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1、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离心（斜流）压气机离心（斜流）压气机离心（斜流）压气机离心（斜流）压气机v轴流压气机（风扇）轴流压气机（风扇）轴流压气机（风扇）轴流压气机（风扇）2006年3月1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2006年3月2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
2、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2006年3月3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2006年3月4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2006年3月5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2006年3月6第一节第一节 概概 述述v涡轮轴发动机涡轮轴发动机2006年3月7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
3、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。2006年3月8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。20
4、06年3月9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2006年3月10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。2006年3月11F404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2006年3月12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
5、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。2006年3月13CFM56-5C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2006年3月14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2006年3月151. 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
6、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。2006年3月16鼓式转子鼓式转子斯贝斯贝MK-202v鼓式转子鼓式转子2006年3月17鼓式转子鼓式转子CFM562006年3月181. 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2006年3月19盘式转子盘式转子PW40002006年3月20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2006年3月21混合式转子混合式转
7、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。2006年3月22混合式转子混合式转子2006年3月231. 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2006年3月24短螺栓连接转子短螺栓连接转子2006年3月25二、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20
8、06年3月26焊接的盘鼓混合式转子焊接的盘鼓混合式转子2006年3月27销钉连接销钉连接 转子转子2006年3月28长螺栓连接转子长螺栓连接转子2006年3月29长螺栓连接转子长螺栓连接转子vAL-31FAL-31F2006年3月302.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2006年3月312.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2006年3月322.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
9、叶片宽弦叶片2006年3月332.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构2006年3月342.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构2006年3月352.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2006年3月362.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构2006年3月372.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
10、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2006年3月382.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2006年3月392.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2006年3月402.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2006年3月412.压气机工作叶片结构压气机工作叶片结构v根部根
11、部 (榫头榫头)v凸台、钢丝槽向固定凸台、钢丝槽向固定2006年3月422.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2006年3月432.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2006年3月44风扇叶片的槽向固定风扇叶片的槽向固定2006年3月45vCFM56-5B 风扇连接风扇连接2006年3月46轮盘结构轮盘结构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
12、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。2006年3月47轮盘结构轮盘结构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+DiskBlisk）v整体叶环整体叶环v（Blade+RingBling）2006年3月48轮盘结构轮盘结构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
13、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2006年3月49风扇盘结构风扇盘结构2006年3月504.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2006年3月514.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2006年3月52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2006年3月531.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
14、-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。2006年3月54风扇机匣的包容性风扇机匣的包容性2006年3月552. 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.2006年3月562. 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
15、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。2006年3月572. 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2006年3月582. 压气机机匣压气机机匣2006年3月59高压压气机机匣高压压气机机匣2006年3月603.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；
16、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；2006年3月61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2006年3月621.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。2006年3月632.防冰系统防冰系统2006年3月642.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
17、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2006年3月653.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2006年3月663.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
18、器粒子分离器2006年3月673.防外来物打伤（防外来物打伤（FOD）2006年3月68GE90RB211-535E43.防外来物打伤（防外来物打伤（FOD）2006年3月69CFM56-2CFM56-33.防外来物打伤（防外来物打伤（FOD）2006年3月70CFM56-5CFM56-72006年3月714. 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。2006年3月72放气机构放气机构2006年3月73可调静子叶片可调静子叶片2006年3月74处理机匣处理机匣2006年3月75vPD33发动机处理机匣发动机处理机匣2006年3月76
