘上装有数级动叶。 重型燃气轮机：电弧焊，工艺要求高。
二、压气机分类
活塞式压气机(又称容积式)
—利用气体容积的减少增压
供气压力较高 供气量较小 周期性的断续供气
伴随往复运动的振动
动力式压气机(又称叶片式)
—依靠高速旋转的叶片对气体做功实现压缩增压
供气压力相对低些 但供气量较大，且连续稳定
轴流式 气体流动方向大致平行于压气机旋转轴 离心式(径流式) 气体流动方向大致与旋转轴相垂直 混合式 同时具有轴流式与离心式工作轮叶片。
径向及圆周方向上都有梯度，且随时间而变，还需考虑气体粘性。
n 简化处理： n 取基元级，将三维流动简化为二维圆柱面流动的叠加； n 进一步简化： ①假设气流参数轴对称，或取周向平均值； ②气流的
西北工业大学航空发动机结构分析课后答案第3章压气机
第三章压气机1.航空燃气涡轮发动机中,两种基本类型压气机的优缺点有哪些？压气机类型优点缺点轴流式压气机增压比高、效率高、单位面积空气质量流量大、迎风面积小等。
结构复杂，零件数多，重量大。
成本高，维修不方便。
单级增压比低。
离心式压气机结构简单、零件数量少，成本低。
尺寸小、转子强度好，重量轻。
良好的工作可靠性。
稳定工作范围宽，维修方便。
单级增压比高迎风面积大。
效率低。
3.在盘鼓式转子中恰当半径是什么？在什么情况下是盘加强鼓？恰当半径：在盘鼓式转子中，随着圆周速度的增大，鼓筒和轮盘都会发生形变，这里有三种情况：一是在小半径处，轮盘的自由变形大于鼓筒的自由变形；二是在大半径处，轮盘的自由变形小于鼓筒的自由变形；三是在中间某个半径处，两者的自由变形相等。
对于第三种情况，联成一体后，相互没有约束，即没有力的作用，这个半径称为恰当半径。
在第二种情况下，实际变形处于两者自由变形之间，对于鼓筒，自由变形变小，轮盘则相反。
这种情况是盘加强鼓。
5.转子级间联接方法有哪些?转子级间联接方法有用拉杆联接、短螺栓连接和长轴螺栓连接等几种。
7.如何区分盘鼓式转子和加强的盘式转子？区分方法在于辨别转子的传扭方式。
鼓盘式转子靠鼓筒传扭，而加强的盘式转子主要靠轴来传扭。
9.风扇叶片叶身凸台的作用是什么？风扇叶片叶身凸台的作用：在叶片较长的情况下，为了避免发生危险的共振或颤震，叶身中部常常带一个减振凸台。
11.压气机机匣的功能是什么？压气机机匣是发动机的主要承力壳体之一，又是气流通道的外壁。
工作时，机匣承受静子的重力、惯性力，内外空气压差，整流器上的扭矩，轴向力，相邻组合件传来的弯矩、扭矩和轴向力等。
此外，机匣还承受着热负荷和振动负荷，传递支撑所受的各种载荷，如径向力、剪力和弯矩等。
13.列举整流叶片与机匣联接的三种基本方法。
一、在锻造的分半式机匣内，机匣壁较厚，整流叶片用各种形式的榫头直接固定在机匣内壁机械加工的特定环槽内。
二、整流叶片还可以通过焊接直接与机匣联接。
第三章 轴流压气机工作原理
第三章 轴流压气机的工作原理压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一，它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、高温气体。
根据压气机的结构和气流流动特点，可以把它分为两种主要型式：轴流式压气机和离心式压气机。
本章论述轴流式压气机的基本工作原理，重点介绍压气机基元级和压气机一级的流动特性及工作原理。
第一节 轴流压气机的增压比和效率轴流式压气机由两大部分组成，与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转子，外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。
转子上的叶片称为动叶，静子上的叶片称为静叶。
每一排动叶（包括动叶安装盘）和紧随其后的一排静叶（包括机匣）构成轴流式压气机的一级。
图3－1为一台10级轴流压气机，在第一级动叶前设有进口导流叶片（静叶）。
图3－1 多级轴流压气机压气机的增压比定义为 ***=1p p k k π （3－1） *k p ：压气机出口截面的总压；*1p ：压气机进口截面的总压；*号表示用滞止参数（总参数）来定义。
依据工程热力学有关热机热力循环的理论，对于燃气涡轮发动机来讲，在一定范围内，压气机出口的压力愈高，则燃气涡轮发动机的循环热效率也就愈高。
近六十年来，压气机的总增压比有了很大的提高，从早期的总增压比3.5左右，提高到目前的总增压比40以上。
图3－2 压气机的总增压比发展历程压气机的绝热效率定义为***=k adkkL L η （3－2） 效率公式定义的物理意义是将气体从*1p 压缩到*2p ，理想的、无摩擦的绝热等熵过程所需要的机械功*adk L 与实际的、有摩擦的、绝热熵增过程所需要的机械功k L *之比。
p 1*p k*1k adkL *k L *ad ksh *图3－3 压气机热力过程焓熵图 由热焓形式能量方程（2－5）式、绝热条件、等熵过程的气动关系式)1(11)(k k adk adk p p T T -****=和R k k c p 1-=可以得到 )1(1)(111--=-=-****k k k adk p adk RT k k T T c L π （3－3） )1(1)(111--=-=******T T RT k k T T c L k k p k （3－4） 将（3－3）和（3－4）式代入到（3－2）式，则得到1111--=**-**T T k k k k k πη （3－5）效率公式（3-5）式可以用来计算多级或单级压气机的绝热效率，也可以用来计算单排转子的绝热效率，只要*k p 和*k T 取相应出口截面处值即可。
