第三章-压气机转子
-压气机转子
2.压气机工作叶片结构
叶身
❖叶型：亚音、超音。 ❖叶尖切速：决定叶片的加功量。 ❖宽弦：提高抗外物打伤能力，减振。
端弯叶片
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
根部 (榫头)
2.压气机工作叶片结构
根部 (榫头)
❖叶片和盘的连接部分并将叶片的离 心力均匀加在盘缘上。
❖轴向燕尾型--广泛采用于风扇、压气 机中。
❖环形燕尾槽--用于高压后几级中。 ❖榫树型榫头--在压气机中较少使用。
（为什麽?）
2.压气机工作叶片结构
环型燕尾榫头
❖加工简单 ❖安装方便 ❖承受负荷小 ❖零件数目减少
2.压气机工作叶片结构
叶片在轮盘槽内的 固定
❖卡圈 ❖锁片 ❖锁板 ❖销钉
3.压气机轮盘结构
F404低压风扇
第一节 概 述
❖等内径设计
❖优点：提高末级叶片效率。 ❖缺点：对气体加功量小，级数多。
❖等中径设计
❖介于两者之间，一般均混合采用。
CFM56-5C高压压气机
第二节 轴流压气机转子
1. 转子的基本结构 2. 压气机工作叶片结构 3. 压气机轮盘结构 4. 转子平衡技术
1. 转子的基本结构
恰当半径：
❖盘的变形等于鼓的变形。
盘加强鼓：
❖盘的变形小于鼓的变形。
鼓加强盘：
❖盘的变形大于鼓的变形。
混合式转子
1. 转子的基本结构
二、转子的连结形式：
❖短螺栓连接 ❖焊接的盘鼓混合式转子 ❖销钉连接转子 ❖长螺栓连接转子
短螺栓连接转子
焊接的盘鼓混合式转子
销钉连接 转子
长螺栓连接转子
❖AL-31F
第三章 燃气轮机(1)
第三章燃气轮机燃气轮机（Gas Turbine）作为新型的动力设备，由于具有结构紧凑、单位功率重量轻、启动迅速、运行平稳且安全可靠等显著的优点，受到世人的广泛关注，应用的范围越来越广，已成为世界主要动力设备之一。
燃气轮机在电力、石化、冶金、交通等行业都有广泛应用，也是海上平台大型发电机组的主要动力之一。
燃气轮机的特点：（1）质量轻、体积小燃气轮机与活塞式内燃机相比，由于以高速回转运动代替了活塞的往复运动。
因而做到质量轻、体积小、功率大。
其比质量仅为内燃机的几分之一到几十分之一，且振动小、噪声低。
开式循环单机功率可达几十万千瓦。
燃气轮机的金属消耗量约为同功率汽轮机的l／4~l／6。
（2）水、电和润滑油的消耗省燃气轮机装置运行所需的水、电极少，甚至可以不用水和无电源起动。
润滑油消耗也较汽轮机或内燃机省。
因此，适用于缺水、缺电地区。
（3）燃料适应性强、公害少燃气轮机能燃用多种燃料和廉价燃料，如重油、原油、天然气等。
同一台机子可燃用液体或气体等几种燃料而其设备不需作很大变动。
排气比较干净，除NOx需加考虑外，对空气污染较少。
（4）起动快、自动化程度高工业燃气轮机从冷态起动、加速直到带上满负荷，一般只需3～15分钟。
易于实现集控、程控和遥控，操作简单，运行维护也较方便，甚至可以不需要现场运行人员。
燃气轮机目前在中小功率动力机械中尚未普遍应用，是因为还有一些缺点有待进一步研究解决。
主要是：（1）涡轮内是高温燃气、需用耐高温材料制造涡轮叶片，这必然增加生产成本；若采用冷却措施，又必然引起机械的复杂性。
（2）由于目前受到材料和冷却技术的限制，不能选用过高的燃气温度，因而单机热效率不如内燃机高，经济性较差，燃油消耗率一般在270g／kw·h以上。
若用复合循环，热效率固然可以提高，但结构复杂。
第一节燃气轮机的工作过程燃气轮机是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械，主要由压气机、加热工质的设备（燃烧室）、透平机三大部分组成。
燃气轮机教学ppt课件6压气机
轴流式压气机
n 一个亚声速级的压比只有1.05~1.28左右， n 一个超声速级的压比为1.5~2.0。 n 通常轴流式压气机都是多级的。
轴流式压气机
排气
T
排气
B轴
15级
B
C
进气
轴
进气
叶片越来越短 能量损失增加
离心式压气机
n 单级的压比高达3~8 n 但气体流动路线较曲折， 压缩效率较
低75％~85％。 n 受到材料强度的限制，工作叶轮的外
盘承受，使转子强度好。还可能达到最轻的质量。
在燃气轮机中应用广泛。 径向销钉转子 焊接转子
中心拉杆转子
径向销钉转子
盘鼓式转子
径向销钉孔周围应力集中 较严重，可能会产生裂纹。
径向销钉
主要在航空燃气轮机应用， 在重型燃机上基本不用。
花键传扭
盘鼓式 盘式
盘鼓式转子
焊接转子
—把轮盘在轮缘处焊接起来。
一个轮盘上装有数级动叶。 重型燃气轮机：电弧焊，工艺要求高。
二、压气机分类
活塞式压气机(又称容积式)
—利用气体容积的减少增压
供气压力较高 供气量较小 周期性的断续供气
伴随往复运动的振动
动力式压气机(又称叶片式)
—依靠高速旋转的叶片对气体做功实现压缩增压
供气压力相对低些 但供气量较大，且连续稳定
轴流式 气体流动方向大致平行于压气机旋转轴 离心式(径流式) 气体流动方向大致与旋转轴相垂直 混合式 同时具有轴流式与离心式工作轮叶片。
径向及圆周方向上都有梯度，且随时间而变，还需考虑气体粘性。
n 简化处理： n 取基元级，将三维流动简化为二维圆柱面流动的叠加； n 进一步简化： ①假设气流参数轴对称，或取周向平均值； ②气流的
