发动机构造第2章压气机
发动机构造第2章压气机
图示导风轮在自由状态，叶片排 气边缘端面与叶轮叶片端面间有 0.463 ～ 0.523 毫 米 的 轴 向 间 隙 。 用螺栓将导风轮、叶轮轴与叶轮 拧紧后，此轴向间隙减小到不大 于 0.06 毫 米 。 此 时 ， 在 导 风 轮 叶 尖产生0.345～0.53毫米的紧度， 使叶片的联接刚性提高。
危害：冰层会引起发动机进气面积缩小，减小发动机的空气流量，使发动机的性能变坏，严 重时还可能引起压气机喘振。此外，由于发动机振动，冰层可能破裂，冰块被吸入发动机内会打 伤叶片，甚至会使整台发动机损坏。
要求：防冰系统必须保证在飞机飞行范围内有效地防止结冰。防冰系统的工作必须可靠，同时要 求重量轻，便于安装和维修，工作时不至引起发动机性能的很大损失。
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由表2-1可以看出：
轴流式压气机的增压比大，效率高，单位空气流量大，这就意味着在相同外廓尺寸条件下，采用轴流 式压气机的发动机推力大，耗油率低。所以，目前航空燃气涡轮发动机上，特别是在大、中推力的发 动机上几乎全部采用轴流式压气机。 离心式压气机最先使用在航空发动机上，有着丰富的设计和使用经验，而且结构简单，生存能力强， 目前主要使用于教练机、导弹、靶机等小型动力装置和辅助动力装置上. 在直升机的动力装置中，则广泛采用混合式的压气机。
2005年5月15日，中国国际航空公司一架空客 A319型客机从杭州飞往广州途中，在5000米高空与 一只飞鸟相撞，机头雷达防护罩撞出一个比脸盆还 大的凹坑。撞击位置距离飞行员驾驶舱仅有1米多。
2.1.1 离心式压气机的组成
第2.1节 离心式压气机
离心式压气机由转动部分与静止部分组成。转 动部分包括导风轮、离心叶轮以及带动它们的 转子轴。
静止部分由进气装置、叶轮前壁、后壁、扩压 器以及支承转动部分的机匣化
航空发动机压气机
2.1 离心式压气机 2.2 轴流式压气机 2.3 轴流式压气机转子的基本结构 2.4 鼓盘式转子 2.5 工作叶片 2.6 榫头 2.7 轴流式压气机静子 2.8 压气机防喘系统 2.9 防冰系统 2.10 封气装置
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第二章 压气机
压气机是用来提高进入发动机内的空气压力，供给发动机工作 时所需要的压缩空气，也可以为座舱增压、涡轮散热和其他发动机 的起动提供压缩空气。
不可拆卸的转子重量轻、结构简单、有足够的横向刚性，能 良好地定心和可靠地传力，因而曾被广泛采用。在结构许可的 条件下，采用焊接或整体加工成型的转子，有利于减轻转子重 量，提高工作可靠性，改进转子的平衡性，便于生产中的质量 控制，是重要的发展方向。
随着焊接技术的发展，在现代先进发动机中采用焊接式转 18
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2.2轴流式压气机
空气在轴流式压气机中的流动方向大致平行于工作 轮轴．所以称为轴流式压气机：它的流动特点使其在结 构上容易组织多级压缩，以每一级都较低的增压压力比 获得较高的压气机总增压压力比。一般每级的增压压力 比在1．15～1．35之间，使得空气流经每级叶片通道时 无需急剧地改变方向，这样就减少了流动损失，因而压 气机效率高。特别是大流量时，轴流式压气机较离心式 压气机更容易获得较高的压气机效率，一般轴流式压气 机效率可达87％以上，而离心式压气机效率最高在84 ％—85％、与离心式压气机相比，多级轴流式压气机还 具有大流量，高效率、小迎风面积等优点．所以现代航 空用燃气涡轮发动机中多采用多级轴流式压气机。
