某機(jī)壓氣機(jī)間隙故障分析與排除

陳金平 何朝霞 秦俊峰

中國(guó)航發(fā)西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司 陜西西安 710021

某機(jī)壓氣機(jī)間隙是指機(jī)匣殼體內(nèi)環(huán)槽與轉(zhuǎn)子葉片葉尖之間的間隙，通過(guò)機(jī)匣及轉(zhuǎn)子組件各自控制加工尺寸，機(jī)匣與轉(zhuǎn)子裝配后測(cè)量間隙保證。對(duì)于大修件常規(guī)的控制方法是：首先加工轉(zhuǎn)子各級(jí)葉尖直徑，根據(jù)間隙要求計(jì)算機(jī)匣對(duì)應(yīng)的各級(jí)殼體環(huán)槽尺寸及公差，通過(guò)車加工殼體環(huán)槽，保證總裝間隙要求。

總裝現(xiàn)場(chǎng)的裝配工藝是成熟定型工藝，間隙測(cè)量為直接測(cè)量法，測(cè)量方法較為直觀，且該故障在以往交付的新機(jī)、大修機(jī)、排故機(jī)中從未發(fā)生過(guò)，引起該故障的疑點(diǎn)應(yīng)該是機(jī)匣或轉(zhuǎn)子實(shí)物尺寸失真所致，查找原因重點(diǎn)應(yīng)放在機(jī)匣和轉(zhuǎn)子的加工過(guò)程、測(cè)量方法、設(shè)備狀態(tài)等方面[1]。

1 尺寸復(fù)測(cè)

1.1 測(cè)具復(fù)測(cè)

對(duì)測(cè)量機(jī)匣環(huán)槽直徑及轉(zhuǎn)子葉尖直徑所用的標(biāo)準(zhǔn)件、測(cè)具進(jìn)行復(fù)檢，復(fù)檢結(jié)果全部合格，符合圖紙要求。

1.2 機(jī)匣環(huán)槽直徑復(fù)測(cè)

對(duì)故障機(jī)匣各級(jí)環(huán)槽直徑進(jìn)行復(fù)測(cè)，測(cè)量結(jié)果符合圖紙要求，與機(jī)匣加工時(shí)的工序記錄值存在0．05mm 的差異。

機(jī)匣環(huán)槽直徑近1000mm，變形在所難免，工藝規(guī)程要求環(huán)槽直徑在機(jī)床上檢測(cè)保證，兩次裝夾測(cè)量，結(jié)果存在0．05mm 的差異屬正常現(xiàn)象。

1.3 轉(zhuǎn)子葉尖直徑復(fù)測(cè)

對(duì)轉(zhuǎn)子葉尖直徑進(jìn)行復(fù)測(cè)，測(cè)量結(jié)果符合圖紙要求，與轉(zhuǎn)子加工時(shí)記錄的直徑值存在0．02mm 的差異。

轉(zhuǎn)子葉尖直徑加工時(shí)是在葉片纏繞減振膠繩的情況下測(cè)量而得，復(fù)測(cè)時(shí)未纏繞膠繩，兩次測(cè)量結(jié)果存在0．02mm 的差異，屬正常現(xiàn)象。

1.4 計(jì)算間隙

根據(jù)機(jī)匣環(huán)槽直徑復(fù)測(cè)值和轉(zhuǎn)子葉尖直徑復(fù)測(cè)值，理論計(jì)算機(jī)匣與轉(zhuǎn)子間隙，該值符合總裝間隙要求，但與總裝實(shí)測(cè)的間隙值相差0．8mm[2]。

2 測(cè)量方法分析

2.1 機(jī)匣殼體環(huán)槽尺寸測(cè)量方法

通過(guò)專用帶表測(cè)具在標(biāo)準(zhǔn)件上對(duì)表后，直接在各級(jí)環(huán)槽上測(cè)量直徑，通過(guò)比對(duì)與標(biāo)準(zhǔn)件的讀數(shù)差，測(cè)得各級(jí)環(huán)槽直徑實(shí)際值。

2.2 轉(zhuǎn)子葉尖直徑測(cè)量方法

在轉(zhuǎn)子兩端的前后軸頸孔內(nèi)安裝過(guò)渡配合的堵頭，通過(guò)車床前后頂尖將轉(zhuǎn)子支承在機(jī)床上（安裝過(guò)渡配合堵頭的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1），在轉(zhuǎn)子后軸頸上安裝葉尖到轉(zhuǎn)子中心距離的標(biāo)準(zhǔn)件，將測(cè)具放置在機(jī)床輔導(dǎo)軌上，以機(jī)床輔導(dǎo)軌為基準(zhǔn)，在轉(zhuǎn)子后軸頸處用標(biāo)準(zhǔn)件對(duì)表，調(diào)整測(cè)具在導(dǎo)軌上的位置（測(cè)具檢測(cè)圖見(jiàn)圖2），測(cè)量各級(jí)葉片葉尖到轉(zhuǎn)子中心高的距離，與標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行比對(duì)測(cè)得轉(zhuǎn)子葉尖半徑，再換算成葉尖直徑。