西北工业大学航空发动机结构分析课后答案第3章压气机
第三章压气机1.航空燃气涡轮发动机中,两种基本类型压气机的优缺点有哪些？压气机类型优点缺点轴流式压气机增压比高、效率高、单位面积空气质量流量大、迎风面积小等。
结构复杂，零件数多，重量大。
成本高，维修不方便。
单级增压比低。
离心式压气机结构简单、零件数量少，成本低。
尺寸小、转子强度好，重量轻。
良好的工作可靠性。
稳定工作范围宽，维修方便。
单级增压比高迎风面积大。
效率低。
3.在盘鼓式转子中恰当半径是什么？在什么情况下是盘加强鼓？恰当半径：在盘鼓式转子中，随着圆周速度的增大，鼓筒和轮盘都会发生形变，这里有三种情况：一是在小半径处，轮盘的自由变形大于鼓筒的自由变形；二是在大半径处，轮盘的自由变形小于鼓筒的自由变形；三是在中间某个半径处，两者的自由变形相等。
对于第三种情况，联成一体后，相互没有约束，即没有力的作用，这个半径称为恰当半径。
在第二种情况下，实际变形处于两者自由变形之间，对于鼓筒，自由变形变小，轮盘则相反。
这种情况是盘加强鼓。
5.转子级间联接方法有哪些?转子级间联接方法有用拉杆联接、短螺栓连接和长轴螺栓连接等几种。
7.如何区分盘鼓式转子和加强的盘式转子？区分方法在于辨别转子的传扭方式。
鼓盘式转子靠鼓筒传扭，而加强的盘式转子主要靠轴来传扭。
9.风扇叶片叶身凸台的作用是什么？风扇叶片叶身凸台的作用：在叶片较长的情况下，为了避免发生危险的共振或颤震，叶身中部常常带一个减振凸台。
11.压气机机匣的功能是什么？压气机机匣是发动机的主要承力壳体之一，又是气流通道的外壁。
工作时，机匣承受静子的重力、惯性力，内外空气压差，整流器上的扭矩，轴向力，相邻组合件传来的弯矩、扭矩和轴向力等。
此外，机匣还承受着热负荷和振动负荷，传递支撑所受的各种载荷，如径向力、剪力和弯矩等。
13.列举整流叶片与机匣联接的三种基本方法。
一、在锻造的分半式机匣内，机匣壁较厚，整流叶片用各种形式的榫头直接固定在机匣内壁机械加工的特定环槽内。
二、整流叶片还可以通过焊接直接与机匣联接。
第三章 轴流压气机工作原理
第三章 轴流压气机的工作原理压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一，它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、高温气体。
根据压气机的结构和气流流动特点，可以把它分为两种主要型式：轴流式压气机和离心式压气机。
本章论述轴流式压气机的基本工作原理，重点介绍压气机基元级和压气机一级的流动特性及工作原理。
第一节 轴流压气机的增压比和效率轴流式压气机由两大部分组成，与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转子，外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。
转子上的叶片称为动叶，静子上的叶片称为静叶。
每一排动叶（包括动叶安装盘）和紧随其后的一排静叶（包括机匣）构成轴流式压气机的一级。
图3－1为一台10级轴流压气机，在第一级动叶前设有进口导流叶片（静叶）。
图3－1 多级轴流压气机压气机的增压比定义为 ***=1p p k k π （3－1） *k p ：压气机出口截面的总压；*1p ：压气机进口截面的总压；*号表示用滞止参数（总参数）来定义。
依据工程热力学有关热机热力循环的理论，对于燃气涡轮发动机来讲，在一定范围内，压气机出口的压力愈高，则燃气涡轮发动机的循环热效率也就愈高。
近六十年来，压气机的总增压比有了很大的提高，从早期的总增压比3.5左右，提高到目前的总增压比40以上。
图3－2 压气机的总增压比发展历程压气机的绝热效率定义为***=k adkkL L η （3－2） 效率公式定义的物理意义是将气体从*1p 压缩到*2p ，理想的、无摩擦的绝热等熵过程所需要的机械功*adk L 与实际的、有摩擦的、绝热熵增过程所需要的机械功k L *之比。
p 1*p k*1k adkL *k L *ad ksh *图3－3 压气机热力过程焓熵图 由热焓形式能量方程（2－5）式、绝热条件、等熵过程的气动关系式)1(11)(k k adk adk p p T T -****=和R k k c p 1-=可以得到 )1(1)(111--=-=-****k k k adk p adk RT k k T T c L π （3－3） )1(1)(111--=-=******T T RT k k T T c L k k p k （3－4） 将（3－3）和（3－4）式代入到（3－2）式，则得到1111--=**-**T T k k k k k πη （3－5）效率公式（3-5）式可以用来计算多级或单级压气机的绝热效率，也可以用来计算单排转子的绝热效率，只要*k p 和*k T 取相应出口截面处值即可。
燃气涡轮发动机(第二版)第3章
(2)大气温度