1．不可拆却的鼓盘式转子 不可拆卸的鼓盘式转子的级间联接常用圆柱面紧度配合加径
向销钉联接和焊接两种方法．这两种方法在完成装配后都不可能 再进行无损分解。在先进的F119发动机上是直接整体加上成型。
航空发动机原理与构造
航空发动机原理与构造
航空发动机是飞机的核心动力装置，是实现飞行的关键部件。
它的原理和构造包括以下几个方面：
1. 空气进气系统：航空发动机通过空气进气系统将大量空气引入发动机内部，提供所需的氧气。
空气进气系统通常包括进气道、进气口和进气滤清器。
2. 压气机：压气机是航空发动机的核心部件之一，负责将进气的空气进行压缩，增加其密度和压力。
常见的压气机有离心式压气机和轴流式压气机两种类型。
3. 燃烧室：燃烧室是航空发动机中进行燃烧反应的地方，通过将燃料和空气混合并点燃，产生高温高压的燃烧气体。
燃烧室通常包括燃烧室壁、燃烧室蓄压器、喷嘴等组成部分。
4. 高压涡轮：高压涡轮是航空发动机中的重要组成部分，负责驱动压气机和燃烧室。
它通过从排气气流中获得的能量，将其转化为机械能驱动发动机的其他部件。
5. 排气系统：排气系统将燃烧后的废气排出发动机，通常包括排气管和喷口。
排气系统的设计能够减少噪音和排放，提高发动机的效率。
航空发动机的构造复杂，设计精密，能够根据不同的飞行要求提供合适的推力。
它由众多的零部件组成，如涡轮盘、轴承、涡管、压气机叶片、燃烧器等。
这些部件经过严格的工艺加工
和精密装配，以确保发动机的正常工作和高效性能。
总之，航空发动机的原理和构造是复杂而精密的，它是现代航空技术的关键之一。
通过不断的技术创新和改进，航空发动机的效率和可靠性不断提高，为飞机的飞行提供强大的动力支持。
压气机工作原理
压气机工作原理压气机是一种用于增压空气或气体的机械设备，其工作原理主要是通过旋转的叶片或叶轮来增加气体的压力和流速。
压气机广泛应用于空气压缩、燃气轮机、涡轮增压器等领域，在工业生产和航空航天等领域起着至关重要的作用。
压气机的工作原理主要包括压气机的结构和工作过程两个方面。
首先，我们来看一下压气机的结构。
压气机通常由叶轮、壳体、进气口、出气口、轴承和密封装置等部件组成。
其中，叶轮是压气机的核心部件，其叶片的形状和排列方式直接影响着气体的压缩效果。
壳体则起着固定和导向气流的作用，进气口和出气口分别用于引入和排出气体，轴承和密封装置则保证了叶轮的稳定运转和密封性能。
接下来，我们来介绍一下压气机的工作过程。
当压气机启动时，气体通过进气口进入压气机，并被叶轮的旋转所带动。
在叶轮的作用下，气体被迫向叶片间隙内流动，同时叶片的旋转也使气体产生了一定的动能。
随着叶轮的旋转，气体逐渐被压缩，流速增加，压力也随之升高。
最终，经过叶轮的作用，气体被压缩成所需的压力和流量，然后从出气口排出，完成了增压的过程。
在压气机的工作过程中，需要注意的是叶轮的旋转速度、叶片的形状和数量、进气口和出气口的位置等参数都会对压气机的工作效果产生影响。
合理的设计和选择这些参数，可以提高压气机的效率和性能，降低能耗和噪音，延长设备的使用寿命。
总的来说，压气机的工作原理是通过叶轮的旋转来增加气体的压力和流速，从而实现气体的增压。
压气机在工业生产和航空航天等领域有着广泛的应用，对于提高生产效率、降低能耗、保障设备安全运行等方面起着至关重要的作用。
因此，深入了解压气机的工作原理对于工程技术人员和相关行业的从业人员来说是非常重要的。
通过不断学习和实践，我们可以更好地掌握压气机的工作原理，提高设备的使用效率，推动相关行业的发展。
压气机工作原理
