第二章压气机

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2.3 轴流式压气机转子的基本结构
鼓式转子
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2.3 轴流式压气机转子的基本结构
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。盘缘有不同形式的榫槽用来安装转子叶片。 盘心加工成不同的形式．即用补同的方法在共同的铀上定 心和传扭。转子叶片和轮盘的离心力由轮盘承受．转子的 抗弯刚性由轴保证。盘式转子的优点是承受离心载荷能力 强．但是抗弯刚性差。为了提高转于的抗弯刚性．在盘式 转于中，盘缘间增添了定距环，并将轴的直径加租，称为 加强的盘式转子。
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2.2轴流式压气机
空气在轴流式压气机中的流动方向大致平行于工作 轮轴．所以称为轴流式压气机：它的流动特点使其在结 构上容易组织多级压缩，以每一级都较低的增压压力比 获得较高的压气机总增压压力比。一般每级的增压压力 比在1．15～1．35之间，使得空气流经每级叶片通道时 无需急剧地改变方向，这样就减少了流动损失，因而压 气机效率高。特别是大流量时，轴流式压气机较离心式 压气机更容易获得较高的压气机效率，一般轴流式压气 机效率可达87％以上，而离心式压气机效率最高在84 ％—85％、与离心式压气机相比，多级轴流式压气机还 具有大流量，高效率、小迎风面积等优点．所以现代航 空用燃气涡轮发动机中多采用多级轴流式压气机。
2.5 工作叶片
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2.5 工作叶片
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2.6 榫头
工作叶片通过榫头实现与轮盘的联接。因此，对榫的主 要设计要求是： 1)在尺寸小，重量轻的条件下，将叶身所受的负荷可 靠地传递给轮盘； 2)保证工作时片的准确定位和可靠固定； 3)应有足够的强度、适宜的刚性及合理的受力状态， 尽量避免应力集中 4)结构简单、装拆方便。 目前铀流式压气机转子叶片榫头形式有三种: A）燕尾式 B）销钉式 C)枞树式
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第二章 压气机
在航空燃气涡轮发动机中．一船采用了3种 基本类型的压气机：
• 离心式压气机 • 轴流式压气机 • 混压式压气机
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2.1离心式压气机
转动部分
导风轮、离心叶轮、转轴等
静止部分
进气装置、叶轮前壁、后壁、扩压器、机匣组等
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2.1离心式压气机
典型的离心式压气机的叶轮
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2.1离心式压气机 优点
2.5 工作叶片
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2.5 工作叶片
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2.5 工作叶片
为了进一步提高压气机级效率,扩大压气机稳定裕度范围， 在一些近期投入使用和正在研制的发动机(如RB211 535E4， V2500，PW2037，PW4000等)中，普遍采用可控扩散叶型及 端部过弯叶身的叶片，收到良好的效果。 采用了可控扩散叶型、叶型厚度及曲率按最佳分布，基 本消除了附面层的分离，增加了压气机有效流通面积，提高 了压气机效率。另外，这种叶型的叶弦较宽．前、后绿较厚， 因而抗腐蚀和抗冲击性好． 端部过弯叶身是为了减少叶片两端壁附面层所造成的二 次损失，因而将叶身(包括静子叶片叶身)尖端和根部前、后绕 特别地加以弯曲。 采用了可控扩散叶型．并将叶身两端的前、后缘过度地 弯曲，形成了新一代的高效能叶片，使压气机的级效率及压 气机的特性得到了进一步的提高。 30
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2.6 榫头
B)销钉式榫头。目前轴流式压气机购销钉式榫头多采用凸耳 铰接的方案。销钉式榫头的优点是工艺装配简单，不用专门 设备加工，对于单个生产和试验用的发动机有一定的优越性。 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。但这种样头承载能力有限，尺寸和重量大。
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2.6 榫头
C)枞树型榫头。 这种榫头呈楔形，轮缘部分呈倒楔形，从承受拉伸应 力的角度看接近等强度，因而这种样头与其他形式的榫头 相比，周向尺寸小、重量轻，能承受较大的载荷。但是它 靠多对择齿传力、应力集中严重，工艺性较差。由于金属 材料在低温时对应力集中更加敏感，而压气机工作叶片一 般离心力又较小，所以这种榫头在压气机中的应用比较少， 只在负荷较大的前几级或温度较高的高压压气机的末端几 级，且叶片和轮盘都用钢(或铁)制成时．才有应用。
