涡轮结构设计.pptx

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1、2006年3月281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 涡轮部件的冷却第1页/共64页燃气涡轮工作原理冲击式涡轮反作用力涡轮第2页/共64页2006年3月283第一节 概 述1.1 涡轮部件的特性温度：温度高、温度不均、工况变化；转速：转速高-离心负荷大、平衡困难；功率：叶片平均功率大、级数少。第3页/共64页2006年3月284第一节 概 述1.2 技术要求高效率尺寸小，结构紧凑足够的高温强度热定心好，热应力小良好的冷却系统 适当选择材料第4页/共64页2006年3月285第一节 概 述1.3 组成静子导向器及机匣转子及其支承系统 冷却系统第5页/共64

2、页2006年3月286第二节 涡轮转子组成:涡轮盘涡轮轴工作叶片第6页/共64页2006年3月2872.1 工作叶片1.叶身特点:叶片厚且横截面弯曲大；截面沿高度变化大；叶栅通道为收敛形；叶片作功量大；通道形式多为等内径或等中径。第7页/共64页2006年3月2882.1 工作叶片2.叶片结构设计：带冠增加叶片间刚度和阻尼带箍增加刚度和阻尼减振切角调频防止叶片振动叶尖喷涂耐磨涂层可减小间隙机匣涂易磨涂层 减小叶片磨损第8页/共64页2006年3月289RR公司带冠高压叶片第9页/共64页2006年3月2810带箍-WP7发动机涡轮箍环第10页/共64页2006年3月28112.1 工作叶片3.

3、榫头1.工作条件：轮缘温度为 500-6502.要求：自由膨胀、减少热应力、热传导性好、强度好3 结构特点:多齿承载、倒锥型、间隙装入。第11页/共64页2006年3月28122.1 工作叶片3.榫头大圆弧少齿具有小的应力集中对工况的变化有了好的适应力加工相对简单结构阻尼性能好第12页/共64页2006年3月28132.1 工作叶片3.榫头小齿多齿结构应力分布均匀较好的温度分布加工难度较大第13页/共64页2006年3月28142.1 工作叶片3.榫头双叶片第14页/共64页2006年3月28152.1 工作叶片4.中间叶根(伸根)作用:降低叶片对盘的传热 冷却空气导入减小应力集中伸根处可安装

4、阻尼材料第15页/共64页2006年3月28162.1 工作叶片5.锁紧方式锁片，挡板第16页/共64页2.1 工作叶片高寿命，高可靠性锁紧结构第17页/共64页2006年3月28182.1 工作叶片5.锁紧方式涡轮叶片无螺栓槽向锁紧第18页/共64页2006年3月28192.1 工作叶片涡轮叶片的无螺栓锁紧第19页/共64页2006年3月28202.1 工作叶片6.冷却叶片对流冷却气膜冷却带导流板复合冷却第20页/共64页2006年3月28212.1 工作叶片6.冷却叶片对流换热冲击冷却气膜冷却第21页/共64页2006年3月2822高压涡轮叶片第22页/共64页2006年3月2823高压涡

5、轮叶片第23页/共64页第24页/共64页2006年3月28252.1 工作叶片7.叶片材料涡轮部件对材料的要求：高温下高的持久强度，蠕变强度，疲劳强度，热稳定性，好的物理性质和工艺性。材料工艺的选择演变A)锻造(60年代)B)精铸 (70年代)C)定向结晶(80年代)D)单向结晶(80年代)第25页/共64页2006年3月28262.1 工作叶片定向结晶 单向结晶第26页/共64页2006年3月28272.1 工作叶片7.叶片材料防护涂层铝化物涂层抗氧化腐蚀；Cr抗硫化物腐蚀。高温涂层第27页/共64页2006年3月28282.2 涡轮盘1)工作条件：高转速，温度沿半径方向分布不均匀2)剖面

