燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)

1、燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)概論       在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，在空氣進(jìn)入渦輪膨脹作功之前是由離心式或軸流式壓氣機(jī)先預(yù)先壓縮的。兩種壓氣機(jī)都是由渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)軸帶動(dòng)的。       離心式壓氣機(jī)是一種由葉片轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)空氣加速后再由擴(kuò)壓器將空氣擴(kuò)壓到預(yù)定壓力的一級(jí)或二級(jí)增壓的壓氣機(jī)，而軸流式壓氣機(jī)（圖3-7和圖3-8）是一種由多級(jí)靜動(dòng)葉相間組成的多級(jí)壓氣機(jī)。在動(dòng)靜葉中，空氣加速、擴(kuò)壓，以達(dá)到預(yù)定的壓力。       比較兩者之間

2、的優(yōu)缺點(diǎn)，離心式壓縮機(jī)比軸流式壓縮機(jī)可靠，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造加工方便。而軸流式壓氣機(jī)在相同的迎風(fēng)面積上，比離心式壓氣機(jī)流量更大，而且增壓比更高。因?yàn)榭諝饬髁渴怯绊懲屏Υ笮〉囊粋€(gè)重要因素，所以軸流式壓氣機(jī)更適合迎風(fēng)面積確定下的大推力發(fā)動(dòng)機(jī)。因?yàn)榍笆鲆蛩?，加上可以確定增加級(jí)數(shù)提高增壓比，所以軸流式壓氣機(jī)被絕大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)采用。但是在小型發(fā)動(dòng)機(jī)上，可靠性高和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的離心式壓氣機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是其選擇的重要原因。       對(duì)軸流式壓氣機(jī)而言，提高增壓比可以有效降低燃料空氣的消耗比，所以軸流式壓氣機(jī)提高增壓比是其努力的方向 離心式壓氣機(jī)離心式壓

3、氣機(jī)有單面或雙面、雙級(jí)增壓等型式，roll-roycle dart型使用的是單面增壓型。壓氣機(jī)罩內(nèi)，除了葉片外還有環(huán)型擴(kuò)壓片。對(duì)雙吸式葉片，為了防止氣流進(jìn)入另側(cè)還應(yīng)有導(dǎo)向葉片和集流器。運(yùn)行原理葉片由沃輪機(jī)傳動(dòng)軸帶動(dòng)，空氣由葉片機(jī)中軸吸入葉片內(nèi)，離心力使空氣向葉片邊緣流動(dòng)，同時(shí)使空氣加速，并且可以提高一定的壓力。在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)有時(shí)也會(huì)裝有導(dǎo)向靜葉，使空氣在進(jìn)入壓氣機(jī)前先預(yù)旋?？諝怆x開葉片后，進(jìn)入蝸殼擴(kuò)壓器內(nèi)，將速度水頭轉(zhuǎn)化成壓力水頭，如圖3-3所示。實(shí)際上離心式壓氣機(jī)采用葉片擴(kuò)壓和擴(kuò)壓器擴(kuò)壓各進(jìn)行了一半的擴(kuò)壓量。為最大可能地將空氣流在壓氣機(jī)內(nèi)加壓，要求葉片高速旋轉(zhuǎn)。然而葉片的最高速度只有160

4、0ft/s。在這樣的高速下空氣在葉片內(nèi)加速后的速度水頭就有可能轉(zhuǎn)化成壓力水頭。為提高擴(kuò)壓器的效率，就必須仔細(xì)控制葉片和壓氣機(jī)殼之間的葉間余隙，必須盡可能縮小葉尖余隙。結(jié)構(gòu)以葉軸為中心，壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)是葉片、擴(kuò)壓器和空氣進(jìn)氣道成環(huán)行分布。葉片轉(zhuǎn)軸安裝在滾子和滾軸軸承上與渦輪傳動(dòng)軸相連，一般從水平中軸面剖開，通過螺栓配合裝配。這樣的形式便于安裝。葉片離心式壓氣機(jī)葉片是一個(gè)整體鑄造或鍛造的單或雙面具有輪輻分布的漸縮流道葉片的，安裝在壓氣機(jī)內(nèi)的圓盤。葉片通常情況下是后掠式的，但是考慮到直的比較容易制造，所以有時(shí)也采用直的葉片。為了能夠使空氣沿進(jìn)氣道盡可能無流阻損失流進(jìn)壓氣機(jī)，葉片在葉根處一般為曲線用以導(dǎo)