压气机工作原理压气机是一种用来增加气体压力的机械设备，它在许多工业领域都有着广泛的应用。
压气机的工作原理是通过机械作用将气体压缩，从而提高气体的压力。
在本文中，我们将详细介绍压气机的工作原理及其相关知识。
首先，压气机的工作原理可以分为动力循环和压缩循环两个方面。
动力循环是指通过外部动力源（如电动机、发动机等）驱动压气机的转子或活塞运动，从而产生压缩作用。
而压缩循环则是指在压气机内部，气体经过多级压缩，从而提高气体的压力。
这两个循环相互作用，共同完成了压气机的工作过程。
其次，压气机的工作原理与其结构密切相关。
一般来说，压气机主要由压缩机、动力机和控制系统组成。
其中，压缩机是实现气体压缩的核心部件，其工作原理是通过转子或活塞等机械装置对气体进行压缩。
动力机则是提供动力驱动压缩机运转，如电动机、内燃机等。
控制系统则是对压气机进行监控和调节，确保其正常运行。
另外，压气机的工作原理还与气体的物理性质有关。
在进行压缩过程中，气体的温度和压力会发生变化，这需要考虑到气体的热力学性质。
在实际应用中，需要根据气体的性质和使用要求，选择合适的压气机类型和工作参数，以确保其正常、高效地工作。
此外，压气机的工作原理还与其应用领域密切相关。
不同的工业领域对压气机的要求也不同，有些需要高压力、大流量的气体，有些则需要稳定的气体压力和流量。
因此，在选择和设计压气机时，需要充分考虑其工作原理和特性，以满足不同领域的需求。
总的来说，压气机的工作原理涉及动力循环、压缩循环、结构特点、气体性质和应用领域等多个方面，需要综合考虑。
只有深入理解其工作原理，才能更好地应用和维护压气机，确保其正常、高效地工作。
希望本文能够对读者有所帮助，谢谢阅读！。
航空发动机压气机
鼓盘式转子
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2.4 鼓盘式转子
鼓盘式转子兼有鼓式转子的抗弯刚性和盘式转子的承受 大离心载荷的能力，因而得到广泛应用．特别是在现代涡扇 发动机的高压压气机上。鼓盘式转子的结构方案繁多，按其 级间联接的特点，可分为不可拆卸的转子、可拆卸的转子和 部分不可拆卸部分可拆卸的混合式转子三大类。
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2.4 鼓盘式转子
1．不可拆却的鼓盘式转子 不可拆卸的鼓盘式转子的级间联接常用圆柱面紧度配合加径
向销钉联接和焊接两种方法．这两种方法在完成装配后都不可能 再进行无损分解。在先进的F119发动机上是直接整体加上成型。
WP6．WP7、WP8，WPl 3发动机的压气机都采用了圆柱面紧 度配合加径向销钉联接的鼓盘式转子。这种结构利用热胀冷缩原 理使圆柱面配合后产生紧度，圆柱而加径向销钉保证转子级间联 接后的定心，靠径向销钉和配合而摩擦力传递扭距。
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2.2 轴流式压气机
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2.3 轴流式压气机转子的基本结构
压气机转子的基本型式有三种： 鼓式转子、盘式转子、鼓盘式转子
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2.3 轴流式压气机转子的基本结构
