涡轮结构设计ppt.ppt

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1、2006年3月28 涡轮结构设计 1第三讲 涡轮结构设计v 轴流式涡轮v 向心式涡轮2006年3月28 涡轮结构设计 2第三讲 涡轮结构设计第一节 概 述第二节 涡轮转子第三节 涡轮静子第四节 涡轮部件的冷却燃气涡轮工作原理v 冲击式涡轮 v 反作用力涡轮2006年3月28 涡轮结构设计 4第一节 概 述1.1 涡轮部件的特性v 温度：温度高、温度不均、工况变化；v 转速：转速高-离心负荷大、平衡困难；v 功率：叶片平均功率大、级数少。2006年3月28 涡轮结构设计 5第一节 概 述1.2 技术要求v 高效率v 尺寸小，结构紧凑v 足够的高温强度v 热定心好，热应力小v 良好的冷却系统 v

2、适当选择材料2006年3月28 涡轮结构设计 6第一节 概 述1.3 组成v 静子导向器及机匣v 转子及其支承系统 v 冷却系统2006年3月28 涡轮结构设计 7第二节 涡轮转子组成:v 涡轮盘v 涡轮轴v 工作叶片2006年3月28 涡轮结构设计 82.1 工作叶片1.叶身特点:v 叶片厚且横截面弯曲大；v 截面沿高度变化大；v 叶栅通道为收敛形；v 叶片作功量大；v 通道形式多为等内径或等中径。2006年3月28 涡轮结构设计 92.1 工作叶片2.叶片结构设计：v 带冠增加叶片间刚度和阻尼v 带箍增加刚度和阻尼减振v 切角调频防止叶片振动v 叶尖喷涂耐磨涂层可减小间隙v 机匣涂易磨涂层

3、 减小叶片磨损2006年3月28 涡轮结构设计 10RR 公司带冠高压叶片2006年3月28 涡轮结构设计 11带箍-WP7 发动机涡轮v 箍环2006年3月28 涡轮结构设计 122.1 工作叶片3.榫头v1.工作条件：v 轮缘温度为 500-650 v2.要求：v 自由膨胀、减少热应力、热传导性好、强度好v3 结构特点:v 多齿承载、倒锥型、间隙装入。2006年3月28 涡轮结构设计 132.1 工作叶片3.榫头v 大圆弧少齿v 具有小的应力集中v 对工况的变化有了好的适应力v 加工相对简单v 结构阻尼性能好2006年3月28 涡轮结构设计 142.1 工作叶片3.榫头v 小齿多齿结构v

4、应力分布均匀v 较好的温度分布v 加工难度较大2006年3月28 涡轮结构设计 152.1 工作叶片3.榫头v 双叶片2006年3月28 涡轮结构设计 162.1 工作叶片4.中间叶根(伸根)v 作用:v 降低叶片对盘的传热 v 冷却空气导入v 减小应力集中v 伸根处可安装阻尼材料2006年3月28 涡轮结构设计 172.1 工作叶片5.锁紧方式v 锁片，挡板2.1 工作叶片v 高寿命，高可靠性锁紧结构2006年3月28 涡轮结构设计 192.1 工作叶片5.锁紧方式v 涡轮叶片无螺栓槽向锁紧2006年3月28 涡轮结构设计 202.1 工作叶片v 涡轮叶片的无螺栓锁紧2006年3月28 涡轮

5、结构设计 212.1 工作叶片6.冷却叶片v 对流冷却v 气膜冷却v 带导流板v 复合冷却2006年3月28 涡轮结构设计 222.1 工作叶片6.冷却叶片v 对流换热v 冲击冷却v 气膜冷却2006年3月28 涡轮结构设计 23高压涡轮叶片2006年3月28 涡轮结构设计 24高压涡轮叶片2006年3月28 涡轮结构设计 262.1 工作叶片7.叶片材料v 涡轮部件对材料的要求：v 高温下高的持久强度，v 蠕变强度，疲劳强度，v 热稳定性，好的物理性质和工艺性。v 材料工艺的选择演变vA)锻造(60 年代)B)精铸(70 年代)vC)定向结晶(80 年代)D)单向结晶(80 年代)2006年

6、3月28 涡轮结构设计 272.1 工作叶片v 定向结晶v 单向结晶2006年3月28 涡轮结构设计 282.1 工作叶片7.叶片材料v 防护涂层v 铝化物涂层抗氧化腐蚀；vCr 抗硫化物腐蚀。v 高温涂层2006年3月28 涡轮结构设计 292.2 涡轮盘1)工作条件：v 高转速，温度沿半径方向分布不均匀2)剖面形状：v 一般为对称，开孔-边缘加厚3)加工方法：v 锻件、粉沫冶金热等静压制造；v 非定位面喷丸可减少加工应力和表面裂纹。（喷砂？）2006年3月28 涡轮结构设计 30涡轮转子V2500 轮盘2006年3月28 涡轮结构设计 32涡轮转子2006年3月28 涡轮结构设计 332.

