1、2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),1,第三講 渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),軸流式渦輪 向心式渦輪,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),2,第三講 渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第一節(jié) 概 述 第二節(jié) 渦輪轉(zhuǎn)子 第三節(jié) 渦輪靜子 第四節(jié) 渦輪部件的冷卻,燃?xì)鉁u輪工作原理,沖擊式渦輪,反作用力渦輪,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),4,第一節(jié) 概 述,1.1 渦輪部件的特性 溫度：溫度高、溫度不均、工況變化； 轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速高-離心負(fù)荷大、平衡困難； 功率：葉片平均功率大、級(jí)數(shù)少。,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),5,第一節(jié) 概 述,1.2 技術(shù)要求 高效率 尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊 足夠的高溫強(qiáng)度 熱定心好，熱應(yīng)力小 良好的冷卻系統(tǒng) 適

2、當(dāng)選擇材料,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),6,第一節(jié) 概 述,1.3 組成 靜子導(dǎo)向器及機(jī)匣 轉(zhuǎn)子及其支承系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng),2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),7,第二節(jié) 渦輪轉(zhuǎn)子,組成: 渦輪盤 渦輪軸 工作葉片,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),8,2.1 工作葉片,1.葉身特點(diǎn): 葉片厚且橫截面彎曲大； 截面沿高度變化大； 葉柵通道為收斂形； 葉片作功量大； 通道形式多為等內(nèi)徑或等中徑。,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),9,2.1 工作葉片,2. 葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 帶冠增加葉片間剛度和阻尼 帶箍增加剛度和阻尼減振 切角調(diào)頻防止葉片振動(dòng) 葉尖噴涂耐磨涂層可減小間隙 機(jī)匣涂易磨涂層 減小葉片

3、磨損,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),10,RR公司帶冠高壓葉片,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),11,帶箍-WP7發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪,箍環(huán),2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),12,2.1 工作葉片,3. 榫頭 1.工作條件： 輪緣溫度為 500-650 2.要求： 自由膨脹、減少熱應(yīng)力、熱傳導(dǎo)性好、強(qiáng)度好 3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 多齒承載 、倒錐型 、間隙裝入。,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),13,2.1 工作葉片,3. 榫頭 大圓弧少齒 具有小的應(yīng)力集中 對(duì)工況的變化有了好的適應(yīng)力 加工相對(duì)簡(jiǎn)單 結(jié)構(gòu)阻尼性能好,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),14,2.1 工作葉片,3. 榫頭 小齒多齒結(jié)構(gòu) 應(yīng)

4、力分布均勻 較好的溫度分布 加工難度較大,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),15,2.1 工作葉片,3. 榫頭 雙葉片,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),16,2.1 工作葉片,4. 中間葉根(伸根) 作用: 降低葉片對(duì)盤的傳熱 冷卻空氣導(dǎo)入 減小應(yīng)力集中 伸根處可安裝阻尼材料,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),17,2.1 工作葉片,5.鎖緊方式 鎖片，擋板,2.1 工作葉片,高壽命，高可靠性鎖緊結(jié)構(gòu),2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),19,2.1 工作葉片,5.鎖緊方式 渦輪葉片無(wú)螺栓槽向鎖緊,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),20,2.1 工作葉片,渦輪葉片的無(wú)螺栓鎖緊,2006年3月2

5、8,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),21,2.1 工作葉片,6.冷卻葉片 對(duì)流冷卻 氣膜冷卻 帶導(dǎo)流板 復(fù)合冷卻,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),22,2.1 工作葉片,6.冷卻葉片 對(duì)流換熱 沖擊冷卻 氣膜冷卻,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),23,高壓渦輪葉片,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),24,高壓渦輪葉片,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),26,2.1 工作葉片,7.葉片材料 渦輪部件對(duì)材料的要求： 高溫下高的持久強(qiáng)度， 蠕變強(qiáng)度，疲勞強(qiáng)度， 熱穩(wěn)定性，好的物理性質(zhì)和工藝性。 材料工藝的選擇演變 A) 鍛造 (60年代) B) 精鑄 (70年代) C) 定向結(jié)晶(80年代)D) 單向結(jié)晶(80年

6、代),2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),27,2.1 工作葉片,定向結(jié)晶 單向結(jié)晶,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),28,2.1 工作葉片,7.葉片材料 防護(hù)涂層 鋁化物涂層抗氧化腐蝕； Cr抗硫化物腐蝕。 高溫涂層,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),29,2.2 渦輪盤,1) 工作條件： 高轉(zhuǎn)速 ， 溫度沿半徑方向分布不均勻 2)剖面形狀： 一般為對(duì)稱， 開(kāi)孔-邊緣加厚 3) 加工方法： 鍛件、粉沫冶金熱等靜壓制造； 非定位面噴丸可減少加工應(yīng)力和表面裂紋。（噴砂？）,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),30,渦輪轉(zhuǎn)子,V2500 輪盤,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),32,渦輪轉(zhuǎn)子,200

