PW4000发动机的燃烧室结构原理和故障分析

上海交通职业技术学院毕业设计(论文第1页1上海交通职业技术学院毕业论文普惠4000发动机的燃烧室结构原理和故障分析姓名：管阅聪专业：航空机务学号：08号完成日期：2010.3指导教师:罗玉梅上海交通职业技术学院毕业设计(论文第2页2摘要近年来，全球主要民航发动机产业进入了一个超现代阶段。全球主要产民航发动机的公司分别有通用，波音，普惠等等。他们是目前所有民航飞机所用发动机的这主要产商。那么此次论文所要讨论的就是普惠公司所产的PW4000型发动机。对其结构进行分析，包括各部件的工作原理。本文将从对其的燃烧室的结构基本工作原理和性能特点来分析，对这些资料的了解和分析可以帮助我们在今后的维护工作中良好的解决问题。最后我将详细写出我对其故障分析和解决方案。关键字：PW4000发动机,工作原理，故障分析上海交通职业技术学院毕业设计(论文第3页3ABSTRACTInrecentyears,theworld'smajoraviationengineindustryhasenteredaultra-modernstage.Producingtheworld'smajoraviationcompanieswereenginesofGeneralMotors,Boeing,Pratt&Whitneyandsoforth.Theyarecurrentlyusedforallcivilaircraftengines,mainlymanufacturers.SothispaperistobediscussedbythemiddleofPratt&WhitneyPW4000engines.Analysisofitsstructure,includingthevariouscomponentsofthework.Thisarticlefromthecombustionchamberofthestructureofitsbasicworkingprincipleandperformancecharacteristicstoanalyze,ontheunderstandingandanalysisofthesedatacanhelpusinthefuturemaintenanceofgoodproblem-solving.Finally,Iwillwritemydetailedanalysisofitsfailuresandsolutions..Keywords:PW4000engine,workingprinciple，FailureAnalysis.上海交通职业技术学院毕业设计(论文第4页4目录摘要................................................................2ABSTRACT............................................................3绪论................................................................5第一章发动机燃烧室的组件及燃烧方法.................................61.1PW4OOO发动机的组件............................................61.1.1燃烧室的机匣.......................................................61.1.2燃烧室的扩压器.....................................................61.1.3燃烧室的燃油喷咀...................................................61.1.4燃烧室的火箭筒.....................................................71.1.5燃烧室的点火器.....................................................71.2PW4000发动机的燃烧室的稳定燃烧的方法·......................81.2.1降低燃烧室内部区域气流速度.........................................81.2.2提高火焰传播速度...................................................91.2.3稳定点火源....................................................................................................................9第二章燃烧室的常见故障及预防措施..................................102.1燃烧室的局部过热及预防措施.......................................102.2燃烧室熄火的原因与措施..........................................11结论...........................................................................................................13致谢...........................................................................................................14参考文献...................................................................................................15上海交通职业技术学院毕业设计(论文第5页5绪论普惠4000型发动机是美国普惠公司生产的推理为213.5~373.1daN、流量比为4.8~6.4的涡扇发动机.