5、流，曲線葉片有時(shí)與輪輻葉片整體加工制造，有時(shí)考慮到加工工藝的簡(jiǎn)化和制造加工精度會(huì)分開加工。擴(kuò)壓管       擴(kuò)壓管有可能是壓氣機(jī)外殼內(nèi)襯的一個(gè)整體部件，也有可能是單獨(dú)安裝的部件。實(shí)際上擴(kuò)壓管是一組正切葉片圓的靜葉。靜葉流道向外成漸擴(kuò)管分開。用以將流體動(dòng)能轉(zhuǎn)化成勢(shì)能。其內(nèi)邊緣正對(duì)者葉片旋轉(zhuǎn)圓的葉片流體出口。在動(dòng)葉與靜葉之間的葉尖余隙是非常重要的影響因素，太小的葉尖余隙會(huì)造成空氣動(dòng)力學(xué)振動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致葉片內(nèi)的空氣失速振動(dòng)。軸流式壓氣機(jī)軸流式壓氣機(jī)（圖3-7和兔3-8）是由多級(jí)葉片單轉(zhuǎn)子或多轉(zhuǎn)子組成的。轉(zhuǎn)子跨放在安裝著多級(jí)靜葉的壓氣機(jī)外殼上

6、的軸承。壓氣機(jī)的多級(jí)小壓縮比壓縮機(jī)最終形成多級(jí)高壓縮比。每個(gè)級(jí)是由一個(gè)高速轉(zhuǎn)子帶動(dòng)的葉片以及隨后的一級(jí)靜葉組成的。因?yàn)樵谕桓D(zhuǎn)子上的動(dòng)葉是分成幾組不同形式的動(dòng)葉組，所以必須要對(duì)相應(yīng)的靜葉的迎角作出修改以適應(yīng)其低工況轉(zhuǎn)速時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，提高效率。隨著壓力比率的增高，可導(dǎo)靜葉使氣流導(dǎo)向下一級(jí)的動(dòng)葉時(shí)，其葉片迎角控制在根據(jù)氣流控制參考拋物線30得到的最佳迎角。       從壓氣機(jī)前部到后部，換言之，從低壓段到高壓段，動(dòng)靜葉之間的流通截面積逐漸縮小。這是因?yàn)殡S著壓氣機(jī)的深度，空氣的軸向密度逐漸升高，而如果空氣流速要不變，只能逐步縮小流通截面積。為

7、了達(dá)到逐步縮小流通截面積的目的壓氣機(jī)外殼或轉(zhuǎn)子的直徑逐步縮小形成錐管狀。當(dāng)然兩者同時(shí)縮小是可以的，但是這會(huì)帶來加工工藝和其他機(jī)械部件的安排問題。單轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)中有一個(gè)動(dòng)轉(zhuǎn)子和一個(gè)由多級(jí)靜葉組成的靜子組成。多級(jí)動(dòng)靜配合可以達(dá)到設(shè)計(jì)的增壓比。單轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)的空氣全部流進(jìn)壓氣機(jī)。雙轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)中由兩個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子部件組成，每個(gè)都具有其獨(dú)立最佳轉(zhuǎn)速的渦輪傳動(dòng)軸帶動(dòng)。這樣的設(shè)計(jì)可以使壓氣機(jī)有更高的壓縮比而且更適合多工況運(yùn)行。雖然雙轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)可以應(yīng)用于單純的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，但是雙轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)更適合于帶動(dòng)前置低壓風(fēng)扇的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。前置風(fēng)扇可以提供更大的空氣流量，僅有部分的空氣經(jīng)低壓壓氣機(jī)進(jìn)入高壓壓氣機(jī)而剩余的空氣從圍

8、繞著高壓壓氣機(jī)外殼以外的外涵道流過，內(nèi)外涵道的流體在流出推力噴管前在排氣系統(tǒng)中混合。這樣的設(shè)計(jì)更加匹配航空器的最佳噴氣速度并且有極高的推力比效率。正因?yàn)檫@種原因，單純的渦輪噴氣熱力循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)在除了高空高速飛行器外基本都已經(jīng)不用了。       隨著大涵道比的渦扇的發(fā)展，其趨勢(shì)是采用一級(jí)風(fēng)扇?？諝庠趦?nèi)外涵道分流前僅經(jīng)過一級(jí)風(fēng)扇增壓，并且內(nèi)外涵道的分流比為1：5（如圖3-8所示），這種壓氣機(jī)更適合于高亞音速的客機(jī)或貨機(jī)，風(fēng)扇一般匹配于核心壓氣機(jī)的前幾級(jí)（雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)）或獨(dú)立的渦輪轉(zhuǎn)子帶動(dòng)（三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)）。結(jié)構(gòu)  &#