飞行速度保持不变时，大气 温度越低，空气越易于压缩，冲 压比越大；反之，大气温度越高， 冲压比越小。 飞行高度变化时，冲压 比是否变化，取决于大气温度的 变化。在11000米高度以下，飞行 高度升高时，大气温度降低，冲 压比增大；在11000米高度以上， 飞行高度改变时，大气温度保持 不变，冲压比也就保持不变。在 没有流动损失的情况下，冲压比 随飞行高度变化的情形，如图2— 5的曲线所示。
影响冲压比的因素
• 影响冲压比的因素有飞行速度(V)、大气温度(T0)和流动损 失。下面进行分析。 • (1)飞行速度 • 大气温度不变时，飞行速度越大，空气流过进气道时速度降 低得越多，有更多的动能用来提高空气的压力，所以飞行速 度增大时冲压比增大。 • 图2—4的曲线表示在没有流过损失的情况下。冲压比随飞行 速度变化的情形。图上表明，飞行速度增大时，冲压比增大， 而且飞行速度越大，冲压比增加得越快
燃气涡轮发动机（第二版）
第3章 发动机部件 刘成英
• 航空燃气涡轮喷气发动机主要由进气道（Intake）、压气 机（compressor）、燃烧室（combustion chamber）、涡 轮（turbine）、喷管（Exhaust）等部分构成。
•
3.1
• 3.1.1 1.类型 类型和参数
进气装置
安装在叶轮的进口处， 其通道是收敛形的
功用
使气流拐弯并以一定 方向均匀进入工作叶 轮, 以减小流动损失 此过程中气流加速， 防止出现拐弯分离流
气流参数变化
空气在流过它时速度 增大,而压力和温度 下降
叶轮：
1. 单面叶轮 2. 双面叶轮 叶轮高速旋转，对流过的空气做功，加速空气的 流速，同时提高空气压力。
压气机特性实验
发动机压气机转子工艺设计及夹具设计(有proe图CAD图)机械大学设计
三级转子是汽车发动机压气机的关键零件，发动机压气机转子是用来对空气作功产生反作用推力，并将空气压缩后送到燃烧室和涡轮；发动机转子由于在高转速下工作，承受着相当大的而且复杂的负荷，例如，扭矩、轴向力、径向方、陀螺力矩及振动等，因此对其加工要求十分严格。
而高精度加工在国内来讲也是制造业一个较困难的课题，叶型加工包含了多项高尖技术，蕴藏了巨大的科研价值和经济价值，所以研究叶型加工工装具有重要意义。
发动机压气机Ⅲ级转子就是这样一个零件，现以这个零件为例来研究叶型加工的工艺规程及夹具设计。
该转子的加工过程是比较复杂的，这是由零件本身的复杂程度所决定的。
加工该零件的最大难题之一就是要克服它的高精度要求。
对表面的车削加工；对叶形铣削加工；对成型面的车削加工；以及在直径87的圆周上钻头8个孔的钻削加工都是本次加工的重点中的重点。
且为了保证上述加工的精度，必须有针对性的对其进行专用夹具的设计，以求达到最好的效果。
目录摘要---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 ABSTRACT ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2第一章序论 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31.1工艺的内容 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31.1.1机械制造工艺的目标 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 1.2工艺的任务 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 1.3工艺规程的基本要求 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 41.3.1工艺规程的作用---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 41.3.2工艺规程的选择---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 41.3.3工艺规程的编制---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 51.3.4工艺规程的设计准则 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 51.3.5制定工艺规程的原始资料 --------------------------------------------------------------------------------------------- 61.3.6生产类型的工艺特征 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 第二章零件工艺方案制定------------------------------------------------------------------------------------------------------ 92.1零件分析------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 92.1.1零件的作用 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 