第2章 风扇和压气机部件的修理

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低压压气机机匣的 1 级静子叶片机匣为环 型机匣, 1.6 、 2 、 3 级静子机匣为分瓣 机匣,分为上下两瓣。前后机匣中间靠螺 栓连接

2 .高压压气机

高压压气机包括 5-15级共11级叶片和进口导流叶 片,其中进口导流叶片和 5 、 6 、 7 级静子叶片 可调。因为采用可调静叶,机匣外部要求装调节 装置,加上本身直径相对较大,所以第 8 级以前 的机匣采用单层设计。 第 8 级以后的机匣做成双层,外层机匣与燃烧室 机匣相连,是承受负荷的构件;内层机匣作为气 流通道的包容环并固定静叶。


最后一排静子叶片通常起空气矫直器的 作用,除去空气的漩流,然后使之以比 较均匀的轴向速度进入燃烧系统。
2.2 风扇和压气机的基本结构
2.2.1 压气机典型结构介绍


压气机结构的核心是转子组件和机匣。 转子轴支持在球轴承和滚棒轴承中,并 与涡轮轴相连,连接方式允许两者间稍 有不同心度。 机匣组件由若干段圆筒形机匣组成,在 每一级之间用螺栓轴向连接,或者机匣 由两半组成,用螺栓沿中心线连接。
高压压气机的后毂包括 13 -15级,前端通过螺栓 与前毂相连,后端由 3 号轴承支撑。 高压压气机的转子分成前后两部分的主要原因是 材料上的差异,高压压气机后几级温度很高,钛 合金在这个温度下容易产生钛火,所以后几级采 用镍合金材料。 每级盘单独制作,然后焊接而成,叶片仍然采用 环形燕尾槽结构。 高压压气机的后轴穿过扩散机匣内的 3 号轴承, 延伸到高压涡轮盘上,通过套齿将涡轮的扭矩传 递给压气机。


风扇出口导流叶片( FEGV )共 84 片, 由金属包裹的合成材料制成。其作用相当 于静子叶片,对风扇后的气流进行整流。 这 84 片导叶分别有不同的形状,安装在指 定的位置,整流的方向不同。

低压压气机由 4 级转子和 4 级静子组成。 转子为鼓式结构,分为风扇毂与压气机毂 两部分。风扇毂与压气机毂靠螺栓连接。 压气机毂在制造时是每级单独制造,然后 焊接在一起。叶片槽为轴向榫槽。叶片轴 向装入,由锁片锁止。

风扇-- 38 片带阻尼凸台的钛合金叶片,叶 根为燕尾型榫头。


风扇机匣包括风扇前机匣、排气机匣和风 扇出口导流叶片。 风扇前机匣包裹着整个风扇,内镶有 25 块 防磨带。防磨带的主要作用是使叶片和机 匣之间有良好的间隙,减少二次气流的损 失。 排气机匣分为内外两部分,中间有风扇出 口导流叶片。排气机匣的外机匣前端与风 扇前机匣相连,后端与中介机匣连接。内 机匣包括 2.5级放气活门。



压气机的气流的环形通道面积逐渐减小。 随着空气密度沿压气机长度增加,要保持 接近恒定的轴向气流速度,必须使通道横 截面积减小。 气流环形通道的收敛是通过机匣或转子作 成斜的来实现,或二者结合使用。


单转子压气机由一个转子组件和一些静 子组成,其级数的多少必须满足所要求 的增压比,所有进气道来的气流都将通 过压气机。
机匣


设计要求:重量轻而刚性好的结构,能保 持精确的转子叶片尖部间隙,以保证尽可 能高的效率。 在压缩系统的前部使用铝合金。 因为压缩温度提高,后面使用合金钢。 最后几级的温度可能超过最好钢材的承受 能力,故需要镍基合金。
静子叶片的材料

通常用钢或者镍基合金制造,主要要求是在受到 吸入物击伤而出现“沟槽”时仍具有高的疲劳强 度。 钛合金用于低压区的静子叶片,但不能用于高压 区后部较小的静子叶片,因为那里的压力和温度 较高。


机匣上开有安装静子叶片的槽
为了控制与转子叶片的叶间间隙,气流通 道上喷涂了耐磨涂层,对于进厂进行性能 恢复的发动机必须更新机匣上的涂层
静子叶片

带外环的铝合金整流叶片,多个叶片焊接成为一 组 静子叶片为两端支持,外端固定于机匣,内端由 内罩环固定


内罩环表面有涂层,同时还作为级间封严的封严 环,防止级间漏气,提高压气机的效率,还能提 高叶片的刚度,提高自振的频率 安装静子叶片的时候,会在静子叶片内罩环中充 硅橡胶,起到固定叶片和吸振的作用。
1. 风扇和低压压气机