鼓式转子的基本构件是一圆柱形、橄榄形或圆锥形鼓 简(视气流通道形式而定)，借安装边和螺栓与前、后半轴 联接。在鼓筒外表面加工有环槽或纵槽，用来安装转于叶 片。作用在转子上的主要负荷(叶片和鼓筒的离心力、弯矩 和扭矩)由鼓简承受和传递。鼓式转子的优点是抗弯刚性好、 结构简单，但是承受离心载荷能力差，故只能在圆周速度 较低(不大于180-200 m／s)的条件下使用。如早期的压气机、 现代大流量比涡扇发动机的低压转子上。民用期贝发动机 低压压气机转子为鼓式转子．
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2.2轴流式压气机
空气在轴流式压气机中的流动方向大致平行于工作 轮轴．所以称为轴流式压气机：它的流动特点使其在结 构上容易组织多级压缩，以每一级都较低的增压压力比 获得较高的压气机总增压压力比。一般每级的增压压力 比在1．15～1．35之间，使得空气流经每级叶片通道时 无需急剧地改变方向，这样就减少了流动损失，因而压 气机效率高。特别是大流量时，轴流式压气机较离心式 压气机更容易获得较高的压气机效率，一般轴流式压气 机效率可达87％以上，而离心式压气机效率最高在84 ％—85％、与离心式压气机相比，多级轴流式压气机还 具有大流量，高效率、小迎风面积等优点．所以现代航 空用燃气涡轮发动机中多采用多级轴流式压气机。
压气机工作原理
压气机工作原理压气机是一种用来增加气体压力的机械设备，它在各种工业领域中都有着广泛的应用。
在飞机的发动机中，压气机起着至关重要的作用，它能够将空气压缩，提高空气压力，为燃烧提供必要的氧气，从而推动飞机飞行。
那么，压气机是如何工作的呢？接下来，我们将详细介绍压气机的工作原理。
首先，压气机的工作原理可以简单地理解为通过叶片的旋转来增加气体的压力。
当空气进入压气机时，它会被叶片所围绕，随着叶片的旋转，空气被迫不断地受到挤压，从而增加了空气的压力。
这种方式类似于风扇的工作原理，但压气机的压缩效果更为显著。
其次，压气机的工作原理还涉及到了多级压缩的概念。
在压气机内部，通常会设置多个级别的叶片，每个级别都会对空气进行一次压缩，最终将空气的压力提高到所需的水平。
这种多级压缩的设计能够有效地提高压气机的效率，使得压缩过程更加充分和均匀。
另外，压气机的工作原理还包括了适当的冷却和润滑措施。
由于压气机在工作过程中会产生大量的热量，如果不及时散热，就会对设备造成损坏。
因此，压气机通常会采用冷却系统来降低温度，确保设备的正常运行。
同时，润滑系统也是不可或缺的，它能够减少叶片之间的摩擦，延长设备的使用寿命。
最后，压气机的工作原理还与叶片的设计和材料选择有关。
为了能够更好地实现空气的压缩，压气机的叶片通常会采用空气动力学设计，以确保空气能够在叶片上得到充分的压缩。
同时，叶片的材料也需要具有较高的强度和耐磨性，以承受高速旋转和持续的压缩工作。
综上所述，压气机的工作原理涉及到了空气压缩、多级压缩、冷却润滑和叶片设计等多个方面。
这些原理的相互作用，共同确保了压气机能够稳定、高效地工作，为各种工业设备和飞行器提供了必要的气体压力。
希望本文能够帮助大家更好地理解压气机的工作原理，为相关领域的工作者和爱好者提供一些参考和借鉴。
航空发动机结构
燃烧过程
01
02
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油气混合
燃油与压缩后的空气混合， 形成油气混合物。
燃烧反应
油气混合物在燃烧室内进 行燃烧反应，释放出大量 的热能和气体。
产生推力
燃烧产生的高温、高压气 体推动涡轮旋转，进而推 动飞机前进。
膨胀过程
燃气膨胀
01
燃烧后的高温、高压气体从燃烧室流出，进入涡轮后的扩压器。
降低压力
02
根据燃料类型，可分为燃油发动机和 燃气涡轮发动机。
根据用途，可分为民用发动机和军用 发动机。
