航空發(fā)動機課件 渦輪（加粗）

第四節(jié)

渦輪

渦輪是燃氣渦輪發(fā)動機的重要部件之一，安裝在燃燒室的后面，是在高溫燃氣作用下旋轉(zhuǎn)做功的部件。渦輪和壓氣機同是和氣流進行能量交換的葉片機，這決定了它們之間有很多相似之處。但是，渦輪和壓氣機與氣流間的能量交換在程序上恰恰相反，氣流流過壓氣機時從動葉獲得機械能，因而提高了氣流的壓力和焓；而在渦輪中，氣流則將焓轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽缓笠徊糠謩幽芡ㄟ^動葉轉(zhuǎn)變?yōu)楣ΑＲ簿褪钦f，當壓氣機轉(zhuǎn)動時，必須從外界輸入機械能，而在渦輪運轉(zhuǎn)時，可以從渦輪軸上取得功。在燃氣渦輪發(fā)動機中，當壓氣機和渦輪平衡運轉(zhuǎn)時，渦輪軸上的功除了一部分用來克服軸承上的摩擦和帶動附件外，全部為壓氣機所吸收。一、結(jié)構(gòu)形式

燃氣渦輪發(fā)動機中的軸流式渦輪是由靜子和轉(zhuǎn)子組成的。通常是多級渦輪，由若干個單級渦輪組成，例如，渦輪風(fēng)扇發(fā)動機有5級（1HP,4LP）;渦輪風(fēng)扇發(fā)動機有7級渦輪（2HP,5LP）。每級由一個導(dǎo)向器和一個工作葉輪組成。（1）渦輪靜子

渦輪靜子由渦輪機匣（也稱渦輪外環(huán)或渦輪殼體）、導(dǎo)向器及渦輪的支承與傳力構(gòu)件組成。由于“熱”的作用，渦輪靜子與壓氣機靜子之間，存在著較大的差異，除了采用具有良好高溫性能的材料，以保證零組件在高溫下安全可靠地工作外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，熱應(yīng)力、熱變形、熱定心，以及熱沖擊、熱疲勞等問題成為必須研究和解決的問題。導(dǎo)向器是由在外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間安裝若干個導(dǎo)向葉片（叫靜葉）所構(gòu)成，導(dǎo)向葉片安裝內(nèi)外環(huán)之間時，其中的一端是較松動地安裝的，工作時由于高溫膨脹而使其固定牢固，導(dǎo)向器安裝在工作葉輪的前面，是固定不動的，兩個相鄰的導(dǎo)向葉片之間的通道是收斂形的.燃氣在其中膨脹加速并使氣流拐彎，將燃氣的一部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，引?dǎo)氣流的流動以合適的方向流入工作葉輪。一、渦輪機匣渦輪機匣通常是圓柱形或圓錐形的薄壁殼體，除固定導(dǎo)向器外，還借前后安裝邊分別與燃燒室及噴管（或加力燃燒室）聯(lián)接，用于傳遞相鄰部件的負荷，因此渦輪機匣是發(fā)動機承力系統(tǒng)的重要構(gòu)件。其上作用有扭矩、軸向力、慣性力和內(nèi)外壓差。同時，有的機匣還直接或間接地構(gòu)成了燃氣通道的壁面，因此在工作時，受力、受熱產(chǎn)生的變形和轉(zhuǎn)子的振動與偏擺，以及零組件的制造誤差等還會對轉(zhuǎn)子葉尖與機匣的徑向間隙有復(fù)雜的影響。為了保證渦輪可靠而高效率地工作，渦輪機匣在高溫下如何保持足夠的剛性，避免扭曲變形，保持與轉(zhuǎn)子之間合理的徑向間隙等問題已變得更為突出。對渦輪機匣結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求是：（1）盡可能減小渦輪葉尖徑向間隙，以提高渦輪效率，但又要保證工作時轉(zhuǎn)子與靜子不致碰壞；（2）既要保證機匣具有足夠剛性，又要減輕機匣重量，并便于裝配；（3）工作時，機匣相互間要能很好地?zé)岫ㄐ?，轉(zhuǎn)子與靜子之間能保持良好的同心度。渦輪機匣的材料通常采用耐熱合金鋼。它的加工工藝對耗材、成本與生產(chǎn)率影響很大。離心鑄造或鍛造后經(jīng)機械加工的方法既耗費材料又費工時，生產(chǎn)率低。有的發(fā)動機，采用板料焊接后再與機械加工的安裝邊焊成一體（見圖(a),(b))；有的采用軋壓方法制成（見圖（c））。這種方法材料耗損少，生產(chǎn)率高，且疲勞強度好。1.渦輪的徑向間隙沿圓周均勻為了保證渦輪的徑向間隙沿周向均勻分布，渦輪機匣不僅要具有一定的剛性，而且沿周向還要比較均勻。

