航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)-第五章 渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計

第五章渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計軸流式渦輪向心(xiànɡxīn)式渦輪共六十五頁第三(dìsān)講渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計第一節(jié)概述第二節(jié)渦輪轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)第三節(jié)渦輪靜子第四節(jié)渦輪部件的冷卻共六十五頁燃氣渦輪工作(gōngzuò)原理沖擊(chōngjī)式渦輪反作用力渦輪共六十五頁第一節(jié)概述1.1渦輪部件的特性(tèxìng)溫度：溫度高、溫度不均、工況變化；轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速高-離心負荷大、平衡困難；功率：葉片平均功率大、級數(shù)少。共六十五頁第一節(jié)概述1.2技術(shù)要求(yāoqiú)高效率尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊足夠的高溫強度熱定心好，熱應(yīng)力小良好的冷卻系統(tǒng)適當(dāng)選擇材料共六十五頁第一節(jié)概述1.3組成(zǔchénɡ)靜子－導(dǎo)向器及機匣轉(zhuǎn)子及其支承系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)共六十五頁第二節(jié)渦輪轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)組成(zǔchénɡ):渦輪盤渦輪軸工作葉片共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片1.葉身特點:葉片(yèpiàn)厚且橫截面彎曲大；截面沿高度變化大；葉柵通道為收斂形；葉片作功量大；通道形式多為等內(nèi)徑或等中徑。共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片2.葉片(yèpiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計：帶冠－－增加葉片間剛度和阻尼帶箍－－增加剛度和阻尼減振切角調(diào)頻－－防止葉片振動葉尖噴涂耐磨涂層－可減小間隙機匣涂易磨涂層－減小葉片磨損共六十五頁RR公司(ɡōnɡsī)帶冠高壓葉片共六十五頁帶箍---WP7發(fā)動機渦輪箍環(huán)共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片3.榫頭1.工作條件：輪緣溫度為500--650℃2.要求：自由(zìyóu)膨脹、減少熱應(yīng)力、熱傳導(dǎo)性好、強度好3結(jié)構(gòu)特點:多齒承載、倒錐型、間隙裝入。共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片3.榫頭大圓弧少齒具有小的應(yīng)力集中對工況的變化有了好的適應(yīng)力加工相對(xiāngduì)簡單結(jié)構(gòu)阻尼性能好共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片3.榫頭小齒多齒結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布均勻較好的溫度分布加工難度(nádù)較大共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片3.榫頭(sǔntou) 雙葉片共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片4.中間葉根(伸根)作用(zuòyòng):降低葉片對盤的傳熱冷卻空氣導(dǎo)入減小應(yīng)力集中伸根處可安裝阻尼材料共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片5.鎖緊方式(fāngshì)鎖片，擋板共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片高壽命(shòumìng)，高可靠性鎖緊結(jié)構(gòu)共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片5.鎖緊方式渦輪葉片(yèpiàn)無螺栓槽向鎖緊共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片渦輪葉片(yèpiàn)的無螺栓鎖緊共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片6.冷卻(lěngquè)葉片對流冷卻氣膜冷卻帶導(dǎo)流板復(fù)合冷卻共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片6.冷卻葉片(yèpiàn)對流換熱沖擊冷卻氣膜冷卻共六十五頁高壓(gāoyā)渦輪葉片共六十五頁高壓(gāoyā)渦輪葉片共六十五頁共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片7.葉片材料渦輪部件對材料的要求：高溫下高的持久強度，蠕變強度，疲勞強度，熱穩(wěn)定性，好的物理性質(zhì)和工藝性。材料工藝的選擇演變A)鍛造(60年代)B)精鑄(70年代)C)定向結(jié)晶(jiéjīng)(80年代)D)單向結(jié)晶(jiéjīng)(80年代)共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片定向(dìnɡxiànɡ)結(jié)晶單向結(jié)晶共六十五頁2.1工作(gōngzuò)葉片7.