7、3 转子结构1.盘-轴连接v 径向销钉连接2006年3月28 涡轮结构设计 342.3 转子结构1.盘-轴连接v 焊接转子2006年3月28 涡轮结构设计 352.3 转子结构1.盘-轴连接v 短螺栓连接2006年3月28 涡轮结构设计 362.3 转子结构1.盘-轴连接v 圆弧端齿(RB199)2006年3月28 涡轮结构设计 372.3 转子结构1.盘-轴连接v 盘带短轴通过花键与轴连接v 多根长螺栓连接2006年3月28 涡轮结构设计 382.3 转子结构2 盘-盘连接v 径向销钉v 焊接v 短螺栓连接v 盘上直接开孔螺栓连接v 多根长螺栓连接2006年3月28 涡轮结构设计 392 盘

8、-盘连接短螺栓连接2006年3月28 涡轮结构设计 402 盘-盘连接盘上开孔螺栓连接2006年3月28 涡轮结构设计 412 盘-盘连接盘上开孔螺栓连接2006年3月28 涡轮结构设计 422 盘-盘连接长螺栓连接2006年3月28 涡轮结构设计 43第三节 静 子组成：v 机匣和导向器导向器包括：v 外环、叶片、内环2006年3月28 涡轮结构设计 443.1 机匣设计要求：v 装配问题：连接时要保证工作定心及周向位置。v 定位：径向定位、周向定位。v 安装边：外冷内热存在热应力。v 加工方法：铸造、锻件、板料焊接。2006年3月28 涡轮结构设计 453.1 机匣v 机匣的定心v 机匣防

9、热应力2006年3月28 涡轮结构设计 463.1 机匣v 机匣的销钉定心2006年3月28 涡轮结构设计 473.2 叶尖间隙控制1.影响叶片与机匣间隙的因素：v 机匣和叶片的蠕变；v 转子与机匣偏心、机匣变形；v 通道形式与支点的分布；2.设计要求：v 机匣刚度好保持圆度v 材料的耐高温性能好v 保持机匣与转子同心2006年3月28 涡轮结构设计 48涡轮叶片与机匣径向间隙变化2006年3月28 涡轮结构设计 49设计采取措施带冠2006年3月28 涡轮结构设计 50F404 高压涡轮v 调整装配间隙 v 内环加易磨材料v 双层或三层机匣2006年3月28 涡轮结构设计 51主动间隙控制

10、被动间隙控制2006年3月28 涡轮结构设计 52JT9D 发动机涡轮主动间隙控制2006年3月28 涡轮结构设计 533.3 导向器2006年3月28 涡轮结构设计 543.3 导向器1 工作条件：v 温度最高且不均匀、易产生热应力、烧蚀；v 直接与燃气接触易腐蚀、氧化；v 冷热疲劳易产生疲劳裂纹；v 不转动。2.设计中要解决的问题：v 高温下可靠工作；v 允许自膨胀-三个方向；v 能调节出口面积；2006年3月28 涡轮结构设计 553.3 导向器3.分类v 传力的导向器 不传力的导向器2006年3月28 涡轮结构设计 563.3 导向器4.结构设计要求：v 出口面积调节v 安装：挂钩式连

11、接v 斜置导向叶片 挂钩式涡轮导向器叶片v 正交叶片2006年3月28 涡轮结构设计 59第四节 低压转子断轴安全装置4.1 断轴可能性：v 低压转子轴细而功率大，v 风扇进口大易受外来物打伤卡死引起转子扭断。4.2 危害性：v 超转，飞转危险极大。v 例如：CAAC 1988 年5月30日TY154(D30KY-154)4.3 设施：vJT15D，SPEAY 利用轴的移切断油路v 利用转子叶片与静子相碰而刹车JT9D2006年3月28 涡轮结构设计 61第五节 冷却系统5.1 冷却目的v 提高涡轮前温度v 温度场均匀减小热应力v 减低零件的温度v 使燃气与零件分开v 设计的基本原则：v 冷却效果好 v 冷却后温度场均匀v 减小漏气量v 气源v 损失小、可行2006年3月28 涡轮结构设计 62第五节 冷却系统5.2 冷却方法v1)对流冷却 可使温度降低200-250 v2)冲击冷却v3)气膜冷却 可使温度降低400-600 v4)发散冷却 可使温度降低200-250 v 普遍使用前三种的混合5.3典型冷却系统