圖所示為J79發(fā)動機渦輪部件。它的三級渦輪轉(zhuǎn)子是不可拆的，所以，渦輪機匣只能沿縱向剖分，當然對于外場檢修帶來了方便。CF6發(fā)動機的低壓渦輪機匣也采用了這種結(jié)構(gòu)。由于機匣沿周向剛性不均勻，受熱與受力后容易出現(xiàn)橢圓度超差和翹曲變形，為此，在機匣結(jié)構(gòu)設(shè)計時要注意周向剛性的合理分布，并且希望采用對徑向間隙變化反應(yīng)不太敏感的封嚴結(jié)構(gòu)（如蜂窩結(jié)構(gòu)），以彌補徑向間隙不均勻的缺陷。為了保證渦輪的徑向間隙均勻分布，渦輪機匣與渦輪轉(zhuǎn)子在工作時應(yīng)保持良好的同心度。WP6發(fā)動機渦輪機匣的定心方法采用圓柱形凸邊來保證，其配合間隙根據(jù)配合面受熱的程度而定，約在（0~0.3)D/1000mm的范圍內(nèi)?？紤]到轉(zhuǎn)子重力引起的下沉對葉片徑向間隙的影響，特意將機匣前安裝邊上圓柱凸邊的定心軸線制成與氣流通道表面偏心0.2mm。有的發(fā)動機的機匣并不采用凸邊定心，而是在裝配時用千分表調(diào)整到所需的位置，再用精密螺栓固定；有的發(fā)動機靠安裝邊上的緊度銷釘來定中心。2.盡量減小渦輪的徑向間隙渦輪氣流通道的葉尖間隙對于渦輪效率有很大的影響。由于“熱”的影響，確定合理的間隙值，除了必須考慮長期工作時輪盤與葉片的蠕變伸長、機匣的收縮變形、轉(zhuǎn)子的振動和偏擺等因素外，還必須考慮到機匣與轉(zhuǎn)子的熱慣性不同，即隨著發(fā)動機工作狀態(tài)的改變，它們的工作間隙將產(chǎn)生很大的變化，嚴重地影響了渦輪效率與可靠性。減小渦輪葉尖的徑向間隙，實質(zhì)上是指停車時不允許出現(xiàn)機匣與葉片相碰的條件下，要求在其他各種狀態(tài)，尤其在巡航工作狀態(tài)下，葉尖間隙盡量地減小，通常采取的措施為：（1）盡量減小機匣在各種狀態(tài)下的變形量。最有效的辦法是采用冷卻式機匣。一方面通過減小機匣在各種狀態(tài)下的變形量，來減小渦輪氣流通道中的葉尖間隙值；另一方面改善機匣工作條件，防止翹曲變形及裂紋等故障。圖右表中的數(shù)據(jù)表示了無冷卻式機匣與冷卻式機匣的葉尖間隙值。由這些數(shù)據(jù)看出，在工作狀態(tài)時，冷卻式機匣的間隙比無冷卻式的間隙小得多。圖所示為AH20發(fā)動機渦輪機匣的外部冷卻式方案。渦輪機匣的外面裝有薄鋼板制成的外套（或稱環(huán)形收集器），利用飛行中外界大氣的速度頭，通過進口a流入空氣收集器內(nèi)，并經(jīng)過內(nèi)壁上許多沿周向均勻分布的孔口去冷卻渦輪機匣外表面，然后冷卻噴管并排入大氣。這種冷卻方式構(gòu)造簡單、加工方便、重量較輕，但冷卻效果差。由于機匣內(nèi)表面直接與燃氣接觸，因此在安裝邊上形成較大溫差和產(chǎn)生較大熱應(yīng)力。圖所示為WP7發(fā)動機的內(nèi)部冷卻式方案。機匣內(nèi)表面裝有與第2級導(dǎo)向葉片做成一體的外葉冠，利用螺釘固定在機匣上，葉冠與機匣之間形成夾層（稱為雙層機匣），將燃燒室的二股氣流引人此夾層中進行冷卻與隔熱，使機匣內(nèi)表面不再與高溫燃氣接觸。這種機匣不僅可以減小熱應(yīng)力與熱腐蝕，而且由于減少了對機匣的傳熱，使葉尖間隙值比較穩(wěn)定。（2）在機匣內(nèi)表面采用易磨的封嚴材料與結(jié)構(gòu)是減小葉尖間隙的有效方法。圖所示為在渦輪機匣中嵌入一種柔軟的封嚴塊。這種封嚴塊可保證當轉(zhuǎn)子葉片與機匣的間隙減小到零相碰觸時，仍能安全工作而不致于損壞葉片。嵌入塊可以用石墨、鎳、鐵等粉末混合物壓制燒結(jié)而成。