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2.6 榫头
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2.6 榫头
槽向固定的方式很多，通常采用卡圈、锁片、档销等锁紧 方式或复合方式，也可利用其他结构件固定，如封严环、径向 销钉等。要根据具体结构和槽向力的大小来选择固定方式。
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2.6 榫头
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2.7 轴流式压气机静子
轴流式压气机静子是压气机中不旋转的部分，由机匣 和静子叶片组件组成 一、整流器机匣 整流器机匣是发动机的主要承力壳体之一，又是气流通道的 外壁。因此，对机匣结构设计的要求是： 1）在重量轻的条件下，具有足够的轻度，可靠承受各种载荷； 2）具有足够的刚度，保证在各种载荷作用下，机匣的径向变形 和横向变形在允许范围内； 3）保证各段机匣之间的同心和机匣与转子的同心； 4）具有包容性，保证在叶片折断或轮盘破裂不被击穿； 5）采取措施减少漏气损失和与转子之间的径向间隙，提高 压气机效率； 6) 装配方便，工艺性好。还要维修性好，并具有可检测性。 41 整流器机匣的方案有整体式、分半式和分段式三种。
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2.6 榫头
A)燕尾形榫头。燕尾形榫头依榫槽的走向不同有两种形式。 燕尾形榫头的优点是榫头尺寸小，重量较轻。并能承受较大 的负荷；纵向榫槽可采用拉削加工，生产率高，加工方便， 所以在压气机上普遍采用。它的主要缺点是槽底的受力面积 小，不能承受过大载荷或安装更多时片。
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2.6 榫头
下图所示的榫头形式广泛应用于英、美发动机上。其上面专 门作出平台包容叶根型面。在平台与燕尾型榫头之间有一段 过渡段，称为中间叶根，各转接面间均用四角过渡．以减小 应力集中。
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2.2轴流式压气机
轴流式压气机转子 转子是一个高速旋转对气流做功的组合件。在双转子涡 喷发动机中，压气机又分为低压转子和高压转子；在双转子 涡扇发动机中．低压转子就是风扇转子．或者是风扇转子和 低压压气机转子的组合。压气机转子一船是简支的，也有些 是悬臂 轴流式压气机静子
静子是静子组合件的总称，包括机匣和整流器。在单 转子涡喷发动机中，压气机机匣由进气装置、整流器机匣 和扩压器机匣组成。在双转子压气机中，在风扇和压气机 之间还有一个分流机匣，将内、外涵道的气流分开；在高、 低压压气机之间有一个中介机匣，将气流由低压压气机顺 利引入高压压气机。
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2.4 鼓盘式转子
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2.4 鼓盘式转子
3．混合式的鼓盘传子 所谓混合式的压气机转子是由若干大段组成，每一大 段是由若干级焊接而成的不可拆卸转子、而大段之间是通 过短螺栓联接组成可拆卸的转子。这种形式的转子结构， 兼有可拆卸转子和不可拆卸转子的优点．对制造技术和装 配工艺的要求不太高、同时也给设计者提供了广阔的选择 空间。对于级数较多的压气机，由于压气机前后的温差比 较大．所以要用不同的材料制造。另外．从检查、维修和 更换方便的角度考虑，整体式不可拆卸的转子也多有不利 之处。所以，目前在现代发动机的高压压气机转子中，较 多的还是采用混合式转子。在焊接的转子上，当前、后段 由不同材料制成时，目前均采用螺纹联接方案。
单级增压比高，一级的增压比可达4：1—5：1，甚至 更高；同时离心式压气机稳定的工作范围宽；结构简单 可靠；重量轻，所需的启动功率小，多用于小型燃气涡 轮发动机。
缺点
流动损失大，尤其是级间损失更大，不适于用多级， 最多两级，正因为这样，离心式压气机的效率较低。一 般离心式压气机的效率最高只有83％—85％，甚至不到 80％。另外，离心式压气机单位面积的流通能力低，故 迎风面积大，阻力也大。
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鼓盘式转子
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2.4 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的承受 大离心载荷的能力，因而得到广泛应用．特别是在现代涡扇 发动机的高压压气机上。鼓盘式转子的结构方案繁多，按其 级间联接的特点，可分为不可拆卸的转子、可拆卸的转子和 部分不可拆卸部分可拆卸的混合式转子三大类。
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2.4 鼓盘式转子
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2.4 鼓盘式转子
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2.4 鼓盘式转子