7、6年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),33,2.3 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),1. 盤-軸連接 徑向銷釘連接,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),34,2.3 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),1. 盤-軸連接 焊接轉(zhuǎn)子,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),35,2.3 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),1. 盤-軸連接 短螺栓連接,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),36,2.3 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),1. 盤-軸連接 圓弧端齒 (RB199),2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),37,2.3 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),1. 盤-軸連接 盤帶短軸通過(guò)花鍵與軸連接 多根長(zhǎng)螺栓連接,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),38,2.3 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),2 盤-盤連接 徑向銷釘 焊接 短螺栓連接 盤上直接開(kāi)孔螺栓連接

8、 多根長(zhǎng)螺栓連接,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),39,2 盤-盤連接,短螺栓連接,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),40,2 盤-盤連接,盤上開(kāi)孔螺栓連接,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),41,2 盤-盤連接,盤上開(kāi)孔螺栓連接,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),42,2 盤-盤連接,長(zhǎng)螺栓連接,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),43,第三節(jié) 靜 子,組成： 機(jī)匣和導(dǎo)向器 導(dǎo)向器包括： 外環(huán)、葉片、內(nèi)環(huán),2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),44,3.1 機(jī)匣,設(shè)計(jì)要求： 裝配問(wèn)題：連接時(shí)要保證工作定心及周向位置。 定位：徑向定位、周向定位。 安裝邊：外冷內(nèi)熱存在熱應(yīng)力。 加工方法：鑄造、鍛件

9、、板料焊接。,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),45,3.1 機(jī)匣,機(jī)匣的定心,機(jī)匣防熱應(yīng)力,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),46,3.1 機(jī)匣,機(jī)匣的銷釘定心,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),47,3.2 葉尖間隙控制,1.影響葉片與機(jī)匣間隙的因素： 機(jī)匣和葉片的蠕變； 轉(zhuǎn)子與機(jī)匣偏心、機(jī)匣變形； 通道形式與支點(diǎn)的分布； 2.設(shè)計(jì)要求： 機(jī)匣剛度好保持圓度 材料的耐高溫性能好 保持機(jī)匣與轉(zhuǎn)子同心,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),48,渦輪葉片與機(jī)匣徑向間隙變化,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),49,設(shè)計(jì)采取措施帶冠,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),50,F404高壓渦輪,調(diào)整裝配間

10、隙 內(nèi)環(huán)加易磨材料 雙層或三層機(jī)匣,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),51,主動(dòng)間隙控制 被動(dòng)間隙控制,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),52,JT9D發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪主動(dòng)間隙控制,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),53,3.3 導(dǎo)向器,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),54,3.3 導(dǎo)向器,1 工作條件： 溫度最高且不均勻、易產(chǎn)生熱應(yīng)力、燒蝕； 直接與燃?xì)饨佑|易腐蝕、氧化； 冷熱疲勞易產(chǎn)生疲勞裂紋； 不轉(zhuǎn)動(dòng)。 2. 設(shè)計(jì)中要解決的問(wèn)題： 高溫下可靠工作； 允許自膨脹-三個(gè)方向； 能調(diào)節(jié)出口面積；,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),55,3.3 導(dǎo)向器,3. 分類 傳力的導(dǎo)向器 不傳力的導(dǎo)向器,20

11、06年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),56,3.3 導(dǎo)向器,4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求： 出口面積調(diào)節(jié) 安裝：掛鉤式連接 斜置導(dǎo)向葉片,掛鉤式渦輪導(dǎo)向器葉片,正交葉片,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),59,第四節(jié) 低壓轉(zhuǎn)子斷軸安全裝置,4.1 斷軸可能性： 低壓轉(zhuǎn)子軸細(xì)而功率大， 風(fēng)扇進(jìn)口大易受外來(lái)物打傷卡死引起轉(zhuǎn)子扭斷。 4.2 危害性： 超轉(zhuǎn)，飛轉(zhuǎn)危險(xiǎn)極大。 例如：CAAC 1988年5月30日TY154 (D30KY-154) 4.3 設(shè)施： JT15D，SPEAY利用軸的移切斷油路 利用轉(zhuǎn)子葉片與靜子相碰而剎車,JT9D,2006年3月28,渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),61,第五節(jié) 冷卻系統(tǒng),5.1 冷卻目的 提高渦輪前溫度 溫度場(chǎng)均勻減小熱應(yīng)力 減低零件的溫度 使燃?xì)?/p>