第二章压气机

6
2.2轴流式压气机
轴流式压气机转子 转子是一个高速旋转对气流做功的组合件。在双转子涡 喷发动机中，压气机又分为低压转子和高压转子；在双转子 涡扇发动机中．低压转子就是风扇转子．或者是风扇转子和 低压压气机转子的组合。压气机转子一船是简支的，也有些 是悬臂 轴流式压气机静子
静子是静子组合件的总称，包括机匣和整流器。在单 转子涡喷发动机中，压气机机匣由进气装置、整流器机匣 和扩压器机匣组成。在双转子压气机中，在风扇和压气机 之间还有一个分流机匣，将内、外涵道的气流分开；在高、 低压压气机之间有一个中介机匣，将气流由低压压气机顺 利引入高压压气机。
37
2.6 榫头
38
2.6 榫头
槽向固定的方式很多，通常采用卡圈、锁片、档销等锁紧 方式或复合方式，也可利用其他结构件固定，如封严环、径向 销钉等。要根据具体结构和槽向力的大小来选择固定方式。
39
2.6 榫头
40
2.7 轴流式压气机静子
轴流式压气机静子是压气机中不旋转的部分，由机匣 和静子叶片组件组成 一、整流器机匣 整流器机匣是发动机的主要承力壳体之一，又是气流通道的 外壁。因此，对机匣结构设计的要求是： 1）在重量轻的条件下，具有足够的轻度，可靠承受各种载荷； 2）具有足够的刚度，保证在各种载荷作用下，机匣的径向变形 和横向变形在允许范围内； 3）保证各段机匣之间的同心和机匣与转子的同心； 4）具有包容性，保证在叶片折断或轮盘破裂不被击穿； 5）采取措施减少漏气损失和与转子之间的径向间隙，提高 压气机效率； 6) 装配方便，工艺性好。还要维修性好，并具有可检测性。 41 整流器机匣的方案有整体式、分半式和分段式三种。
19
V2500焊接式转子
20
2.4 鼓盘式转子
2．可拆却的鼓盘式转子 将在装配以后可以根据使用和维修的需要再进行无损 分解的转子称为可拆卸转子。 可拆卸的鼓盘式转子有用拉杆联接、短螺栓联接和长 铀螺栓联接等几种。 用拉杆联接的可拆卸鼓盘式转子是用若干根拉杆将轮 盘、鼓简和半轴等基本构件联成一体。工作时，转子各级 间联接的可靠性和整体刚度依靠拉杆的拉紧力来保证。
33
2.6 榫头
A)燕尾形榫头。燕尾形榫头依榫槽的走向不同有两种形式。 燕尾形榫头的优点是榫头尺寸小，重量较轻。并能承受较大 的负荷；纵向榫槽可采用拉削加工，生产率高，加工方便， 所以在压气机上普遍采用。它的主要缺点是槽底的受力面积 小，不能承受过大载荷或安装更多时片。
34
2.6 榫头
下图所示的榫头形式广泛应用于英、美发动机上。其上面专 门作出平台包容叶根型面。在平台与燕尾型榫头之间有一段 过渡段，称为中间叶根，各转接面间均用四角过渡．以减小 应力集中。
13
2.3 轴流式压气机转子的基本结构
加强的盘式转子
14
2.3 轴流式压气机转子的基本结构
鼓盘式转子由若干个轮盘，鼓简和前、后半轴组成。 盘缘有不同形式的榫槽用来安装转子叶片。级间联接可采 用焊接、径向销钉、轴向螺栓或拉杆。转子叶片、轮盘和 鼓简的离心力由轮盘和鼓筒共同承受．扭矩经鼓筒逐级传 给轮盘和转子叶片，转子的横向刚性由鼓筒和连接件保证。
7
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。
15
鼓盘式转子
16
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。
17
2.4 鼓盘式转子
2.5 工作叶片
28
2.5 工作叶片
29
2.5 工作叶片
为了进一步提高压气机级效率,扩大压气机稳定裕度范围， 在一些近期投入使用和正在研制的发动机(如RB211 535E4， V2500，PW2037，PW4000等)中，普遍采用可控扩散叶型及 端部过弯叶身的叶片，收到良好的效果。 采用了可控扩散叶型、叶型厚度及曲率按最佳分布，基 本消除了附面层的分离，增加了压气机有效流通面积，提高 了压气机效率。另外，这种叶型的叶弦较宽．前、后绿较厚， 因而抗腐蚀和抗冲击性好． 端部过弯叶身是为了减少叶片两端壁附面层所造成的二 次损失，因而将叶身(包括静子叶片叶身)尖端和根部前、后绕 特别地加以弯曲。 采用了可控扩散叶型．并将叶身两端的前、后缘过度地 弯曲，形成了新一代的高效能叶片，使压气机的级效率及压 气机的特性得到了进一步的提高。 30
