V2500-A5發動機LPC2.0和LPC2.3級轉子葉片軸向位移探討

黃智偉

摘要：V2500-A5發動機大修過程中，如果低壓壓氣機轉子葉片根部保持環沒有安裝到位，松脫后將失去固定作用，則低壓壓氣機轉子葉片可能發生軸向位移，甚至脫離榫槽，導致發動機N1轉子卡死或下游葉片損傷。在進行低壓壓氣機轉子葉片孔探檢查時需留意其葉根部位是否有位移，本文對此進行探討。

關鍵詞：V2500；低壓壓氣機2.0級；低壓壓氣機2.3級；榫頭；保持環

Keywords：V2500；LPC2.0；LPC2.3；rabbet；retaining ring

1 轉子葉片安裝方式

發動機轉子葉片有三種主要的安裝方式：銷釘連接型、燕尾型和樅樹型。除了整體葉盤（葉片和輪盤做成一體，省去了傳統連接中的榫頭、榫槽及鎖緊裝置）設計外，傳統葉盤設計中，風扇葉片、壓氣機葉片、渦輪葉片均分為葉身和榫頭兩部分，榫頭將葉身固定在輪盤上。

1）銷釘連接榫頭（見圖1）：葉片借凸耳跨裝在輪盤上或插在輪盤的環形槽內，借助銷釘傳遞葉片負荷。這種榫頭結構簡單，榫頭加工不用專門的設備，但是榫頭承載能力有限，現代民航發動機中很少用到。

2）燕尾型榫頭（見圖2）：通過在輪盤的外緣車出軸向或環形燕尾形槽來安裝葉片。榫頭的剖面為燕尾形，呈上窄下寬的梯形，榫頭與葉型方向一致。

3）樅樹型榫頭（見圖3）：這種榫頭主要應用于渦輪葉片與輪盤的連接固定上，與其他榫頭相比，尺寸小、質量輕、承載能力強。

燕尾型榫頭安裝方式分為軸向燕尾榫槽和環形燕尾榫槽（見圖4）。軸向燕尾榫槽就是榫槽方向沿著發動機軸向。為了防止后面級高壓氣向前面級倒灌，通常在葉根榫頭與榫槽的配合處設置擋板。由于軸向燕尾榫頭的上端面必須包容葉根型面，其榫頭上端面的平行四邊形較大，因此對輪盤的尺寸有一定要求，所以軸向燕尾型榫頭通常用于級數不多的低壓轉子以及高壓壓氣機前幾級轉子。除此之外，軸向燕尾榫頭承受載荷的榫頭面積大，能承受較大的離心載荷。環形燕尾榫槽則是在輪緣上車出一圈環形燕尾槽，在環形槽的某個位置開一個能通過榫頭的缺口，將葉片由此缺口插入環形槽，整圈安裝完畢后通過鎖緊塊將葉片鎖定在環形槽中。

2 V2500-A5發動機LPC轉葉及保持環安裝位置

V2500-A5發動機是雙轉子結構發動機，分為低壓轉子和高壓轉子，主要用于空客A320系列機型。低壓轉子也稱N1轉子，主要負責驅動風扇葉片、低壓壓氣機、低壓渦輪；高壓轉子也稱N2轉子，主要負責驅動高壓壓氣機、高壓渦輪、附件齒輪箱。

V2500-A5發動機低壓壓氣機（LPC）共有4級，分別是LPC1.5、LPC2.0、LPC2.3、LPC2.5級，如圖5所示。4級轉子葉片均通過軸向燕尾型榫槽安裝在LPC輪盤上。葉片后緣周向滑槽與保持片配合，保持片周向外邊緣嵌入滑槽內鎖住轉子。每級由8片保持片及上下各1片鎖片連結在一起，形成一個保持環，保持環外圈卡在葉片平臺下部的固定槽內，保持環內圈卡在LPC盤外表面的固定槽內，從而固定LPC轉子。其中，LPC1.5級和LPC2.0級保持環安裝在葉片的前部，LPC2.3級和LPC2.5級保持環安裝在葉片的后部，如圖6、圖7所示。

3 工作內容

2021年3月，民航飛標司發布明電“關于下發《V2500-A5發動機維修中第2.3級轉子葉片安裝》維修警示信息的通知”。通知中指出，2021年1月14日，國外某航空公司一架裝有V2500-A5發動機的空客A320飛機在地面啟動時，一臺發動機N1轉子無法轉動，啟動失敗，該發動機進廠分解時發現，低壓壓氣機LPC2.3級一片轉子葉片從安裝榫槽滑出，卡在LPC2.3級轉子和LPC2.0級靜子之間，導致N1轉子卡死（見圖8）。隨后，大修廠對這種情況進行了實物模擬（見圖9）。

收到該通知后，公司立刻制定工程指令EO，要求在100循環內完成所有受影響發動機的檢查工作。該項工作采用內窺鏡從檢查LPC2.0級和LPC2.3級的孔探口進入（從后往前約5點鐘位置），孔探口開在LPC2.0級靜子葉片外罩環上。從該孔探口向后看，LPC2.3級轉子葉根前緣和榫頭清晰可見；向前看，LPC2.0級轉子葉根后緣和榫頭清晰可見，由另一位工作者手動旋轉風扇葉片一周即可完成檢查。LPC2.0級轉子葉片保持環在前部，榫頭若有位移，位移方向朝后；LPC2.3級轉子葉片保持環在后部，榫頭若有位移，位移方向朝前。由于兩者都是朝向LPC2.0級靜子葉片方向，因此在執行EO工作時除了觀察LPC2.3級轉子葉片是否發生位移，也可以觀察到LPC2.0級轉子葉片是否發生位移（見圖10）。

今年4月，在例行檢查LPC2.3級轉子葉片的過程中發現一臺發動機LPC2.0級轉子葉片發生了軸向位移，向后位移大約4mm（見圖11、圖12）。通過技術部門向廠家反饋，廠家答復這臺發動機不可用，需立即換發。為此，公司特下發一份新的EO，對所有受影響的發動機進行補充檢查LPC2.0級轉子葉片位移情況，以排除隱患。

目前可知，造成上述情況的可能原因是發動機大修過程中，LPC2.0級和LPC2.3級轉子葉片保持片未嵌入轉子葉片滑槽內鎖住，致使發動機啟動時葉片在榫槽內發生位移，嚴重者最終將脫離榫槽。此類故障通常發生在地面，發動機正常運轉時，由于徑向離心力的作用，葉片榫頭與榫槽接觸面之間的摩擦力可以阻止葉片向前移動滑出榫槽而脫落。

4 結束語

發動機孔探工作中，在例行工作之外發現異常情況并不罕見，不少孔探人員有過類似經歷。這就要求每一位孔探人員要有敏銳的觀察力和高度的責任心，對每一處可疑現象仔細甄別，不能心存僥幸、憑空想象，如此方能減少事故隱患，保障飛行安全。