X型發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪導(dǎo)向器面積工藝控制方法探究

王湘萍

（中國(guó)航發(fā)成都發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司， 四川 成都 610500）

引言

X型發(fā)動(dòng)機(jī)研制以來(lái)，第Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ級(jí)渦輪導(dǎo)向器排氣面積一直存在不合格的問題，如果能在工藝上對(duì)影響導(dǎo)向器排氣面積的因素進(jìn)行分析，準(zhǔn)確提供合格的導(dǎo)向器排氣面積的數(shù)值，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)試是非常重要的。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的喉道面積（排氣面積）測(cè)量分析

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的喉道面積是指導(dǎo)向器葉片之間形成的通道面積，也稱之為排氣面積。

由于組成排氣窗口的葉片帶有彎曲、扭轉(zhuǎn)和形狀誤差，它使實(shí)際窗口與理論窗口有很大的差別，因此，國(guó)內(nèi)外都規(guī)定在某一個(gè)位置上測(cè)量一個(gè)流通截面的當(dāng)量面積來(lái)代替。不論那一種方法測(cè)量的面積都是當(dāng)量面積[1]。

本文提出了適當(dāng)增加測(cè)量截面是提高測(cè)量面積準(zhǔn)確度的有效辦法。由于目前沒有好的測(cè)量方法，工廠還是采用最原始的測(cè)量方法：用測(cè)具和標(biāo)準(zhǔn)件，把一個(gè)不規(guī)則的空間曲面簡(jiǎn)化成一個(gè)梯形來(lái)測(cè)量。

2 X型渦輪導(dǎo)向器排氣面積的測(cè)量方法、檢測(cè)工具和方法

2.1 測(cè)量方法

通過測(cè)量每一個(gè)窗口的高度H和a1、a2值，再用求和儀器的方法來(lái)確定指定級(jí)別的導(dǎo)向器排氣面積。

窗口的高度H是導(dǎo)向葉片內(nèi)外緣板之間沿梯形窗口中線方向的距離，a1和a2值是葉片排氣邊緣半徑和相鄰葉片在截面B-B上葉背型面之間的距離（如圖1示）。

導(dǎo)向器排氣面積測(cè)量前，求和儀器按照給定導(dǎo)向器流通截面的標(biāo)準(zhǔn)窗口進(jìn)行調(diào)整，此時(shí)，求和儀器千分表應(yīng)為零顯示。

圖1 渦輪導(dǎo)向葉片排氣面積窗口示意圖

2.2 檢測(cè)工具和方法說(shuō)明

求和儀器千分表指出被測(cè)量導(dǎo)向器窗口面積偏離對(duì)應(yīng)導(dǎo)向器流通截面標(biāo)準(zhǔn)窗口面積的大?。?—6級(jí)導(dǎo)向器測(cè)量精度為2 mm2，1—2級(jí)導(dǎo)向器測(cè)量精度為 1 mm2）。

按導(dǎo)向器排氣面積（cm2）按照下列公式確定：

獲取的排氣面積值記入該導(dǎo)向器的合格證中。不同級(jí)別的導(dǎo)向器求和儀器用于不同級(jí)別的導(dǎo)向器。

3 影響導(dǎo)向器面積的因素

從以上的分析可知，影響導(dǎo)向器面積的因素有三個(gè)：葉片的氣道長(zhǎng)度、葉型厚度、葉型安裝角。

3.1 氣道長(zhǎng)度與排氣面積關(guān)系

在X型發(fā)動(dòng)機(jī)的研制過程中，按設(shè)計(jì)三維分析，以Ⅲ導(dǎo)為例：當(dāng)通道高度為上偏差+0.4 mm時(shí)排氣面積為1 740.37 cm2，當(dāng)通道高度為下偏差-0.4 mm時(shí)排氣面積為1 729.15 cm2。