燃气涡轮发动机(第二版)第3章
(2)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，大气温度越高， 冲压比越小。 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11000米高度以下，飞行 高度升高时，大气温度降低，冲 压比增大；在11000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 随飞行高度变化的情形，如图2— 5的曲线所示。
影响冲压比的因素
• 影响冲压比的因素有飞行速度(V)、大气温度(T0)和流动损 失。下面进行分析。 • (1)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，有更多的动能用来提高空气的压力，所以飞行速 度增大时冲压比增大。 • 图2—4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
燃气涡轮发动机（第二版）
第3章 发动机部件 刘成英
• 航空燃气涡轮喷气发动机主要由进气道（Intake）、压气 机（compressor）、燃烧室（combustion chamber）、涡 轮（turbine）、喷管（Exhaust）等部分构成。
•
3.1
• 3.1.1 1.类型 类型和参数
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：
1. 单面叶轮 2. 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，同时提高空气压力。
压气机特性实验
发动机压气机转子工艺设计及夹具设计(有proe图CAD图)机械大学设计
三级转子是汽车发动机压气机的关键零件，发动机压气机转子是用来对空气作功产生反作用推力，并将空气压缩后送到燃烧室和涡轮；发动机转子由于在高转速下工作，承受着相当大的而且复杂的负荷，例如，扭矩、轴向力、径向方、陀螺力矩及振动等，因此对其加工要求十分严格。
而高精度加工在国内来讲也是制造业一个较困难的课题，叶型加工包含了多项高尖技术，蕴藏了巨大的科研价值和经济价值，所以研究叶型加工工装具有重要意义。
发动机压气机Ⅲ级转子就是这样一个零件，现以这个零件为例来研究叶型加工的工艺规程及夹具设计。
该转子的加工过程是比较复杂的，这是由零件本身的复杂程度所决定的。
加工该零件的最大难题之一就是要克服它的高精度要求。
对表面的车削加工；对叶形铣削加工；对成型面的车削加工；以及在直径87的圆周上钻头8个孔的钻削加工都是本次加工的重点中的重点。
且为了保证上述加工的精度，必须有针对性的对其进行专用夹具的设计，以求达到最好的效果。
目录摘要---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 ABSTRACT ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2第一章序论 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31.1工艺的内容 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31.1.1机械制造工艺的目标 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 1.2工艺的任务 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 1.3工艺规程的基本要求 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 41.3.1工艺规程的作用---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 41.3.2工艺规程的选择---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 41.3.3工艺规程的编制---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 51.3.4工艺规程的设计准则 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 51.3.5制定工艺规程的原始资料 --------------------------------------------------------------------------------------------- 61.3.6生产类型的工艺特征 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 第二章零件工艺方案制定------------------------------------------------------------------------------------------------------ 92.1零件分析------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 92.1.1零件的作用 