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京捷动力齿轮传动PW1000G发动机的研制

爱乐透彩票官网来源:无锡润通机电设备有限公司 发布时间:2019-01-02 点击次数:

上世纪90年代末,普惠公司引进了PW8000,一种推力在120-160千牛之间的齿轮式涡扇发动机,由于某些原因终止了该发动机。然而,减速机的发展为今天的PW1000 G的发展奠定了基础。
    
     进入21世纪后,在绿色航空的要求下,各航空发动机公司都提出了低油耗、低噪音、低排放的新一代客机发动机的发展规划。在这种情况下,普惠公司提出了齿轮传动涡扇发动机的GTF方案。他们认为,采用最新塔龙燃烧室的GTF完全可以满足最新的噪声和排放,标准化,保持较大的裕度,可以成为支线和干线客机的动力。
    
     2007年10月,三菱日本选择GTF作为其下一代支线客机MRJ70/90的动力,庞巴迪巴西选择GTF作为其下一代支线客机C系列(C110和C 130)的动力。
    
     在2008年7月的万宝路航空展上,普惠公司宣布GTF将被命名为清洁动力PW1000G,MRJ的发动机将被命名为PW1214G(推力为14000 lbf),C系列的发动机将被命名为PW1524G(推力为24000 lbf)。截至2009年6月,普凯已订购250台发动机。
    
     2009年8月19日,普惠公司在莫斯科航展上宣布,PW1000G验证机已完成406小时的地面台架试验和120小时的空中试验(普惠公司的B747SP平台为12.45小时,空客A340600平台为27.75小时)。这些成功的验证飞行无疑降低了发动机进入的风险。商业运营。
    
     图2显示了普惠公司B747SP飞行试验台上安装的PW1000G。一般来说,在飞行试验台上安装新发动机时,将卸载原发动机,并更换为需要测试的新发动机。但是,为了进行PW1000G飞行试验,B747SP仍保留原四台发动机,A在机身的上部特别延伸出一个短机翼。将要测试的PW1000G悬挂在短翼下。
    
     除了MRJ和C系列外,新开发的莫斯科MS2和空客A320neo客机最近也使用了PW1000G。因此,PW1000G共有四个系列,即最低推力为67-76kn的日本MRJ客机的PW1200G,最低推力为93-104kn的巴西C系列客机的PW1500G,空客A320neo的PW1100GJM,俄罗斯MS2的PW1400G,以及相同推力为110-150kn的后两个系列,情况就是这样。
    
     PW1000G由一级风机、驱动风机的减速器、三级低压压缩机、八级高压压缩机、采用泰龙技术的环形燃烧室、两级高压涡轮和三级低压涡轮组成,如图3所示。
    
     与传统的高旁路比涡扇发动机不同,风扇和低压转子之间有一套减速器,由低压压缩机和低压涡轮组成。因此,支撑转子的方式有其独特的特点,如图4所示。
    
     风机转子不直接与低压转子连接,而是通过悬臂平行支撑两个圆锥滚子轴承。这种用圆锥滚子轴承支撑的方式是很少见的,由于风扇转速低,所以可以使用圆锥滚子轴承。在传统的高涵道比涡扇发动机中,风扇转速较高,不可能使用这种轴承。
    
     高压转子的支承方式不同于常用的支承方式(如JT9D、PW4000)。这是一个两支点支持模式101。高压压缩机的前滚珠轴承3通过低压和高压压缩机之间的中间壳体传递转子负载。
    
     高压涡轮机装有滚动轴承4,通过高低压涡轮机之间的承载架传递负荷。低压转子由两个0.11支点支撑,即低压涡轮机后面的滚动轴承5支撑在涡轮机的后轴承壳上,涡轮机的后轴低压压缩机支撑在滚珠轴承2上,低压涡轮轴的前端与通过低压压缩机的套筒齿向内延伸的过渡短轴的内套筒齿刚性连接。
    
     由于高压压缩机只有8级,通过高压压缩机的低压涡轮轴相对较短,两个支点的支承方式比较合适。
    
     一级风机叶片采用最新的三维气动技术设计为无凸肩的后掠宽弦叶片。叶片具有低切向速度和低增压比(1.4)。它可以提高效率,降低噪音,大大提高叶片的抗异物能力,叶片选用钛合金或复合材料(国际航班报道,2009年5月20日)。
    
     风扇盘通过中心套筒齿与由一对圆锥滚子轴承支撑的风扇轴连接,减速器的输出轴也与风扇轴连接,风扇罩由复合材料制成,这是另一台使用复合材料制成风扇罩的发动机。复合材料作为风机外壳,不仅零件少、重量轻、维护性好,而且具有很强的包容性。
    
     风机叶片后缘与分流环之间距离较大,容易将空气中的砂、石、雨水抛向外涵,出口导叶不仅远离风机叶片后缘,而且有降低风机噪声的倾向。
    
     驱动风机的减速器是一个简单的星型驱动系统,如图5所示,减速器的输入轴通过外齿轮与位于减速器中心的太阳齿轮相连。太阳齿轮周围均匀分布着五个行星齿轮。行星齿轮的下端与太阳齿轮啮合,上端与齿圈啮合。
    
     行星齿轮由中心轴通过平轴承(或滑动轴承)支撑在行星齿轮支架中。支架由两个带有五个连接柱的圆盘组成,插入两个行星齿轮齿之间的间隙中。前后盘通过螺栓牢固地结合在一起。
    
