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第2章 压气机 ; 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。
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。; 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 ; ; ;第2.1节 离心式压气机; 典型离心式压气机;离心式压气机中压力和速度的变化;???、导风轮;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。
2. 制造中检查并调整导风轮叶片的自振频率,使它们在一定的范围之内,以减少发生共振的机会。
3. 采取结构措施增加导风轮叶片的刚性。;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。;JT15D-4涡轮风扇发动机的离心压气机;二、离心叶轮;三、扩压器; 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。;离心式压气机的优缺点; 根据转子的数目,轴流式压气机可分为
单转子压气机
双转子压气机
三转子(多转子)压气机;轴流式压气机由两个基本部分组成:
固定部分:由几排整流叶片组成,叫做压气机静子;
旋转部分:由几排工作叶片组成,叫做压气机转子。
压气机的静子叶片(整流器)和转子叶片(叶轮)交错排列,一个叶轮和一个整流器组成一个单级压气机,它是多级轴流式压气机的基本单元,为了提高压气机的增压比,轴流式压气机可多达15~17级。;对压气机结构的基本要求是:
(1) 满足性能所提出的各项要求,如通道面积、迎风面积、级数、叶片型面及安装角等。
(2) 采取适当的防喘措施,保证压气机稳定工作范围宽广。
(3) 满足强度、振动及刚性要求,主要部件寿命长。
(4) 结构简单,尺寸小,重量轻。
(5) 装配维修方便,制造成本低。;;;;;第2.3节 进气和防冰装置;2.3.1 进气机匣和进口导流叶片;2.3.1 进气机匣和进口导流叶片; 当风扇叶片或压气机第一级工作叶片在超跨音速状态下工作时,往往不带进口导流叶片。此时进气机匣只有机匣外壁,整流罩则固定在转子上和转子一起旋转,如CFM56和PW2037发动机的进气机匣。;2.3.2 防冰装置; 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。
最常用的防冰方法是对容易结冰的零件表面进行加温。常用的加温方式有:压气机的热空气加温;电加温;热滑油加温;混合采用以上几种加温方式。
在涡喷和涡扇发动机上,多采用压气机后级引来的热空气加温。在进气部分有减速装置的涡桨、涡轴或单转子涡扇发动机中,则常常利用冷却减速齿轮后的热滑油防冰。; ; ; ;图2-18 CFM56的锥形进气整流罩 ; 在现代大型风扇发动机如JT9D、CF6、PW4000、V2500等上,由于压气机进口处只有和风扇叶片一起旋转的进气整流罩,采用了加强的宽叶弦风扇叶片,叶片稠度较小,而且采取了防外物打伤的措施,经试验证明,即使有结冰现象也并未造成规范不允许的损坏,所以这些发动机的进气整流罩都没有防冰装置。;2.3.3
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