3.2 葉型厚度與排氣面積關(guān)系

根據(jù)下頁(yè)圖2數(shù)據(jù)，當(dāng)葉型增厚0.1 mm時(shí)，排氣面積將減小18.8 cm2。由此可見，鑄件葉型偏厚應(yīng)是造成排氣面積偏小的重要原因之一。

3.3 葉型安裝角與排氣面積關(guān)系

圖2 葉型厚度與排氣面積關(guān)系圖

圖3 葉型安裝角與排氣面積關(guān)系圖

從下頁(yè)圖3數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)安裝角從24°41′減小到24°26′時(shí)，排氣面積將增大8 cm2。通過對(duì)這一參數(shù)的分析研究后，可以對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)，即控制安裝角度。

4 喉道面積控制

4.1 葉片毛坯制造階段

XX型發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整導(dǎo)向面積的現(xiàn)行工藝是：導(dǎo)向器在組裝后，進(jìn)行喉道面積測(cè)量，反饋至前面的機(jī)加工階段調(diào)整喉道當(dāng)量，或調(diào)整毛坯的環(huán)形通道高度，即增加試裝工序，導(dǎo)向面積小時(shí)，將葉片返葉片分廠進(jìn)行拋修。

從上述分析可知：內(nèi)外安裝板形成的環(huán)形通道的高度誤差及葉型厚度是影響喉道面積誤差的重要因素。由于喉道面積測(cè)量的重要性，零件開始加工中就要著手控制喉道面積。因此導(dǎo)向器葉片采用精鑄毛坯時(shí)必須控制環(huán)形通道的高度及葉型截面的公差值。

4.2 葉片機(jī)械加工階段

葉片在機(jī)械加工中，主要是加工安裝版的安裝尺寸和定位尺寸。工藝是以精密定位為基準(zhǔn)，采用磨削工藝進(jìn)行加工。加工前，先對(duì)葉片進(jìn)行精密定位，即以葉身為基準(zhǔn)，將測(cè)點(diǎn)偏差調(diào)整到允許的誤差內(nèi)，澆注低熔點(diǎn)合金塊，以低熔點(diǎn)合金塊為基準(zhǔn)加工安裝定位面。這個(gè)過程稱之為控制 “喉道當(dāng)量”。

實(shí)際上葉片機(jī)械加工階段只是利用安裝角的公差值控制葉型弦線與安裝板間的夾角，以達(dá)到控制上一葉片后緣與下一葉片背間的距離。

4.3 葉片組裝階段

4.3.1 選裝

在大量庫(kù)存葉片中，選取能使導(dǎo)向器面積合格的葉片進(jìn)行裝配。

4.3.2 拋修葉片

對(duì)配臺(tái)葉片型面在公差范圍內(nèi)進(jìn)行局部拋修，滿足導(dǎo)向器面積要求。

5 提高測(cè)量精度的途徑

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行的測(cè)量導(dǎo)向面積的測(cè)具大都是搖表式測(cè)具，依次測(cè)量每個(gè)“窗口”寬度與高度，用百分表或千分表顯示，然后按面積公式人工計(jì)算出來(lái)，幾十年均沿襲這種方法，使用廣泛但麻煩、精度低、不易測(cè)準(zhǔn)，人工測(cè)量與計(jì)算效率低。

根據(jù)上面的分析，研究一種測(cè)量精度高及簡(jiǎn)便的排氣面積測(cè)量?jī)x是非常必要的。例如采用“線輪和差式”喉道面積測(cè)量?jī)x、三坐標(biāo)軌跡式喉道面積測(cè)量?jī)x和電子喉道面積測(cè)量?jī)x，此外還有一些新研制的專用測(cè)具。

6 結(jié)論

通過對(duì)葉片喉道面積的控制、測(cè)量環(huán)節(jié)的分析認(rèn)為，影響導(dǎo)向面積的因素是可控的，設(shè)計(jì)和使用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器能夠準(zhǔn)確提供合格的導(dǎo)向器排氣面積數(shù)值。