葉片材料防護涂層鋁化物涂層抗氧化腐蝕(fǔshí)；Cr抗硫化物腐蝕。高溫涂層共六十五頁2.2渦輪盤1)工作條件：高轉(zhuǎn)速，溫度沿半徑方向分布不均勻2)剖面形狀：一般為對稱，開孔--邊緣加厚3)加工方法(fāngfǎ)：鍛件、粉沫冶金熱等靜壓制造；非定位面噴丸可減少加工應(yīng)力和表面裂紋。（噴砂？）共六十五頁渦輪轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)共六十五頁V2500輪盤(lúnpán)共六十五頁渦輪轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)共六十五頁2.3轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)結(jié)構(gòu)1.盤--軸連接(liánjiē)徑向銷釘連接共六十五頁2.3轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)結(jié)構(gòu)1.盤--軸連接(liánjiē)焊接轉(zhuǎn)子共六十五頁2.3轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)結(jié)構(gòu)1.盤--軸連接(liánjiē)短螺栓連接共六十五頁2.3轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)結(jié)構(gòu)1.盤--軸連接(liánjiē)圓弧端齒(RB199)共六十五頁2.3轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)結(jié)構(gòu)1.盤--軸連接盤帶短軸通過(tōngguò)花鍵與軸連接多根長螺栓連接共六十五頁2.3轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)結(jié)構(gòu)2盤--盤連接徑向(jìnɡxiànɡ)銷釘焊接短螺栓連接盤上直接開孔螺栓連接多根長螺栓連接共六十五頁2盤--盤連接(liánjiē)短螺栓(luóshuān)連接共六十五頁2盤--盤連接(liánjiē)盤上開孔螺栓(luóshuān)連接共六十五頁2盤--盤連接(liánjiē)盤上開孔螺栓(luóshuān)連接共六十五頁2盤--盤連接(liánjiē)長螺栓(luóshuān)連接共六十五頁第三節(jié)靜子組成(zǔchénɡ)：機匣和導(dǎo)向器導(dǎo)向器包括：外環(huán)、葉片、內(nèi)環(huán)共六十五頁3.1機匣設(shè)計要求：裝配問題：連接時要保證工作定心及周向位置。定位：徑向定位、周向定位。安裝邊：外冷內(nèi)熱存在熱應(yīng)力。加工方法(fāngfǎ)：鑄造、鍛件、板料焊接。共六十五頁3.1機匣機匣的定心機匣防熱應(yīng)力(yìnglì)共六十五頁3.1機匣機匣的銷釘(xiāodīng)定心共六十五頁3.2葉尖間隙(jiànxì)控制1.影響葉片與機匣間隙的因素：機匣和葉片的蠕變；轉(zhuǎn)子與機匣偏心、機匣變形；通道形式與支點的分布；2.設(shè)計要求：機匣剛度好保持圓度材料(cáiliào)的耐高溫性能好保持機匣與轉(zhuǎn)子同心共六十五頁渦輪葉片與機匣徑向(jìnɡxiànɡ)間隙變化共六十五頁設(shè)計(shèjì)采取措施——帶冠共六十五頁F404高壓(gāoyā)渦輪調(diào)整(tiáozhěng)裝配間隙內(nèi)環(huán)加易磨材料雙層或三層機匣共六十五頁主動間隙(jiànxì)控制被動間隙(jiànxì)控制共六十五頁JT9D發(fā)動機渦輪主動間隙(jiànxì)控制共六十五頁3.3導(dǎo)向(dǎoxiànɡ)器共六十五頁3.3導(dǎo)向(dǎoxiànɡ)器1工作條件：溫度最高且不均勻、易產(chǎn)生(chǎnshēng)熱應(yīng)力、燒蝕；直接與燃氣接觸易腐蝕、氧化；冷熱疲勞易產(chǎn)生疲勞裂紋；不轉(zhuǎn)動。2.設(shè)計中要解決的問題：高溫下可靠工作；允許自膨脹--三個方向；能調(diào)節(jié)出口面積；共六十五頁3.3導(dǎo)向(dǎoxiànɡ)器3.分類(fēnlèi)傳力的導(dǎo)向器不傳力的導(dǎo)向器共六十五頁3.3導(dǎo)向(dǎoxiànɡ)器4.結(jié)構(gòu)設(shè)計要求：出口面積調(diào)節(jié)安裝：掛鉤(guà〃gōu)式連接斜置導(dǎo)向葉片掛鉤式渦輪導(dǎo)向器葉片共六十五頁共六十五頁正交葉片(yèpiàn)共六十五頁第四節(jié)低壓(dīyā)轉(zhuǎn)子斷軸安全裝置4.1斷軸可能性：低壓轉(zhuǎn)子軸細而功率大，風(fēng)扇進口大易受外來物打傷(dǎshānɡ)卡死引起轉(zhuǎn)子扭斷。4.2危害性：超轉(zhuǎn)，飛轉(zhuǎn)危險極大。例如：CAAC1988年5月30日TY154(D30KY-154)4.3設(shè)施：JT15D，SPEAY利用軸的移切斷油路利用轉(zhuǎn)子葉片與靜子相碰而剎車共六十五頁JT9D共六十五頁第五節(jié)冷卻系統(tǒng)5.1冷卻目的提高渦輪前溫度溫度場均勻(jūnyún)減小熱應(yīng)力減低零件的溫度使燃氣與零件分開設(shè)計的基本原則(yuánzé)：冷卻效果好冷卻后溫度場均勻減小漏氣量氣源損失小、可行共六十五頁第五節(jié)冷卻系統(tǒng)5.2冷卻方法1)對流冷卻可使溫度降低200-250℃2)沖擊冷卻3)氣膜冷卻可使溫度降低400--600℃4)發(fā)散(fāsàn)冷卻可使溫度降低200-250℃普遍使用前三種的混合5.3典型冷卻系統(tǒng)

共六十五頁共六十五頁共六十五頁內(nèi)容(nèiróng)總結(jié)第五章渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計。第一節(jié)概述。溫