某型發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝配過(guò)程中的振動(dòng)控制技術(shù)研究

韋周慶++任志遠(yuǎn)

摘 要：傳動(dòng)裝配是發(fā)動(dòng)機(jī)裝配中的重要過(guò)程，是將發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)零、組件、單元體裝配成整機(jī)的過(guò)程，同時(shí)傳裝過(guò)程對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生重大影響，加強(qiáng)傳裝過(guò)程控制，降低振動(dòng)故障率，具有非常重大的意義。本文擬對(duì)傳動(dòng)裝配過(guò)程進(jìn)行深入地分析研究，細(xì)化振動(dòng)控制措施，提升發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：傳動(dòng)裝配；核心機(jī)；發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)；振動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：V231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的“心臟”，是一種高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械，其工作環(huán)境十分惡劣，需要經(jīng)受高溫、高載荷、高離心力的考驗(yàn)，運(yùn)行中的振動(dòng)問(wèn)題十分突出，在傳動(dòng)裝配尤其是核心機(jī)裝配過(guò)程中的任何微小的誤差可能會(huì)造成嚴(yán)重的振動(dòng)問(wèn)題，因此必須在裝配過(guò)程中加強(qiáng)過(guò)程管控，細(xì)化振動(dòng)控制措施，提升發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量。

1.傳動(dòng)裝配

某型發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝配過(guò)程為：高壓壓氣機(jī)單元體裝配→主燃燒室聯(lián)合單元體裝配→高壓渦輪轉(zhuǎn)子裝配→風(fēng)扇單元體裝配→低壓渦輪裝配→二級(jí)引氣管裝配→外涵裝配→高壓作動(dòng)筒裝配→渦輪后機(jī)匣裝配→混合器單元體裝配→擴(kuò)散器單元體裝配→測(cè)速組件與帽罩裝配→加力筒體與收擴(kuò)噴口聯(lián)合單元體裝配→最終檢查。

高壓壓氣機(jī)單元體裝配、主燃燒室聯(lián)合單元體裝配、高壓渦輪轉(zhuǎn)子裝配可合稱為核心機(jī)裝配，核心機(jī)裝配與風(fēng)扇單元體及低壓渦輪裝配是傳動(dòng)裝配過(guò)程中的核心內(nèi)容，也是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生影響的關(guān)鍵過(guò)程。

2.發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)

2.1 振動(dòng)故障機(jī)理

航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作條件苛刻，影響發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的因素很多，造成發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)大的原因往往不是單一的，而是由多種因素交織在一起的，因此要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行全面細(xì)致地研究，結(jié)合目前批產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)問(wèn)題，主要表現(xiàn)為碰磨的特征居多，主要是因?yàn)楣ぷ鳡顟B(tài)轉(zhuǎn)靜子間隙不協(xié)調(diào)引起的，通過(guò)分析排查，其中與系統(tǒng)振動(dòng)特性、轉(zhuǎn)靜子碰磨、支點(diǎn)同心度、轉(zhuǎn)子不平衡4個(gè)方面的9個(gè)底事件不能排除。

2.2 振動(dòng)故障底事件與傳動(dòng)裝配關(guān)聯(lián)

從分析中確定的9個(gè)底事件，其中支點(diǎn)不同心、轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)靜子碰磨共計(jì)3個(gè)底事件與傳動(dòng)裝配聯(lián)系緊密，因此本文著重從這3個(gè)方面展開(kāi)論述。

對(duì)于支點(diǎn)不同心問(wèn)題，轉(zhuǎn)子與支承不同心亦稱不對(duì)中，有角度不對(duì)中和高度不對(duì)中兩種。角度不對(duì)中指軸與支承相對(duì)傾斜。高度不對(duì)中指軸承中心線雖與轉(zhuǎn)子軸線平行但在不同高度。無(wú)論哪一種不對(duì)中都會(huì)使得軸與軸承有軸向和徑向力相互作用，隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，作用力交變，將使轉(zhuǎn)子和支承產(chǎn)生振動(dòng)。