9、160;    壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)基本都是圍繞在轉(zhuǎn)子裝配和外殼上。轉(zhuǎn)子軸基本上都安裝在滾子、滾軸軸承上，通過可以容許任何微小的不同心度的方式連接。而圓柱形的外殼，可以用許多的螺栓通過軸向連接接頭固定連接。將每級(jí)壓氣機(jī)的外殼軸向連接，或者是將整個(gè)外殼水平剖分成上下兩塊部件，利用螺栓從中間用連接接頭連接組合，這兩種或是其他組合方式的目的是將外殼沿轉(zhuǎn)子包圍裝配。轉(zhuǎn)子在壓氣機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)速度必須使轉(zhuǎn)子盤鼓能夠承受葉片的離心力載荷，許多的盤鼓是由一種拉桿鎖緊后在轉(zhuǎn)軸上配對(duì)安裝的。但是一般來說盤鼓本身是裝配或焊接在一起的在盤鼓的，在最后形成一個(gè)整體的鼓盤。典型的動(dòng)葉葉片在鼓盤

10、上的鎖緊方式在圖3-11上顯示。鎖緊裝置可能是圓盤的擋板或是軸向的螺栓，這主要取決于該壓縮級(jí)的要求，而一般的設(shè)計(jì)鎖緊裝置的目的是要減輕對(duì)轉(zhuǎn)子鼓盤的載荷同時(shí)盡可能減輕鼓盤重量，然而大多數(shù)壓氣機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)都將葉片分裝，以便于加工和滿足設(shè)計(jì)要求。這就使得難以設(shè)計(jì)一種可以滿足微型發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際可行的鎖緊裝置。但是這種葉片可以通過一種成為blisk的鼓盤整體加工的方法加工出來。動(dòng)葉葉片動(dòng)葉葉片葉型是機(jī)翼剖面，通常設(shè)計(jì)成沿機(jī)翼方向有一定的壓力梯度來推動(dòng)空氣以合適的流速增速，沿葉高方向的壓力梯度用以平衡動(dòng)葉高速旋轉(zhuǎn)帶來的空氣離心力影響，因?yàn)樯鲜鰞煞N原因，葉型沿葉高方向通常是扭曲的因?yàn)檠厝~高方向的流體迎角是變化的，

11、流體在沿葉型流動(dòng)時(shí)，葉背和葉腹處都會(huì)形成低速的附面層，為了補(bǔ)償因此造成的流動(dòng)損失，從葉根沿葉高到葉尖采用了下面的方法，即在葉型緣利用末端扭曲的方法。靜葉葉片       靜葉葉片的葉型也是機(jī)翼葉型，靜葉 通常鎖緊固定在壓氣機(jī)罩上或是在專門的靜葉安裝圈上，然后再安裝到壓氣機(jī)殼上。靜葉通常都是一級(jí)的前葉片，所以通常有導(dǎo)流以減輕其尾流形成的振動(dòng)，這樣就必須有相應(yīng)的鎖緊裝置防止靜葉圈隨轉(zhuǎn)子在壓氣機(jī)殼上轉(zhuǎn)動(dòng)。材料 材料的選定主要根據(jù)其能否滿足設(shè)計(jì)要求，在實(shí)際使用中，航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求使用的部件在滿足技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)的載荷和溫度要求情況下在安全條件允許時(shí)盡可能減輕重量。對(duì)于壓氣機(jī)外殼設(shè)計(jì)選擇的材料硬度要求較高，以滿足不易變形的要求，以盡可能縮小壓氣機(jī)葉尖間隙，提高效率。根據(jù)這一要求在溫度增加不太高的前幾級(jí)，可以使用鋁制材料來代替合金鋼，但是在壓氣機(jī)的后幾級(jí)中，由于溫度的限制不得不選擇高溫工作性能較好的鎳制合金鋼。隨著現(xiàn)代加工工藝的發(fā)展，部件的加工效率相對(duì)于以前已經(jīng)提高到一個(gè)可以接受的水平。靜葉的葉片一般是由鋼制或鎳制合金鋼制成的，以滿足其高疲勞載荷系數(shù)的要求。早期的設(shè)計(jì)采用的是特制鋁合金，但是鋁合金的抗疲勞載荷性能不好，應(yīng)次很快就淘汰了，鈦制合金適用與于壓氣機(jī)前幾級(jí)的靜葉葉片，但是由于其受高溫