根据工作原理，可分为活塞发动机和 喷气发动机。
02 发动机主要部件叶片对空气进 行压缩，为燃烧室提供高压空气。
压气机的效率直接影响到发动机的性 能和燃油消耗率，因此其设计和制造 要求非常高。
高强度材料
发动机中的转子、叶片等部 件需要承受高负荷，因此需 要使用高强度材料，如镍基 合金和钛合金等。
耐腐蚀材料
发动机在高温、高湿的环境 下工作，需要使用能够耐腐 蚀的材料，如不锈钢和镍基 合金等。
制造工艺流程
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铸造工艺
用于制造发动机中的涡轮叶片 、导向叶片等部件，通过将熔 融金属倒入模具中冷却成型。
振动问题
如发动机振动过大，需要检查发动机的平衡性、轴承状况 、气动稳定性等，找出振动源并采取相应措施。
保养建议
严格按照制造商提供的维护手册进行保养
按照制造商提供的保养计划，定期进行保养和检查，不要错过任何重 要的维护项目。
使用高品质的油液和耗材
选择高品质的机油、燃油、滑油等油液和耗材，可以减少发动机的磨 损和故障风险。
压气机通常由多级转子组成，每一级 转子都有一定数量的叶片，通过旋转 将空气逐级压缩。
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3. 采取结构措施增加导风轮叶片的刚性。
图示导风轮在自由状 态，叶片排气边缘端 面与叶轮叶片端面间 有0.463～0.523毫米 的轴向间隙。用螺栓 将导风轮、叶轮轴与 叶轮拧紧后，此轴向 间隙减小到不大于 0.06毫米。此时，在 导风轮叶尖产生 0.345 ～ 0.53 毫 米 的 紧度，使叶片的联接 刚性提高。
早期的离心叶轮叶片沿径向是直的，例如WP5发动机的离 心叶轮以及WP11发动机的离心叶轮。这种叶片设计与制造均 比较方便。当代的离心压气机为改善效率与特性，不但采用后 弯的、S型的叶片，而且在两个叶片之间还有较短的分流叶片。 这种叶轮加工比较困难，通常要在四座标或五座标数控铣床上 加工。此外，有些叶轮在槽道的壁面留有铣削的刀痕用以增加 叶轮的加功量。
为了将空气无冲击地引入离心叶轮，导风轮的叶片进气边 缘向转动的方向弯曲。为了满足气流进入转动部分的相对速度 的方向，进气边缘在叶尖弯曲比较多，而在叶根弯曲较少。
离心压气机的导风轮是由不锈钢精密铸造后经机械加工制 成。它有若干片带进气边缘扭向的叶片，叶片排气边缘在径向 线上。导风轮以中心孔安装定位在离心叶轮轴上，由离心叶轮 用销钉带动。
静止部分由进气装置、叶 轮前壁、后壁、扩压器以 及支承转动部分的机匣组 成。
典型离心式压气机
离心式压气机中压力和速度的变化
2.1.2 主要部件 一、导风轮
导风轮位于叶轮前部，其通道是收敛形的。它的功用是使 气流以一定的方向均匀地进入工作叶轮，以减小流动损失。空 气在流过它时速度增大，而压力和温度下降。
压气机提高空气压力的方法是利用高速旋转的 叶片对空气作功，将功转变为压力能。
压气机的类型
根据压气机的结构型式和气流的流动特点，压 气机可分为
离心式压气机 轴流式压气机 混合式压气机
表2-1 压气机主要参数的变化范围
压气机 叶尖圆周 类 型 速度(m/s)
增压比
效率
单位空气流量 压气机重量占发动
第2章 压气机
第2.1节 离心式压气机 第2.2节 轴流式压气机 第2.3节 进气和防冰装置 第2.4节 轴流式压气机转子结构 第2.5节 轴流式压气机静子结构 第2.6节 轴流式压气机的防喘机构
压气机的功用
压气机是航空燃气涡轮发动机中的一个重要组 成部分，它的主要功用是对流过它的空气进行压缩， 提高空气的压力，为燃气膨胀作功创造条件，以改 善发动机的经济性，增大发动机的推力。
