第11、12章.ppt

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1、燃气涡轮发动机总体结构燃气涡轮发动机总体结构v第一节第一节 转子支承方案转子支承方案 v第二节第二节 发动机的受力分析发动机的受力分析v第三节第三节 发动机的承力结构和在飞机上的安装发动机的承力结构和在飞机上的安装v第四节第四节 发动机的振动发动机的振动v第五节第五节 防冰系统防冰系统v第六节第六节 防火系统防火系统第一节第一节 转子支承方案转子支承方案v转子通过支承结构支承于发动机机匣上。v负荷的传递：负荷的传递：转子上承受的各种负荷由支承结构承受并传至发动机机匣上，最后由机匣通过安装节传至飞机构件中。转子支承结构发动机机匣安装节飞机构件。v转子支承方案转子支承方案支承方案：发动机中，转子采

2、用几个支承结构（支点），安排在何处，称为转子支承方案。v支承表示方法：支承表示方法：转子支点的数目与位置，常用两条前、后排列的横线分别代表压气机转子和涡轮转子。两条横线前、后及中间的数字表示支点的数目。v例如例如1-3-0的转子支承方案的转子支承方案表示压气机转子前有一个支点，涡轮转子后无支点，压气机与涡轮转子间有三个支点，整个转子共支承于四个支点上。v简图：简图：一般在研究转子支承方案时，均将复杂的转子简化成能表征其特点的简图，在简图中小圆圈表示滚珠轴承，小方块表示滚棒轴承。v止推支点：止推支点：转子上的止推支点除承受转子的轴向负荷、径向负荷外，还决定了转子相对机匣的轴向位置，因此每个转子只

3、能有一个止推支点。第二节第二节 发动机的受力分析发动机的受力分析发动机工作时，作用在各零、零部件上的负荷按其性质可分为发动机工作时，作用在各零、零部件上的负荷按其性质可分为气体力、惯性力、热应力三类。气体力、惯性力、热应力三类。v气体力：气体力：气流在发动机内流动时，在各个截面上具有不同的压力和流速。因此，与气体相接触的各个零、组件上作用有气体力或气体力矩v惯性力：惯性力：发动机的转子零件转动时会产生离心惯性力，当飞机曲线飞行、直线加速或减速时，在发动机的零、组件上有惯性力或惯性力矩 v热应力：热应力：发动机内各零件由于受热不均或者材料不同（线膨胀系数不同），当其热膨胀受到约束时产生热应力一、

4、气体力的计算一、气体力的计算二、气体力作用于组合件的扭矩二、气体力作用于组合件的扭矩vM(压静压静)=-M(压转压转)vM(涡静涡静)=-M(涡转涡转)vM(压转压转)=M(涡涡 转转)v比较可得比较可得M(压静压静)=-M(涡静涡静)第三节第三节 发动机的承力结构和在飞机上的安装发动机的承力结构和在飞机上的安装一、发动机在飞机上的安装一、发动机在飞机上的安装发动机通过安装节固定在飞机上的。发动机通过安装节固定在飞机上的。v安装节：发动机与飞机的联接件v安装节除了支承发动机和承受飞行载荷外，还把发动机的负荷传给飞机。发动机传到飞机的 负荷有：推力、重量、飞机作机动飞行时的惯性力，少量的气动扭矩

5、等。v安装节分两种：主安装节与辅助安装节，前者传递轴向力、径向力、扭矩，后者传递径向力。二、转子承力系统二、转子承力系统 发动机转子由压气机转子、涡轮转子和联轴器组成。涡轮转子通过联轴器带动压气机转子，联轴器将压气机转子与涡轮转子联接成发动机转子。发动机转子支承在轴承上。发动机工作 时，转子的各种负荷，除内力外，各种外传力，如轴向力、重力等均由支点承受，并通过静 子承力系统传到安装节。(一一)、轴承、轴承 v在发动机上用的轴承有滚棒轴承与滚珠轴承。二种轴承都由内环、外环、滚动体和隔离圈组 成，滚棒轴承的滚动体为滚棒，而滚珠轴承的滚动体为滚珠。v这两种轴承的不同点在于：滚珠轴承的内、外环上都有挡