（3）采用主動間隙控制技術(shù)，使葉尖間隙值盡量處于最佳狀態(tài)下工作。前述利用機匣變形量來實現(xiàn)減小葉尖工作間隙的措施并不是認為控制得到的，而是在發(fā)動機工作過程中，任其自然地變化，因此這種不隨發(fā)動機工作狀態(tài)進行調(diào)節(jié)的、防止葉尖間隙變化過大的措施，稱為自主式間隙控制。為了改善發(fā)動機的經(jīng)濟性，壓氣機的增壓比越來越高。目前大型民用渦扇發(fā)動機的總增壓比高達35左右，使高壓壓氣機末級葉片與高壓渦輪的葉片越來越短，有的已縮短到20~20mm。葉尖相對間隙變大，加上發(fā)動機工作狀態(tài)的改變使葉尖間隙發(fā)生很大的變化，為此要求發(fā)動機工作過程中，能夠根據(jù)需要主動調(diào)整間隙，使葉尖間隙始終處于最佳狀態(tài)，這種措施成為主動間隙控制技術(shù)。二、渦輪導(dǎo)向器渦輪導(dǎo)向器是由內(nèi)、外環(huán)和一組導(dǎo)向葉片組成的環(huán)形靜止葉柵。燃氣通過導(dǎo)向葉片的收斂形通道時，速度增加，壓力及溫度下降，氣流方向也有改變。因此，導(dǎo)向器的功用是使氣流的部分熱能轉(zhuǎn)變成動能，并以一定的方向流出，推動工作輪做功。雖然它是靜止件，但工作條件卻十分惡劣。導(dǎo)向葉片除受有較大的氣動力與不穩(wěn)定的脈動負荷外，還處于高溫燃氣的包圍之中，溫度高，冷熱變化大，溫度不均勻情況很嚴重，尤其對于第1級導(dǎo)向葉片，起動-停車引起的熱沖擊和熱疲勞現(xiàn)象往往成為導(dǎo)向葉片的主要故障之一。由于葉片前后緣較薄，熱慣性較小，因而受熱速度快，在導(dǎo)向葉片內(nèi)產(chǎn)生很大的溫度梯度，使前后緣產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，反復(fù)作用就會出現(xiàn)熱疲勞（低周疲勞）裂紋。對導(dǎo)向器的設(shè)計要求應(yīng)該是：（1）在高溫工作時，導(dǎo)向器應(yīng)具有足夠的強度與剛性，以保證導(dǎo)向葉片的工作型面、安裝角、葉柵間距、排氣面積等參數(shù)能符合設(shè)計要求和可靠工作。（2）減小導(dǎo)向器中的熱應(yīng)力。例如采取措施允許高溫零件（特別是導(dǎo)向葉片）自由膨脹。（3）導(dǎo)向葉片不作承力件，如果內(nèi)外環(huán)間需要傳力時，通常要設(shè)置專用承力件。（4）導(dǎo)向葉片做成單個的或兩三個葉片做成一組，這樣便于裝配、定位和公差控制，損壞的葉片也易更換。導(dǎo)向器組合件同樣也應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡單可靠，裝拆方便，重量輕，并滿足工藝性、經(jīng)濟性的要求。導(dǎo)向器組合件同樣也應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡單可靠，裝拆方便，重量輕，并滿足工藝性、經(jīng)濟性的要求。根據(jù)導(dǎo)向葉片的工作特點，導(dǎo)向葉片的材料一律采用高溫合金。由于這類材料價格昂貴，因此應(yīng)按不同的工作溫度選用不同的材料。此外，這類材料的材質(zhì)很硬，金屬切削加工困難，一般采用精密鑄造，做成實心的或空心的葉片。實心葉片鑄造方便，但因葉型厚薄不均，受熱速度不同，葉片內(nèi)熱應(yīng)力較大?？招娜~片葉型部分壁厚明顯減小，并趨于均勻，中間還可以通冷卻空氣，這樣，降低了葉片的工作溫度，減小了熱應(yīng)力，但空心葉片的精鑄工藝較為復(fù)雜。（2）渦輪轉(zhuǎn)子