6、形状：一般为对称，开孔-边缘加厚3)加工方法：锻件、粉沫冶金热等静压制造；非定位面喷丸可减少加工应力和表面裂纹。（喷砂？）第28页/共64页2006年3月2829涡轮转子第29页/共64页V2500 轮盘第30页/共64页2006年3月2831涡轮转子第31页/共64页2006年3月28322.3 转子结构1.盘-轴连接径向销钉连接第32页/共64页2006年3月28332.3 转子结构1.盘-轴连接焊接转子第33页/共64页2006年3月28342.3 转子结构1.盘-轴连接短螺栓连接第34页/共64页2006年3月28352.3 转子结构1.盘-轴连接圆弧端齿(RB199)第35页/共64

7、页2006年3月28362.3 转子结构1.盘-轴连接盘带短轴通过花键与轴连接多根长螺栓连接第36页/共64页2006年3月28372.3 转子结构2 盘-盘连接径向销钉焊接短螺栓连接盘上直接开孔螺栓连接多根长螺栓连接第37页/共64页2006年3月28382 盘-盘连接短螺栓连接第38页/共64页2006年3月28392 盘-盘连接盘上开孔螺栓连接第39页/共64页2006年3月28402 盘-盘连接盘上开孔螺栓连接第40页/共64页2006年3月28412 盘-盘连接长螺栓连接第41页/共64页2006年3月2842第三节 静 子组成：机匣和导向器导向器包括：外环、叶片、内环第42页/共6

8、4页2006年3月28433.1 机匣设计要求：装配问题：连接时要保证工作定心及周向位置。定位：径向定位、周向定位。安装边：外冷内热存在热应力。加工方法：铸造、锻件、板料焊接。第43页/共64页2006年3月28443.1 机匣机匣的定心机匣防热应力第44页/共64页2006年3月28453.1 机匣机匣的销钉定心第45页/共64页2006年3月28463.2 叶尖间隙控制1.影响叶片与机匣间隙的因素：机匣和叶片的蠕变；转子与机匣偏心、机匣变形；通道形式与支点的分布；2.设计要求：机匣刚度好保持圆度材料的耐高温性能好保持机匣与转子同心第46页/共64页2006年3月2847涡轮叶片与机匣径向间

9、隙变化第47页/共64页2006年3月2848设计采取措施带冠第48页/共64页2006年3月2849F404高压涡轮v调整装配间隙 v内环加易磨材料v双层或三层机匣第49页/共64页2006年3月2850主动间隙控制 被动间隙控制第50页/共64页2006年3月2851JT9D发动机涡轮主动间隙控制第51页/共64页2006年3月28523.3 导向器第52页/共64页2006年3月28533.3 导向器1 工作条件：温度最高且不均匀、易产生热应力、烧蚀；直接与燃气接触易腐蚀、氧化；冷热疲劳易产生疲劳裂纹；不转动。2.设计中要解决的问题：高温下可靠工作；允许自膨胀-三个方向；能调节出口面积；

10、第53页/共64页2006年3月28543.3 导向器3.分类传力的导向器 不传力的导向器第54页/共64页2006年3月28553.3 导向器4.结构设计要求：出口面积调节安装：挂钩式连接斜置导向叶片挂钩式涡轮导向器叶片第55页/共64页第56页/共64页正交叶片第57页/共64页2006年3月2858第四节 低压转子断轴安全装置4.1 断轴可能性：低压转子轴细而功率大，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：超转，飞转危险极大。例如：CAAC 1988年5月30日TY154(D30KY-154)4.3 设施：JT15D，SPEAY利用轴的移切断油路利用转子叶片与静子相碰而

11、刹车第58页/共64页JT9D第59页/共64页2006年3月2860第五节 冷却系统5.1 冷却目的提高涡轮前温度温度场均匀减小热应力减低零件的温度使燃气与零件分开v设计的基本原则：冷却效果好 冷却后温度场均匀减小漏气量气源损失小、可行第60页/共64页2006年3月2861第五节 冷却系统5.2 冷却方法1)对流冷却 可使温度降低200-2502)冲击冷却3)气膜冷却 可使温度降低400-6004)发散冷却 可使温度降低200-250普遍使用前三种的混合5.3典型冷却系统第61页/共64页第62页/共64页第63页/共64页2006年3月28涡轮结构设计64感谢您的观看！第64页/共64页