航空发动机工作叶片采用减振块防止叶片损坏 陈光谈航发269

时间:2019-04-16 09:14 来源:互联网 作者:佚名 浏览量:3261

减振块用于防止叶片受损。压缩机和涡轮工作叶片由于工作中的振动问题而开裂和脱落是很常见的。有些发动机原本没有任何问题,但长期使用后也有振动问题。

例如,当f404发动机投入使用且累计工作时间达到100万小时时,高压压缩机的第一和第三工作叶片共振并断裂,导致钛外壳着火并导致飞机坠毁。因此,叶片振动问题应该在发动机开发中得到很好的解决。在叶片根部使用阻尼块是一些新发动机中使用的一种方法。

例如,在cfm56 3发动机中,风扇叶片使用叶片体肩部来防止叶片振动并提高抵抗异物的能力。然而,在其衍生发展cfm56 5中,除了保持风扇叶片的叶片体肩部之外,如图6所示,振动阻尼块安装在叶片根部和叶片体基部之间。

图6,cfm56风扇叶片阻尼块

在rb211系列发动机中,高压涡轮工作叶片采用叶片冠结构,这在大型发动机中是独特的,因为其他发动机的高压涡轮工作叶片不采用具有叶片冠的结构。理论上,叶冠是解决叶片振动问题的一种方法。然而,在这一系列发动机中,阻尼块安装在高压涡轮工作叶片的延伸根部,如图7所示。

俄罗斯的计算分析表明,叶片根部采用干摩擦阻尼块后,振动应力可降低50%~70%。

普惠公司正在解决pw4084发动机高压压缩机工作叶片振动应力过大的问题。前四排定子叶片的上半壳和下半壳中的叶片数量不一致。如表1所示,在相邻阶段,前排比上半壳多,后排比下半壳多。采用这种结构,第一、第三和第四级工作叶片的振动应力减小了30%。

图7,rb211高压涡轮工作叶片阻尼块

在低压涡轮轴上,必须采取措施防止涡轮轴断裂后转子飞起。由于未能采取这些措施,中国发生了灾难性事故,造成了巨大影响。这一课花费了很多钱,必须在未来的发动机设计中学习。

在现有发动机中,薄壁套筒广泛用于发动机中,如30ky(苏制发动机,用于客机,如图154和Il62)、f404、f110和cfm56等。细长的钛合金套筒都用于发动机。薄壁套筒在外部压力下最容易不稳定。在设计中,套筒不仅要有足够的不稳定性储备,还要考虑其他可能导致过早不稳定性的因素,如材料质量、加工质量和粗心造成的划痕损伤。

此外,还应考虑在某些意外情况下外部压力突然增加的可能性,并相应采取一些必要的措施。例如,沿长度方向在一定距离处制作加强肋环,或者通过锻造加工厚度稍大的套筒。此外,应采取措施防止发动机整体设计中外部压力可能突然上升。

由于上述发动机中的薄壁套筒均安装在高压转子内,并套在低压轴外,如果在运行过程中出现外部压力不稳定,会与低压轴一起研磨,造成无法估量的严重故障。这已被国内使用证实。

表1pw4084高压压缩机前4排定子叶片的不对称结构

应注意高温部件的热匹配。在发动机高温部件的设计中,不仅要考虑部件材料的高温力学性能,使部件在高温条件下具有足够的强度和耐久性,还要考虑部件与其相邻部件之间的热匹配。

所谓热匹配问题(thermal matching problem)是指当两个匹配部件的工作温度发生变化时,这两个部件应该基本上以相同的方式变形,即当温度上升或下降时,这两个部件在匹配部件处的膨胀或收缩基本上是相同的,否则,在匹配部件处可能会出现太多的干涉或间隙,导致发动机的正常运行受到损害。

在航空发动机的高温部件中,不仅停机与运行之间的温差很大,而且当发动机工况变化时,尤其是急剧变化时,温度变化也很大。当温度变化时,匹配部件(转子中的部件、定子中的部件或转子和定子之间的部件),或者由于不同的材料、不同的线性膨胀系数,或者由于温度分布不均匀,每个部件的温度不同,或者由于两个原因同时存在,每个部件的膨胀或收缩不同,导致不匹配。

例如,装配处装配特性的变化会大大增加干涉,并在零件中产生过大的热应力。或者减少干涉,甚至大间隙,使零件之间的损坏居中。另一个例子是,两个环形部分在沿圆周的几个位置匹配。如果温度变化时两部分的膨胀和收缩不一致,不仅匹配性能会改变,而且零件可能会变形。

另一个例子是,隔热涂层喷涂在涡轮导向器和工作叶片的表面,这是现代发动机的常见保护措施。然而,如果涂层材料和基材之间的热匹配不好,在操作期间热应力将施加在两种材料上。

由于热失配而在零件上产生的热应力在每次发动机工作或加速器突然改变时都会产生一次,因此热应力会导致零件的低周疲劳并导致一些故障。例如,如果叶片上涂层的热量不匹配,发动机在短期运行中可能不会有问题,但是当发动机长时间工作时,涂层会脱落。例如,在pw2037发动机中,隔热涂层在长期工作后脱落,必须用涂层代替。

在结构设计中避免死腔,除非有特殊需要(非常罕见),否则在发动机结构设计中不允许死腔。所谓死腔是指与外界不相通的封闭腔。当发动机工作时,内部温度高于发动机停止时的温度,尤其是从压缩机的后级开始,后者越高。

此外,即使在某个位置,温度也会随着工作条件的变化而变化。如果发动机中有死腔,一旦发动机经过启停循环,死腔中的气体压力将增加和减少,即,它将反复作用于腔壁上的某个负载,因此易于产生低循环疲劳。

此外,如果温升过大,腔内压力突然增加,容易引起腔壁变形、鼓胀和破裂。例如,用于安装销的孔被制成盲孔。安装销后,工作时内腔压力也会随着温度的升高而增加,严重时销会被推出。

由于国内外发动机死腔结构使用中存在的问题,会发生严重的发动机故障,甚至停飞事故,提醒设计人员在设计发动机结构时注意不要有死腔。

涡轮盘上没有螺栓孔。在一些发动机中,通常在涡轮盘上制造多个螺栓孔,以连接涡轮轴(例如,с33和с31ф),或者连接两级盘(例如,J T9 D7R14和pw2037),或者固定限制盘内工作叶片的前挡板和后挡板(例如,cfm562、3、cf6 80c2和cf6 80e1)。

涡轮盘上的螺栓孔,尤其是外缘上的孔,不仅削弱了涡轮盘,而且成为运转故障的来源。此外,当螺栓的两端与轮盘一起转动时,周围的气体会被搅动,这不仅增加了阻力,还增加了轮盘处的工作温度。因此,在结构设计中,最好不要在涡轮盘上打开螺栓孔,而是使用其他结构。

例如,在cfm56 5发动机的高压涡轮转子中,前后挡板的固定方式已经改变,不再使用cfm562和3型中使用的螺栓连接方法,而是采用类似于压力锅盖的连接方法。通用电气新开发的ge90发动机也采用了这种结构。pw4000和v2500发动机的高压涡轮盘具有相似的结构。

秒速赛车购买