航空燃氣渦輪發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計.ppt

第一節(jié) 發(fā)動機的受力分析,發(fā)動機部件所受作用力 軸向力和發(fā)動機的推力,一、發(fā)動機部件所受作用力,1.1 作用力的分類 1 氣體力、力矩 在氣流通道內(nèi)，由于氣流的速度，壓力，方向變化對作用零件產(chǎn)生的力。 葉片，進氣道，噴口，火燃筒。,一、發(fā)動機部件所受作用力,1.1 作用力的分類 2 慣性力、力矩 旋轉(zhuǎn)或機動飛行時由于質(zhì)量所產(chǎn)生的力 葉片，盤等旋轉(zhuǎn)件上的慣性力 作用在轉(zhuǎn)子上的慣性力矩或力偶,一、發(fā)動機部件所受作用力,1.1 作用力的分類 3 熱應(yīng)力 相鄰的不同材料在相同溫度下； 工作環(huán)境溫度梯度不同時可產(chǎn)生； 機匣的安裝邊處 火燃筒 加力燃燒室,一、發(fā)動機部件所受作用力,風(fēng)扇葉片,一、發(fā)動機部件所受作用力,高壓壓氣機盤,尾噴口,一、發(fā)動機部件所受作用力,一、發(fā)動機部件所受作用力,燃燒室,一、發(fā)動機部件所受作用力,1.2 力的傳遞 零件內(nèi)力 零件內(nèi)部平衡不向外傳。熱應(yīng)力、輪盤應(yīng)力等。 零件外傳力 機動飛行時的慣性力、慣性力矩、不平衡力 氣動力和重量。,一、發(fā)動機部件所受作用力,1.2 力的傳遞 發(fā)動機內(nèi)力 不傳給飛機的力：氣動力矩、部分軸向力 。 發(fā)動機外傳力 推力，重量，機動飛行時的慣性力 力矩。,二、軸向力和發(fā)動機的推力,2.1各部件軸向力分布及推力的計算 推力等于所有部件軸向力之和 2.2轉(zhuǎn)子軸向力及卸(減)荷措施 卸荷為什么不會影響推力 2.3渦輪與壓氣機軸向力不同 為什么？,二、軸向力和發(fā)動機的推力,二、軸向力和發(fā)動機的推力,2.4 大涵道比風(fēng)扇發(fā)動機 風(fēng)扇向前軸向力小于渦輪向后軸向力 主軸承的周向力向后,2.5 作用在發(fā)動機上的力矩 氣動力矩是不傳給飛機的； 壓氣機，渦輪中相應(yīng)的動葉和靜葉上氣動力矩相等 各轉(zhuǎn)子上力矩相等,二、軸向力和發(fā)動機的推力,二、軸向力和發(fā)動機的推力,第二節(jié) 轉(zhuǎn)子支承方案,內(nèi)容： 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式 確定轉(zhuǎn)子支承的位置 所使用軸承的類型和聯(lián)軸器的選取 作用： 承受轉(zhuǎn)子上各種負荷 氣動力、重力、慣性力 外傳，最后傳到安裝節(jié)。,2.1 單轉(zhuǎn)子的支承方案,兩支點（1-1-0）,威派爾 Viper (RR 公司),結(jié)構(gòu)示意圖,回正文,渦噴六（WP-6）發(fā)動機,帶有加力燃燒室的單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動機 （中國） 用于,殲六 強五,使用WP-6發(fā)動機的飛機,殲敵機FJ-6,強敵機A-5,2. 1 單轉(zhuǎn)子的支承方案,三支點 （1-2-0） 渦噴-6 (WP-6),雅克-15 米格-9,-20發(fā)動機,蘇聯(lián)制造 用于,米格-9（前蘇聯(lián)）,2.1 單轉(zhuǎn)子的支承方案,四支點（1-3-0）-20,2. 1 單轉(zhuǎn)子的支承方案,浮動套齒聯(lián)軸器,2. 1 單轉(zhuǎn)子的支承方案,兩支點方案特點 適用于剛性轉(zhuǎn)子 一般情況下后支點位于渦輪前 縮短轉(zhuǎn)子長度 提高軸的剛度 支點環(huán)境溫度高 后支點位于渦輪后 轉(zhuǎn)子支點間跨度加大,2.1 單轉(zhuǎn)子的支承方案,三支點方案特點 適用于軸向尺寸大的轉(zhuǎn)子 必須解決“三點共線”問題 采用柔性聯(lián)軸器 提高轉(zhuǎn)子、支承的加工精度,波音747，767飛機的動力,2.2 雙轉(zhuǎn)子支承方案,HP 1-1-0 LP 0-1-1,（1962年開始研制）,波音B-777大型雙發(fā)客機動力,2.2 雙轉(zhuǎn)子支承方案,HP 1-1-0 LP 0-2-1,（1982年12月8日 宣布研制）,2.2 雙轉(zhuǎn)子支承方案,普惠（PW）公司發(fā)動機支承方案特點 高壓轉(zhuǎn)子采用 1-1-0 轉(zhuǎn)子短 剛性好 效率高 低壓轉(zhuǎn)子后支點放置渦輪后 轉(zhuǎn)子跨度大 動力特性差,V2500 （美，英，德，意，日1974年開始研制）,波音B-737中型雙發(fā)客機,2.2 雙轉(zhuǎn)子支承方案,HP 1-0-1 LP 0-2-1,F404,2.2 雙轉(zhuǎn)子支承方案,中介軸承的使用（GE公司） 中介軸承一般為滾棒軸承 。 減小轉(zhuǎn)子長度。 節(jié)省一個承力框架，降低發(fā)動機重量。 