2
第二章 压气机
在航空燃气涡轮发动机中．一船采用了3种 基本类型的压气机：
• 离心式压气机 气机
转动部分
导风轮、离心叶轮、转轴等
静止部分
进气装置、叶轮前壁、后壁、扩压器、机匣组等
4
2.1离心式压气机
典型的离心式压气机的叶轮
5
2.1离心式压气机 优点
24
2.4 鼓盘式转子
25
2.4 鼓盘式转子
26
2.5 工作叶片
工作叶片是轴流式压气机重要零件之一，它直接影响压气机的气动 性能、工作可靠性、重量及成本等。由于它不仅受较高的离心负荷、气 动负荷、大气温差负荷及振动的交变负荷影响．同时还受到发动机进气 道外来物的冲击，受风沙、潮湿的侵蚀等、因而在使用中压气机工作叶 片比压气机的其他零部件故障要多得多。因此，无论在设计、制造，还 是使用维修中，在叶片方面耗费的劳动较多，成本也高。 压气机叶片的机身是扭转的 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。一般减振凸台位于距叶根约50％一 70％叶高处。 目前，已有些发动机(如RB211-535E4，V2500等)用宽叶弦的风扇 叶片取代有减振凸台的窄叶弦的风扇叶片，叶片的弦长较原来增加了 40％左右。为了解决重量问题，采用了将钛蒙皮在真空中利用活性扩 散粘合刑枯合在钻蜂窝骨架上的特殊结构。 27
单级增压比高，一级的增压比可达4：1—5：1，甚至 更高；同时离心式压气机稳定的工作范围宽；结构简单 可靠；重量轻，所需的启动功率小，多用于小型燃气涡 轮发动机。
缺点
流动损失大，尤其是级间损失更大，不适于用多级， 最多两级，正因为这样，离心式压气机的效率较低。一 般离心式压气机的效率最高只有83％—85％，甚至不到 80％。另外，离心式压气机单位面积的流通能力低，故 迎风面积大，阻力也大。
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。 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 子的逐渐增多
2.5 工作叶片
31
2.5 工作叶片
32
2.6 榫头
工作叶片通过榫头实现与轮盘的联接。因此，对榫的主 要设计要求是： 1)在尺寸小，重量轻的条件下，将叶身所受的负荷可 靠地传递给轮盘； 2)保证工作时片的准确定位和可靠固定； 3)应有足够的强度、适宜的刚性及合理的受力状态， 尽量避免应力集中 4)结构简单、装拆方便。 目前铀流式压气机转子叶片榫头形式有三种: A）燕尾式 B）销钉式 C)枞树式
21
22
2.4 鼓盘式转子
23
2.4 鼓盘式转子
3．混合式的鼓盘传子 所谓混合式的压气机转子是由若干大段组成，每一大 段是由若干级焊接而成的不可拆卸转子、而大段之间是通 过短螺栓联接组成可拆卸的转子。这种形式的转子结构， 兼有可拆卸转子和不可拆卸转子的优点．对制造技术和装 配工艺的要求不太高、同时也给设计者提供了广阔的选择 空间。对于级数较多的压气机，由于压气机前后的温差比 较大．所以要用不同的材料制造。另外．从检查、维修和 更换方便的角度考虑，整体式不可拆卸的转子也多有不利 之处。所以，目前在现代发动机的高压压气机转子中，较 多的还是采用混合式转子。在焊接的转子上，当前、后段 由不同材料制成时，目前均采用螺纹联接方案。
11
2.3 轴流式压气机转子的基本结构
鼓式转子
12
2.3 轴流式压气机转子的基本结构
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。盘缘有不同形式的榫槽用来安装转子叶片。 盘心加工成不同的形式．即用补同的方法在共同的铀上定 心和传扭。转子叶片和轮盘的离心力由轮盘承受．转子的 抗弯刚性由轴保证。盘式转子的优点是承受离心载荷能力 强．但是抗弯刚性差。为了提高转于的抗弯刚性．在盘式 转于中，盘缘间增添了定距环，并将轴的直径加租，称为 加强的盘式转子。
35
2.6 榫头
B)销钉式榫头。目前轴流式压气机购销钉式榫头多采用凸耳 铰接的方案。销钉式榫头的优点是工艺装配简单，不用专门 设备加工，对于单个生产和试验用的发动机有一定的优越性。 同时铰接的销钉式榫头是消除叶片危险性共振的有效措施之 一。但这种样头承载能力有限，尺寸和重量大。