渦輪轉(zhuǎn)子是渦輪轉(zhuǎn)動部件的總稱。它由轉(zhuǎn)子葉片、渦輪盤、渦輪軸等零件組成；在多級渦輪中，還有盤間聯(lián)接零件。它的功能主要是將燃氣的動能與熱能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機械功，帶動壓氣機等其他部件。渦輪轉(zhuǎn)子作為一個高速旋轉(zhuǎn)的動力部件，必須承受著很大的氣體負荷與質(zhì)量負荷，加上它又被高溫燃氣所包圍，熱負荷也很大，所以除對轉(zhuǎn)子零組件本身的強度與可靠性應(yīng)給予重視外，還應(yīng)重視盤與軸、盤與盤、轉(zhuǎn)子葉片及其與輪盤的聯(lián)接問題。渦輪轉(zhuǎn)子由渦輪盤、渦輪軸、工作葉片和連接件組成。兩個相鄰的工作葉輪之間的通道是收斂形的，當受到燃氣的沖擊以及燃氣在其中膨脹，便使其轉(zhuǎn)動作功，去帶動壓氣機和附件。渦輪的工作葉片由葉身和榫頭兩部分組成。渦輪葉片的葉身分為帶冠和不帶冠兩種。一、盤與軸的聯(lián)接盤軸連接處傳遞的負荷很大（包括扭矩、轉(zhuǎn)子重量、慣性力及不平衡力引起的彎矩，機動飛行時的陀螺力矩，氣體軸向力以及轉(zhuǎn)子的不平衡、燃氣壓力脈動等原因造成的振動負荷），尤其對于懸臂式轉(zhuǎn)子，有時陀螺力矩很大。此外，在多數(shù)情況下，盤軸連接處是渦輪向軸承傳熱的必經(jīng)之路，它的結(jié)構(gòu)直接影響軸承工作條件的改善，所以對盤軸聯(lián)接的設(shè)計要求為：（1）連接處應(yīng)有足夠的強度與剛性，并且不要削弱輪盤與軸，以便能可靠地傳遞各種負荷；（2）盤與軸在裝配及工作時應(yīng)可靠地定心，以免破壞轉(zhuǎn)子的平衡，特別在聯(lián)接直徑很小，盤軸間的徑向變形差值較大的情況；（3）連接處應(yīng)有高的熱阻，以減少盤向軸與軸承的傳熱。此外，聯(lián)接結(jié)構(gòu)還應(yīng)力求重量輕，制造和裝配方便。二、盤與盤的聯(lián)接在多級渦輪中，盤與盤聯(lián)接的設(shè)計要求除了應(yīng)有足夠的強度與剛性、可靠定心外，還要考慮到級數(shù)與聯(lián)接部分較多對整個渦輪轉(zhuǎn)子的影響。為了減小熱應(yīng)力，通常對整個轉(zhuǎn)子的軸向與徑向采用熱補償措施；為了便于裝拆，盤與盤的聯(lián)接方案應(yīng)與靜子部件的結(jié)構(gòu)形式協(xié)調(diào)；為了減小渦輪徑向間隙和轉(zhuǎn)子的振動，對于懸臂式轉(zhuǎn)子的剛性應(yīng)予以足夠的重視。下面就不可拆式與可拆式的盤與盤聯(lián)接方案分別進行分析。三、轉(zhuǎn)子葉片及其與盤的聯(lián)接渦輪轉(zhuǎn)子葉片是把高溫燃氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機械功的重要零件。工作時，它不僅被經(jīng)常變化著的高溫燃氣所包圍，并且還承受著高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大離心力、氣體力和振動負荷等，此外，它還要經(jīng)受高溫燃氣引起的腐蝕和浸蝕，因而渦輪轉(zhuǎn)子葉片的工作條件是很惡劣的，它是決定發(fā)動機壽命的主要零件之一。