航空燃气涡轮发动机结构设计PPT课件

1、1.1 作用力的分类2 惯性力、力矩旋转或机动飞行时由于质量所产生的力叶片，盘等旋转件上的惯性力作用在转子上的惯性力矩或力偶第1页/共79页1.1 作用力的分类3 热应力相邻的不同材料在相同温度下；工作环境温度梯度不同时可产生； 机匣的安装边处 火燃筒 加力燃烧室第2页/共79页风扇叶片第3页/共79页高压压气机盘第4页/共79页尾喷口第5页/共79页燃烧室第6页/共79页1.2 力的传递零件内力零件内部平衡不向外传。热应力、轮盘应力等。零件外传力机动飞行时的惯性力、惯性力矩、不平衡力 气动力和重量。第7页/共79页1.2 力的传递发动机内力不传给飞机的力：气动力矩、部分轴向力 。发动机外传力

2、推力，重量，机动飞行时的惯性力 力矩。第8页/共79页2.1各部件轴向力分布及推力的计算 推力等于所有部件轴向力之和2.2转子轴向力及卸(减)荷措施 卸荷为什么不会影响推力2.3涡轮与压气机轴向力不同 为什么？第9页/共79页第10页/共79页2.4 大涵道比风扇发动机风扇向前轴向力小于涡轮向后轴向力主轴承的周向力向后第11页/共79页2.5 作用在发动机上的力矩气动力矩是不传给飞机的；压气机，涡轮中相应的动叶和静叶上气动力矩相等各转子上力矩相等第12页/共79页第13页/共79页第二节 转子支承方案 内容： 转子的结构形式 确定转子支承的位置 所使用轴承的类型和联轴器的选取 作用： 承受转子

3、上各种负荷 气动力、重力、惯性力 外传，最后传到安装节。第14页/共79页2.1 单转子的支承方案 两支点（1-1-0）威派尔 Viper (RR 公司)第15页/共79页结构示意图 回正文第16页/共79页涡喷六（WP-6）发动机 带有加力燃烧室的单转子涡喷发动机 （中国） 用于歼六歼六 强五强五第17页/共79页使用WP-6发动机的飞机歼敌机FJ-6强敌机A-5第18页/共79页2. 1 单转子的支承方案 三支点 （1-2-0） 涡喷-6 (WP-6)第19页/共79页雅克-15米格-9-20发动机 苏联制造 用于第20页/共79页米格-9（前苏联）第21页/共79页2.1 单转子的支承方

4、案 四支点（1-3-0）-20第22页/共79页2. 1 单转子的支承方案 浮动套齿联轴器第23页/共79页2. 1 单转子的支承方案 两支点方案特点 适用于刚性转子 一般情况下后支点位于涡轮前 缩短转子长度 提高轴的刚度 支点环境温度高 后支点位于涡轮后 转子支点间跨度加大第24页/共79页2.1 单转子的支承方案 三支点方案特点 适用于轴向尺寸大的转子 必须解决“三点共线”问题 采用柔性联轴器 提高转子、支承的加工精度第25页/共79页波音747，767飞机的动力第26页/共79页2.2 双转子支承方案 HP 1-1-0 LP 0-1-1（1962年开始研制）第27页/共79页波音B-77

5、7大型双发客机动力第28页/共79页2.2 双转子支承方案 HP 1-1-0 LP 0-2-1（1982年12月8日 宣布研制）第29页/共79页2.2 双转子支承方案 普惠（PW）公司发动机支承方案特点 高压转子采用 1-1-0 转子短 刚性好 效率高 低压转子后支点放置涡轮后 转子跨度大 动力特性差第30页/共79页V2500 （美，英，德，意，日1974年开始研制）第31页/共79页波音B-737中型双发客机第32页/共79页2.2 双转子支承方案 HP 1-0-1 LP 0-2-1 第33页/共79页F404第34页/共79页2.2 双转子支承方案 中介轴承的使用（GE公司） 中介轴承

