涡轮结构设计

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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。
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涡轮结构设计
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3.1 机匣
机匣的定心
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机匣防热应力
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3.1 机匣
机匣的销钉定心
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涡轮结构设计
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设计采取措施——带冠
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涡轮结构设计
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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
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主动间隙控制 被动间隙控制
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JT9D发动机涡轮主动间隙控制
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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
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RR公司带冠高压叶片
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带箍---WP7发动机涡轮
箍环
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3.3 导向器
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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；
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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
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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
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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
5.3典型冷却系统
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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？）
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涡轮转子
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V2500 轮盘
涡轮转子
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2.3 转子结构
1. 盘--轴连接
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径向销钉连接 涡轮结构设计
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2.3 转子结构
1. 盘--轴连接 焊接转子
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2.3 转子结构
1. 盘--轴连接
短螺栓连接
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2.3 转子结构
1. 盘--轴连接
圆弧端齿 (RB199)
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2.3 转子结构
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JT9D
第五节 冷却系统
5.1 冷却目的 设计的基本原则： 提高涡轮前温度 冷却效果好 温度场均匀减小 冷却后温度场均 热应力 匀 减低零件的温度 减小漏气量 使燃气与零件分 气源 开 损失小、可行
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第五节 冷却系统
2 盘--盘连接
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盘上开孔螺栓连接 涡轮结构设计
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2 盘--盘连接
盘上开孔螺栓连接
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
涡轮结构设计
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2 盘--盘连接
长螺栓连接
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第三节 静 子
组成：
机匣和导向器
导向器包括：
外环、叶片、内环
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3.3 导向器
3. 分类
传力的导向器 不传力的导向器
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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
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正交叶片
第四节 低压转子断轴安全装置
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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
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2.1 工作叶片
3. 榫头
双叶片
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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
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2.1 工作叶片
3. 榫头
1.工作条件：
轮缘温度为 500--650℃
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。
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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
定向结晶 单向结晶
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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
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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
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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
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涡轮叶片与机匣径向间隙变化
1. 盘--轴连接
盘带短轴通过花 键与轴连接 多根长螺栓连接
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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
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2 盘--盘连接
短螺栓连接
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2.1 工作叶片
5.锁紧方式
锁片，挡板
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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
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2.1 工作叶片
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涡轮叶片的无螺栓锁紧
涡轮结构设计
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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)
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第三讲 涡轮结构设计
轴流式涡轮 向心式涡轮
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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
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涡轮结构设计
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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。
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第二节 涡轮转子
组成:
涡轮盘 涡轮轴 工作叶片
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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。
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2.1 工作叶片
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 (D30KY154)
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
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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
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2.1 工作叶片
6.冷却叶片
对流换热 冲击冷却 气膜冷却
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高压涡轮叶片
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高压涡轮叶片
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