CF6-80C2发动机的风扇和压气机燃烧室与高低压涡轮|陈光谈航发144
风 扇
风扇典型结构,如图2所示。流经风扇的空气流量为765kg/s,涵道比为5.28，38 片带中间凸台风扇叶片,叶尖处局部铣薄以避免与机匣相碰时出现过大摩擦,叶片以燕尾型榫头装于榫槽中,榫槽做得较深,叶片插入较深的榫槽后,再在叶根下插入一垫块,将叶片上顶并使其两侧凸台紧贴于相邻叶片的凸台,这种结构便于单个地更换叶片。风扇转子用 Ti6-4钛合金制造,风扇盘前的进气锥用 7075 铝合金制成。
图2、CF6-80C2风扇部件
风扇包容环采用了在铝合金基体上缠绕67层Kevlar带条的结构，出口导叶用高模量碳树脂附着于尼龙芯板上制成,其内端插入复合材料内环中。各级钛合金低压压气机静叶固定于铝合金机匣上。
风扇承力机匣
风扇承力机匣的中心轮毂部分(内涵气流通道)由钛合金铸造,焊接上12根外涵道径向支板,支板外端用螺钉固定到风扇外机匣上,形成发动机的主承力框架。
低压压气机
在风扇后装有4级低压压气机(也称增压压气机),为使气流平缓过渡流入高压压气机,低压压气机的气流通道设计成圆弧形,4级与气流方向垂直的转子叶片装于鼓筒的环形燕尾槽中,鼓筒用螺钉固定于风扇盘后。低压压气机转子用Ti6-4钛合金制造。
高压压气机的性 能
发动机总增压比30.4,流入高压压气机的空气流量为121kg/s,高压压气机有14级,是现代发动机中少有的设计。
图3、CF6-80C2高压压气机转子
转 子
高压压气机转子共三段五个组件如图3所示,包括带鼓的1级盘、带轴的2级盘、3~9级盘鼓焊接段、10级盘、11~14级盘鼓及后轴焊接段,各段之间用螺栓连接。各级工作叶片的叶尖均局部铣薄,1~5级为 Ti6-4、6~9级为 A286合金钢、10~14级为Inconel718制成。
除1、2级叶片用轴向燕尾槽固定叶片外,其余各级均用环形燕尾槽固定,便于打开机匣更换叶片,这是20世纪80年代发展的新设计,已为众多的发动机采用。第1级工作叶片叶身上有减振凸台,叶片安装方式类似于风扇叶片,即叶根下插入锁片,这种安装方式便于单个拆换叶身上带凸台的叶片。
机 匣
水平对分的高压压气机机匣由 M-152合金钢离心浇铸而成,所有静子叶片均由 A286合金钢制成。在对应于3~14级工作叶片叶尖处的机匣内壁上车出斜槽(见图4),叶尖外径与未加工斜槽时的机匣内径基本一致,叶尖与主气流通道间无间隙,流动损失少,可提高效率,并能避免工作时叶尖与机匣相碰,据称这种设计的封严效果比在机匣内壁涂易磨层好。
CFM56-5、普惠公司的PW4000、罗·罗公司的 RB211-524G/H 上也采用了这种设计。
图4、 压气机机匣上开斜槽
燃烧室与高低压涡轮
整体铸造机匣
燃烧室内、外机匣及扩压器的10个支柱用Inconel718合金铸成一体,其前端安装压气机出口导叶,后端与涡轮机匣相连,形成发动机第2个承力框架。这种整体铸造的燃烧室机匣,不仅刚性好,且零件数大大减少。PW4000、V2500等发动机也采用了这种结构。
火焰筒
火焰筒为环形结构,头部带30个涡流器,分别用 HS188、HastX高温合金型钢滚轧后焊接而成的外壳和内壳上均有6排气膜冷却孔,外壳靠后安装边夹持于燃烧室机匣与涡轮机匣间,内壳用螺钉固定于高压涡轮导向器内支承板上。涡流器有两级,第1级为切向孔式,第2级为径向叶栅式。
高压涡轮
静子叶片
两级涡轮的转、静子叶片均为气冷式。两级X 40精铸的空心导流叶片中,第1级叶腔内插有两个芯子,压气机出口空气分别由叶片内外端流入前后芯子中;第2级导叶是引压气机11级空气从外端通入叶腔进行冷却。
图5、高压涡轮转子及冷却空气流路
工作叶片
两级工作叶片用定向凝固的 Rene’80H铸成,冷却空气进入第1级叶片的方式与其他发动机不同(见图5),压气机出口空气通过封严装置径向流入固定在轴上的导流器,加速进入轴腔和两级盘间,在离心力作用下由1、2级间的鼓环与盖板组成的通道中甩入1级转子叶根部。
这种设计可除去空气中的尘埃,避免堵塞叶片冷却通道,而且冷却空气的压力、速度较高,冷却效果较好。转子叶片根部两侧装有减振块,可增加叶片固接刚性,并利用其间摩擦力来减振。
低压涡轮
低压涡轮单元体结构如图6所示。
转 子
5级带锯齿形叶冠的实心工作叶片和各级导流叶片均由 Rene’77铸造,均为Inconel718材料制成,盘间用短螺栓连接。高压第2级后端面及低压涡轮1、2级的冷却空气由第7级压气机引来。
图6、低压涡轮单元体
静 子
涡轮后轴承机匣用Inconel718整体铸造,其12个空心翼型支板起到半级涡轮的作用。每个支板前缘靠近外环处有兜气口,将燃气引进支板内腔,再流入轮毂内以进行加温,可减少工作时因外环、轮毂间温度不均而引起的过大热应力。这种结构在其他发动机中比较少见。