92.1.2零件的工艺分析---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 2.2工艺规程设计 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 92.2.1确定毛坯的制造形式 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 92.2.2工艺路线的制订---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 92.2.3 工艺方案的比较与分析 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 11 2.3工艺过程卡的制做 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12第三章夹具设计----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 133.1机床夹具----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 133.1.1机床夹具的概述-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 133.1.2机床夹具的作用-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 133.1.3机床夹具的分类-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 153.1.4机床夹具的一般组成 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 153.1.5机床夹具的发展-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 153.1.6转子等分孔加工的专用夹具设计---------------------------------------------------------------------------------- 16 3.2定位误差----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 16 3.3四个专用夹具的设计 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 173.3.1精车一专用夹具的设计 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 173.3.2精车二的夹具设计----------------------------------------------------------------------------------------------------- 193.3.3钻孔夹具的设计-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 233.3.4铣叶型夹具的设计----------------------------------------------------------------------------------------------------- 26第四章设计总结----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 274.1工艺文件设计 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 27 4.2关键工序的工艺措施与实施效果 --------------------------------------------------------------------------------------- 27 4.3实际加工出现的问题及采取的相应措施------------------------------------------------------------------------------ 27第五章转子的计算机辅助设计---------------------------------------------------------------------------------------------- 315.1设计软件简介 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31 5.2传统设计方法与运用PRO/E软件设计方法的区别----------------------------------------------------------------- 32 5.3设计产品简介及PRO/E的设计优点 ----------------------------------------------------------------------------------- 33 5.4三级转子的设计 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 33 5.5小结----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 38总结--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 39参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 42摘要高精度叶型加工在国内来讲是制造业一个较困难的课题。