對(duì)于轉(zhuǎn)子不平衡問(wèn)題，盡管裝配時(shí)進(jìn)行過(guò)嚴(yán)格的動(dòng)平衡，殘余不平衡度很小。但一經(jīng)試車(chē)或使用一段時(shí)間后，不平衡量就可能發(fā)生很大變化，引起較大甚至很大的振動(dòng)，超過(guò)了允許值。這種故障是發(fā)動(dòng)機(jī)中最常見(jiàn)的一種故障，造成這種現(xiàn)象的一個(gè)重要原因就是轉(zhuǎn)子連接剛性不足，在裝配過(guò)程中，轉(zhuǎn)子連接螺母的擰緊過(guò)程尤為關(guān)鍵。

對(duì)于轉(zhuǎn)靜子碰磨問(wèn)題，因航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣較薄，燃?xì)鉁囟炔痪鶗r(shí)較易變形，所以軸向和周向的多點(diǎn)碰磨都可能發(fā)生，航空發(fā)動(dòng)機(jī)中動(dòng)、靜件的碰磨故障形式多種多樣，是十分復(fù)雜的，本文主要關(guān)注高壓渦輪外環(huán)與高渦轉(zhuǎn)子葉片之間的碰磨問(wèn)題，裝配過(guò)程如何減小和避免碰磨對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)影響很大。

3.傳動(dòng)裝配過(guò)程與振動(dòng)防控

自某型發(fā)動(dòng)機(jī)批產(chǎn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)多年振動(dòng)排故，基本發(fā)現(xiàn)振動(dòng)故障主要與支點(diǎn)不同心、轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)靜子碰磨有關(guān)，均與傳動(dòng)裝配關(guān)系緊密，通過(guò)多年傳動(dòng)裝配經(jīng)驗(yàn)積累，在技術(shù)人員與現(xiàn)場(chǎng)操作者的共同努力下，制定以下振動(dòng)防控措施：

3.1 高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子裝配過(guò)程控制

裝前目視檢查大螺母與高壓軸頭的螺紋，螺紋應(yīng)完好、清潔無(wú)多余物，用汽油沖洗螺母螺紋、纖維墊和高壓轉(zhuǎn)子前軸頸。

在使用扭矩倍增器擰緊螺母前，對(duì)扭矩倍增器預(yù)扭2～3次，以保證扭矩放大器中齒輪嚙合狀態(tài)良好。擰緊時(shí)，施力應(yīng)緩慢、均勻，不允許出現(xiàn)施加力突增現(xiàn)象。

裝配高壓螺母前，應(yīng)用手將高壓螺母旋入高壓前軸頸，檢查高壓螺母是否旋入順暢，高壓螺母是否能擰到底。在保證前軸頸鎖環(huán)的鎖齒與高壓螺母的鎖齒相嚙合的狀態(tài)下保持?jǐn)Q緊力矩3s以上。

3.2 高壓渦輪轉(zhuǎn)子裝配過(guò)程控制

冷卻高壓渦輪轉(zhuǎn)子前檢查高渦轉(zhuǎn)子前軸頸配重釘不應(yīng)高出軸頸端面，防止高渦前軸頸與高壓篦齒盤(pán)貼合不到位，造成轉(zhuǎn)子偏斜，影響轉(zhuǎn)子連接剛性及支點(diǎn)同心度。

高壓渦輪轉(zhuǎn)子裝配前全面擦拭高渦轉(zhuǎn)子鼓筒內(nèi)外壁、高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)腔及兩轉(zhuǎn)子相配合面，確保鼓筒及配合面清潔無(wú)異物、無(wú)磕碰傷。檢查高渦轉(zhuǎn)子葉片葉尖，確保葉尖無(wú)凸起的毛刺。

將高壓渦輪轉(zhuǎn)子的重點(diǎn)與高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的重點(diǎn)相對(duì)180°裝配，抵消轉(zhuǎn)子之間的剩余不平衡量。

預(yù)測(cè)高壓渦輪與高壓壓氣機(jī)九級(jí)篦齒盤(pán)盤(pán)心相對(duì)跳動(dòng)時(shí)，按十字交叉法周向均布擰上工藝螺母。

