發動機的風扇和壓氣機燃燒室與高低壓渦輪：「空中女王」波音744的動力之源
風 扇
風扇典型結構,如圖2所示。流經風扇的空氣流量為765kg/s,涵道比為5.28，38 片帶中間凸颱風扇葉片,葉尖處局部銑薄以避免與機匣相碰時出現過大摩擦,葉片以燕尾型榫頭裝於輪盤榫槽中,榫槽做得較深,葉片插入較深的榫槽後,再在葉根下插入一墊塊,將葉片上頂並使其兩側凸台緊貼於相鄰葉片的凸台,這種結構便於單個地更換葉片。風扇轉子用 Ti6-4鈦合金製造,風扇盤前的進氣錐用 7075 鋁合金製成。
圖2、CF6-80C2風扇部件
風扇包容環
風扇包容環採用了在鋁合金基體上纏繞67層Kevlar帶條的結構，出口導葉用高模量碳樹脂附著於尼龍芯板上製成,其內端插入複合材料內環中。各級鈦合金低壓壓氣機靜葉固定於鋁合金機匣上。
風扇承力機匣
風扇承力機匣的中心輪轂部分(內涵氣流通道)由鈦合金鑄造,焊接上12根外涵道徑向支板,支板外端用螺釘固定到風扇外機匣上,形成發動機的主承力框架。
低壓壓氣機
在風扇輪盤後裝有4級低壓壓氣機(也稱增壓壓氣機),為使氣流平緩過渡流入高壓壓氣機,低壓壓氣機的氣流通道設計成圓弧形,4級與氣流方向垂直的轉子葉片裝於鼓筒的環形燕尾槽中,鼓筒用螺釘固定於風扇盤後。低壓壓氣機轉子用Ti6-4鈦合金製造。
高壓壓氣機的性 能
發動機總增壓比30.4,流入高壓壓氣機的空氣流量為121kg/s,高壓壓氣機有14級,是現代發動機中少有的設計。
圖3、CF6-80C2高壓壓氣機轉子
轉 子
高壓壓氣機轉子共三段五個組件如圖3所示,包括帶鼓的1級盤、帶軸的2級盤、3~9級盤鼓焊接段、10級盤、11~14級盤鼓及後軸焊接段,各段之間用螺栓連接。各級工作葉片的葉尖均局部銑薄,1~5級為 Ti6-4、6~9級為 A286合金鋼、10~14級為Inconel718製成。
除1、2級葉片用軸向燕尾槽固定葉片外,其餘各級均用環形燕尾槽固定,便於打開機匣更換葉片,這是20世紀80年代發展的新設計,已為眾多的發動機採用。第1級工作葉片葉身上有減振凸台,葉片安裝方式類似於風扇葉片,即葉根下插入鎖片,這種安裝方式便於單個拆換葉身上帶凸台的葉片。
機 匣
水平對分的高壓壓氣機機匣由 M-152合金鋼離心澆鑄而成,所有靜子葉片均由 A286合金鋼製成。在對應於3~14級工作葉片葉尖處的機匣內壁上車出斜槽(見圖4),葉尖外徑與未加工斜槽時的機匣內徑基本一致,葉尖與主氣流通道間無間隙,流動損失少,可提高效率,並能避免工作時葉尖與機匣相碰,據稱這種設計的封嚴效果比在機匣內壁塗易磨層好。
CFM56-5、普惠公司的PW4000、羅·羅公司的 RB211-524G/H 上也採用了這種設計。
圖4、 壓氣機機匣上開斜槽
燃燒室與高低壓渦輪
整體鑄造機匣
燃燒室內、外機匣及擴壓器的10個支柱用Inconel718合金鑄成一體,其前端安裝壓氣機出口導葉,後端與渦輪機匣相連,形成發動機第2個承力框架。這種整體鑄造的燃燒室機匣,不僅剛性好,且零件數大大減少。PW4000、V2500等發動機也採用了這種結構。
火焰筒
火焰筒為環形結構,頭部帶30個渦流器,分別用 HS188、HastX高溫合金型鋼滾軋後焊接而成的外殼和內殼上均有6排氣膜冷卻孔,外殼靠後安裝邊夾持於燃燒室機匣與渦輪機匣間,內殼用螺釘固定於高壓渦輪導向器內支承板上。渦流器有兩級,第1級為切向孔式,第2級為徑向葉柵式。
高壓渦輪
靜子葉片
兩級渦輪的轉、靜子葉片均為氣冷式。兩級X 40精鑄的空心導流葉片中,第1級葉腔內插有兩個芯子,壓氣機出口空氣分別由葉片內外端流入前後芯子中;第2級導葉是引壓氣機11級空氣從外端通入葉腔進行冷卻。
圖5、高壓渦輪轉子及冷卻空氣流路
工作葉片
兩級工作葉片用定向凝固的 Rene』80H鑄成,冷卻空氣進入第1級葉片的方式與其他發動機不同(見圖5),壓氣機出口空氣通過封嚴裝置徑向流入固定在軸上的導流器,加速進入軸腔和兩級盤間,在離心力作用下由1、2級輪盤間的鼓環與蓋板組成的通道中甩入1級轉子葉根部。
這種設計可除去空氣中的塵埃,避免堵塞葉片冷卻通道,而且冷卻空氣的壓力、速度較高,冷卻效果較好。轉子葉片根部兩側裝有減振塊,可增加葉片固接剛性,並利用其間摩擦力來減振。
低壓渦輪
低壓渦輪單元體結構如圖6所示。
轉 子
5級帶鋸齒形葉冠的實心工作葉片和各級導流葉片均由 Rene』77鑄造,輪盤均為Inconel718材料製成,盤間用短螺栓連接。高壓第2級輪盤後端面及低壓渦輪1、2級輪盤的冷卻空氣由第7級壓氣機引來。
圖6、低壓渦輪單元體
靜 子
渦輪後軸承機匣用Inconel718整體鑄造,其12個空心翼型支板起到半級渦輪的作用。每個支板前緣靠近外環處有兜氣口,將燃氣引進支板內腔,再流入輪轂內以進行加溫,可減少工作時因外環、輪轂間溫度不均而引起的過大熱應力。這種結構在其他發動機中比較少見。
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