專利名稱：一種高性能渦輪發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)是一種將燃料的熱能轉(zhuǎn)化為動能并對外持續(xù)做功的裝置，廣泛用于航空、航海、發(fā)電以及輸出動力等領(lǐng)域，本說明書以航空領(lǐng)域的渦輪發(fā)動為主進(jìn)行論述。
航空渦輪發(fā)動機(jī)分為渦輪噴氣發(fā)動機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)、渦輪軸發(fā)動機(jī)、渦輪螺旋漿發(fā)動機(jī)，簡稱渦噴、渦扇、渦軸、渦漿發(fā)動機(jī)。本發(fā)明主要涉及渦軸、渦漿發(fā)動機(jī)。航空渦輪發(fā)動機(jī)現(xiàn)存的問題及發(fā)展趨勢提高整體工作的可靠性，降低油耗和排污，延長各零部件的平均翻修壽命，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步降低制造成本和使用成本。
為了提高發(fā)動機(jī)的工作可靠性及延長其平均翻修壽命，應(yīng)盡可能減少發(fā)動機(jī)的振動值，因?yàn)檎駝哟笫且鹌谄茐牡闹匾?，產(chǎn)生振動的因素很多，其中主要是由轉(zhuǎn)子不平衡所引起的，因?yàn)榘l(fā)動機(jī)實(shí)際工作轉(zhuǎn)速大大高于平衡試驗(yàn)時的轉(zhuǎn)速，而且轉(zhuǎn)子工作時，溫度高、應(yīng)力大，使其產(chǎn)生彈塑性變形、零件互相錯位，動不平衡度大幅增加，所以降低轉(zhuǎn)子不平衡度是減少振動的重要措施。將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)設(shè)計得短，剛性較大，以避免在推力、重力和陀螺力矩作用下產(chǎn)生的變形，降低轉(zhuǎn)子不平度(上述內(nèi)容參閱國防工業(yè)出版社1985年12月出版的《航空渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)》第113、119、122、437、448頁)。
基于上述分析，如附

圖1所示，本發(fā)明改變傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計出獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，沿轉(zhuǎn)子軸向上，省去燃燒室和渦輪所占位置，使軸長縮短了40％，顯著提高轉(zhuǎn)子剛性和動平衡性能，減少振動，從而提高發(fā)動機(jī)的工作可靠性，并延長其平均翻修壽命。
為了使高壓渦輪效率提高并減輕重量，要采用較高的渦輪前總溫和跨音速渦輪，提高渦輪前總溫關(guān)鍵采用先進(jìn)冷卻技術(shù)和高溫材料，因高溫材料的發(fā)展應(yīng)用有限，所以解決渦輪部件的冷卻問題較突出(以上內(nèi)容參閱國防工業(yè)出版社1985年12月出版的《航空渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)》第157、158、427、448頁)。
如附圖1所示本發(fā)明將渦輪葉片和壓氣機(jī)葉片結(jié)合為一個整體，冷卻渦輪的氣流可以從壓氣機(jī)葉片直接引出，并可利用壓氣機(jī)葉片的正反葉面壓力差，將冷卻氣流引回壓氣機(jī)，形成冷卻氣流的循環(huán)，以減少壓氣機(jī)效率損失，在此基礎(chǔ)上可加大冷卻氣流量，以強(qiáng)化冷卻效果，既延長高溫部件的使用壽命，又降低渦輪出口氣流的焓值；另一方面，本發(fā)明將渦輪工作腔和壓氣機(jī)工作腔嵌套于轉(zhuǎn)軸上，壓氣機(jī)內(nèi)的空氣可充分吸收渦輪部件的熱能。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和壓氣機(jī)進(jìn)口氣流溫度不變的條件下，壓氣機(jī)內(nèi)氣體流量不變，根據(jù)P1·V1/T1=P2·V2/T2，空氣在壓氣機(jī)中被壓縮過程中，又吸收熱量，將進(jìn)一步提高氣流在壓氣機(jī)的出口溫度和增壓比，從而提高氣流在渦輪前的總焓值，這兩方面的作用將增大燃?xì)饬髟跍u輪中的焓降值，提高整機(jī)效率，降低油耗。
本發(fā)明特有的結(jié)構(gòu)，使空氣在壓氣機(jī)內(nèi)被壓縮過程中，既吸收了動能，又吸收了熱能，后者是現(xiàn)有渦輪發(fā)動機(jī)無法實(shí)現(xiàn)的，是提高整機(jī)綜合效率的凈增值。
現(xiàn)有發(fā)動的冷卻氣流是通過管路從壓氣機(jī)中引出，繞過燃燒室，流向渦輪，無法回流循環(huán)，不僅造成壓氣機(jī)效率下降，而且系統(tǒng)復(fù)雜，易出故障。此外，由于轉(zhuǎn)子軸向尺寸長，為保證發(fā)動機(jī)的工作可靠性，采用多步平衡的裝配工藝，周期長，制造成本高，本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理緊湊，簡化了冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子長度縮短后，其剛性和動平衡度顯著提高，從而簡化了多步平衡的工藝，降低制造成本。
綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有同類產(chǎn)品比較具有以下特點(diǎn)1．其特有的結(jié)構(gòu)，既充分利用燃?xì)饽芰?，又?qiáng)化了高溫部件的冷卻效果，從而提高整機(jī)效率，延長使用壽命。
2．轉(zhuǎn)子軸長縮短40％，其剛性和動平衡性能顯著提高，不僅提高整機(jī)的工作可靠性，而且延長各零件的平均翻修壽命。
3．整機(jī)結(jié)構(gòu)合理緊湊，簡化了冷卻系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)和裝配調(diào)試工藝，降低了制造成本。
附圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的對稱半剖視圖。
附圖2為本發(fā)明渦輪工作腔與壓氣機(jī)工作腔之間的氣封結(jié)構(gòu)局部剖視圖。
現(xiàn)結(jié)合附圖做進(jìn)一步詳述如附圖1所示，渦輪動葉片(3)與壓氣機(jī)動葉片(2)通過中間隔環(huán)(4)相結(jié)合，再通過輪盤(1)與軸及軸承構(gòu)成一個整體，渦輪導(dǎo)向葉片(5)與壓氣機(jī)導(dǎo)向葉片(7)通過中間隔環(huán)(6)相結(jié)合，并裝于外機(jī)匣(7)上，外機(jī)匣(7)與轉(zhuǎn)軸(10)所構(gòu)成的環(huán)形腔被中間機(jī)匣(9)，動葉片隔環(huán)(4)和導(dǎo)向葉片隔環(huán)(6)共同分為內(nèi)、外兩個同心環(huán)形腔，分別構(gòu)成渦輪工作腔和壓氣機(jī)工作腔，本發(fā)明采用折流式環(huán)形燃燒室。
本發(fā)明在應(yīng)用中，可通過以下方法具體實(shí)施。
1．中間機(jī)匣和動葉片中間隔環(huán)、導(dǎo)向葉片中間隔環(huán)之間，均需根據(jù)氣流方向采用相應(yīng)的氣封結(jié)構(gòu)，如附圖2所示。
2．為降低制造成本，渦輪葉片和壓氣機(jī)葉片可選用不同的材料。
3．為減小發(fā)動機(jī)徑向尺寸，可采用回流式環(huán)形燃燒室。
4．為保證發(fā)動機(jī)在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有效工作，可將壓氣機(jī)進(jìn)口處導(dǎo)向葉片制成可調(diào)角度的導(dǎo)向葉片。
5．如將附圖1所示的渦輪工作腔和壓氣機(jī)工作腔位置對換，并將壓氣機(jī)進(jìn)口、燃燒室位置和葉片形式做相應(yīng)的變動，即可發(fā)展為渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的核心機(jī)。
本發(fā)明參閱的資料1．國防工業(yè)出版社1985年12月出版《航空渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī))》2．國防工業(yè)出版社1975年10月出版[英]羅耳斯·羅伊斯公司編《噴氣發(fā)動機(jī)》3．航空工業(yè)出版社1996年6月出版《世界航空發(fā)動機(jī)手冊》
權(quán)利要求
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，特別涉及渦軸、渦漿發(fā)動機(jī)，其特征在于1．渦輪動葉片與壓氣機(jī)動葉片沿徑向通過中間隔環(huán)結(jié)合成一個整體，再通過輪盤與轉(zhuǎn)軸相聯(lián)，工作時，渦輪動葉片吸收的動能直接傳遞到壓氣機(jī)動葉片。
2．渦輪導(dǎo)向葉片與壓氣機(jī)導(dǎo)向葉片沿徑向通過中間隔環(huán)結(jié)合成一個整體，裝于外機(jī)匣。
3．外機(jī)匣與轉(zhuǎn)軸所構(gòu)成的環(huán)形腔被中間機(jī)匣、動葉片的中間隔環(huán)和導(dǎo)向葉片的中間隔環(huán)共同分為內(nèi)、外兩個同心的環(huán)形腔，分別構(gòu)成渦輪工作腔和壓氣機(jī)工作腔。
全文摘要
一種高性能渦輪發(fā)動機(jī)涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī),應(yīng)用于航空、航海、發(fā)電及輸出動力等領(lǐng)域。本發(fā)明與現(xiàn)有同類產(chǎn)品比較具有以下特點(diǎn):1.其特有的結(jié)構(gòu)既充分利用渦輪內(nèi)的燃?xì)饽芰?又強(qiáng)化了高溫部件的冷卻效果,提高整機(jī)效率,延長使用壽命。2.轉(zhuǎn)子軸長縮短40%,動平衡性能顯著提高,不僅提高整機(jī)的工作可靠性,而且延長各零部件平均翻修壽命。3.整機(jī)結(jié)構(gòu)合理緊湊,簡化了冷卻系統(tǒng),潤滑系統(tǒng)和裝配調(diào)試工藝,降低制造成本。
文檔編號F02C3/00GK1225414SQ9810500
公開日1999年8月11日 申請日期1998年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月2日
發(fā)明者王偉國 申請人:王偉國