葉片平衡工裝的設計及計算

李志明 李 碩

（1.錦州歐仕包裝機械有限公司，遼寧 錦州 121001；2.沈陽黎明航空發動機集團有限責任公司，遼寧 沈陽 110000）

1 概述

轉子葉片是在發動機、汽輪機的重要部件，在高速旋轉中承受巨大的拉伸力，對葉片的平衡是葉片生產的重要工序。平衡工裝的設計，之前主要由手工計算完成，不但工作量大、耗時長，還容易出錯。現在UG建模軟件日益普及，其強大的計算功能使工作量大大降低了，同時還確保了準確性。UG能迅速測量出實體模型的質量、重心位置、回轉半徑，節省了大量的計算，體現了建模軟件應用于平衡工裝設計的優越性。下文我們將以某型汽輪機轉子葉片平衡工裝為例，簡單探討葉片平衡工裝的設計及計算。

2 某型汽輪機轉子裝配和平衡技術要求

b.重心距平面N距離：

c.對中心轉動慣量JZ：

由于轉動慣量JZ和回轉半徑RZ有如下的關系：JZ= M·RZ2，推出

3 某型汽輪機轉子平衡工裝的設計及計算

3.1 初始模型分析

在進行某汽輪機所使用的轉子的平衡實驗過程中，需要首先進行模擬實驗，利用轉子模擬件做初始實驗。但是以安全和經濟為基礎出發，并不需要模擬件同真件相同，所以，在模擬件中無需過于復雜的幸免以及型腔、孔，這些結構也不會對實驗產生影響。之后用UG進行測量，得出如下數據：

零件質量為135.45kg，重心同N面之間的距離為295.05mm，其會裝半徑可以達到19.62cm。

3.2 重心精確調整

通過上述內容可以退出，初始模型無法達到技術條件要求下的重心位置確定，因此對于重心偏差還需要繼續調整。為方便計算，不改變后軸頸以及鼓筒軸的形狀，只對模擬盤尺寸做略微變動。如圖1所示：

在中心平面上初始模型相對于規定的平面略有偏差，上圖顯示，偏左，所以需要在規定的中心平面右側增加質量△M1，需要對Q面增加厚度，將厚度增加h1，對其中心進行校正，得出下式：

另，根據質量和體積的關系，有：

其中，ρ為材料密度，值為 7.75×103kg/m3.將 d1=534mm，d2=613mm，Lm=297.1mm，Lp=295.05mm，Lq=343.4mm代入（5）、（6）式得：

由于校正孔存在于Q面上，所以需要對校正孔的影響進行考量，對h1進行調整，調整量為11mm，并利用UG進行拉伸，從而獲得新模型，重新進行參數測量。

此時M2的質量為140.97kg，重心為297.16mm，回轉半徑也有所變化，RZ2變為20.06mm。

3.3 質量以及轉動慣量的調整

上述內容中我們可以看出重心已經被調整至標準位置，以下需要對質量和轉動慣量進行調整。

正是因為M2＞M，因此現在需要做的就是對模型進行質量減輕，將模型去除質量為6.34kg的材料。以中心位置不變為基礎，進行模型的調整，這就需要以重心作為基礎，在M兩側進行等質量的材料去除，如圖2所示，分別在模型兩邊去除3.17kg的材料，并將厚度減小27.52mm，于是有下式：

將 d2=613mm，h2=27.52mm，ρ=7.75×103kg/m3，△M=6.34kg代入得：

圖1

圖2

用UG進行拉伸操作，去除材料后測量各項數據如下：

質量M3：134.63kg。重心：297.16mm。回轉半徑RZ3：19.48cm，算出轉動慣量JZ3=M3RZ32=51088kg·cm2

由于模擬件輪廓尺寸和真件幾乎一樣，所以其回轉半徑變化不大，由上面測量數據便可看出。比較上述四個式子，全部滿足技術要求。計算過程完畢。

[1]劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，1996.

[2]哈爾濱工業大學理論力學教研組.理論力學[M].北京：高等教育出版社，1996.