第二讲第二讲 风扇风扇/压气机结构设计压气机结构设计 第二讲第二讲 风扇风扇/压气机结构设计压气机结构设计v第一节第一节 概概 述述v第二节第二节 转子系统转子系统v第四节第四节 静子系统静子系统v第五节第五节 辅助系统辅助系统v防冰装置、防喘装置等防冰装置、防喘装置等 第一节第一节 概概 述述v1. 组成及分类组成及分类v组成组成;v进气道、静子、转子、防喘进气道、静子、转子、防喘/防冰系统防冰系统v分类：分类：v轴流、离心、混合压气机轴流、离心、混合压气机 v气动特征，结构特征气动特征，结构特征 第一节第一节 概概 述述v大涵道比涡轮风扇发动机大涵道比涡轮风扇发动机 第一节第一节 概概 述述v小涵道比涡轮风扇发动机小涵道比涡轮风扇发动机 第一节第一节 概概 述述v涡轮螺桨发动机涡轮螺桨发动机 第一节第一节 概概 述述v涡轮轴发动机涡轮轴发动机 第一节第一节 概概 述述v2.特特 点点v进口处：进口处：v外物易打伤、结冰、腐蚀外物易打伤、结冰、腐蚀v转速高：转速高：v叶片根部、轮盘承受负荷极大，平衡要求高叶片根部、轮盘承受负荷极大，平衡要求高v对空气做功：对空气做功：v要求效率高、叶型设计要求效率高、叶型设计v叶片高而薄：叶片高而薄：v易振动、高频疲劳。
易振动、高频疲劳 第一节第一节 概概 述述v3.要求解决的问题要求解决的问题v转子要有足够的刚性和强度；转子要有足够的刚性和强度；v基本原则是等强度，等刚度设计基本原则是等强度，等刚度设计v抗外物打伤能力和包容能力强；抗外物打伤能力和包容能力强；v采用结构措施提高可靠性采用结构措施提高可靠性v防喘、减缓振动，避免共振；防喘、减缓振动，避免共振；v效率提高、工作稳定可靠；效率提高、工作稳定可靠；v重量轻、寿命长、成本低重量轻、寿命长、成本低 转子在横向力作用下的变形转子在横向力作用下的变形 高压转子沿轴向弯曲刚性基本上为等刚度高压转子沿轴向弯曲刚性基本上为等刚度 第一节第一节 概概 述述v4. 气流通道形式气流通道形式v等外径设计等外径设计v能充分提高叶片切向速度，加大加工量能充分提高叶片切向速度，加大加工量v以减少压气机级数以减少压气机级数v切向速度受到强度的限制切向速度受到强度的限制v多在压气机前面几级使用多在压气机前面几级使用 F404低压风扇低压风扇v等外径气流通道设计等外径气流通道设计 第一节第一节 概概 述述v等内径设计等内径设计v优点：提高末级叶片效率优点：提高末级叶片效率。
为什么？）（为什么？）v缺点：对气体加功量小，级数多缺点：对气体加功量小，级数多v等中径设计等中径设计v介于两者之间，一般均混合采用介于两者之间，一般均混合采用 CFM56-5C高压压气机高压压气机v等内径气流通道设计等内径气流通道设计 第二节第二节 轴流压气机转子轴流压气机转子v1. 转子的基本结构转子的基本结构v2. 压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构v3. 压气机轮盘结构压气机轮盘结构v4. 转子平衡技术转子平衡技术 1. 转子的基本结构转子的基本结构v一、结构分类一、结构分类v鼓式转子鼓式转子v结构简单弯曲刚性好结构简单弯曲刚性好v转速受到限制转速受到限制(低于低于200米米/秒秒)v大流量比发动机增压级多采用大流量比发动机增压级多采用 鼓式转子鼓式转子—斯贝斯贝MK-202v鼓式转子鼓式转子 鼓式转子鼓式转子—CFM56 1. 转子的基本结构转子的基本结构v一、结构分类一、结构分类v盘式转子盘式转子v盘的强度好盘的强度好v弯曲刚性差弯曲刚性差v盘易产生振动盘易产生振动 盘式转子盘式转子—PW4000 加强盘式转子加强盘式转子• SPEY 低压压气机转子低压压气机转子 混合式转子混合式转子v恰当半径：恰当半径：v盘的变形等于鼓的变形。