飞机发动机原理与结构—压气机
举例：CFM56 发动机低压压气机的转子采用的就是鼓式转子。
一. 轴流式压气机的结构
（1）鼓式转子
CFM56低压压气机的转子
一. 轴流式压气机的结构
（2）盘式转子
结构形式：盘式转子由一根轴和若干个轮盘组成，用轴将各级轮盘联成一体。
2
转子叶片
3
压气机静子
4 轴流式压气机的工作原理
二.转子叶片 1. 叶片叶身特点
特点：数量多，尺寸形状复杂 组成：叶身 + 榫头
二.转子叶片 1. 叶片叶身特点
（1）叶身扭转：叶尖处叶型弯度小，安装角大，叶根处叶型弯度大，安装角小； （2）减振凸台：减振；减小空气流量,效率下降，离心力增加； （3）加强筋：减震的一种形式； （4）宽弦叶片：叶栅通道面积大，喘振裕度大，级效率高，减振效果好；
二. 转子叶片
2. 榫 头
周向燕尾形榫头
——简单，加工费用低，允许单独更换，所以一般用于压气机后几级 （叶片小，相应的离心负荷小）。
周燕尾型榫头叶片
周燕尾型榫槽
二. 转子叶片
3. 叶片的槽向固定
（a）榫头凸块和锁片固定
作用：防止叶片沿槽向
移动。
固定方法：
• 卡圈 • 锁片 • 挡销
（b）挡销和锁片固定 （c）（d）锁片固定 （e）弹簧卡圈固定 （f）锁丝固定
优点：
• 增加刚性，改变叶片的固有频率，降低叶片根部的弯 曲扭转应力。
• 减震凸台结合面上喷涂耐磨合金，当叶片发生振动时， 结合面互相摩擦，可起阻尼减振的作用。
缺点：
• 增加叶片的重量，使叶片的离心负荷加大； • 连接处局部加厚，使流道面积减少2%，减少发动机的
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第三章压气机
第一节概述
第二节压气机转子
第四节压气机静子
第五节防冰装置、防喘装置等
1. 组成及分类
进气道、静子、转子、防喘系统、
防冰系统。
分类：轴流、离心、混合。
（气流，结构）
涡轮螺桨发动机
涡轮轴发动机
2.特点
进口处：
外物易打伤、结冰、腐蚀。
转速高：
叶片根部、轮盘承受负荷极大，平衡要求高。
对空气做功：
要求效率高、叶型设计
叶片高而薄：
易振动、高频疲劳。
3.要求解决的问题
转子有足够的刚性和强度；
抗外物打伤能力和包容能力强；
防喘、减缓振动，避免共振；
效率提高、重量轻、工作稳定可靠、
寿命长、成本低。
4. 气流通道形式
等外径设计
能充分提高叶片切向速度，加大加工量。
以减少压气机级数。
切向速度受到强度的限制。
多在压气机前面几级使用。
F404低压风扇
第一节概述
等内径设计
优点：提高末级叶片效率。
缺点：对气体加功量小，级数多。
等中径设计
介于两者之间，一般均混合采用。
CFM56-5C高压压气机
第二节轴流压气机转子
1. 转子的基本结构
2. 压气机工作叶片结构
3. 压气机轮盘结构
4. 转子平衡技术
1. 转子的基本结构
一、结构分类
鼓式转子
结构简单弯曲刚性好
转速受到限制(低于200米/秒)。
大流量比发动机增压级多采用。
鼓式转子—斯贝MK-202
1. 转子的基本结构
一、结构分类
盘式转子
盘的强度好
弯曲刚性差
盘易产生振动
盘式转子—PW4000
加强盘式转子SPEY 低压压气机转子
混合式转子
恰当半径：
盘的变形等于鼓的变形。
盘加强鼓：
盘的变形小于鼓的变形。
鼓加强盘：
盘的变形大于鼓的变形。
混合式转子
1. 转子的基本结构
二、转子的连结形式：
短螺栓连接
焊接的盘鼓混合式转子
销钉连接转子
长螺栓连接转子
短螺栓连接转子
焊接的盘鼓混合式转子
销钉连接转子
长螺栓连接转子
AL-31F
叶身
叶型：亚音、超音。
叶尖切速：决定叶片的加功量。
宽弦：提高抗外物打伤能力，减振。
端弯叶片
根部(榫头)
根部(榫头)
叶片和盘的连接部分并将叶片的离
心力均匀加在盘缘上。
轴向燕尾型--广泛采用于风扇、压气
机中。
环形燕尾槽--用于高压后几级中。
榫树型榫头--在压气机中较少使用。
（为什麽?）
环型燕尾榫头
加工简单
安装方便
承受负荷小
零件数目减少
叶片在轮盘槽内的固定
卡圈
锁片
锁板
销钉
作用
固定叶片并使叶片对气体作功。
负荷很大是重要零件。
剖面形状
外缘：视叶片尺寸而定。
内部：由强度而定，一般为对称。
中心：开孔愈大加厚愈大。
盘～轴作成一体简化结构
盘～叶片做成一体
（Blade+Disk＝Blisk）整体叶环
（Blade+Ring＝Bling）
压气机盘
风扇盘结构
静不平衡量：单位：牛顿* 米
动不平衡：单位：牛顿* 米*米。