預(yù)測(cè)符合要求后，鼓筒前連接螺母以螺栓編號(hào)2為起點(diǎn)按照順時(shí)針?lè)较虿捎脤?duì)角法擰緊。其余鼓筒前連接螺母按照工藝螺母的擰緊順序依次替換安裝。

高壓渦輪裝配完成之后，將高壓渦輪與高壓壓氣機(jī)九級(jí)篦齒盤(pán)盤(pán)心相對(duì)跳動(dòng)測(cè)具吊裝在高壓渦輪上，并用工藝螺母固定在燃燒室機(jī)匣安裝邊上，接通電源，通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘，使顯示器讀數(shù)在0～0.5之間。

順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)高壓渦輪轉(zhuǎn)子一圈，記錄最大讀數(shù)與最小讀數(shù)，最大讀數(shù)與最小讀數(shù)之差應(yīng)在0.038之內(nèi)。繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)高壓渦輪轉(zhuǎn)子一圈，記錄最大讀數(shù)與最小讀數(shù)。

如果高壓渦輪與高壓壓氣機(jī)九級(jí)篦齒盤(pán)盤(pán)心相對(duì)跳動(dòng)不合格時(shí)，允許根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)高渦轉(zhuǎn)子與高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置進(jìn)行調(diào)整。最終測(cè)量的高壓渦輪與高壓壓氣機(jī)九級(jí)篦齒盤(pán)盤(pán)心相對(duì)跳動(dòng)值應(yīng)不大于上次裝配時(shí)的測(cè)量值。

3.3 風(fēng)扇轉(zhuǎn)子裝配控制

用汽油從風(fēng)扇后軸頸內(nèi)部向外沖洗軸承滑油孔，目視觀察流出的汽油無(wú)雜質(zhì)為止，用汽油沖洗二支點(diǎn)滾棒及保持架、風(fēng)扇后軸頸外表面、內(nèi)表面以及油孔等部位沖洗干凈.然后對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行裝前外觀檢查，確保軸承表面無(wú)多余物，保證軸承清潔，與軸承座配合值合格。

3.4 低壓渦輪轉(zhuǎn)子裝配控制

低渦大螺母在裝配前目視檢查螺母與低渦軸頭的螺紋、套齒，螺紋應(yīng)完好、清潔無(wú)多余物。用汽油沖洗螺母螺紋低渦軸頭螺紋、套齒。

低渦軸頭冷卻時(shí)間不少于3min。冷卻后應(yīng)在5min之內(nèi)裝配到位，如無(wú)法及時(shí)裝配到位，則應(yīng)重新冷卻后再裝配低壓渦輪。裝配時(shí)，使低渦轉(zhuǎn)子的重點(diǎn)與風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的重點(diǎn)相對(duì)180°，抵消轉(zhuǎn)子之間的剩余不平衡量。

擰緊低渦螺母前，應(yīng)用手將低渦螺母旋入低渦軸，檢查低渦螺母是否旋入順暢，低渦螺母是否能擰到底。

渦輪后機(jī)匣裝配完成后，用扭矩倍增器以上次擰緊力矩重新對(duì)低渦大螺母的進(jìn)行檢查，確保扭矩倍增器擰到上次擰緊力矩時(shí)低渦軸頭螺母未轉(zhuǎn)動(dòng)，保證轉(zhuǎn)子連接的剛性。

結(jié)論

通過(guò)在傳動(dòng)裝配過(guò)程實(shí)施以上振動(dòng)防控措施，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行技能培訓(xùn)、振動(dòng)防控措施考試，使得操作者熟悉裝配過(guò)程的關(guān)鍵點(diǎn)，加深了振動(dòng)防控意識(shí)。經(jīng)試車(chē)驗(yàn)證，某型發(fā)動(dòng)機(jī)檢驗(yàn)試車(chē)振動(dòng)率由之前的20%以上降低至11%以下，達(dá)到了預(yù)期目的，提升了裝配質(zhì)量并降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)證明了振動(dòng)防控措施的正確性及有效性。

參考文獻(xiàn)

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