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 92.1.2零件的工艺分析---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 2.2工艺规程设计 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 92.2.1确定毛坯的制造形式 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 92.2.2工艺路线的制订---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 92.2.3 工艺方案的比较与分析 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 11 2.3工艺过程卡的制做 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12第三章夹具设计----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 133.1机床夹具----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 133.1.1机床夹具的概述-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 133.1.2机床夹具的作用-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 133.1.3机床夹具的分类-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 153.1.4机床夹具的一般组成 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 153.1.5机床夹具的发展-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 153.1.6转子等分孔加工的专用夹具设计---------------------------------------------------------------------------------- 16 3.2定位误差----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 16 3.3四个专用夹具的设计 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 173.3.1精车一专用夹具的设计 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 173.3.2精车二的夹具设计----------------------------------------------------------------------------------------------------- 193.3.3钻孔夹具的设计-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 233.3.4铣叶型夹具的设计----------------------------------------------------------------------------------------------------- 26第四章设计总结----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 274.1工艺文件设计 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 27 4.2关键工序的工艺措施与实施效果 --------------------------------------------------------------------------------------- 27 4.3实际加工出现的问题及采取的相应措施------------------------------------------------------------------------------ 27第五章转子的计算机辅助设计---------------------------------------------------------------------------------------------- 315.1设计软件简介 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 5.2传统设计方法与运用PRO/E软件设计方法的区别----------------------------------------------------------------- 32 5.3设计产品简介及PRO/E的设计优点 ----------------------------------------------------------------------------------- 33 5.4三级转子的设计 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 33 5.5小结----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 38总结--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 39参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 42摘要高精度叶型加工在国内来讲是制造业一个较困难的课题。