軸承的供油、封嚴、安裝困難。 轉(zhuǎn)子間的動力影響較大。,2.2 雙轉(zhuǎn)子支承方案,HP 0-2-0 LP 1-2-0,2.3 三轉(zhuǎn)子支承方案,HP 1-0-1 I P 1-2-1 LP 0-2-1,RB199,2.4 滾珠軸承位置,一般原則 1.盡可能不放在渦輪附近； 2.相對安裝節(jié)軸向位移最小處； 3.在雙支點中均放在壓氣機之前； 4.在三支點中大多數(shù)放在壓氣機之后。,2.4 滾珠軸承位置,F404,2.4 滾珠軸承位置,V2500,2.4 滾珠軸承位置,RB199,作 業(yè),根據(jù)圖冊或補充講義附圖 分析F404和V2500發(fā)動機轉(zhuǎn)子支承方案形式及特點 要求畫出支承簡圖,第三節(jié) 聯(lián)軸器,將渦輪軸與壓氣機軸聯(lián)接起來的組件稱為聯(lián)軸器。 作用： 傳扭，傳軸向力，傳徑向力-起支點作用。 形式： 剛性，柔性。,V2500低壓 轉(zhuǎn)子,3.1 剛性聯(lián)軸器,1 套齒式聯(lián)軸器 雙圓柱面定心 套齒傳扭 大螺母承受軸向力,V2500低壓 轉(zhuǎn)子,3.1 剛性聯(lián)軸器,V2500低壓聯(lián)軸器,3.1 剛性聯(lián)軸器,2 精密螺栓聯(lián)軸器 雙圓柱面定心 螺栓傳扭及軸向力,F404高壓轉(zhuǎn)子,F404高壓轉(zhuǎn)子,3.1 剛性聯(lián)軸器,3.1 剛性聯(lián)軸器,3 圓弧端齒聯(lián)軸器 “圓弧”定心 端齒傳扭 螺栓傳遞軸向力,3.2 柔性聯(lián)軸器,WP8 低壓聯(lián)軸器,3.2 柔性聯(lián)軸器,3.2 柔性聯(lián)軸器,WP6低壓聯(lián)軸器,3.2 柔性聯(lián)軸器,WP7球形接頭套齒聯(lián)軸器,第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),1. 軸承設(shè)計 常用滾棒軸承和滾珠軸承 徑向尺寸大，軸向尺寸小，可以短期缺油，損耗小 工作溫度可到300 高速軸承即DN值很大1,000,000 離心力和摩擦力大，要求潤滑和冷卻良好 滾棒為特輕，滾珠為輕,第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),2. 設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)特點 雙排滾珠軸承并用： 可承受大的軸向負荷 但應(yīng)解決均載問題。,第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),2. 設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)特點 軸承在高溫下工作： 隔熱襯套 環(huán)內(nèi)開槽 內(nèi)環(huán)供油 噴油冷缺。,RB199,第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),2. 設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)特點 滾珠滾棒軸承并用： 滾珠承受軸向力 滾棒承受徑向力,GE90,第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),3. 供油方式： 直射噴油 軸下供油 甩油盤,第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),4. 封嚴方式： 篦齒封嚴 端面石墨密封 浮動環(huán)式封嚴 螺紋式封嚴,第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),蓖齒封油,蓖齒封氣,第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),石墨塊,端面石墨密封,第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),端面石墨封嚴,第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),螺紋式封嚴,第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),刷式封嚴,第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),浮動環(huán)封油,第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),5. 軸承的滑蹭 原因： 負荷少； 轉(zhuǎn)速高； 工況變化大； 中介軸承易發(fā)生打滑。 消除打滑的方法： 減少阻力 增加拖動力,第四節(jié) 支承結(jié)構(gòu),6. 帶彈性支座擠壓油膜軸承,第五節(jié) 承力系統(tǒng),