該測(cè)量方法使用多年，理論上可行，但其測(cè)量結(jié)果受兩個(gè)因素的影響，一是機(jī)床輔導(dǎo)軌的幾何精度，即測(cè)量基準(zhǔn)的可靠性，二是機(jī)床尾座頂尖與機(jī)床主軸端頂尖的同心度，該同心度應(yīng)控制在0．03mm 之內(nèi)，且應(yīng)前低后高，否則對(duì)于葉尖半徑公差0．07mm 的精度要求是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

3 第二種測(cè)量方法驗(yàn)證

3.1 環(huán)槽直徑驗(yàn)證

圖1 安裝過(guò)渡配合堵頭后的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖

圖2 測(cè)具檢測(cè)圖

按環(huán)槽直徑組合塊規(guī)代替標(biāo)準(zhǔn)件，借用近似的測(cè)量范圍可調(diào)的測(cè)具，進(jìn)行第二種方法測(cè)量。

第二種方法測(cè)量結(jié)果與原方法復(fù)測(cè)值相同，由此可以判定機(jī)匣環(huán)槽直徑合格，無(wú)問(wèn)題。

3.2 轉(zhuǎn)子葉尖直徑驗(yàn)證

由于轉(zhuǎn)子各級(jí)葉片數(shù)量均為奇數(shù)，無(wú)法用通用測(cè)具直接測(cè)量葉尖直徑；專用的標(biāo)準(zhǔn)件和測(cè)具結(jié)構(gòu)特殊，沒(méi)有可以代用的測(cè)具和標(biāo)準(zhǔn)件，無(wú)法快速采用第二種方法測(cè)量驗(yàn)證。考慮到轉(zhuǎn)子輪轂上的封嚴(yán)齒直徑在本次修理時(shí)未進(jìn)行修理，且封嚴(yán)齒與機(jī)匣殼體間隙合格，故可采用測(cè)量葉尖到封嚴(yán)齒的距離間接驗(yàn)證葉尖直徑。

假設(shè)二級(jí)葉尖半徑/直徑合格，以二級(jí)葉尖半徑為標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量二級(jí)封嚴(yán)齒到二級(jí)葉尖的距離，換算成二級(jí)封嚴(yán)齒直徑，換算結(jié)果：二級(jí)封嚴(yán)齒直徑尺寸超差，偏大1．30mm。

分別用專用測(cè)具和通用千分尺兩種方法復(fù)測(cè)二級(jí)封嚴(yán)齒直徑，兩種方法測(cè)量結(jié)果相同，均符合圖紙要求。

此測(cè)量結(jié)果間接反映出：二級(jí)葉尖直徑超差，偏大1．30mm。該結(jié)果與總裝現(xiàn)場(chǎng)反映的間隙偏小0．8mm 的超差值接近，超差方向相同[3]。

4 故障查找及分析

現(xiàn)有測(cè)量方法是：在機(jī)床前后頂尖同心、機(jī)床輔導(dǎo)軌達(dá)到幾何精度要求的條件下，將測(cè)量葉尖直徑轉(zhuǎn)化為測(cè)量葉尖到機(jī)床輔導(dǎo)軌的距離。

對(duì)可能影響轉(zhuǎn)子葉尖測(cè)量結(jié)果的兩個(gè)因素：機(jī)床輔導(dǎo)軌精度和機(jī)床尾座高度進(jìn)行檢查分析。

輔導(dǎo)軌精度要求：0．02mm/1000mm，全程（4000mm）0．05mm。

實(shí)測(cè)：0．03 ～0．05mm/1000mm，全程0．14mm。

結(jié)論：輔導(dǎo)軌磨損扭曲，為長(zhǎng)期使用磨損變形所致。該狀態(tài)對(duì)葉尖測(cè)量結(jié)果有0．05 ～0．08mm 的影響，但不是引起故障間隙超差0．8mm 的主要原因。

機(jī)床尾座高度與機(jī)床主軸端中心高度不一致成為查找故障原因的重點(diǎn)。根據(jù)總裝間隙偏小這一現(xiàn)象，可以初步判斷出故障原因?yàn)闄C(jī)床尾座抬高約0．4mm，而尾座抬高這一現(xiàn)象與實(shí)際工作中尾座一般不會(huì)出現(xiàn)降低這一規(guī)律重合。為此，開(kāi)展機(jī)床尾座抬高驗(yàn)證。