飞机发动机原理与结构—压气机
举例：CFM56 发动机低压压气机的转子采用的就是鼓式转子。
一. 轴流式压气机的结构
（1）鼓式转子
CFM56低压压气机的转子
一. 轴流式压气机的结构
（2）盘式转子
结构形式：盘式转子由一根轴和若干个轮盘组成，用轴将各级轮盘联成一体。
2
转子叶片
3
压气机静子
4 轴流式压气机的工作原理
二.转子叶片 1. 叶片叶身特点
特点：数量多，尺寸形状复杂 组成：叶身 + 榫头
二.转子叶片 1. 叶片叶身特点
（1）叶身扭转：叶尖处叶型弯度小，安装角大，叶根处叶型弯度大，安装角小； （2）减振凸台：减振；减小空气流量,效率下降，离心力增加； （3）加强筋：减震的一种形式； （4）宽弦叶片：叶栅通道面积大，喘振裕度大，级效率高，减振效果好；
二. 转子叶片
2. 榫 头
周向燕尾形榫头
——简单，加工费用低，允许单独更换，所以一般用于压气机后几级 （叶片小，相应的离心负荷小）。
周燕尾型榫头叶片
周燕尾型榫槽
二. 转子叶片
3. 叶片的槽向固定
（a）榫头凸块和锁片固定
作用：防止叶片沿槽向
移动。
固定方法：
• 卡圈 • 锁片 • 挡销
（b）挡销和锁片固定 （c）（d）锁片固定 （e）弹簧卡圈固定 （f）锁丝固定
优点：
• 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。
• 减震凸台结合面上喷涂耐磨合金，当叶片发生振动时， 结合面互相摩擦，可起阻尼减振的作用。
缺点：
• 增加叶片的重量，使叶片的离心负荷加大； • 连接处局部加厚，使流道面积减少2%，减少发动机的
《航空发动机结构分析》思考题答案
《航空发动机结构分析》课后思考题答案第一章概论1.航空燃气涡轮发动机有哪些基本类型？指出它们的共同点、区别和应用。
答：2.涡喷、涡扇、军用涡扇分别是在何年代问世的？答：涡喷二十世纪三十年代（1937年WU；1937年HeS3B）；涡扇 1960~1962军用涡扇 1966~19673.简述涡轮风扇发动机的基本类型。
答：不带加力，带加力，分排，混排，高涵道比，低涵道比。
4.什么是涵道比？涡扇发动机如何按涵道比分类？答：（一）B/T，外涵与内涵空气流量比；（二）高涵道比涡扇（GE90），低涵道比涡扇（Al-37fn）5.按前后次序写出带加力的燃气涡轮发动机的主要部件。
答：压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室、喷管。
6.从发动机结构剖面图上，可以得到哪些结构信息？答：a)发动机类型b)轴数c)压气机级数d)燃烧室类型e)支点位置f)支点类型第二章典型发动机1.根据总增压比、推重比、涡轮前燃气温度、耗油率、涵道比等重要性能指标，指出各代涡喷、涡扇、军用涡扇发动机的性能指标。
答：涡喷表2.1涡扇表2.3军用涡扇表2.22.al-31f发动机的主要结构特点是什么？在该机上采用了哪些先进技术？答：AL31-F结构特点：全钛进气机匣，23个导流叶片；钛合金风扇，高压压气机，转子级间电子束焊接；高压压气机三级可调静子叶片九级环形燕尾榫头的工作叶片；环形燃烧室有28个双路离心式喷嘴，两个点火器，采用半导体电嘴；高压涡轮叶片不带冠，榫头处有减振器，低压涡轮叶片带冠；涡轮冷却系统采用了设置在外涵道中的空气-空气换热器，可使冷却空气降温125-210*c；加力燃烧室采用射流式点火方式，单晶体的涡轮工作叶片为此提供了强度保障；收敛-扩张型喷管由亚声速、超声速调节片及蜜蜂片各16式组成；排气方式为内、外涵道混合排气。
3.ALF502发动机是什么类型的发动机？它有哪些有点？答：ALF502，涡轮风扇。
优点：●单元体设计，易维修●长寿命、低成本●B/T高耗油率低●噪声小，排气中NOx量低于规定第三章压气机1.航空燃气涡轮发动机中，两种基本类型压气机的优缺点有哪些？答：（一）轴流压气机增压比高、效率高单位面积空气质量流量大，迎风阻力小，但是单级压比小，结构复杂；（二）离心式压气机结构简单、工作可靠、稳定工作范围较宽、单级压比高；但是迎风面积大，难于获得更高的总增压比。
第三章 进气道压气机涡轮
第3章进气道、压气机和涡轮inlet 、Compressor and turbine第3.1节进气道Inlet一. 概述(Introduction)进气道的作用是引导外界空气进入压气机。
对进气道的要求是使气流流经进气道时具有尽可能小的流动损失，并使气流在进气道出口处(即压气机进口处)具有尽可能均匀的气体流场。
进气道前方气流的速度是由飞机的飞行速度决定的，而进气道出口的气流速度是由发动机的工作状态决定的，一般情况下两者是不相等的。
进气道要在任何情况下满足气流速度的转变。
进气道进出口气流状态瞬息万变，而进气道的形状不可能随着变化，因此，空气流经进气道时产生流动损失是不可避免的。
进气道的流动损失用进气道总压恢复系数σi来表示:(3.1-1)式中p2* ─ 进气道出口截面的总压；p1* ─ 进气道前方来流的总压。
根据压气机进口截面的流量公式：(3.1-2) 可以看出，当发动机工作状态不变时(q(λ2)为定值)，进气道流动损失的大小改变了气流总压p2*，直接影响进入发动机的空气流量qma，从而影响发动机推力的大小。