     行星齿轮支架通过支架的弹性座与壳体连接。弹性结构用于将整套减速器与发动机壳体隔离。当飞机操纵时,飞机过载不会影响齿轮系统的正常运行。
    
     为了提高齿轮的强度和抗冲击性,将齿轮齿加工成锯齿形。为了便于加工和装配,齿圈沿长度方向分为两段,通过短螺栓连接成整体,减速器输入轴也做成一定的弹性结构。其作用是当低压转子与减速器不同心时,不会对齿轮系统的工作产生不利影响。
    
     当采用这种简单传动的星形减速器时,输出轴和输入轴的方向相反,即风扇转子的方向与低压转子的方向相反。
    
     行星齿轮不采用常用的滚动轴承,而是采用平轴承支撑车架,这样可以减轻减速器的重量(蒲凯介绍说,重量可以减轻180公斤以上)。为了验证平面轴承的可靠性,进行了20000多次启停循环磨损试验。经试验,轴承的最大磨损量小于涂层厚度的25%,证明该平面轴承具有良好的性能,耐磨性能满足发动机的要求。
    
     在发动机润滑油系统的设计中,首先将散热器的低温润滑油供给减速器,再将减速器的高温润滑油输送到其他地方。这样,发动机只需要一种品牌的润滑油。
    
     三级低压压缩机(PW1214G中的二级)高速运转,不仅效率高,而且增压比大(约2.3),一级和二级静叶可调。第三级采用整体式刀盘结构。第二级整体式刀盘通过短螺栓与第一级和第三级整体式刀盘连接,形成可拆卸转子,以适应整个环的设计。
    
     8级高压压缩机(如图6所示)的增压比为14,平均级压比为1.39,这是一种更先进的设计(PW8000为1.643,但更困难的是,GE90为1.368)。前四排静叶可调,第四至第七级静叶悬挑固定在壳体。整个高压压缩机壳体为双层结构,外层壳体传递载荷,内层壳体作为气流通道的封闭壳体。
    
     除安装在轮盘上的带环形燕尾槽的第8级工作叶片外,其余第7级叶片轮盘结构为整体结构。低压压缩机采用第三级整体式叶片盘,PW1000G采用第十级整体式叶片盘,是目前使用最多的整体式叶片盘发动机。因此,有必要开发修复转子叶片的技术,轮盘与另一鼓圈之间的连接方式不采用传统的GSP(JT3D与JT9D之间的螺栓连接,PW4000的焊接连接)方法,而是采用紧密连接。如图7所示,前级鼓圈安装在后级盘孔内,密封性更大。装配时,将轮盘加热到一定的温度,用干冰冷却鼓轮环,然后将鼓轮环压入鼓轮环中,使两者之间的密封性更大,用这种方法连接的转子是不可拆卸的,事实上,这种连接方法在苏联发动机中得到了广泛的应用,但苏联的SIDE还加载了两个之间的一些径向销。
    
     PW1000G采用普惠公司多年开发的低排放塔龙(先进低氮氧化物技术)燃烧室。该燃烧室已用于PW4098(泰龙一号)、PW4156、PW4168和PW6000(泰龙二号)。PW1000G仅采用最新研制的Talonx,其氮氧化物排放值不仅能满足CAEP/6的最新要求,而且具有较大的裕度,如图8所示。
    
     PW1000G两级高压汽轮机和三级低压汽轮机反向。如图9所示,这种反转设计最近已被各种发动机采用,从工作原理上讲,高压和低压涡轮反转时,低压涡轮不能使用导叶,但在实际设计中,只有YF120军用发动机不使用低压涡轮导叶,而其他发动机则不能使用导叶。R军用和民用发动机仍在使用。
    
     在PW1000G中,对高低压涡轮间承重架中的支承板叶片进行了较好的分析和优化设计,从而取消了低压涡轮导向叶片,成为第一种无低压涡轮导向叶片的民用发动机。这种设计减少了一排叶片,这不仅减少了发动机的零件数量和重量,而且还减少了发动机的长度。
    
     在PW1000G中,由于采用了驱动风机的减速器,低压涡轮可以以最佳的高速工作,不仅使气动效率提高了约1.5%,而且大大减少了级数(约3级),从而大大减少了发动机的长度和重量。根据Pratt Whitney的估计,低压涡轮的重量比传统设计发动机的重量低270公斤。
    
     在高压涡轮叶片中,采用高升力叶片型线设计和叶尖吹气技术,以减少叶尖间隙泄漏。
    
     在PW1000G的研制过程中,除了保证发动机的良好性能、可靠性和耐久性外,还着重介绍了发动机的维修性设计。
    
     例如,整个发动机分为五大单元,有限寿命部件(LLP)的设计寿命为20000小时;风扇叶片和驱动风扇减速器的部件按无寿命限制设计;风扇出口导叶和驱动风扇减速器设计为外场可拆卸部件(LRU);有34个孔探测器进行检查。对外场所有叶片进行CT扫描,可修磨件10余件,并用三维图形软件在计算机上布置外部管道,用人机工程验证工人的可操作性,如图10所示。
    
     由于PW1000G采用了突破传统结构和先进的塔龙燃烧室的特殊传动风机减速器,发动机具有低油耗(约低12%),低噪音(比第4级要求低20分贝),低排放(每架飞机每年减少3000吨二氧化碳排放,50%升)的特点。ESS氮氧化物排放)、低维护成本(叶片减少410%)等,能够适应新世纪航空工业的发展,对低消耗、低排放的需求无疑是国内外航空工业的一大新闻。
    
    
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