渦輪轉(zhuǎn)子擋板安裝技術研究

陳大麗 李 明

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

航空發(fā)動機是一種特殊的高科技產(chǎn)品，航空動力技術已經(jīng)成為一個國家技術水平的重要標識之一。當然航空航天的心臟發(fā)動機的優(yōu)劣就更能決定一架飛機性能的高低，我國正在研制及改進某新型發(fā)動機，發(fā)動機裝配不是零件簡單的堆積過程，而是按規(guī)定的技術標準、技術要求和一系列不同復雜程度的工藝程序和質(zhì)量控制來進行的。這些程序是具有理論和實踐根據(jù)的方法，應用這些方法將若干零件連接、固定起來組成組件、部件、單元體，由組件、部件、單元體、附件和成品件組合成整機。裝配質(zhì)量直接影響到發(fā)動機的性能（推力、耗油、溫度、流量）、壽命及工作可靠性。

渦輪轉(zhuǎn)子的裝配是發(fā)動機制造過程中比較重要的部分，是一個單元體制造的最終階段，其任務是制造合格的零、組件按工藝文件要求組合成相應的部件。

傳統(tǒng)的渦輪轉(zhuǎn)子擋板主要是對渦輪葉片進行軸向限位，同時做為調(diào)整轉(zhuǎn)子不平衡量平衡面，一般采用螺釘與渦輪盤連接，隨著發(fā)動機結(jié)構的不斷改進，渦輪轉(zhuǎn)子擋板現(xiàn)多采用無螺栓連接。本文介紹的擋板與傳統(tǒng)的相似，為薄壁環(huán)形件，但輪心部位為鉤槽結(jié)構，安裝邊上有9處鉤槽和9處凸臺，并在每個凸臺上均加工有一個Φ3.2孔，用來安裝配重銷和止動銷，以達到徑向止動和調(diào)整不平衡量的要求，是無螺栓連接的擋板結(jié)構。

輪盤與擋板配合安裝邊也有9處凸耳和9處凹槽，其中9處凸耳與擋板的鉤槽配合，對擋板進行軸向定位置9處凹槽與擋板上的9處鉤槽端面對齊后，安裝卡塊，對擋板進行周向止動，并用止動銷對卡塊止動。由于擋板與輪盤在軸向和徑向均存在一定量的過盈，其裝配順序是先對擋板施加軸向壓力，然后對其進行旋轉(zhuǎn)，將輪盤的凸耳裝入擋板的鉤槽內(nèi)，使凸降下和鉤槽的端面對齊，然后裝入卡塊，防止相互轉(zhuǎn)動。

1 裝配要求及次數(shù)

安裝擋板時應用專用工裝，使其與封嚴片接觸的部位產(chǎn)生軸向彈性變形后再裝配，注意變形量不大于0.3。注意使渦輪輪盤上第一槽與前擋板上第一槽對齊。

在渦輪盤、葉片組件（即未裝配渦輪后軸組件）狀態(tài)下粗磨葉片外徑前，要裝配前擋板。磨葉片外徑后要將組件分解成集件狀態(tài)進行清洗。在渦輪轉(zhuǎn)子組合件狀態(tài)（即裝配高壓渦輪后軸組件）精磨葉片外徑前要裝配擋板，磨葉片外徑后要將組件分解成集件狀態(tài)進行清洗。然后再恢復裝配。

2 零件類型

渦輪轉(zhuǎn)子是由燃氣推動工作葉片調(diào)整旋轉(zhuǎn)的部件，并通過渦輪軸帶動壓氣機轉(zhuǎn)子工作。渦輪轉(zhuǎn)子的裝配是發(fā)動機制造過程中比較重要的部分，是一個單元體制造的最終階段，其任務是把制造合格的零、組件按工藝文件要求裝配成相應的部件。渦輪轉(zhuǎn)子通常可分為單級和雙級渦輪轉(zhuǎn)子，在我公司生產(chǎn)的單級渦輪轉(zhuǎn)子為低壓渦輪轉(zhuǎn)子和高壓渦輪轉(zhuǎn)子通常都是盤式結(jié)構，主要由盤、軸、篦齒環(huán)及葉片等零件組成。