因此设计进气道时应该尽可能减小气流的总压损失。
对进气道最基本的性能要求是：飞机在任何飞行状态以及发动机在任何工作状态下，进气道都能以最小的总压损失满足发动机对空气流量的要求。
二. 亚声进气道(Subsonic Inlet)亚声进气道是为在亚声速或低超声速范围内飞行的飞机所设计的进气道。
它的进口部分为圆形唇口，进气道内部通道为扩张通道，使气流在进气道内减速增压。
图3.1.1 亚声速进气道简图使用亚声进气道的喷气飞机其飞行速度可达到或略超过声速(约为300～350m/s)，与之相比，压气机进口的气流速度往往较低，一般轴流压气机进口处气流速度为180～200m/s。
因此，迎面气流在进入压气机前需要在进气道中减速扩压，气流减速不一定都要在进气道内部进行，因为，若进气道内部扩张角太大，容易使气流分离造成总压损失，所以往往使气流在进气道前方就开始减速扩压，进气道前方气流的减速扩压过程可以近似的认为是理想绝热过程。
北航-叶轮机械原理- ch3(10)
2 dp 1 lf
v22 v32
2
3 2
dp
lf
第三节 基元级加功与增压
基元级反力度（Degree of Reaction, Reaction Ratio）
气流经过压气机基元级，动叶和静叶均对气流产生增压作用 当基元级总静压升确定后，动叶和静叶之间存在静压升的分配比
善进气方向；
降低静叶设计难度。
由于动叶根部的圆周速度小，适当采用反预旋，不会 使动叶进口相对马赫数过大
第四节 基元级速度三角形分析
扭速 wu 的选取
增加扭速
增大加工量 lu uvu uwu
亚声速基元
叶型弯角增加 w2 减小，逆压梯度增大
流动易分离
超、跨声速基元
6个参数确定速度△
v wu
u r
第二节 轴流压气机基元级速度三角形
简化的速度三角形
假设 u2 u1 v3x v2 x v1x
只需4个参数确定速度△，通
常采用 u 、v1u 、v1x 和 vu
扭速 wu
u2 u1
wu w1u w2u wu vu v2u v1u
v12 2
2 dp
1
l fR
w12
w22 2
v22 v12 1 2
1 v22u v22x v12u v12x
lu
lu
uvu
2uvu
1 v2u v1u 1 2v1u vu
2u
2u
1 v1u vu u 2u
第三节 基元级加功与增压
t
几何进口角 1m 和几何出口角 2m（blade angle，metal angle）
轴流式压气机转子
即在保证①尺寸小、②重量轻、③结构简单、④工 艺性好的前提下，保证①可靠的承受载荷和传力， 并且具有②良好的定心和平衡性、③足够的刚性。
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 2
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 3
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 4
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 5
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 18
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 19
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 20
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 21
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 22
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 23
《 航空发动机结构与原理 》
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《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 13
三、工作叶片与轮盘的联接 1，叶片 ①组成：叶身和榫头 ②受力：离心力和气动力和 振动负荷 ③内部结构：钛合金窝蜂骨 架及钛蒙皮。目的：减重和 减振
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 14
2，榫头的构造 （1）功用：通过榫头实现与轮盘的联接 （2）设计要求：
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 25
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 16
销钉式榫头
优点：工艺装配 简单，不用专门 设备加工。同时 铰接的销钉式榫 头是消除叶片危 险性共振的有效 措施之一。但榫 头承载能力有限， 尺寸和重量大。
《 航空发动机结构与原理 》
NUM: 17
枞树型榫头 一般应用于涡轮叶片上，压气机应用较少
优点：周向尺寸小、 重量轻，能承受较 大的载荷。 缺点：应力集中严 重，工艺性较差。
压气机转子叶尖封严结构研究
压气机转子叶尖封严结构研究摘要：叶尖间隙损失是通道端壁损失和压气机喘振裕度损失的重要组成部分，这种损失是由动叶和机匣间的间隙造成的。