6、边。内环受到轴向力时，由于滚珠 被挡边挡住，因此，内环不会相对于外环沿轴线方向移动，轴向力就可从内环通过滚珠和外 环传给机匣。挡边还起到使转子不能作轴向移动的作用，以保证发动机转子轴向定位。此外，作用在内环上径向力，也可通过滚珠和外环传给机匣。滚 棒轴承只有外环(或内环)上有挡边。因此，当内环受到轴向力时，就会相对于外环沿轴线方 向移动，轴向力就不能传给机匣。但是，滚棒轴承的接触面积大，能承受较大的径向力。v滚动轴承的组成：由内圈、外圈，一组滚动体（滚珠或滚棒）和保持架组成。内圈通常装在轴上，与轴紧配合，并与轴一起旋转。内套圈外表面上有供滚珠或滚棒滚动的沟槽，称内沟或内滚道。外圈通常在轴承座或

7、机械壳体上，与轴承座孔成过渡配合，起支撑滚珠和滚棒的作用。有些轴承是外圈旋转，内圈固定而起支撑作用。外圈内表面上也有供滚珠或滚棒滚动的沟槽，称外沟或外滚道。滚动体在内圈和外圈的滚道之间滚动，在旋转过程中允许其发生相对运动，滚动体的大小和数量决定着轴承的承载能力。保持架把轴承的一组滚动体均匀相互隔开，以避免互相碰撞和摩檫，并使每个滚动体均匀和轮流地承受相等的载荷。(二二)、联轴器、联轴器v联轴器是将压气机转子与涡轮转子联成一体的组合件。其构造与压气机转子、涡轮转子的构 造有关。在发动机中，由于轴及转子支承零件尺寸的误差或变形，会造成压气机转子及涡 轮转子的旋转轴线不同心(即不共轴线)。联轴器应保

8、证在此情况下，仍能可靠工作。v常见的 有简单套齿联轴器与带球头的套齿联器。(三三)、静子承力系统、静子承力系统 v发动机工作时，在发动机的静子、转子上都受到负荷。发动机转子的负荷要通过轴承及承力 构件、机匣传给发动机安装节；发动机静子上的各种负荷，通过一些机匣(壳体)和构件传 给发动机安装节。v承受和传 递这些负荷的机匣(壳体)和承力构件就组成了发动机的静子承 力系统。第四节第四节 发动机的振动发动机的振动v发动机在工作中，轻微的振动是无法避免的，但是，振动过大，就会造成零部件的故障，剧 烈的振动会使发动机不能正常工作，振动故障是航空燃气涡轮发动机生产和使用中常见的故 障之一。一、引起发动机振

9、动的原因一、引起发动机振动的原因(一)气体激振力(二)机械激振力 二、转子的平衡二、转子的平衡v转子平衡不好，将会发动机振动。如果转子平衡得到改善，将会有效地减小发动机振动。v不平衡的转子工作时，就会产生不平衡力 和力矩。这些不平衡力和力矩作用在轴承处并通过轴承传到发动机整体，这不仅加大了轴承 的负荷，还会引起发动机振动。因此，为了防止发动机振动过大并减小轴承的负荷，转子在 加工装配后必须经过平衡，转子的不平衡形式有以下几种：(1)、静不平衡(2)、动不平衡三、转子的临界转速三、转子的临界转速v临界转速是转子固有的，它与转子的质量和刚性有关，发动机在临界转速附近工作时，会产 生剧烈的振动。1、

10、临界转速试验转子的挠度急剧增加的转速就叫做转子的临界转速。2、转子的临界转速转子的质量越小和刚性越大，临界转速越高。四、发动机构造与临界转速的关系四、发动机构造与临界转速的关系(一)刚轴转子提高转子的刚性将转子的临界转速移到工作转速以上增加转子的刚性和从减轻转子的重量着手，可采用：1增加轴的刚性增大轴的直径是提高轴子临界转速比较有效的方法。2减小转子的跨度和悬臂端的长度3减轻转子的重量(二)柔轴转子减小转子的刚性将转子的临界转速移到工作转速以下v将转子的临界转速移到工作转速以下，是可以用减小轴弯曲刚性的办法v降低发动机转子刚性较好的办法是支承的轴承座中采用一些特殊的降低刚性的构造 五、五、“挤