于1987年投入使用。目前广泛应用于大型的民用航空客机上，可以为B747400,A310,A300,B767,B777及MD-11等机型提供动力。它是目前比较强力的涡轮风扇发动机。发动机的主要部件有进气道、排气系统、压气机、燃烧室、燃气涡轮组成。那么燃烧室可谓是发动机的核心部件，整台发动的工作原理少不了燃烧室的工作效率。燃烧室位于压气机和涡轮之间，是燃气涡轮发动机的主要部件，燃烧室的主要任务是将燃油喷聚出的大量燃油和来自压气机的大量空气混合并进行燃烧，释放能量，气体温度升高，燃气膨胀的加速，在发动机的所有工作状态下，高温高压的燃气流过涡轮和喷管时，对涡轮做功并使得燃气加速，从而使得涡轮带动压气机高速转动，并使发动机产生推力。那么只有了解燃烧室的工作的原理和故障，才能使得我们这些未来的机务人员对与发动机燃烧室的维修做的更好。希望这次讨论能给我们带来很大帮助。上海交通职业技术学院毕业设计(论文第6页6第一章发动机燃烧室的组件及燃烧方法1.1发动机燃烧室的组件1.1.1机匣燃烧室的机匣用来构成2股气流的通道在环型燃烧室中，燃烧室机匣是由内、外机匣组成，内、外机匣直径很大，厚度很薄，又都是需要承受负荷，是发动机的主要受力结构，因此，内、外机匣必须具有足够的强度和刚度。这里牵扯到强度和刚度的概念：强度：材料或结构在不同的环境条件下承受外载荷的能力刚度：作用在弹性元件上的力或力矩的增量与相应的位移或角位移的增量之比。1.1.2扩压器扩压器的功用是降低来自压气机的气流速度，使得进入火箭筒的气流能够燃烧得稳定、完全，同时把气流分为通过火箭筒头部的一股气流和二股气流。扩压器构造合理对改善燃烧条件，改善燃烧室性能，减小燃烧室尺寸和减轻重量具有重要意义。下图的是PW4000的扩压器在燃烧室的位置图1扩压器的位置1.1.3燃油喷咀PW4000的燃油喷咀是气动喷咀。气动喷咀的构造如图2所示：图2气动喷咀气动喷咀喷出的是油气混合气，由喷咀喷出来的燃油量是已雾化的。上海交通职业技术学院毕业设计(论文第7页7气动喷咀的优点是油气混合得比较均匀，避免了富油，减少了冒烟和积炭，不要求很高的供油压力，而且在较宽的工作范围内，喷雾锥角大致保持不变，所以容易使得燃烧室出口温度分布比较均匀，稳定，气动喷咀的缺点：在起动时，气流速度较低，压力较小，雾化不良，由此时油气不能充分掺混，而使得燃烧室稳定工作范围变窄。1.1.4火焰筒火焰筒是燃烧室的主要组成，它由旋流器和火焰筒筒体等部分组成。旋流器的功用是形成火焰筒头部的回流区，以保证火焰筒前端的燃烧区内混合气，稳定和完全燃烧。火焰筒筒体的结构应保证合理地进气，在前部使进入火焰筒的空气与喷咀喷出的燃油混合并形成回流区，及点燃混合气，使混合气稳定和完全燃烧：在后部有掺混孔，流入二股气流，使燃气温度降低。由于筒体既要承受混合气燃烧产生的高温，又要接受由于掺混孔进去的冷空气，因此受热不均匀，易出现裂痕，掉块，烧穿，烧损等故障，这影响发动机的工作和寿命，为了改善筒体受热不均匀的情况，在筒壁上孔稀少且孔径大的部位或在大孔之间开若干个小孔。PW4000的火焰筒掺混孔的散步比较均匀，尤其是在温度变化比较剧烈的地方，为了防止其烧坏，其孔径都保持在中孔径左右。1.1.5点火器点火器是发动机在地面气动或高空再起动时用来点火的装置，PW4000发动机上装有2个点火器发动机的点火器可分为间接点火和直接点火。间接点火是先点燃气动喷咀的燃油，形成小股火焰，然后用小股火焰去点燃工作喷咀的燃油，它的点火能量大，高空再点火焰比较容易实现，但结构复杂重量较大。那么另一种是直接点火器，它是用电咀直接点燃火箭筒头部的混合气，随着高能电咀的发展，使电咀能在低压下，放点量大大增加，因此，直接点火器已经得到广泛的应用。PW4000发动机多数型号都是采用这种点火方式。为了避免发动机在环境影响中空中熄火。并且利用其环绕型燃烧室的特点充分燃烧混合气体，提供稳定燃烧。上海交通职业技术学院毕业设计(论文第8页81.2燃烧室的稳定燃烧从燃烧室的工作特点可知，在组织燃烧的过程中必须解决稳定燃烧和涡轮等燃气部件工作安全问题，即在保证工作安全的前提下，实现稳定燃烧。为了保证稳定燃烧，混合气余系数接近于1，使火焰传播速度最大，但是在燃烧室内使用这种混合进行燃烧，燃烧室出口燃气温度将超过2200K左右，大大超过最高允许值，就会烧坏涡轮叶片，为了保证涡轮叶片不被烧坏，混合室混合气的余系数应喂3.8~4.5，然而在燃烧室内，这样大的余气系数的混合气，又不能稳定燃烧。。可见保证稳定燃烧和保证发动机安全存在着尖锐的矛盾。那么普惠4000型发动机是这样改善矛盾，并且实现较稳定燃烧：1.2.1降低燃烧室内局部区域气流速度为了降低气流速度，PW4000在扩压器和旋流器的应用和锥形火焰稳定器的追加：1．扩压器：讲燃烧室进口的气流通道做成扩散形，使进入燃烧室的气流速度降低，但是受到发动机横截面积尺寸不能过大或扩散段不能过长的限制，利用扩散降速的方法，只能使气流从燃烧室进口处的120米/秒左右的速度降低到40米/秒左右的速度，这个速度比火焰传播速度大的多，所以需要采用旋流器或火焰稳定器降低气流速度。2．旋流器：旋流器是由若干旋流片按一定角度斜向排列而成的，它安装在火箭筒的前部，当空气流过旋流器后，由轴向运动变成旋转运动，气流被惯性离心力甩向四周，使燃烧区中心部分空气稀薄，形成低压区。于是，火箭筒后部一部分高温燃气，便向火焰筒中心的低压区倒流回来，形成回流，在燃烧区中，有回流的区域叫做回流区，也叫主流区。3．锥形火焰稳定器：这是一个特色结构,是一个空心椎体（如图4）。空气经过锥体流向四周，同时借粘性作用，不断地把锥体后面的气体带走，使锥体后面气体的压力减少，于是，