叶尖间隙过大会导致部件效率下降，过小则会影响发动机的工作安全。
本文详述了对涡桨发动机压气机转子叶尖封严结构进行改进的过程，以及试车考核过程中出现的故障，可以从中总结出压气机转子叶尖封严结构设计过程中需要重点考虑的问题，为后续相关结构设计改进提供参考。
关键词:转子叶尖封严涂层1.涡桨发动机封严结构改进设计介绍1.设计背景涡桨发动机10级轴流压气机部件结构见图1，转子叶尖采用石墨封严的结构，转子叶片为不带冠叶片。
采用的石墨封严涂层涂覆工艺方法为手工涂覆，封严涂层材料由封严涂层粉、涂料等多种原料手工配制而成，其制造工艺落后，涂覆性能欠佳，质量不稳定；同时，涂层的结合力也受基体滚花质量的影响，以上原因导致发动机石墨涂层易脱落。
图1 涡桨发动机压气机部件结构该型发动机到寿返厂时，大部分发动机存在压气机工作环、整流环石墨层脱落情况，其中高压级（8～10级）压气机工作环及整流环石墨层脱落现象最为严重。
石墨脱落易造成发动机异常响声故障，同时石墨层脱落会导致转静子间隙增大，影响压气机效率乃至整机性能。
随着航空发动机制造技术的发展，手工涂覆封严层已由热喷涂技术所替代，采用热喷涂工艺制造出的涂层结合强度及涂层性能均优于手工涂覆层。
为提高封严涂层与机体的结合强度，减少封严涂层脱落，拟将全部或部分手工涂覆石棉涂层改为热喷涂镍石墨涂层。
另外，该发动机石墨涂层基体材料为结构钢，发动机在外场长时间工作后，涂层基体锈蚀严重，无法继续使用，因此计划将涂层基体材料更改为不锈钢，以提高其耐腐蚀性。
由于该发动机曾多次出现过转子偏磨故障，同时，与该发动机结构相似的发动机涂层更改为热喷涂涂层后，也多次出现转子偏磨故障，因此，上述涂层的更改方案需要进行详细论证。
1.1.压气机偏磨故障简介1.故障模式1982年至1995年，该型发动机连续发生压气机转子偏磨故障，故障发生共计60次，其主要故障模式如下：1.故障发生在发动机热起动过程中，转速约80%左右；故障发生时，从放气活门排出是黑色粉尘和火花，并伴有不同程度的轰鸣声。
轴流式压气机c结构解析ppt课件
§3.3.2 压气机的静子
(一)气缸
分段的气缸结构优点：
1. 前后缸可采用不同材料，前段工作温 度低用铸铁，后段工作温度高用铸钢， 以便物尽其用。
2. 每段气缸较短，便于内表及叶根槽的加 工。
3. 压气机一般需在中间级放气防喘，在气 缸分段处采用一圈环状放气道，这样沿 圆周一圈流出的气流较均匀，不会对叶 片造成不均匀的激振力。
l转子把从透平传来的扭矩传给动叶以压缩 空气，这一特点决定了转子对强度有高的 要求。
l 刚度问题主要反映在临界转速上，机组的 工作转速应避开临界转速。 最大工作转速 低于一阶临界转速的称刚性转子，它要求 临界转速高于最大工作转速20％ — 25％。
当工作转速高于一阶或二阶临界转速的称 柔性转子。
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§3.3.1 压气机的通流部分型式
l压气机的通流部分型式
(3) 等平均直径：等平均直径的级数及效率介于两 者之间。
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§3.3.1 压气机的通流部分型式
l压气机的通流部分型式
(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。
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第三章 轴流式压气机原理和结构
第三节 轴流压气机的结构
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轴流式压气机原理和结构
l 轴流式压气机的工作原理 l 压气机的特性曲线 l 压气机的喘振及防喘措施 l 轴流式压气机的结构
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§3.3 轴流式压气机的结构
l压气机是工作在300 — 550℃之间的 高速转动部件，由于该工作温度不 太高，结构设计时主要考虑作用在 压气机上的各种机械力。压气机在 结构上应满足强度和刚度要求。
第三章-压气机转子
第三章压气机第一节概述第二节压气机转子第四节压气机静子第五节防冰装置、防喘装置等1. 组成及分类进气道、静子、转子、防喘系统、防冰系统。
分类：轴流、离心、混合。
（气流，结构）涡轮螺桨发动机涡轮轴发动机2.特点进口处：外物易打伤、结冰、腐蚀。
转速高：叶片根部、轮盘承受负荷极大，平衡要求高。
对空气做功：要求效率高、叶型设计叶片高而薄：易振动、高频疲劳。
3.要求解决的问题转子有足够的刚性和强度；抗外物打伤能力和包容能力强；防喘、减缓振动，避免共振；效率提高、重量轻、工作稳定可靠、寿命长、成本低。
4. 气流通道形式等外径设计能充分提高叶片切向速度，加大加工量。
以减少压气机级数。
切向速度受到强度的限制。
多在压气机前面几级使用。
F404低压风扇第一节概述等内径设计优点：提高末级叶片效率。
缺点：对气体加功量小，级数多。
等中径设计介于两者之间，一般均混合采用。
CFM56-5C高压压气机第二节轴流压气机转子1. 转子的基本结构2. 压气机工作叶片结构3. 压气机轮盘结构4. 转子平衡技术1. 转子的基本结构一、结构分类鼓式转子结构简单弯曲刚性好转速受到限制(低于200米/秒)。
大流量比发动机增压级多采用。
