发动机构造涡轮分析.ppt

（b）内部冷却式机匣 内部冷却式机匣如图4-64，涡轮机匣内表面上装有块状的底座，用以保护外环，这底座可与导向器叶片作成一体，成为叶片的外冠，外冠用螺钉固定在机匣上，外叶冠与机匣之间有间隙，形成双层壁，将燃烧室的二股气流引入此间隙中进行冷却和隔热，使机匣内表面不与高温燃气接触，这种涡轮机匣在发动机工作过程中膨胀较少，涡轮径向间隙比较稳定，并且热应力较小，不致出现收缩变形，翘曲及裂纹等故障。 图4-64 内部冷却式机匣 （c） 主动间隙控制 为了在各种工作状态下均能保持最佳涡轮径向间隙，目前一些发动机采用主动间隙控制技术，这种新技术根据发动机的工作状态，人为控制机匣的膨胀量，以保证涡轮径向间隙最小。通常是在涡轮机匣外面加上数圈冷气管。 JT9D高压涡轮机匣外冷却气管 CFM56发动机就是采用这种调节规律。它的高压涡轮机匣外面罩一个集气环形成集气室，根据控制径向间隙的要求，在不同的工作状态下引来不同温度的冷却空气。在慢车及起飞时，供给高压第九级后较热的空气，避免叶尖和机匣相碰；巡航状态下，供入高压第五级后的空气，以取得较小的径向间隙；爬升时则引入高压第五级和第九级后的混合气。 图4-65 主动机匣间隙控制 采用按飞行高度来调节时，当飞行高度达到一定值后，即接近巡航状态后，气压开关起作用，打开冷却空气开关，对机匣进行冷却，保证在巡航中有较小的叶尖间隙。如图4-66所示是JT9D发动机涡轮机匣外采用的一种冷气管的结构，通过环绕在机匣外面的几根导管向机匣喷射冷却空气，以控制机匣的膨胀量。开始使用时导管为圆形截面，喷射孔的排数较少，五根导管上有8排孔，后来改用矩形截面的导管和17排孔。并将冷却空气喷向机匣上较为广泛的区域，从而使冷却空气量减少，冷却效果提高，巡航耗油率降低。JT9D发动机采用此技术后使燃油消耗率降低了0.5%。 图4-66 JT9D高压涡轮机匣外冷却气管 类似的措施在现代民用航空发动机上（如CF6、PW4000、V2500等）也得到广泛的应用。图4-67所示是PW4000发动机涡轮机匣外采用的一种冷气管的结构。 图4-67 PW4000发动机涡轮机匣外采用的冷气管结构 随着发动机增压比和涡轮前进口温度的不断提高，目前大型运输机的发动机上不仅涡轮部件采用主动控制技术，而且在高压压气机后级往往也采用这种技术。例如PW4000，它采用了“热效”转子。即在起飞和巡航过程中，将压气机第9级和第15级的空气引入转子内腔，以保持较小的径向间隙。 但是，采用主动间隙控制，要增加冷却空气的消耗量，造成发动机推力下降。同时还会使发动机的结构复杂、重量增加。 4.4.2 导向器 导向器的组成与功用： 导向器是由导向器内、外环和一组导向叶片所组成。导向器两个相邻叶片间的通道是收敛形的，导向器的功用是使气流通过它时进行膨胀，将燃气的部分热能转变为动能，并使气流方向改变，以满足工作轮所要求的进口气流方向。 导向器的工作条件： 导向器的工作条件十分恶劣，表现在：第一级导向器紧接在燃烧室出口，导向叶片处于燃气流的包围中，温度高且分布不均，最易烧伤，叶片直接和高温燃气接触，燃气中的游离氧和硫对叶片表面有着强烈的氧化、腐蚀作用，各零件内热应力大，工作时导向叶片又受冷热疲劳，所以极易产生疲劳裂纹；此外导向叶片还要承受燃气的气动力、气流脉动所造成的振动负荷等。因此，必须在选材、结构、冷却、表面防护等方面采取措施。 导向叶片： 导向叶片一般采用耐高温合金制造，特别是第一级导向叶片的材料是发动机中耐热要求最高的。为了提高涡轮前的温度以及使叶片叶型各部分厚度趋于一致以减小热应力，导向叶片多采用空心带冷却的叶片。由于耐高温合金硬度大，机械加工困难，叶片多采用精密铸造后抛光而成。有些发动机上叶片表面涂有隔热涂层。 可调导向器排气面积： 涡轮导向器（特别是第一级导向器）排气面积的大小，直接关系到经过发动机的空气流量。在双转子发动机中，排气面积的大小还对高、低压转子的转速差有较大的影响，因此，在装配导向器时，要对排气面积进行测量和调整，以满足发动机的要求。 一、第一级导向器 第一级导向器紧接在燃烧室出口，它的内外环可以靠燃烧室内、外机匣支承，一般呈双支点形式，有些发动机涡轮前轴承的力要通过此处传出，因此在结构上要很好地处理固定传力与允许零件自由膨胀之间的关系。 图4-68 第一级导向叶片固定形式 为了减小热应力，导向叶片采用的联接方案通常有两端自由支承，一端固定，一端自由支承，以及由两片或更多片导向叶片固接在一起的叶片组。 图4-69