WP5发动机离心压气机转子
4．采取结构措施增加导风轮叶片振动时的阻尼。例如， 可在导风轮叶片与离心叶轮叶片相邻的端面间涂以橡胶形成 阻尼。也可在端面开径向的槽，在槽内嵌入橡胶条，同样可 形成减振阻尼。
5．由于设计、造型，特别是工艺技术的进步，现代的离 心压气机多数已将导风轮与离心叶轮制成为一整体，没有单 独的导风轮零件，JT15D-4涡轮风扇发动机的离心压气机的转 子即是。这样不但流线光顺，不存在导风轮叶片与离心叶轮 叶片工作表面平滑衔接的问题，而且由根本上解决了悬臂的 导风轮叶片刚性差而引起的振动裂纹问题。但这种一体化的 转子在制造与检验方面需要更复杂的工艺装备。
悬臂式的导风轮叶片容易产生弯曲、扭转或局部振动。当在 某种工作转速下叶片产生共振时，导风轮叶片会产生裂纹、 掉块以致折断。此种故障曾在航空发动机上多次发生。
为改善导风轮工作的可靠性，可以采取如下的措施：
1．用抗疲劳性较好的材料来制造导风轮。例如，通常钢的抗 疲劳性优于铝合金，因此，经常用钢来制造导风轮，而离心 压气机的其余部分，例如离心叶轮，机匣用铝合金制造。
JT15D-4涡轮风扇发动机的离心压气机
二、离心叶轮
离心叶轮通常用铝合金、钢或钛合金锻件经机械加工制成。 为有效地利用叶轮外径的切线速度以提高叶轮对气流的加功量， 叶轮的进口要向中心收拢以使它的直径尽量减小。一般进口处 的外径相当叶轮外径的0.6~0.7。降低这一数值对提高叶轮的加 功能力十分有利。
(kg/s·m2)
机重量的百分比
离心式 450～480
4.5～4.8 （级增压比）
0.75～0.78
轴流式 280～400
6～30 （总增压比）
0.82～0.89
40～50 100～200Fra bibliotek20～25 25～35
由表2-1可以看出：
轴流式压气机的增压比大，效率高，单位空气流量大，这 就意味着在相同外廓尺寸条件下，采用轴流式压气机的发 动机推力大，耗油率低。所以，目前航空燃气涡轮发动机 上，特别是在大、中推力的发动机上几乎全部采用轴流式 压气机。
航空燃气涡轮发动机的离心式压气机通常采用叶片式的扩 压器。若干沿周向分布的叶片，使得由离心叶轮甩出的气流， 沿叶片组成的气流通道扩压。气流在这种扩压器内流动的路径 短，流动损失小。
WP11发动机的叶 片式扩压器是一个钣 金组合件。它由钣料 制成的叶片及前盖板、 后盖板组成。17片叶 片两侧各有三个榫头， 以它插入前、后盖板 相对应的槽内，用铜 钎焊固定。整个扩压 器用六个螺栓固定在 离心机匣上。
有的发动
机上采用了管 式扩压器。按 气流流线方向 弯曲的渐扩导 管将气流由径 向引到轴向， 同时在管内扩 压。这样可以 提高在稳定工 作状况下扩压 器的效率。
三、扩压器
扩压器位于叶轮的出口处，其通道是扩张形的，空气在流 过它时，将动能转变为压力位能，使速度下降，压力和温度都 上升。在离心式压气机中，通常压力的升高一半在叶轮中，另 一半在扩压器中。
最简单的扩压器是沿圆周通道面积逐渐加大的蜗壳式扩压 器。它的结构简单，特性平稳。但是，由于气流在扩压器内按 螺旋线展开流动，轨迹较长，所以流动损失较大。故它只用在 离心增压器中。
离心式压气机最先使用在航空发动机上，有着丰富的设计 和使用经验，而且结构简单，生存能力强，目前主要使用 于教练机、导弹、靶机等小型动力装置和辅助动力装置上.
在直升机的动力装置中，则广泛采用混合式的压气机。
第2.1节 离心式压气机
2.1.1 离心式压气机的组成
离心式压气机由转动部分 与静止部分组成。转动部 分包括导风轮、离心叶轮 以及带动它们的转子轴。