航空发动机机匣的连接结构设计

人们往往更加重视航空发动机的转子,转子包括了风扇/压气机、主轴、涡轮等发动机重要且核心零部件,涉及结构、静强度、高周和低周循环寿命、持久、蠕变、转子动力学等诸多技术含量较高的学科,而发动机的机匣在那里静止不动,人们往往忽略了其独特的重要性,更忽略了机匣设计上的技术难度可能带来的一系列麻烦的问题。
1、机匣的设计要求
机匣是航空发动机的主要承力件,它与转子共同形成了发动机气流通道,其结构和承载情况比较复杂,机匣结构设计的水平,直接影响发动机的气动性能、可靠性和寿命。一个成功的机匣设计,应能:
1)提供足够的低循环疲劳寿命;
2)防止高循环疲劳;
3)提供足够的许用应力;
4)提供足够的刚度;
5)提供足够的蠕变寿命并防止屈曲;
6)在总体结构上考虑还需尽量减小机匣的热变形和与转子的热不协调。
7)意外情况下,提供足够的包容性。
2、机匣的连接结构设计
各类机匣主要包括:进气机匣、风扇机匣/低压压气机机匣、中介机匣、高压压气机机匣、燃烧室内机匣和外机匣、涡轮机匣、涡轮后机匣、外涵机匣等。
机匣的连接必须保证定位可靠,保证形位公差累计后的支点同轴度,机匣设计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、定位销定心和混合定心方法。
2.1轴向安装边结构设计
机匣轴向分段时,机匣之间采用止口定心时,凹止口和凸止口的选择主要取决于结构、检验和装配的需要,可以考虑将温度高、线膨胀系数大的零件做成凸止口,保证机匣之间在高温下的可靠定心。
通常止口定心指的是内止口定心,为了减小机匣内壁面流道上止口结合处的轴向间隙和台阶,可采用外定心止口结构。
1)在止口定心无法满足装配精度的情况下,可用精密螺栓或精密销钉来定心,这时精密螺栓一般是总螺栓书的⅓;若精密螺栓数≯⅓,配合建议为H6/k6;若精密螺栓数量>⅓,可采用H6/h6。
2)轴向端面设计必须保证足够的气密性,机匣安装边设计必须保证接触端面贴合良好,法兰端面应进行着色检查,着色面积沿法兰边周向分布均匀,并不少于总面积的75%~90%。
3)机匣法兰边应具有良好的连接刚性,关键参数为法兰边厚度b,螺栓直径d,螺栓周向间距S,当螺栓分布圆直径D为100~1300mm时:
结构钢或钛合金机匣b≈(2.5~5)+0.0025d(mm)
铝镁合金铸造机匣b≈(4~8)+0.0108d(mm)
螺栓直径d,多为6、8、10mm,通常S=(5~8)d,气密性要求高时S≈2.5d,对气密性要求不高时S≈10d。
机匣由前往后,由于气体压力越来越高,其气密性要求也越来越高,其S值由前往后逐渐减小。
2.2周向安装边结构设计
当机匣无法沿轴向安装至指定位置时,需要将机匣周向分半,通常沿水平方向或与水平方向成一定夹角分成上下两半,可以对称分半,也可以不对称分半,可以根据机匣的结构情况和静子叶片数量而定,如静子叶片数量为奇数时,则不对称分半,上半小,下半大。
周向安装边的结合面应有气密性要求,并进行着色检查,着色面沿周向和轴向应不间断,着色面积均匀分布,并且不得小于表面积的80%,安装边厚度一般为机匣壁厚的2~3倍,螺栓孔距为螺栓直径的3.5~8倍,孔距前稀后密,常用螺栓直径为6,8,10mm,螺栓孔中心至周向安装边的举例为螺栓孔直径的1~1.3倍。

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航空发动机机匣的连接结构设计的图1


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原来是这样啊,以前干产品有些要求不太理解,这下算是了解了一些吧,谢谢!
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东北第一大所???
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