民用风扇发动机PW.ppt

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典型涡扇发动机结构分析典型涡扇发动机结构分析一、一、PW4000发动机概述发动机概述P&W公司于公司于1982年年12月月8日日宣布研制大推力涡扇发动机宣布研制大推力涡扇发动机PW4000旨在取代旨在取代JT9D-7R4发动机，用于发动机，用于vB767-200、-300、-300ER，vA310-200、-300、vA300-600，vB747-200B、-300等等满足未来宽体客机的需要。

满足未来宽体客机的需要。

一、一、PW4000发动机概述发动机概述1984年年4月，首次台架试车月，首次台架试车v推力达推力达27488daN。

1985年年7月月31日首次进行了飞行试验，日首次进行了飞行试验，v装备装备A300B1986年年7月获得推力月获得推力24909daN级适航证级适航证vPW4052、PW41521987年年7月首次交付使用月首次交付使用v装备于装备于B767-200、A3101988年年4月获推力月获推力26690daN级适航证。

级适航证。

vPW4158二、支承方案与二、支承方案与支承结构支承结构PW4000支承系统转子支承方案转子支承方案JT9DPW4000JT9DLP0-111#、4#HP1-102#、3#LP0-211#、1.5#、4#HP1-1-02#、3#转子支承方案采用普采用普.惠传统设计惠传统设计（F100、JT9D、PW2000、V2500）90年代后年代后使用中介轴承使用中介轴承（F119、PW8000）轴承带安装边滚珠轴承位置内环分半环下供油端面石墨密封PW40001#支点转子支承方案2.5放气口放气口（风扇轮盘后滚珠轴承风扇轮盘后滚珠轴承）1号轴承PW4000增加的1.5#二套端面石墨密封滚棒轴承外环带安装边PW40001.5#号支点转子支承方案滑油喷嘴滑油喷嘴9级气，封严级气，封严（风扇转子后）1.5号轴承号轴承滑油喷嘴滑油喷嘴9级气，封严级气，封严PW4000支点2号轴承滚珠轴承滚珠轴承弹性支承弹性支承挤压油膜阻尼器挤压油膜阻尼器端面石墨封严端面石墨封严内环供油内环供油弹性支座弹性支座作用作用:

降低转子支承刚性，使发动机工作转速低于临界转速，减少振动。

降低转子支承刚性，使发动机工作转速低于临界转速，减少振动。

形式形式:

折返式弹性支座。

折返式弹性支座。

在在限幅环限幅环中充以滑油，形成了中充以滑油，形成了“带挤压油膜的弹性支座带挤压油膜的弹性支座”伞齿轮伞齿轮轴承支座轴承支座PW4000PW4000支点支点22号轴承号轴承PW4000支点No.312级压气机气级压气机气冷却隔冷却隔热热3号轴承3号轴承PW4000支点4号轴承（低压涡轮后支点）44级空气级空气轴承座轴承座-带挤压油膜带挤压油膜封封严严-径向石墨式径向石墨式44号轴承号轴承低压联轴器连接轴32541678910111213三、风扇结构三、风扇结构具有大的离心负荷具有大的离心负荷随着直径的加大外随着直径的加大外物打伤问题严重物打伤问题严重随着叶尖切向速度随着叶尖切向速度的加大噪音加大的加大噪音加大三、风三、风扇结构扇结构1）空心风扇叶片空心风扇叶片vRR公司和公司和PW公司研制公司研制v首先在首先在RB211-535E4使用使用v后在后在V2500、RB211-524G/H上使用。

上使用。

v现在研制第三代超塑性成型、扩散连接风扇现在研制第三代超塑性成型、扩散连接风扇叶片。

叶片。

三、风扇结构三、风扇结构2）叶身带中间突）叶身带中间突肩肩v作用：

作用：

v减小叶片振动减小叶片振动v提高抗外物打伤提高抗外物打伤（FOD）v相互抵紧形成一环相互抵紧形成一环三、风扇结构三、风扇结构带凸肩叶片问题：

带凸肩叶片问题：

v制造制造v强度强度v性能性能三、风扇结构三、风扇结构v利用气流利用气流通道防止核通道防止核心机打伤心机打伤v加大动静加大动静叶间距减少叶间距减少噪音噪音四、高压压气机结构四、高压压气机结构四、高压压气机结构四、高压压气机结构1）环型燕尾槽）环型燕尾槽vGE公司，公司，PW公司，公司，RR公司的民机均采用公司的民机均采用了环形燕尾槽的结构。

了环形燕尾槽的结构。

v在推重比为在推重比为8以上的发动机上也大多采用。

以上的发动机上也大多采用。

v最主要的是减小零件数，减小重量最主要的是减小零件数，减小重量v主要在高压压气机后几级采用主要在高压压气机后几级采用四、高压压气机结构四、高压压气机结构四、高压压气机结构四、高压压气机结构2）高压压气机的钛火问题）高压压气机的钛火问题v全钛转子和钛合金机匣全钛转子和钛合金机匣v主要需要解决钛火问题主要需要解决钛火问题v研制耐高温低燃性钛合金。

研制耐高温低燃性钛合金。

v在防止钛火的前提下在防止钛火的前提下,如果实现全钛转子可如果实现全钛转子可大幅度降低压气机转子重量。

大幅度降低压气机转子重量。

四、高压压气机结构四、高压压气机结构使用背景使用背景vCF6到到1977年为止工作年为止工作800万小时发生万小时发生14次次;vPW40001986年年5月月6日进行包容性试验时发生钛火。