渦輪轉(zhuǎn)子葉片和輪盤幾乎都是分開制造的。葉片與輪盤制成一體的方案采用不多，因為溫度較低的輪盤不需要采用與轉(zhuǎn)子葉片一樣的優(yōu)質(zhì)材料，且葉片加工測量較困難。渦輪轉(zhuǎn)子葉片的材料是保證渦輪性能和使用可靠性的基礎(chǔ)。渦輪轉(zhuǎn)子葉片以前多采用高溫高強度的耐熱合金鍛件，經(jīng)機械加工制成。由于這種葉片工藝性太差，葉片的型面與幾何形狀均受有一定的限制。后來，隨著高溫鑄造合金的發(fā)展，渦輪轉(zhuǎn)子葉片多采用精鑄拋光而成，從而大大地簡化了工藝，結(jié)構(gòu)也更趨合理?，F(xiàn)在，隨著陶瓷基復(fù)合材料、定向凝固合金等的發(fā)展，渦輪轉(zhuǎn)子葉片的性能得到了進一步的提高。渦輪轉(zhuǎn)子葉片由葉身、中間葉根和榫頭三個基本部分組成。早期的發(fā)動機幾乎都不采用中間葉根，但在1960年后發(fā)展的發(fā)動機比較廣泛地采用了中間葉根（伸根）。1.葉身轉(zhuǎn)子葉片的葉身結(jié)構(gòu)原則上與壓氣機葉片的要求相類似，由于渦輪中級加功量大，即氣流速度高，折轉(zhuǎn)角大，從而氣動力大，所以渦輪葉片的葉型剖面彎曲度大，葉身較厚，并且沿葉高的截面變化也較明顯。在葉尖部分（包括葉身上部與頂端）通常有一些特殊結(jié)構(gòu)。（1）葉尖“切角”。即在葉尖排氣邊緣削掉一部分材料，如圖所示。由于該處比較薄弱，在高溫下，交變的熱應(yīng)力與振動應(yīng)力均較大，容易出現(xiàn)裂紋與斷裂等故障，更重要的是由于可以磨削小部分材料，來改變?nèi)~片自振頻率（稱為“修頻”)，以彌補制造誤差引起某些葉片滿足不了規(guī)定的頻率要求。顯然，這對葉片強度與效率均有影響。采用葉尖調(diào)頻凸臺的結(jié)構(gòu)（見圖），可以保持葉片型面的完整，又達到修頻的目的。（2）葉頂帶冠。現(xiàn)代許多渦輪葉片頂部帶有葉冠（見圖）。這樣做的好處是：利用相鄰葉冠之間的摩擦來吸收振動能量，從而有效地起到減振作用；相鄰葉冠合壁成環(huán)型，將氣流限制在葉片與葉冠構(gòu)成的流道中流動，減小了潛流損失，提高了渦輪效率。目前，常用的葉冠形狀有平行四邊形（如康維，WS9,RB211,WJ6,WP7甲等機種）與鋸齒形（如J57,JT3D,JT9D,RB199，奧林巴斯593等機種）。前者結(jié)構(gòu)簡單、便于裝拆，裝配時冠間要留有一定間隙，工作時由于離心力作用產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形和熱膨脹，使冠間靠緊，但是由于輪盤榫槽和葉片的制造尺寸誤差，常使此間隙不易保證在合理的范圍內(nèi)（理想情況是工作時間隙消失或不太大，各葉片相互支靠抑制振動），所以這種葉冠常有接觸和磨損不一的缺點，對抑制振動不利；后者基本上能克服上述缺點，這種葉片裝入輪盤榫槽，使葉片預(yù)先被迫產(chǎn)生彈性扭轉(zhuǎn)變形。