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2.5 工作叶片
工作叶片是轴流式压气机重要零件之一，它直接影响压气机的气动 性能、工作可靠性、重量及成本等。由于它不仅受较高的离心负荷、气 动负荷、大气温差负荷及振动的交变负荷影响．同时还受到发动机进气 道外来物的冲击，受风沙、潮湿的侵蚀等、因而在使用中压气机工作叶 片比压气机的其他零部件故障要多得多。因此，无论在设计、制造，还 是使用维修中，在叶片方面耗费的劳动较多，成本也高。 压气机叶片的机身是扭转的 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。一般减振凸台位于距叶根约50％一 70％叶高处。 目前，已有些发动机(如RB211-535E4，V2500等)用宽叶弦的风扇 叶片取代有减振凸台的窄叶弦的风扇叶片，叶片的弦长较原来增加了 40％左右。为了解决重量问题，采用了将钛蒙皮在真空中利用活性扩 散粘合刑枯合在钻蜂窝骨架上的特殊结构。 27
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V2500焊接式转子
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2.4 鼓盘式转子
2．可拆却的鼓盘式转子 将在装配以后可以根据使用和维修的需要再进行无损 分解的转子称为可拆卸转子。 可拆卸的鼓盘式转子有用拉杆联接、短螺栓联接和长 铀螺栓联接等几种。 用拉杆联接的可拆卸鼓盘式转子是用若干根拉杆将轮 盘、鼓简和半轴等基本构件联成一体。工作时，转子各级 间联接的可靠性和整体刚度依靠拉杆的拉紧力来保证。
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2.3 轴流式压气机转子的基本结构
加强的盘式转子
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2.3 轴流式压气机转子的基本结构
鼓盘式转子由若干个轮盘，鼓简和前、后半轴组成。 盘缘有不同形式的榫槽用来安装转子叶片。级间联接可采 用焊接、径向销钉、轴向螺栓或拉杆。转子叶片、轮盘和 鼓简的离心力由轮盘和鼓筒共同承受．扭矩经鼓筒逐级传 给轮盘和转子叶片，转子的横向刚性由鼓筒和连接件保证。
第二章 压气机
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 离心式压气机 轴流式压气机 轴流式压气机转子的基本结构 鼓盘式转子 工作叶片 榫头 轴流式压气机静子 压气机防喘系统 防冰系统 封气装置
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第二章 压气机
压气机是用来提高进入发动机内的空气压力，供给发动机工作 时所需要的压缩空气，也可以为座舱增压、涡轮散热和其他发动机 的起动提供压缩空气。 评定压气机性能的主要指标是增压比、效率、外面尺寸和重量、 工作可靠性、制造和维修费用。对于航空发动机来讲．最重要的指 标之一是外面尺寸。它用单位空气质量流量来衡量，即通过发动机 单位面积的空气质量流量。 对压气机结构设计的基本要求： (1)满足发动机性能设计提出的各项要求，性能稳定，稳定工作范 围宽 (2)具有足够的强度、适宜的刚度和更小的振动； (3)结构简单．尺寸小，重量轻； (4)工作可靠．寿命长； [5)维修性、检测性好．性能制造成伞比高。
1．不可拆却的鼓盘式转子 不可拆卸的鼓盘式转子的级间联接常用圆柱面紧度配合加径 向销钉联接和焊接两种方法．这两种方法在完成装配后都不可能 再进行无损分解。在先进的F119发动机上是直接整体加上成型。 WP6．WP7、WP8，WPl 3发动机的压气机都采用了圆柱面紧 度配合加径向销钉联接的鼓盘式转子。这种结构利用热胀冷缩原 理使圆柱面配合后产生紧度，圆柱而加径向销钉保证转子级间联 接后的定心，靠径向销钉和配合而摩擦力传递扭距。 不可拆卸的转子重量轻、结构简单、有足够的横向刚性，能 良好地定心和可靠地传力，因而曾被广泛采用。在结构许可的 条件下，采用焊接或整体加工成型的转子，有利于减轻转子重 量，提高工作可靠性，改进转子的平衡性，便于生产中的质量 控制，是重要的发展方向。 随着焊接技术的发展，在现代先进发动机中采用焊接式转 18 子的逐渐增多
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2.2 轴流式压气机
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2.3 轴流式压气机转子的基本结构
压气机转子的基本型式有三种：
鼓式转子、盘式转子、鼓盘式转子
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2.3 轴流式压气机转子的基本结构
鼓式转子的基本构件是一圆柱形、橄榄形或圆锥形鼓 简(视气流通道形式而定)，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，用来安装转于叶 片。作用在转子上的主要负荷(叶片和鼓筒的离心力、弯矩 和扭矩)由鼓简承受和传递。鼓式转子的优点是抗弯刚性好、 结构简单，但是承受离心载荷能力差，故只能在圆周速度 较低(不大于180-200 m／s)的条件下使用。如早期的压气机、 现代大流量比涡扇发动机的低压转子上。民用期贝发动机 低压压气机转子为鼓式转子．