6、一般为滚棒轴承 。 减小转子长度。 节省一个承力框架，降低发动机重量。 轴承的供油、封严、安装困难。 转子间的动力影响较大。第35页/共79页2.2 双转子支承方案 HP 0-2-0 LP 1-2-0 第36页/共79页2.3 三转子支承方案 HP 1-0-1 I P 1-2-1 LP 0-2-1 第37页/共79页RB199第38页/共79页2.4 滚珠轴承位置 一般原则 1.尽可能不放在涡轮附近； 2.相对安装节轴向位移最小处； 3.在双支点中均放在压气机之前； 4.在三支点中大多数放在压气机之后。第39页/共79页2.4 滚珠轴承位置 F404第40页/共79页2.4 滚珠轴承位置 V2

7、500第41页/共79页2.4 滚珠轴承位置 RB199第42页/共79页作 业 根据图册或补充讲义附图 分析F404和V2500发动机转子支承方案形式及特点 要求画出支承简图第43页/共79页第三节 联轴器将涡轮轴与压气机轴联接起来的组件称为联轴器。作用：传扭，传轴向力，传径向力-起支点作用。形式：刚性，柔性。第44页/共79页V2500低压 转子3.1 刚性联轴器1 套齿式联轴器 双圆柱面定心 套齿传扭 大螺母承受轴向力第45页/共79页V2500低压 转子3.1 刚性联轴器 V2500低压联轴器第46页/共79页3.1 刚性联轴器2 精密螺栓联轴器 双圆柱面定心 螺栓传扭及轴向力F404

8、高压转子第47页/共79页F404高压转子3.1 刚性联轴器第48页/共79页3.1 刚性联轴器3 圆弧端齿联轴器 “圆弧”定心 端齿传扭 螺栓传递轴向力第49页/共79页3.2 柔性联轴器 WP8 低压联轴器第50页/共79页3.2 柔性联轴器第51页/共79页3.2 柔性联轴器 WP6低压联轴器第52页/共79页3.2 柔性联轴器 WP7球形接头套齿联轴器第53页/共79页第四节 支承结构1. 轴承设计 常用滚棒轴承和滚珠轴承 径向尺寸大，轴向尺寸小，可以短期缺油，损耗小 工作温度可到300 高速轴承即DN值很大1,000,000 离心力和摩擦力大，要求润滑和冷却良好 滚棒为特轻，滚珠为轻

9、第54页/共79页第四节 支承结构2. 设计方法和结构特点双排滚珠轴承并用： 可承受大的轴向负荷 但应解决均载问题。第55页/共79页第56页/共79页第四节 支承结构2. 设计方法和结构特点轴承在高温下工作： 隔热衬套 环内开槽 内环供油 喷油冷缺。第57页/共79页RB199第四节 支承结构第58页/共79页第四节 支承结构第59页/共79页第四节 支承结构2. 设计方法和结构特点滚珠滚棒轴承并用： 滚珠承受轴向力 滚棒承受径向力第60页/共79页GE90第四节 支承结构第61页/共79页第四节 支承结构3. 供油方式：直射喷油轴下供油甩油盘第62页/共79页第四节 支承结构4. 封严方式

10、：篦齿封严端面石墨密封浮动环式封严螺纹式封严第63页/共79页第四节 支承结构v蓖齿封油蓖齿封油v蓖齿封气蓖齿封气第64页/共79页第四节 支承结构石墨块石墨块端面石墨密封第65页/共79页第四节 支承结构端面石墨封严第66页/共79页第四节 支承结构螺纹式封严第67页/共79页第四节 支承结构刷式封严刷式封严第68页/共79页第四节 支承结构浮动环封油浮动环封油第69页/共79页第四节 支承结构5. 轴承的滑蹭 原因： 负荷少； 转速高； 工况变化大； 中介轴承易发生打滑。 消除打滑的方法： 减少阻力 增加拖动力第70页/共79页第四节 支承结构6. 带弹性支座挤压油膜轴承第71页/共79页第五节 承力系统7.承力框架： 转子支点的负荷通过气流通道传到外机匣(承力壳体)的构件称为承力框架。 利用静子叶片传力 通过涡轮