在A面抵緊，從而工作時使A面始終保持壓緊狀態(tài)。為了提離A面的耐磨性，在該面上可噴涂硬質(zhì)合金。某些發(fā)動機在葉冠上作有封嚴齒，加強封氣效果，減少軸向漏氣，提高渦輪效率。顯然，采用帶冠葉片愈來愈多，是與葉片的精密鑄造工藝的發(fā)展密切相關(guān)的。帶冠葉片的缺點是由于有了冠使葉片重量加大，特別是它處于葉尖處。工作中由于葉頂帶冠而引起的離心力使葉身與輪盤增加了負荷，并且葉冠又處于懸臂狀態(tài)，自身蠕變強度不足。另外，葉冠和葉身轉(zhuǎn)接處也有一附加彎矩作用于葉身上，且該處還易產(chǎn)生應(yīng)力集中。因此，在設(shè)計葉冠時，一方面要盡量減少它的尺寸，即通過減小葉頂弦長與增加葉片數(shù)目來分別縮小葉冠軸向與周向的尺寸；另一方面葉冠的剖面要盡量使邊緣部分薄些，與葉身連接處厚些。由于葉冠受有不便冷卻與切線速度過大的限制，在許多發(fā)動機的高壓渦輪（如PW4000,TF39,CF6,V2500,P29等）中，并未采用帶冠葉片。目前，大多數(shù)現(xiàn)代發(fā)動機的低壓渦輪、中壓渦輪中采用帶冠葉片，這主要是這些葉片長，帶冠后能較好地解決葉片振動問題。2.葉片榫頭與輪盤的聯(lián)接渦輪葉片榫頭承受的負荷較大，在現(xiàn)有構(gòu)造中，一個葉片根部要承受的離心力高達100~150kN；此外，榫頭處于高溫下工作（可達600~700），材料的機械性能大大地降低。因此，在設(shè)計渦輪葉片榫頭的聯(lián)接時，除了與壓氣機中所提要求相同外，還應(yīng)特別注意到兩個方面：一方面要允許榫頭連接處受熱后能自由膨脹，以減少熱應(yīng)力；另一方面榫頭的傳熱性要好，使葉片上的熱量容易散走。現(xiàn)代航空燃氣渦輪中，廣泛使用樅樹形榫頭（見圖），它的兩側(cè)做有對稱分布的梯形齒，作為榫頭的支承表面，在輪緣上相應(yīng)地做有同樣型面榫槽，在葉片離心力和彎曲力矩的作用下，榫齒承受剪切和彎曲，齒的工作表面承受擠壓，榫頭各截面承受拉伸。榫頭上的齒數(shù)通常取決于葉片離心力的大小與榫齒的結(jié)構(gòu)形式。值得指出的是，這種榫頭聯(lián)接是一種多齒型結(jié)構(gòu)，各對榫齒上所受載荷是否均勻應(yīng)取決于葉片榫頭與輪盤榫槽間的相對變形，所以，各榫齒間剛性的相對分布、材料的物理性能（如線膨脹系數(shù)、高溫下的塑性程度等）以及制造誤差等都對各齒載荷的均勻性產(chǎn)生重要影響。一般齒數(shù)不宜過多。圖（a）所示為WP6發(fā)動機的葉片榫頭形狀，它具有5對榫齒。目前，傾向于采用齒數(shù)少、齒間圓角半徑大的榫頭（見圖（b）和（c）），以減少齒面負荷的不均勻和應(yīng)力集中。圖（d）為兩個榫頭成對地裝在同一榫槽中，工作時兩個榫頭的結(jié)合面A互相壓緊，利用該面上的摩擦力可以減振。樅樹形榫頭具有下列優(yōu)點：（1）葉根與輪緣部分的材料利用合理，承截面積多，承拉截面接近等強，因此這種榫頭的重量較輕。（2）榫頭在輪緣所占的周向尺寸較小，因而在輪盤上可安裝較多的葉片。（3）這種榫頭可以有間隙地插入榫槽，允許榫頭與輪緣受熱后自由膨脹。