盘的变形等于鼓的变形v盘加强鼓：盘加强鼓：v盘的变形小于鼓的变形盘的变形小于鼓的变形v鼓加强盘：鼓加强盘：v盘的变形大于鼓的变形盘的变形大于鼓的变形 混合式转子混合式转子 1. 转子的基本结构转子的基本结构v二、转子的连结形式：二、转子的连结形式：v短螺栓连接短螺栓连接v焊接的盘鼓混合式转子焊接的盘鼓混合式转子v销钉连接转子销钉连接转子v长螺栓连接转子长螺栓连接转子 短螺栓连接转子短螺栓连接转子 二、转子的连结形式二、转子的连结形式v发动机转子应力分布发动机转子应力分布 焊接的盘鼓混合式转子焊接的盘鼓混合式转子 销钉连接销钉连接 转子转子 长螺栓连接转子长螺栓连接转子 长螺栓连接转子长螺栓连接转子vAL-31FAL-31F 2.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构v叶身叶身v叶型：叶型：v亚音、超音亚音、超音v叶尖切速：叶尖切速：v决定叶片的加功量决定叶片的加功量v宽弦：宽弦：v提高抗外物打伤能力，减振提高抗外物打伤能力，减振 2.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构端弯叶片端弯叶片 2.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构v带凸肩叶片带凸肩叶片v宽弦叶片宽弦叶片 2.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构 2.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构 2.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构vRR公司的空心叶片设计公司的空心叶片设计v带蜂窝结构带蜂窝结构v带波纹片结构带波纹片结构 2.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构 2.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构v根部根部 (榫头榫头)v叶片和盘的连接部分并将叶片的离心力均匀加叶片和盘的连接部分并将叶片的离心力均匀加在盘缘上。
在盘缘上v轴向燕尾型轴向燕尾型--广泛采用于风扇、压气机中广泛采用于风扇、压气机中v环形燕尾槽环形燕尾槽--用于高压后几级中用于高压后几级中v榫树型榫头榫树型榫头--在压气机中较少使用在压气机中较少使用v叶片在轮盘槽内的固定叶片在轮盘槽内的固定v卡圈、锁片、锁板、销钉卡圈、锁片、锁板、销钉 2.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构v根部根部 (榫头榫头)v销钉连接销钉连接 2.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构v根部根部 (榫头榫头)v锁片槽向固定锁片槽向固定 2.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构v根部根部 (榫头榫头)v锁片、销钉槽向固定锁片、销钉槽向固定 2.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构v根部根部 (榫头榫头)v凸台、钢丝槽向固定凸台、钢丝槽向固定 2.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构v根部根部 (榫头榫头)v卡环槽向固定卡环槽向固定 2.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构v环型燕尾榫头环型燕尾榫头v加工简单加工简单v安装方便安装方便v承受负荷小承受负荷小v零件数目减少零件数目减少 风扇叶片的槽向固定风扇叶片的槽向固定 vCFM56-5B 风扇连接风扇连接 3.压气机轮盘结构压气机轮盘结构v作用作用v固定叶片并使叶片对固定叶片并使叶片对气体作功。