日进行包容性试验时发生钛火。

1987.6EIS；vF4041987年年11月美海军宣布当年摔月美海军宣布当年摔9架其中架其中4架是架是由于钛火；由于钛火；v俄罗斯俄罗斯HK-8-2Y、HK-86、-30KY1977-1987年发年发生生7次钛火事件；次钛火事件；1980年年EISv在定型试验中发生在定型试验中发生4次；次；v1982年年-1991年发生年发生10次钛火；次钛火；四、高压压气机结构四、高压压气机结构产生原因产生原因v在空气温度压力较高时，钛转子与钛静子或在空气温度压力较高时，钛转子与钛静子或机匣碰摩会引起钛火。

机匣碰摩会引起钛火。

v5-10秒即可烧穿机匣。

一般情况下高压压气秒即可烧穿机匣。

一般情况下高压压气机机3-4级的条件正好。

级的条件正好。

四、高压压气机结构四、高压压气机结构采取措施采取措施v1.CF61978年后采用钢机匣；年后采用钢机匣；v2.F4041987年后高压压气机采用钢机匣年后高压压气机采用钢机匣（M152）；涵机匣采用涵机匣采用PMR15复合材料，发动复合材料，发动机总重量增加机总重量增加0.454千克。

千克。

v3.CFM56加防火衬套，加防火衬套，1987年年10月采用钢月采用钢机匣机匣（M152），零件数减少零件数减少140件，重量仅增件，重量仅增加加5,63千克。

千克。

四、高压压气机结构四、高压压气机结构四、高压压气机结构四、高压压气机结构四、高压压气机结构四、高压压气机结构v4.PW4000采用在钛机匣内镶嵌采用在钛机匣内镶嵌4.3毫米的钢环再加毫米的钢环再加2.67毫米厚的金属毛毡毫米厚的金属毛毡v5.俄适航条令关于使用钛合金机匣的规定在使用钛俄适航条令关于使用钛合金机匣的规定在使用钛合金时应满足以下温度要求：

合金时应满足以下温度要求：

v叶片小于叶片小于500，v静子叶片小静子叶片小330v机匣外环小于机匣外环小于330v转动篦齿环小于转动篦齿环小于300四、高压压气机结构四、高压压气机结构v6）阻燃钛合金）阻燃钛合金v钛合金着火问题阻碍了高压机匣采用；钛合金着火问题阻碍了高压机匣采用；v钛合金中含钛合金中含V量大于量大于25%、含含Cr量大于量大于15%时有时有较好的阻燃性能；较好的阻燃性能；vAlloyC（Ti-35V-15Cr）在在F119上应用；上应用；vR.R公司正在发展价廉的公司正在发展价廉的Ti-25V-15Cr-2Alv（621所参加所参加）四、高压压气机结构四、高压压气机结构3）机匣开斜槽）机匣开斜槽v减小二次损失，提高叶片效率。

减小二次损失，提高叶片效率。

四、高压压气机结构四、高压压气机结构正交叶片正交叶片v在性能上采用的措施以提高压气机效率。

在性能上采用的措施以提高压气机效率。

五、燃烧室结构五、燃烧室结构燃烧室燃烧室v买得起，泼辣，重量轻，性能好买得起，泼辣，重量轻，性能好v增强在小空间内油气掺混；增强在小空间内油气掺混；v改善低状态下的稳定性改善低状态下的稳定性v高状态下的高温耐久性高状态下的高温耐久性v采用先进的涡流器技术，单头部燃烧室采用先进的涡流器技术，单头部燃烧室v改善扩压气的气动设计改善扩压气的气动设计v创新燃油分配系统创新燃油分配系统五、燃烧室结构五、燃烧室结构v内、外机匣连同带叶栅的扩散器整体铸出内、外机匣连同带叶栅的扩散器整体铸出五、燃烧室结构五、燃烧室结构燃烧室火焰筒燃烧室火焰筒v由滚轧出的环形段焊接由滚轧出的环形段焊接（EBW）而成而成v焊缝位于冷却孔附近的冷区焊缝位于冷却孔附近的冷区v采用采用HastelloyX镍基高温合金镍基高温合金v与燃气接触的表面用等离子喷涂一层隔热涂与燃气接触的表面用等离子喷涂一层隔热涂层层v头部用头部用Inconel625镍基合金铸出镍基合金铸出PW4000火焰筒火焰筒气动喷嘴气动喷嘴浮壁式火焰筒浮壁式火焰筒PW4090燃烧室燃烧室PW4000高温部件高温部件六、涡轮结构六、涡轮结构涡轮的工作环境为高温，高速涡轮的工作环境为高温，高速应在工作条件下防止热应力和热膨胀应在工作条件下防止热应力和热膨胀提高寿命提高寿命提高可靠性提高可靠性提高涡轮工作效率提高涡轮工作效率高压涡轮冷却系统高压涡轮冷却系统保证轴承使用寿命保证轴承使用寿命提高效率和寿命提高效率和寿命高压涡轮得安装高压涡轮得安装vPW4090高压涡轮低压涡轮低压涡轮PW4090低压涡轮低压涡轮