(4）可以利用榫頭的裝配間隙，通人冷卻空氣，對榫頭和輪緣進行冷卻。

(5）裝拆及更換葉片方便。但是，樅樹形榫頭也有一些缺點：葉片和輪緣榫齒間圓角半徑較小，應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴重；加工精度要求高，否則各齒受力不均勻，受力最大的榫齒容易破壞，但該處溫度較高，如果選用具有良好塑性的材料，工作時會產(chǎn)生塑性變形，從而使應(yīng)力重新分布而改善了榫頭的工作條件。由于樅樹形榫頭聯(lián)接的優(yōu)點十分突出，因此，在現(xiàn)代航空渦輪中，普遍采用這種聯(lián)接方式。渦輪的分類渦輪按照氣流流動方向分為軸流式和徑流式軸流式渦輪分為沖擊式、反力式、沖擊-反力式?jīng)_擊式渦輪反力式渦輪（3）渦輪的冷卻

提高渦輪前溫度是提高燃氣渦輪發(fā)動機性能的有效措施，然而提高渦輪前燃氣溫度受到渦輪部件結(jié)構(gòu)強度的限制，為了解決這個問題，必須對渦輪葉片采取冷卻

.渦輪葉片的冷卻一般只有第一級渦輪葉片或第一、第二級渦輪葉片需要冷卻。冷卻空氣來源:1.燃燒室的二股氣流2.從壓氣機后面級直接引氣3.壓氣機中間級引氣.冷卻渦輪葉片的冷空氣通過管道引來的，冷卻后的空氣隨燃氣一起流過渦輪。因此，需要進行冷卻的葉片是空心的。渦輪的冷卻方法:導(dǎo)熱、沖擊、對流換熱、氣膜冷卻等（4）渦輪間隙控制

渦輪機匣與工作葉片葉尖之間的距離叫渦輪徑向間隙，渦輪徑向間隙對渦輪效率有很大的影響。據(jù)估算，對一臺先進的雙級渦輪來說，渦輪的徑向間隙若增加1毫米，渦輪效率下降2.5％，這使得發(fā)動機耗油率增加2.5％，所以為了減少損失，提高效率，應(yīng)盡可能減小徑向間隙。渦輪徑向間隙變化圖渦輪的徑向間隙是隨發(fā)動機的工作狀態(tài)和飛行條件的不同而變化的。在沒有特殊冷卻的機匣中，發(fā)動機工作狀態(tài)改變時，渦輪徑向間隙隨之急劇變化。

假設(shè)在冷卻時裝配間隙為，起動時，機匣受熱溫度升高比輪盤快，膨脹也快，所以機匣間隙增大為，隨著轉(zhuǎn)速的增高，工作葉片和盤都得到加熱，并因離心力的影響，式徑向間隙減小為，當發(fā)動機停車時，機匣冷卻比較快，因此徑向間隙減小為最小。由此可知，渦輪冷狀態(tài)的裝配間隙，應(yīng)根據(jù)發(fā)動機停車時機匣與工作葉片不得相碰（即>0）為條件來決定。機匣形式徑向間隙（毫米）無冷卻機匣2750有冷卻機匣23.21.20某無冷卻式機匣及有冷卻式機匣時徑向間隙的數(shù)值