进气锥—保证良好的气动性,使空气以最 小的损失顺利进入发动机 风扇—将空气增压并通过外涵排除,产生 大部分的推力 增压级—将风扇后进入内涵的空气继续压 缩并输送给高压压气机。



进气锥分为两部分,前段与后段通过螺栓 连接,后段通过螺栓与压气机毂相连。后 段上有 12 个防冰通气孔。材料为环氧树脂 复合材料。

转子叶片为钛合金材料,采用端弯设计, 叶尖与叶根前后缘稍有弯曲。 机匣材料为低膨胀率材料,以改善叶尖间 隙。双层结构,内层机匣在径向是柔性的, 在剪切方向上是刚性的,使机匣具有良好 的定心但却不受发动机整体结构变形的影 响。

2 . 3 主要部件常见故障情况及修理方法 2.3.1 风扇叶片
零件材料和构型----风扇叶片由钛合金制造而 成,叶片根部与风扇毂榫槽固定安装。

2.2.3 RB211发动机压气机结构介绍


RB211 系列发动机为三转子、轴流式、高 涵道比涡轮风扇发动机。 压气机 低压压气机(风扇)单元体 中压压气机单元体 高压压气机单元体
1. 低压压气机(风扇)单元体

风扇盘--风扇盘为带有圆弧形榫槽的单级钛 合金盘 叶片子单元体
工作过程概述

转子由涡轮带动高速旋转,空气被连续不断地 引入压气机。旋转的叶片使空气加速,并将其 推向后排相邻的静子叶片。转子传给空气的能 量使压力升高,并提高了空气的速度。 然后,空气在随后的静子通道中减速(扩压) 并将动能转换成压力。静子叶片还将转子叶片 加于空气的偏斜起矫正的作用,并将空气以正 确的角度送到下一级转子叶片。
(1) PW4000 风扇叶片的构型特点为:

叶片不是宽弦叶片,有阻尼凸台。 阻尼凸台相互衔接在风扇转子上形成一个 环形。单个叶片受到的过载会平均分配到 整个风扇转子上,从而避免单个叶片因过 载损伤。这些阻尼凸台上有特殊涂层以防 止凸台磨损。

高压压气机前毂包括 6-12 级转子叶片,每 级盘单独制作,然后焊接而成。

材料为钛合金材料。其中 6-8 级叶片为轴 向燕尾槽设计,9 -12 级为环形燕尾槽。 9 级后有一个引气管,将8级引气的一部分 通入毂筒内,用来冷却压气机盘。
叶片均为钛合金材料,但合金成分略有不 同。






端部弯曲----流过压气机的空气在其内外壁 面处产生两个附面层,一直将气流减慢到 滞止的程度。为了补偿附面层中的缓慢气 流,在叶片的尖部和根部局部增加了叶片 的弯度。叶片最终的形状看来象是将其每 个角都扳弯形成的。
静子叶片

呈翼形截面形状,固定在压气机机匣中,或 者固定到静子叶片保持环中,再将这些环固 定到机匣上。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ






5 级盘没有前安装点,后段固定在高压压气 机前轴上。 HPC的进口蓖齿封严环安装在 5 级盘之前, 可以起到防止气流倒流的作用。 5 级盘和叶片的材料均为钛合金 ,叶片为 轴向燕尾槽,每片单独安装。 叶片由卡环固定,现在的改进型采用单独 锁片固定,方便叶片拆卸。 高压压气机前轴向前穿过 5 级盘由 2 号轴 承支撑,后端连接在高压压气机前毂上。 材料也为钛合金。
第2章 风扇和压气机部件的修理
2.1 风扇和压气机的工作简介 2.2 风扇和压气机的基本结构 2.3 主要部件常见故障情况及修理方法 2.4 风扇和压气机的组装
2.1 风扇和压气机的工作简介

主要功能:对流过它的空气进行压缩, 提高空气的压力,为燃气膨胀创造条件, 以改善发动机的经济性,增大发动机的 推力。


在前几级中,静子叶片一般成组装配,并在 其内环一端加有凸台,以减轻气流变化对较 长叶片产生的振动影响。 静子叶片要锁定,防止其沿机匣转动。

可调进口导向叶片和静子叶片---控制流量 压气机转速由其设计转速下降时,静子叶 片逐渐关小,使空气流到后面转子叶片的 角度合适。

可调叶片的上部带有圆柱轴颈,安装在机匣 的轴孔内,叶片可绕轴颈自由转动,在每个 叶片轴颈伸出机匣的顶端固定一个摇臂, 摇臂的另一端与操纵环连接,操纵环由作 动筒来操纵。