鼓式转子—斯贝MK-2021. 转子的基本结构一、结构分类盘式转子盘的强度好弯曲刚性差盘易产生振动盘式转子—PW4000加强盘式转子SPEY 低压压气机转子混合式转子恰当半径：盘的变形等于鼓的变形。
盘加强鼓：盘的变形小于鼓的变形。
鼓加强盘：盘的变形大于鼓的变形。
混合式转子1. 转子的基本结构二、转子的连结形式：短螺栓连接焊接的盘鼓混合式转子销钉连接转子长螺栓连接转子短螺栓连接转子焊接的盘鼓混合式转子销钉连接转子长螺栓连接转子AL-31F叶身叶型：亚音、超音。
叶尖切速：决定叶片的加功量。
宽弦：提高抗外物打伤能力，减振。
端弯叶片根部(榫头)根部(榫头)叶片和盘的连接部分并将叶片的离心力均匀加在盘缘上。
轴向燕尾型--广泛采用于风扇、压气机中。
第3章(第一节)-压气机的原理和特性PPT课件
考虑摩擦损失时：单位质 量气体的损失随流量的增
大而增大
考虑考虑漩涡损失时：存 在使压比最大的最佳流量
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3.多级压气机的特性线
➢特点
①压比随流量变化一 般不存在左支，喘振点 出现在右支上；
②压比和效率随流量 变化的特性线较单级陡 峭，高转速下几乎成垂 线，导致其工作范围变 窄。
气流轴向脉动的频率和 振幅与管网容量大小相 关
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3.压气机的阻塞
➢阻塞的特征
压气机流量无法进一步增加；
压比及效率大幅度降低。
➢阻塞的产生原因
单级 压气 机阻 塞的 原因
高转速下的声速阻塞 —— 即气流流速达到声 速，流量达到最大临界值，形成气流阻塞。
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2.压气机的喘振
➢ 压气机喘振的特征
压气机的流量时增时减； 压力忽高忽低； 整个机组剧烈振动并伴随特有轰鸣声。
➢ 压气机喘振的原因
内因（根本原因和必要条件）—— 压气机失速； 外因—— 压气机下游存在容积较大的管网部件。
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➢ 喘振与失速的区别
比较项
失速
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5.轴流式压气机的效率和能量损失
能量损失
理
想
压
缩
压气机效率：
功
c W Ws 100%c WWs hc
1hc
W
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输 入 的 机 械 功
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压气机的能量损失
➢内部损失
① 型阻损失（影响因素：叶型） a、叶栅表面附面层中产生的摩擦和脱离现象引起； b、叶片表出口尾迹中的涡流以及与主流的掺混； c、在超音速气流中发生的激波现象等引起的能量损失。
第3章压气机
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。
第三十八页，编辑于星期五：二十一点 三十四 分。
3.2 轴流式压气机转子
3.2.3 工作叶片及其与轮盘的联接 2、榫头的构造
（2） 分类 a. 燕尾形榫头
大流量比涡扇发动 机：能单个拆除带 冠叶片的锁紧结构 。
3.2.3 工作叶片及其与轮盘的联接 2、榫头的构造
（1） 要求
第三十五页，编辑于星期五：二十一点 三十四 分。
3.2 轴流式压气机转子
3.2.3 工作叶片及其与轮盘的联接 2、榫头的构造
（2） 分类 a. 燕尾形榫头
结构简单、抗振性好、承载弱、尺寸大（重） 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
中介机匣（将气流由低压引入高压）
第三页，编辑于星期五：二十一点 三十四分。
第四页，编辑于星期五：二十一点 三十四分。
3.2 轴流式压气机转子
3.2.1 转子的基本结构形式 ➢ 转子设计的基本矛盾
尺寸小、重量轻 转速高、负荷大 惯性力和力矩、气体力（轴向力和扭矩） ➢ 要求 可靠的强度和结构刚性 良好的定心、定位 传力、传扭可靠 良好的平衡性 ➢ 基本结构形式：鼓式、盘式、鼓盘式
（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。
第三十页，编辑于星期五：二十一点 三十四分。
3.2 轴流式压气机转子
3.2.3 工作叶片及其与轮盘的联接 1、叶身的构造特点
（2） 特点 减震凸台
第二十七页，编辑于星期五：二十一点 三十四 分。
03+第三章+压气机与风扇
q<1 q=1
q>1
1 工作叶片的强度(Blade Strength)
（2）弯曲应力(Bending Stress) 叶片对气体做功，气体反过来作用在叶片上的力首先引起叶片 产生弯曲。
1 工作叶片的强度(Blade Strength)
（2）弯曲应力(Bending Stress) 为了抵消气体力弯矩，使叶片的质心偏离半径连线及旋转平面， 产生离心力矩，与气体力弯矩方向相反。
2 轮盘强度(Disk Strength)
（2）等厚度轮盘的应力
R T
0.4 0.35 0.3
2
8
3 2 2 ( R2 R 2 ) a 8
2 [(3 ) R2 (1 3 ) R 2 ] a
stresses caused by blades, n=3000rpm
