PW4000发动机总体结构分析课件.ppt

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1、《现代航空燃气轮机结构分析》讨论课PW4000高涵道比涡扇发动机总体结构分析报告人：朱美印刘宏蕾陈怀荣徐蒙王汉义能源与动力工程学院2014年11月PW4000涡扇发动机总体结构PW4000风扇、增压压气机支承结构PW4000发动机低压转子采用鼓式结构，其结构特点是结构简单、零件数目少、加工方便，具有较高的抗弯刚性，但受到强度的限制。PW4000发动机的单级风扇盘上固定着4级低压压气机（即增压压气机），是目前高涵道比涡扇发动机的常规设计。做成弧线形的低压压气机气流通道，在末级动叶后有放气环。风扇和高压压气机之间的中介机匣是主承力机匣，是最复杂的构件。增压压气机叶片采用可控扩散叶型

2、。低压转子的滚珠轴承设在风扇盘之后成为1号轴承。风扇盘上的后轴未直接与低压涡轮轴相连，而是通过中介轴与低压涡轮轴相连，中介轴与风扇后轴、低压涡轮轴均用套齿联轴器相连，这样设计主要是为了提高低压涡轮轴的安全性。PW4000高压压气机转子高压转子采用盘鼓混合式结构，且为焊接和短螺栓连接。其结构特点是由盘、鼓筒和轴组成，兼具鼓式转子抗弯性和盘式转子强度高的特点。11级高压压气机的增压比约为11.0，平均级增压比为1.234。叶片与低压压气机一样，采用了可控扩散叶型。高压转子为焊接结构。后3级镍基合金盘与后轴焊成一体，第2-8级钛合金盘焊成一体，第1级盘和前轴（均为钛合金）做成单件，然

3、后在第1-2级和第8-9级盘间分别用短螺栓连接以组成整体转子。PW4000转子支承方案PW4000LP0--2--11#、1.5#、4#HP1--1--02#、3#JT9DLP0--1--11#、4#HP1--1--02#、3#JT9DPW4000PW4000支承方案分析PW4000发动机主要采用不带中介轴承的支承方案。PW4000低压转子为0—2—1方案，高压转子为1—1—0方案，5个支点支承于3个机匣上，无中介支点。在低压转子上，增加了一个支点，即在风扇后滚珠轴承后面，增加一个滚棒轴承。这种设计方案很好地解决了低压转子刚度不足的问题。高压转子采用的二支点支承方案将涡轮后支点

4、放在涡轮前，缩短了高压轴的长度，有利于控制轴的变形，具有良好的振动特性，同时给低压转子提供了一定的设计裕度，但由于轴承径向尺寸的限制，涡轮轴刚性较小，并且两级涡轮盘呈悬臂。由于PW4000支承方案不带中介轴承，因而相比较带中介轴承的支承方案，其结构简单，但需要有较长的低压轴，导致加工比较困难。PW4000传力路线分析扭矩——气动产生的扭矩一方面通过转子叶片传给轴承再传给轴，另一方面将通过静子传给支撑机匣，粗略地看两者可以抵消。而实际上由涡轮输出的燃气并非完全轴向，故最终作用于机匣上少量力矩，再由发动机安装边传给飞机。扭矩的传递依靠联轴器。轴向力——气动产生的轴向力在压气机跟涡轮

5、上有着较大的力，先是气体冲撞叶片传递给叶片，再由鼓筒或盘传递给轴承，而轴承承受的轴向力需要卸荷——一方面压气机和涡轮的轴向力方向相反，相邻安装有助于卸荷，另一方面卸荷腔的应用也将减小轴向载荷。惯性力——发动机内的部件自身质量会产生径向力，这个径向力将由轴承支承，而轴承最终将力传递给机匣。PW4000应用了涡轮级间支撑框架传力——在两级涡轮之间建立了承力框架，但这种做法拉长了发动机轴向长度，且降低了涡轮效率。同时由于PW4000涡轮转子有后支点，结构上采用了涡轮后轴承机匣，将轴承负荷外传。总体传力路线：叶片—盘鼓筒—轴承—轴—机匣（径向）PW4000结构支承传力分析轴承1将低压

6、压气机的推力传递给中介机匣；轴承1.5径向支承低压转子驱动轴；轴承2将高压压气机推力传给中介机匣；轴承3径向支承高压压气机和高压涡轮；轴承4径向支承低压转子尾端和低压涡轮。轴承从左向右依次编号：1、1.5、2、3、4转子要有足够的刚性和强度；基本原则是等强度，等刚度设计；抗外物打伤能力和包容能力强；采用结构措施提高可靠性；防喘、减缓振动，避免共振；效率提高、工作稳定可靠；重量轻、寿命长、成本低。PW4000风扇转子设计要求PW4000风扇转子结构特点PW4000发动机单级风扇上固定着4级低压压气机，风扇叶片保留有一个减振凸台，虽然对凸台的设计做了许多改进，但与无凸台相比，在性能

7、、强度、和加工性等方面仍略为逊色。叶片前缘由原先常规的尖头改成椭圆，提高其抗外物撞击能力。38片叶身带中间凸肩的钛合金叶片（PW4084为无凸台的宽弦空心叶片）。风扇排气涵道的收敛度大，以减少气流流过静叶的气动损失。压力比1.66—1.76。叶根为燕尾型榫头。风扇叶片为LRU，可在外场按重量矩成对更换。叶身构造特点：带凸肩阻尼结构的叶片叶身中部配有减振凸肩（或称阻尼台），各个叶片之间的凸肩相互顶紧，可避免发生共振和颤振，提高叶片抗外物打击能力。PW4000机匣设计要求在支撑结构中承担着承力框