这种安排将喷气速度匹配得更加接近飞 机要求的最佳速度,并导致更高的推进 效率,因而得到更低的燃油消耗。
高涵道比涡扇发动机

进气道空气只在风扇中得到初步压缩, 然后就分流至核心机和外涵道,其比例 大约为 1 : 5 。风扇可以连在多极核心压 缩级的前面(双轴发动机),或者连到 一根单独的轴上并由它自己的涡轮驱动 (三轴发动机)。

3. 高压压气机单元体



6 级轴流式压气机。 由 6 级转子盘组成,各级盘上均开有轴向 燕尾形榫槽,安装转子叶片。 第 1-2 级盘通过焊接连接,钛合金;第 3 级盘为合金钢;第 4 、 5 、 6 级盘采用超 级钛合金IMI829 材料,焊接为一个整体。 高压压气机转子通过第 3 级盘前端的端齿 与中介机匣的高压压气机前短轴连接。

多转子压气机由二个或多个转子组件组 成,每一转子由各自的涡轮以最佳转速 驱动,以达到更高的增压比和提供更大 的工作灵活性。
双转子压气机

最适合内外涵式发动机。前压气机或低 压压气机用来处理比高压压气机更多的 空气流量。只有一定百分比的低压压气 机气流流入高压压气机;其余的空气是 外涵气流。两股气流在排气系统中混合, 然后流入推进喷管。


22 片宽弦叶片,特点:宽弦、无凸台、蜂窝结 构;重量轻;效率高;耗油率低;喘振裕度大; 流通能力大;抗外来物击伤能力强。 在各叶片之间有用于吸振的 22 片环形填块, 材料为铝合金。


风扇轴子单元体---由风扇轴、轴承内环组 成。风扇轴为铬钒合金钢。
2. 中压压气机单元体

前轴承支座、转子、机匣、导向叶片。

高压压气机

高压转子为盘、鼓混合式结构,这种结构 分别吸收了盘式结构和鼓式结构的优点, 强度和抗弯能力都强,但同时增加了零件 的数目和结构的复杂性。每级盘单独制作, 然后焊接而成。
转子分为三部分,分别是 5 级盘、前毂 ( 6-12 级)和后毂( 13-15 级)。 叶片的安装也分为两种形式, 5-8 级为轴 向燕尾槽,9-15 级为环形燕尾槽。

高压压气机机匣分为前后两部分,前机匣 包括进口导流叶片和 5 、 6 、 7 级静子叶 片,这四级静子叶片均为可调叶片,机匣 为单层结构。

后机匣包括 8-14 级静子叶片,为双层结构。 内层包括 8 、 9 、 10 级安装环和内后机匣。 内外层之间包括 8 、 9 和 12 级引气舱。
静子叶片与转子之间有蓖齿封严。
前轴承支座为钛合金材料,与进口导流叶 片通过焊接连接。
转子包括叶片和转子轴,共有六级。


转子叶片---均为可控扩散叶型的钛合金叶片。 转子轴---鼓盘式,各级盘用焊接连接,均为钛 合金材料,抗弯刚性好、强度好,各级转子盘 上均开有轴向燕尾形榫槽。
图2.2.3-4 中压压气机
机匣

对开式的钢制机匣

转子的结构形式:盘式,鼓式,鼓盘式

转子叶片的固定方法--周向或轴向
转子叶片为什么是扭转的?

沿叶高有压力梯度,保证空气维持比较 均匀的轴向速度。向叶尖方向逐渐变高 的压力抵消转子作用在气流上的离心作 用。为了获得这些状态,必须将叶片从 叶根向尖部“扭转”,以便在每一点都 具有正确的攻角。

提高空气压力的方法:利用高速旋转的 叶片对空气作功,将功转化为压力势能 和内能。


轴流式压气机--由一个或多个转子组件组成。这 些组件装在机匣里的轴承之间,机匣里还包含 静子叶片。 压气机是一个多级装置,因为每一级的增压比 很小,一个单元级包含一排旋转叶片(动叶) 和随后的一排静子叶片(静叶)。 可调静子叶片:确保将气流以满意的角度引向 后一级的转子叶片上去,避免了喘振,提高压 气机的工作效率。


为减轻整机重量,耐热性能更好的钛合金被研制 和生产,它们已经逐渐取代镍基合金而用于压气 机后几级叶片中。
风扇叶片的设计


窄弦+阻尼凸台---压力损失高,效率降低, 流量减少 宽弦(RB211)--- 钛合金蜂窝夹层结构
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