3 工裝的設計

前擋板為薄壁環(huán)形件，輪心部位為鉤槽結(jié)構，其上有9處槽和9處凸臺，并在每個凸臺上均加工一個孔，用來安裝配重和止動銷。輪盤前有9處凸耳，其中9處凸耳與前擋板的鉤槽配合，對前擋板進行軸向定位，并用止動銷對限位銷座止動。前擋板安裝的關鍵在于如何選擇前擋板上的受力面和帶動擋板轉(zhuǎn)動的承力點，即使前擋板產(chǎn)生變形，又能控制變形量在0.3mm之內(nèi)，使前擋板安裝邊的凸耳下沉，直到高壓渦輪盤安裝邊的凸耳可以進入前擋板的鉤槽中，還要求工裝有帶動前擋板轉(zhuǎn)動的功能，使前擋板安裝邊定位孔與渦輪盤定位孔重合。渦輪盤與前擋板的配合為0.02-0.08mm的過盈配合，過盈量越大擋板變形的阻力越大。但要求擋板產(chǎn)生軸向彈性變形的與封嚴片接觸的部位，有一道封嚴齒，封嚴齒下是一個斜面，對此面施加壓力時容易使擋板兩端向徑向彈性變形，無法壓緊，只能選擇前擋板的下安裝邊1mm寬的一個窄窄的環(huán)帶，作為工裝的壓緊面，工裝的軸向行程就是擋板的變形量，比較容易控制。

3.1 結(jié)果

因高壓渦輪轉(zhuǎn)子在粗、精磨葉片外徑后均要分解到集件狀態(tài)進行清洗，所以每臺高壓渦輪轉(zhuǎn)子前擋板要反復裝配3次和分解2次，相應的裝配工裝要用到5次，在裝配第1臺的高壓渦輪轉(zhuǎn)子時沒有發(fā)現(xiàn)問題，但當裝配第2臺時，裝配分解前2次沒有發(fā)現(xiàn)異常，但當?shù)?次用此工裝裝配前擋板時，取下工裝上蓋板發(fā)現(xiàn)有一個限位銷彎曲變形，分析造成銷子彎曲變形的原因應是帶動前擋板轉(zhuǎn)動要克服的阻力較大，銷子直徑較小強度不夠，在轉(zhuǎn)動擋板過程中導致銷子彎曲變形。要解決此問題就要重新選擇帶動前擋板轉(zhuǎn)動的限位方式，經(jīng)過對前擋板和渦輪盤結(jié)構的反復研究，確定用6個大圓柱代替限位銷，圓柱推動前擋板的花邊來帶動擋板轉(zhuǎn)動，這樣可以承受的力量更大，也不會對擋板造成損傷。應用此新的限位方式裝配了2臺高壓渦輪轉(zhuǎn)子效果良好，沒有出現(xiàn)上述問題。

3.2 擋板的安裝過程

高壓渦輪轉(zhuǎn)子裝上后擋板和葉片后，將其以前面朝上落入裝前擋板工裝的底座上，通過底座上的兩個大銷子插入渦輪盤后安裝邊的孔中角向定位，將工裝上蓋板中心孔套入底座的主軸上，蓋板安裝邊壓到前擋板下安裝邊的凸耳上，用蓋板上的六個大圓柱中的三個靠緊擋板凸耳一側(cè)，通過按圖中N向（順時針）擰主軸上的大螺母，按圖中M向壓蓋板，帶動擋板產(chǎn)生軸向彈性變形，同時通過蓋板上的觀察窗觀察擋板安裝邊鉤槽與渦輪盤安裝邊凸耳的位置，當擋板可以轉(zhuǎn)動時，利用工裝蓋板上的扳手轉(zhuǎn)動蓋板帶動前擋板轉(zhuǎn)動，使其下安裝邊的鉤槽進入渦輪盤安裝邊凸耳中，限位銷孔對正，松開主軸上的大螺母，取下上蓋板，在前擋板上安裝限位銷座和銷子，前擋板安裝完成。在前擋板分解時，只需利用工裝蓋板上另三個圓柱向相反方向旋轉(zhuǎn)即可。為2個大螺栓，當轉(zhuǎn)動阻力特別大時，可以將此兩個大螺栓安裝到方箱上，防止工裝底座和渦輪盤一起轉(zhuǎn)動，見圖1。

圖1

結(jié)論

首臺渦輪轉(zhuǎn)子的順利裝配完成和合格交付，為新型發(fā)動機的研制提供了可靠的解決問題的思路和方法。現(xiàn)發(fā)動機結(jié)構不斷推陳出新，其裝配過程中存在各種各樣的技術質(zhì)量問題，因其結(jié)構與批產(chǎn)型號差異較大，采用了很多新材料、新結(jié)構、新技術，需要裝配工藝也不斷創(chuàng)新才能適應航空工業(yè)的發(fā)展。很的解決了困擾新結(jié)構渦輪轉(zhuǎn)子裝配的難題，為發(fā)動機的研制進度又推進一步，為其他研制型號類似結(jié)構轉(zhuǎn)子裝配奠定了基礎，拓展了思路。

[1]B·D·克林格勒.渦輪機對齊控制系統(tǒng)和方法[Z].通用電氣公司，2011.

[2]王偉國.動態(tài)自調(diào)節(jié)渦輪增壓器[J].大連奧托股份有限公司，2011.