航空发动机结构-涡轮结构设计PPT幻灯片

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Leabharlann Baidu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：CAAC 1988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
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
2.1 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
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--650℃
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。
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 减小漏气量 气源
❖损失小、可行
第五节 冷却系统
❖ 5.2 冷却方法
1)对流冷却 可使温度降低200-250℃ 2)冲击冷却 3)气膜冷却 可使温度降低400--600℃ 4)发散冷却 可使温度降低200-250℃ 普遍使用前三种的混合
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
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。
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
❖ 5.3典型冷却系统
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：
2.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
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。