3.5 工作叶片和轮盘的强度
1 工作叶片的强度 (Blade Strength) 工作叶片受到本身的离心力和气体力的作用，引起叶片受到拉 伸、弯曲和扭转。由于叶片质心连线不在半径线上，离心力引起叶 片拉伸、弯曲（轴向与切向）和扭转；气体力引起叶片弯曲（轴向 与切向）和扭转。 （1）离心力拉伸应力(Tensile stress due to Centrifugal Force)
2 压气机的工作原理
（3）压气机沿气流方向的通道形状设计 (The Streamwise Passage Shapes)
Douter=const
Dmean=const
Dinner=const
3 转子结构
（1）转子基本结构(Basic Rotor Construction)
Pratt & Whitney
第3章 离心式压气机-2013
5、离心式压气机特性线的实验测量
压气机测试设备
Flow Nozzle 气流喷嘴
Test
Total Temperature
Pressure 总压
T ~ To 温度
Compressor
压气机
Throttle节流阀
Total
Pressure
Static
总压
Pressure
静压
热交换器
Shaft power from
② 当nk一定时，mk减至某一值时→出现喘振；
什么是喘振？ 喘振，顾名思义就象人哮喘一样，压气机出现周期性的出风与
倒流，产生很大的噪音。 压气机在喘振区时，压轮内流量急剧波动，产生气流的撞击，
使压气机发生强烈的振动，噪声增大，而且出口压力不断晃动； 喘振的产生与压轮和管道的特性有关，容量与压头越大，则喘
增压比
压气机的压比定义如下：
πb =
Po,out Po,in
where:
πb = Pressure ratio [dimensionless] 压比（无量纲）
Po,in = Inlet absolute stagnation pressure [force/length²] 进气口绝对滞止压力 [力/长度2]
② 当nk一定时，mk减至某一值时→出现喘振；
什么是喘振？ 当转速一定，压气机的进气减少到一定值，在叶道中气体会发 生分离，当分离现象扩展到整个叶道，空气不能再流入叶道中； 造成叶轮中出口压力突然下降，而叶轮后收集器等地方相对较 高的压力将气流倒灌回叶轮； 倒灌回流后，使得叶道内又充满空气，分离得到控制，使压轮 叶道内压力恢复正常，重新将倒流回的气流压出去。 空气压出后，由于空气不能进入叶道，叶道内流量再一次降低， 重新出现分离，叶轮出口压力又突然下降，气流又倒回； 这种现象反复出现，压气机工作不稳定，该现象为喘振现象。
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第三章压气机
第一节概述
第二节压气机转子
第四节压气机静子
第五节防冰装置、防喘装置等
1. 组成及分类
进气道、静子、转子、防喘系统、
防冰系统。
分类：轴流、离心、混合。
（气流，结构）
涡轮螺桨发动机
涡轮轴发动机
2.特点
进口处：
外物易打伤、结冰、腐蚀。
转速高：
叶片根部、轮盘承受负荷极大，平衡要求高。
对空气做功：
要求效率高、叶型设计
叶片高而薄：
易振动、高频疲劳。
3.要求解决的问题
转子有足够的刚性和强度；
抗外物打伤能力和包容能力强；
防喘、减缓振动，避免共振；
效率提高、重量轻、工作稳定可靠、
寿命长、成本低。
4. 气流通道形式
等外径设计
能充分提高叶片切向速度，加大加工量。
以减少压气机级数。
切向速度受到强度的限制。
多在压气机前面几级使用。
F404低压风扇
第一节概述
等内径设计
优点：提高末级叶片效率。
缺点：对气体加功量小，级数多。
等中径设计
介于两者之间，一般均混合采用。
CFM56-5C高压压气机
第二节轴流压气机转子
1. 转子的基本结构
2. 压气机工作叶片结构
3. 压气机轮盘结构
4. 转子平衡技术
1. 转子的基本结构
一、结构分类
鼓式转子
结构简单弯曲刚性好
转速受到限制(低于200米/秒)。
大流量比发动机增压级多采用。
鼓式转子—斯贝MK-202
1. 转子的基本结构
一、结构分类
盘式转子
盘的强度好
弯曲刚性差
盘易产生振动
盘式转子—PW4000
加强盘式转子SPEY 低压压气机转子
混合式转子
恰当半径：
盘的变形等于鼓的变形。
盘加强鼓：
盘的变形小于鼓的变形。
鼓加强盘：
盘的变形大于鼓的变形。
混合式转子
1. 转子的基本结构
二、转子的连结形式：
短螺栓连接
焊接的盘鼓混合式转子
销钉连接转子
长螺栓连接转子
短螺栓连接转子
焊接的盘鼓混合式转子
销钉连接转子
长螺栓连接转子
AL-31F
叶身
叶型：亚音、超音。
叶尖切速：决定叶片的加功量。
宽弦：提高抗外物打伤能力，减振。
端弯叶片
根部(榫头)
根部(榫头)
叶片和盘的连接部分并将叶片的离
心力均匀加在盘缘上。
轴向燕尾型--广泛采用于风扇、压气
机中。
环形燕尾槽--用于高压后几级中。
榫树型榫头--在压气机中较少使用。
（为什麽?）
环型燕尾榫头
加工简单
安装方便
承受负荷小
零件数目减少
叶片在轮盘槽内的固定
卡圈
锁片
锁板
销钉
作用
固定叶片并使叶片对气体作功。
负荷很大是重要零件。
剖面形状
外缘：视叶片尺寸而定。
内部：由强度而定，一般为对称。
中心：开孔愈大加厚愈大。
盘～轴作成一体简化结构
盘～叶片做成一体
（Blade+Disk＝Blisk）整体叶环
（Blade+Ring＝Bling）
压气机盘
风扇盘结构
静不平衡量：单位：牛顿* 米
动不平衡：单位：牛顿* 米*米。