11、压油膜挤压油膜”式轴承式轴承v目的：在某些发动机上，为了尽量减少从旋转组件传向轴承座的动力负荷的影响，采用了“挤压油膜”式轴承。v形式：在轴承外圈和轴承座之间留有很小的间隙，该间隙中充满了滑油。该油膜阻尼了旋转组件的径向运动及传向轴承座的动力载荷，因此减低了发动机的振动及疲劳损坏的可能性。第五节第五节 防冰系统防冰系统v当飞机穿越含有过冷水珠的云层或在有冻雾的地面工作时，发动机和进气道前缘处会结冰，在这些地方结冰会限制通过发动机的空气流量，从而使发动机性能下降，并可能引起发 动机发动机故障，此外，脱落下来的冰块被吸入发动机可能会损坏压气机叶片。一、热空气防冰一、热空气防冰二、电加温防冰二、电加

12、温防冰第六节第六节 防火系统防火系统v所有燃气涡轮发动机及其相关的安装系统均具有防止发动机起火的措施，然而关键起一旦发 生了故障且引起火灾，应有立即探测起火、迅速灭火和防止火灾蔓延的装置。探测和灭火系 统必须尽量轻便，以减轻对发动机装置的重量。一、发动机起火的防范措施一、发动机起火的防范措施 二、火焰的探测二、火焰的探测三、灭火装置三、灭火装置 v扑灭发动机着火所使用的灭火剂一般是一种氟氯烷(氟里昂)化合物 发动机附件系统及发动机仪表发动机附件系统及发动机仪表v第一节第一节 附件系统在发动机上的安装和传动附件系统在发动机上的安装和传动 v第二节第二节 起动和点火起动和点火v第三节第三节 滑油系

13、统滑油系统v第四节第四节 发动机的参数测量及仪表发动机的参数测量及仪表第一节第一节 附件系统在发动机上的安装和传动附件系统在发动机上的安装和传动v附件的安装应远离高温区，即在燃烧室和涡轮机匣的外面应尽量不安装附件，为了发动机能安全工作，油泵一类的附件如滑油泵、燃油泵、液压泵应避免安装在高温区；其次受附件材 料的限制，为了使附件正常工作也必须避开高温区。所以，附件传动机匣一般安装在温度较 低的压气机机匣上。一、附件传动装置一、附件传动装置v附件传动装置是传递功率用的。二、附件传动装置主要部件二、附件传动装置主要部件 1、内部齿轮箱2、中间齿轮箱3、外部齿轮箱4、辅助齿轮箱5、齿轮 第二节第二节

14、起动和点火起动和点火一、起动过程一、起动过程 v发动机的转速从零加速到慢车转速，称为发动机的起动过程。v小转速工作状态，发动机在 静止或较低较速时，涡轮产生的功率不足以带动压气机和附件，所以在起动时，涡轮喷气发 动机一定要有其它动力源，才能将转子加速，至少加速到发动机能独立工作的最低转速以上。二、起动机二、起动机 v起动机是用来起动和把转子加速到慢车转速以下某一转速的动力源。v对起动机的基本要求是：重量轻，尺寸小，可靠程度高和能够发出起动所必需的功率。1、电动起动机 2、空气涡轮起动机三、点火系统三、点火系统 v 包括点火激励器、点火导线、点火电嘴以及相应的冷却系统 v火花塞有两种基本型，即空

15、气间隙式和分路表面放电式四、空中点火四、空中点火 v燃气涡轮发动机在空中停车后，需要重新起动。v空中起动和地面起动不同，不需要起动机来加速发动机转子。第三节第三节 滑油系统滑油系统v滑油系统的是在发动机工作时，为所有的齿轮、轴承和花键提供润滑和冷却，并能冲走这些 零件工作表面的杂物、碎屑，将其收集，减少零件的磨损；防止零件腐蚀。一、滑油系统的工作过程一、滑油系统的工作过程v大多数燃气涡轮发动机使用自循环式润滑系统，滑油从滑油箱经过滤网进入滑油泵，经过滑 油 泵增压的高压滑油再过滤后，输送到各个需要润滑和冷却的零件上，然后滑油流入收油槽，回油泵将滑油 经过过滤器、磁性探屑器、燃油冷却滑油散热器，除去回油中的杂物、铁屑和热量后，送回 滑油箱。二、滑油系统部件二、滑油系统部件1、滑油箱 2、滑油泵 3、燃油冷却滑油散热器4、磁性探屑器 5、离心通风机 6、油滤和滤网7、润滑油 第四节第四节 发动机的参数测量及仪表发动机的参数测量及仪表v通常需要显示发动机参数如下：通常需要显示发动机参数如下：一、发动机推力二、发动机转速三、涡轮燃气温度四、滑油温度和压力滑油量五、燃油温度和压力六、燃油流量七、振动八、电子指示系统