气体作功v负荷很大是重要零件负荷很大是重要零件v剖面形状剖面形状v外缘：视叶片尺寸定外缘：视叶片尺寸定v内部：由强度而定内部：由强度而定v中心：开孔大加厚中心：开孔大加厚 3.压气机轮盘结构压气机轮盘结构v盘～轴作成一体简化结构盘～轴作成一体简化结构v盘～叶片做成一体盘～叶片做成一体v（（Blade+Disk＝＝Blisk））v整体叶环整体叶环v（（Blade+Ring＝＝Bling）） 3.压气机轮盘结构压气机轮盘结构v整体叶盘结构整体叶盘结构v减少榫头的漏气量减少榫头的漏气量提提高效率高效率v避免由避免由榫头榫头的磨蚀、的磨蚀、裂纹及锁片的损坏带裂纹及锁片的损坏带来的故障来的故障v要考虑叶片被外物打要考虑叶片被外物打伤后的伤后的维修问题维修问题v设计中要保证前缘具设计中要保证前缘具有较小振动应力和较有较小振动应力和较高的高的抗外物打伤能力抗外物打伤能力 风扇盘结构风扇盘结构 4.转子平衡转子平衡v静不平衡量：单位：牛顿静不平衡量：单位：牛顿 * 米米 4.转子平衡转子平衡v动不平衡：单位：牛顿动不平衡：单位：牛顿 * 米米*米米 第三节第三节 轴流压气机静子轴流压气机静子v1.风扇机匣结构风扇机匣结构v2.压气机机匣结构压气机机匣结构v3.整流器整流器 1.风扇静子机匣风扇静子机匣v1.承力机匣框架：承力机匣框架：v铸焊组合铸焊组合 v2.出口导向叶片：出口导向叶片：v距离距离---噪音噪音v3.包容环：包容环：v防止叶片飞出防止叶片飞出 v4.吸音衬套：吸音衬套：v声学衬套。
声学衬套 风扇机匣的包容性风扇机匣的包容性 2. 压气机机匣压气机机匣v分类分类v使用材料使用材料: v镁合金、铝合金、钛合金、合金钢镁合金、铝合金、钛合金、合金钢.v加工工艺加工工艺:v 铸造、锻造、板料焊接、轧等铸造、锻造、板料焊接、轧等. 2. 压气机机匣压气机机匣v形状形状v分半机匣分半机匣v简单易安装、刚性不均简单易安装、刚性不均v分段整环机匣分段整环机匣v刚性好、不易安装刚性好、不易安装v双层机匣双层机匣v机匣受力和保持气流通道机匣分开，可便机匣受力和保持气流通道机匣分开，可便于间隙控制以提高压气机效率于间隙控制以提高压气机效率 2. 压气机机匣压气机机匣v机匣间的连接机匣间的连接v螺钉、螺栓螺钉、螺栓 v精密螺栓精密螺栓v自锁螺栓自锁螺栓v螺栓的选取螺栓的选取v机匣刚度机匣刚度v机匣气封性机匣气封性 2. 压气机机匣压气机机匣 高压压气机机匣高压压气机机匣 3.整流器整流器v1 叶片叶片v叶型为亚音、有带冠、底座叶型为亚音、有带冠、底座v2 外环、内环外环、内环v加强叶片强度，提高自振频率；加强叶片强度，提高自振频率；v内环有封严装置防止级间漏气；内环有封严装置防止级间漏气；v可无内环可无内环v外环与机匣连接：外环与机匣连接：v焊接、机匣内开槽、螺母连接；焊接、机匣内开槽、螺母连接； 第四节 防冰、防喘装置等v1.1.进气机匣进气机匣v2.2.防冰系统防冰系统v3.3.防外来物打伤防外来物打伤 1.进口导向器叶片进口导向器叶片v组成：组成：v内外环内外环v进口导向器叶片进口导向器叶片v进口导流叶片进口导流叶片v正预旋降低进口正预旋降低进口M数数 v反预旋反预旋--使加工量加使加工量加大。
大 2.防冰系统防冰系统 2.防冰系统防冰系统v防冰条件：防冰条件：v水分和温度水分和温度v结冰后果：结冰后果：v进气流量降低进气流量降低v涡轮前温度提高涡轮前温度提高v冰脱落打伤叶片冰脱落打伤叶片v措施：措施：v热空气；热空气；v热滑油；热滑油；v防冰涂层；防冰涂层；v进气锥形状进气锥形状 3.防外来物打伤（防外来物打伤（FOD））v大涵道比风扇及涡轮轴发动机尤为重要大涵道比风扇及涡轮轴发动机尤为重要 3.防外来物打伤（防外来物打伤（FOD））v防止外物打伤的措施：防止外物打伤的措施：v叶片上加凸台，带冠；叶片上加凸台，带冠；v小展弦比叶片小展弦比叶片v进气锥及增压级气路形状进气锥及增压级气路形状v中介机匣位置中介机匣位置v防尘网防尘网v粒子分离器粒子分离器 3.防外来物打伤（防外来物打伤（FOD）） GE90RB211-535E43.防外来物打伤（防外来物打伤（FOD）） CFM56-2CFM56-33.防外来物打伤（防外来物打伤（FOD）） CFM56-5CFM56-7 4. 防喘装置防喘装置v1.喘振原因喘振原因v进气畸变，吞烟，进气道堵塞进气畸变，吞烟，进气道堵塞v2.防喘措施防喘措施v放气机构放气机构v可调进口导向器叶片可调进口导向器叶片v可调静子叶片可调静子叶片v处理机匣处理机匣v多转子。
多转子 放气机构放气机构 可调静子叶片可调静子叶片 处理机匣处理机匣 vPD－－33发动机处理机匣发动机处理机匣 。