1.渦輪葉片比壓氣機葉片彎曲的程度要大，燃氣膨脹的程度大，輸出的輪緣功就大

2.在同一臺發(fā)動機中，渦輪的級數(shù)要比軸流式壓氣機的級數(shù)少得多

3.渦輪葉片比壓氣機葉片要厚

在亞音速壓氣機中，壓氣機功約在40kj/kg以內(nèi)，而渦輪的輪緣功則在200~300kj/kg之間，兩者相差如此懸殊，主要是因為氣體在壓氣機中的流動是減速擴壓，存在著正的壓力梯度，在正壓力梯度的作用下，附面層中一部分氣體微團的運動不足以反抗高的反壓而容易發(fā)生分離，因而在一級壓氣機中不允許靜壓提高得太多，氣流轉(zhuǎn)折角不能太大。至于渦輪，則由于通道是收斂的，燃氣在其中是加速降壓，存在負壓力梯度，所以附面層中的氣體微團不容易分離，氣流的轉(zhuǎn)折角可以較大，也就是說渦輪葉片比壓氣機葉片彎曲的程度要大，燃氣膨脹的程度大，輸出的輪緣功就大。其次是由于渦輪中的氣流速度比壓氣機的大，這是因為渦輪中燃氣溫度比壓氣機中空氣的溫度高得多，因此當?shù)匾羲僖哺叩枚?，當馬赫數(shù)保持在合適的范圍內(nèi)時，速度值高，這自然對于增加燃氣做功很有利。目前流量大的一級渦輪可以輸出一兩萬千瓦的功率，這些功率被壓氣機吸收，可以帶動5－7級或更多級壓氣機，因此，在同一臺發(fā)動機中，渦輪的級數(shù)要比軸流式壓氣機的級數(shù)少得多。再有渦輪葉片比壓氣機葉片要厚。其原因有兩個：一個是渦輪葉片受熱嚴重，金屬材料的強度隨著溫度的升高而降低，為了保證葉片的強度，所以渦輪葉片較厚。另一個原因是渦輪葉片需要冷卻，所以渦輪葉片是空心的，以便通冷卻空氣。渦輪常見故障

渦輪常見故障是裂紋。其原因是熱應(yīng)力。整臺發(fā)動機受熱最嚴重的部件是第一級渦輪導(dǎo)向器，超溫會出現(xiàn)裂紋，渦輪葉片出現(xiàn)裂紋具有下述特征：裂紋常出現(xiàn)在或橫穿過葉片的前緣與后緣，而且裂紋的方向與葉片的長度相“垂直”。在維護過程中使用強光源和放大鏡對渦輪葉片進行仔細地檢查。渦輪主要零件的常用材料渦輪部件是在十分惡劣的條件下工作，大部分的渦輪零件在高溫燃氣的沖擊下承受較大的熱負荷、氣動負荷、振動負荷、熱沖擊等，轉(zhuǎn)子零件還承受很大的離心負荷。同時，燃氣的化學(xué)活潑性很強，對零件有腐蝕作用。因此，渦輪零件使用的材料在發(fā)展高性能、高溫渦輪部件中占有特殊重要的地位。下面分別討論各主要零件所使用的材料。一、渦輪轉(zhuǎn)子葉片渦輪轉(zhuǎn)子葉片不僅處于有腐蝕性的燃氣包圍中，而且還受高溫和高應(yīng)力的作用，因此，對材料的要求為：（1）在工作溫度下，要求高的熱強度，即要具有高的持久強度極限和蠕變極限。（2）在高溫下，有高的抗氧化及抗腐蝕的能力，即熱安定性好。（3）足夠的塑性、好的抗熱疲勞及機械疲勞性能。（4）具有良好的物理性質(zhì)，如導(dǎo)熱性好，線膨脹系數(shù)小等。（5）具有良好的工藝性。在選擇葉片材料時，首先考慮的是工作溫度，而且常把