為了核實(shí)機(jī)床尾座頂尖有抬高現(xiàn)象的假設(shè)，在該設(shè)備上采用同一臺(tái)轉(zhuǎn)子，將轉(zhuǎn)子掉頭裝夾，目的是將原來(lái)位于機(jī)床主軸前端的轉(zhuǎn)子后軸頸調(diào)整到機(jī)床后端尾座處，即在機(jī)床前端的后軸頸處對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件，改為在機(jī)床后端的后軸頸處對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件，通過(guò)改變測(cè)量基準(zhǔn)，查看測(cè)量結(jié)果是否一致，以此驗(yàn)證機(jī)床尾座高度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

轉(zhuǎn)子掉頭裝夾后，用專用測(cè)具再次測(cè)量葉尖直徑，此時(shí)尾座端的8 級(jí)葉尖直徑偏小1．60mm，而位于轉(zhuǎn)子中部的6 級(jí)葉尖直徑偏小0．4mm，通過(guò)兩級(jí)數(shù)據(jù)可以明顯看出，設(shè)備尾座頂尖確實(shí)存在偏高現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

造成發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)間隙超差的原因?yàn)椋恨D(zhuǎn)子葉尖直徑超差。轉(zhuǎn)子葉尖直徑超差主要是由于機(jī)床尾座與機(jī)床前端主軸不同心且高于機(jī)床主軸。目前測(cè)量轉(zhuǎn)子葉尖直徑的方法不能直觀反映出產(chǎn)品的真實(shí)尺寸，導(dǎo)致各級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖直徑表象測(cè)量合格，而實(shí)際上葉尖實(shí)體尺寸大于控制值，并從8 級(jí)至1 級(jí)是逐級(jí)增大，造成發(fā)動(dòng)機(jī)裝配間隙偏小。

6 故障排除

轉(zhuǎn)子直徑超差偏大，都有加工余量，故只需重新加工磨葉尖，鉗工打毛刺，平衡即可實(shí)現(xiàn)成品交付。

葉尖加工設(shè)備輔導(dǎo)軌磨損的排除，按常規(guī)設(shè)備應(yīng)進(jìn)行大修或項(xiàng)修輔導(dǎo)軌，但因不具備修理?xiàng)l件，由相關(guān)工程技術(shù)人員對(duì)設(shè)備主、輔導(dǎo)軌重新進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)試，考慮到實(shí)際使用要求的特殊性，在滿足加工要求的前提下，加長(zhǎng)機(jī)床前頂尖，錯(cuò)開(kāi)輔導(dǎo)軌磨損嚴(yán)重部位，將調(diào)整后的輔導(dǎo)軌應(yīng)用段修理調(diào)試，恢復(fù)其幾何精度要求，對(duì)機(jī)床尾座高度進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到加工要求（設(shè)備參數(shù)允高0．16mm，而加工要求允高在0．04mm 之內(nèi)），經(jīng)試加工轉(zhuǎn)子，總裝檢測(cè)間隙符合圖紙要求，達(dá)到預(yù)期目的，滿足了產(chǎn)品加工的精度要求，設(shè)備恢復(fù)正常工作。

7 改進(jìn)措施

（1）受設(shè)備結(jié)構(gòu)限制，機(jī)床尾座移動(dòng)后會(huì)造成尾座高度變化。通過(guò)改進(jìn)工藝方法，增加尾座高度校驗(yàn)用的檢測(cè)芯棒，監(jiān)控尾座高度位置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)床尾座移動(dòng)后的高度變化。（2）編制尾座移動(dòng)后檢驗(yàn)尾座高度操作卡及轉(zhuǎn)子掉頭測(cè)量驗(yàn)證尾座高度法。（3）針對(duì)機(jī)床輔導(dǎo)軌常用部位磨損嚴(yán)重問(wèn)題，加厚前頂尖底座，延長(zhǎng)前頂尖長(zhǎng)度，將零件加工測(cè)量部位向設(shè)備中部移動(dòng)，輔導(dǎo)軌工作部位后移，滿足加工中對(duì)表測(cè)量的工藝要求。（4）對(duì)操作者、檢驗(yàn)員進(jìn)行培訓(xùn)，孰知并掌握尾座移動(dòng)操作要領(lǐng)以及尾座高度檢查控制辦法。

8 實(shí)施效果

通過(guò)設(shè)備的調(diào)整和精度恢復(fù)，工藝方法改進(jìn)，檢驗(yàn)、檢測(cè)手段的補(bǔ)充完善，操作者的再培訓(xùn)，為產(chǎn)品加工質(zhì)量的穩(wěn)定提供了保障條件，采用新的質(zhì)量控制辦法后，加工出的產(chǎn)品達(dá)到質(zhì)量要求，未再出現(xiàn)類似超差現(xiàn)象，確保了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需求，達(dá)到預(yù)期目的。