航空发动机结构教程课件

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1、第4章燃气涡轮4.1概述4.2涡轮转子4.3涡轮静子4.4涡轮部件的冷却4.5涡轮主要零件的常用材料4.1概述燃气涡轮的简介：把高温、高压燃气的大部分热能和压力能转变为旋转的机械能带动压气机和其他附件工作。燃气涡轮的特点：功率大、燃气温度高、转速高、负荷大目前国外最新战机的发动机进口温度已达1811~2144K，远远超过了普通碳钢的熔点（1690K），且燃烧室出口温度分布并不均匀，形成的热负荷已成为涡轮部件结构的主要问题。可见，涡轮是发动机中动力负荷和热负荷最大的部件，其工作条件恶劣，是发动机使用中故障较多的部件

2、之一。基于涡轮部件具有“热”的特点，给涡轮结构设计带来一些特殊的问题：1）.零件材料及选用涡轮零件的材料必须能适应高温下可靠工作的要求，既要具有足够的高温强度和良好的热安定性，以及耐腐蚀能力。2）.零组件的结构设计高温下工作的零组件，常常由于其内部温度的不均匀或不能自由膨胀而产生热应力与热应变，过大则会影响发动机的正常工作。短时间内热应力的剧增可以导致零件的开裂，称为热冲击反复作用的热应力与变形会导致零件的破坏，称为热疲劳。发动机的起动—加速—减速—停车过程就是典型的较为严重的加载循环过程所以，高温零组件要求具有

3、均匀的热惯性与良好的热补偿结构。3）.零组件的降温降低零组件的工作温度是提高涡轮部件工作可靠性的关键措施热节流、隔热等是减少传热速度的重要降温措施；利用流体介质（空气或滑油）将热量带走的对流冷却方式是更重要的降温措施，因为其可以使冷却对象始终保持较低的温度。所以，可靠有效的冷却系统已成为涡轮部件的重要组成部分。JT3D-3B发动机涡轮部件，双转子、4级涡轮（1级高压、3级低压）高压转子为悬臂式，低压转子为简直式4.2涡轮转子涡轮转子是涡轮部件的总称由转子叶片、涡轮盘、涡轮轴等零件组成，在多级涡轮中还有盘间联接零件

4、功用：把高温、高压燃气的大部分热能和压力能转变为旋转的机械能带动压气机和其他附件应注意的问题：转子零部件的自身强度、盘与轴、盘与盘的联接、转子叶片与盘的联接一.盘与轴的联接盘轴连接处传递的负荷很大，包括：扭矩、转子重量、惯性力及不平衡力引起的弯矩、机动飞行时的陀螺力矩、气体轴向力以及转子不平衡、燃气压力脉动等原因造成的振动负荷。联接要求：（1）连接处有足够的强度和刚度，不会削弱轮盘和轴，能可靠的传递各种负荷（2）盘与轴在转配、工作时能够可靠的定心，不会破坏转子的平衡盘与轴的联接方式（1）不可拆的盘轴联接：径向销钉

5、联接、焊接、锻制成整体件（2）可拆式的盘轴联接：使用连接件将盘和轴联接起来，常用联接件有：长螺栓、短螺栓、套齿等典型的不可拆结构——销钉联接利用特制安装边上圆柱面的紧度配合，在组合好的安装边上钻孔、铰孔、并压入径向销钉，为防止销钉旋转时飞出，借助其他零件挡住。该方案结构简单，轻巧，加工方便，强度、刚性均较满意。典型的不可拆结构——焊接一种最简单的不可拆结构，中间没有连接件，重量最轻，对材料的利用率和工艺性较合理。但需要确保盘轴的同心度，以及不同材料对焊接的影响，对焊接工艺要求很高，焊接质量将成为连接可靠性的关键。

6、典型的不可拆结构盘轴锻制成整体件受到材料利用率低、锻造困难的限制，仅用于小型燃气轮机中，通常是将盘和短轴锻制成整体件。可拆式的盘轴连接利用连接件将盘与轴联结起来，局部受力很复杂，使得联结强度和刚度都受到影响。常用连接件：长螺栓、短螺栓、套齿。螺栓连接J57发动机高压涡轮转子，盘轴借24个螺栓连接，靠盘轴接触端面的摩擦力传递扭矩，圆柱面做定心用。A处的“z”形轴颈，其薄壁圆柱段起着“热节流”作用，并可通气冷却，减少了向轴承的传递，还缩短了盘与轴间的距离，提高了转子的刚性。套齿连接套齿连接第一级高压涡轮采用套齿传扭、

7、圆柱面定心、大螺母压紧。结构简单、装拆方便，减少了盘向轴的传热。二.盘与盘的联接盘与盘的联接应有足够的强度和刚度、可靠定心、还应考虑到级数与联接部分较多对整个涡轮的影响。为减少热应力，通常对整个转子的轴向与径向采用热补偿措施；为便于装拆，盘与盘的联接方案应与静子部件的结构形式协调；为有效的减小涡轮径向间隙和转子的振动，对于悬臂式转子的刚性应予足够的重视。联接方式（1）不可拆的盘盘联接：用于级数较少的涡轮转子（2）可拆式的盘盘联接：使用长、短螺栓将盘和盘联接起来（1）不可拆的盘盘联接：用于级数较少的涡轮转子WP6的

8、不可拆两级涡轮转子，由两级轮盘、叶片、承力环和涡轮轴组成。承力环做成圆锥形，可以补偿两端温度，减小热应力，同时既具有足够的刚度又减少了重量。（2）可拆式的盘盘联接：使用长、短螺栓将盘和盘联接起来WJ6的可拆三级涡轮转子，是种可拆卸的悬臂式转子每级盘前后端面都有联接凸台，利用5根长螺栓和5根短螺栓相互与轴联接在一起。三.转子叶片介绍及其与盘的联接转子叶片：将高温燃气的能量转