人們往往更加重視航空發動機的轉子,轉子包括了風扇/壓氣機、主軸、渦輪等發動機重要且核心零部件,涉及結構、靜強度、高周和低周循環壽命、持久、蠕變、轉子動力學等諸多技術含量較高的學科,而發動機的機匣在那里靜止不動,人們往往忽略了其獨特的重要性,更忽略了機匣設計上的技術難度可能帶來的一系列麻煩的問題。
機匣是航空發動機的主要承力件,它與轉子共同形成了發動機氣流通道,其結構和承載情況比較復雜,機匣結構設計的水平,直接影響發動機的氣動性能、可靠性和壽命。一個成功的機匣設計,應能:
6)在總體結構上考慮還需盡量減小機匣的熱變形和與轉子的熱不協調。
各類機匣主要包括:進氣機匣、風扇機匣/低壓壓氣機機匣、中介機匣、高壓壓氣機機匣、燃燒室內機匣和外機匣、渦輪機匣、渦輪后機匣、外涵機匣等。
機匣的連接必須保證定位可靠,保證形位公差累計后的支點同軸度,機匣設計最重要的要素之一就是定心方法。常用的定心方法有止口定心、精密螺栓定心、定位銷定心和混合定心方法。
機匣軸向分段時,機匣之間采用止口定心時,凹止口和凸止口的選擇主要取決于結構、檢驗和裝配的需要,可以考慮將溫度高、線膨脹系數大的零件做成凸止口,保證機匣之間在高溫下的可靠定心。
通常止口定心指的是內止口定心,為了減小機匣內壁面流道上止口結合處的軸向間隙和臺階,可采用外定心止口結構。
1)在止口定心無法滿足裝配精度的情況下,可用精密螺栓或精密銷釘來定心,這時精密螺栓一般是總螺栓書的?;若精密螺栓數≯?,配合建議為H6/k6;若精密螺栓數量>?,可采用H6/h6。
2)軸向端面設計必須保證足夠的氣密性,機匣安裝邊設計必須保證接觸端面貼合良好,法蘭端面應進行著色檢查,著色面積沿法蘭邊周向分布均勻,并不少于總面積的75%~90%。
3)機匣法蘭邊應具有良好的連接剛性,關鍵參數為法蘭邊厚度b,螺栓直徑d,螺栓周向間距S,當螺栓分布圓直徑D為100~1300mm時:
結構鋼或鈦合金機匣b≈(2.5~5)+0.0025d(mm)
鋁鎂合金鑄造機匣b≈(4~8)+0.0108d(mm)
螺栓直徑d,多為6、8、10mm,通常S=(5~8)d,氣密性要求高時S≈2.5d,對氣密性要求不高時S≈10d。
機匣由前往后,由于氣體壓力越來越高,其氣密性要求也越來越高,其S值由前往后逐漸減小。
當機匣無法沿軸向安裝至指定位置時,需要將機匣周向分半,通常沿水平方向或與水平方向成一定夾角分成上下兩半,可以對稱分半,也可以不對稱分半,可以根據機匣的結構情況和靜子葉片數量而定,如靜子葉片數量為奇數時,則不對稱分半,上半小,下半大。
周向安裝邊的結合面應有氣密性要求,并進行著色檢查,著色面沿周向和軸向應不間斷,著色面積均勻分布,并且不得小于表面積的80%,安裝邊厚度一般為機匣壁厚的2~3倍,螺栓孔距為螺栓直徑的3.5~8倍,孔距前稀后密,常用螺栓直徑為6,8,10mm,螺栓孔中心至周向安裝邊的舉例為螺栓孔直徑的1~1.3倍。
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