某型航空发动机机匣同轴度测量.pdf

第 3 8卷第 1 期 2 0 1 2年 2月 航 空 发 动 机 Ae r o e n g i n e V0 1 _ 3 8 No 1 F e b 201 2 某型航空发动机机匣同轴度测量 栾艳华 ( 中航工业沈阳黎明航空发动机( 集团) 有限责任公司， 沈阳 1 1 0 0 3 4 ) 栾艳华( 1 9 7 9 ) ， 女， 高级工程师， 主要 从 事航空发动 机总体结构设计 及故 障诊 断与排故工作。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 5 0 6 摘要： 为解决由于发动机机匣同轴度不合格引起发动机转、 静子碰摩而发生的振 动问题， 阐述了某型航空发动机机匣同轴度的测量原理和方法， 提 出了相应的不合格机 匣同轴度调整办法和解决措施。多次排故结果表明： 车削安装边、 选配偏心环等方法对 于解决不同轴引起的发动机偏摩问题有重要作用。 关键词： 机匣； 同轴度； 测量； 航空发动机； 碰摩； 振动 Ca s i n g Co a x i a l i t y Me a s u r e me n t f o r a n Ae r o e n g i n e L UAN Ya n-h ua ( AVI C S h e n y a n g L i mi n g Ae r o e n g i n e Gr o u p Co r p o r a t i o n L t d ， S h e n y a n g 1 1 0 0 4 3 ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ：T o s o l v e t h e v i b r a t i o n p r o b l e m c a u s e d b y r o t o r s t a t o r r u b f a i l u r e s w i t h u n q u a l i fi e d c a s i n g c o a x i a l i t y o f a n a e r o e n g i n e ，t h e p r i n c i p l e a n d me t h o d o f t h e a e r o e n g i n e c a s i n g c o a x i a l i t y m e a s u r e n m e n t w e r e p r e s e n t e d T h e a d j u s t i n g me t h o d s a n d m e a s u r e s w e r e p r o p o s e d Ma n y t r o u b l e s h o o t i n g r e s u l t s s h o w t h a t t h e me t h o d s o f t u r n i n g fl a n g e a n d s e l e c t i n g e c c e n t ri c rin g a r e c ri t i c a l t o s o l v e r u b f a i l u r e s o f t h e a e r o e n g i n e wi t h u n q u a l i fi e d c a s i n g c o a x i a l i t y Ke y wo r d s ： c a s i n g ；c o a x i a l i t y ；me a s u r e me n t ；a e r o e n g i n e ；rub f a i l u r e s ；v i b r a t i o n 0 引言 整机振动是航空发动机制造和维修过程中较常 见的故障 ，常常会困扰航空发动机制造商和维修部 门。振动故障发生的原因很复杂 ， 常常是一些综合因 素共 同作用的结果 。据统计 ， 很多振动是由于发动机 机匣同轴度不合格 ， 引起发动机转 、 静子碰摩而造成 的。 因此 ， 深入了解发动机同轴度测量 的特点和原理 ， 正确把握其测量方法 ， 对于保证发动机具有合格 的机 匣同轴度 ， 减少发动机整机振动 ， 提高发动机可靠性 具有极其重要的意义。 本文阐述 了某型航空发动机机匣同轴度 的测量 原理和方法 ， 提出了相应的不合格机匣同轴度调整办 法和解决措施。 1 同轴 度界 定 某型发动机同轴度包括支点 同轴度和机匣同轴 度 2大方面。该发动机转子采用 6支点支承 ， 其中低 压转 子支 承形 式为 1 - 2 1 ，高 压转 子支 承形 式为 1 0 1 。支点 同轴度分 3段控制 ： 分别为低压压气机 前支点对低压压气机后支点 ； 低压压气机后支点对高 压压气机前支点 ； 高压压气机前支点对低压涡轮后支 点。 本文所述机匣同轴度指高压压气机前支点对低压 涡轮后支点的机匣同轴度的要求 ， 通过保证 0、 Q、 S ， P 、 R和 1 表面 的跳动来 控制 ，具体位置如 图 1所 示 。图中： 为中介机匣上的高压压气机转子前轴承 安装座中心 ； 0为低压涡轮后支点轴承安装面 ； P为 高压涡轮导向器插件表面 ( 涡轮叶片叶尖相对应位 置 ) ； R为高压涡轮导向器漩流器 的凸峰表面( 高压涡 轮导 向器另一处与高压涡轮转子对应位置 ) ； Q为低 压涡轮导 向器蜂窝型插件表面( 低压涡轮导向器与低 压 涡 轮 叶 片尖 相 对 应 位 置 ) ； S为低压涡轮导 向器 篦 齿封 严 盖 表 面 ； q ) l为燃 烧 室 内机 匣 密封 盖 表 面 ( 燃烧室 内机匣与 高压轴 密封位置 ) 。 图1 同轴度测量表面位置 2 某发动机机 匣同轴度测量特点及原理 2 1 测 量 特 点 ( 1 ) 不仅具有支点对支点同轴度的要求 ， 还具有 第 1 期 栾艳华： 某型航空发动机机匣同轴度测量 4 5 与转子配合的机匣表面同轴度的要求 。 ( 2 ) 用 2个相差 4 5 o 的直角坐标系来确定被测表 面的中心 ， 使之更加接近实际的中心 。 ( 3 ) 除 了对各被测机匣表面的同轴度有要求外 ， 对机匣各表面还有椭 圆度的要求。 ( 4 ) 为 了避免转子 自重给机 匣造成偏摩 ， 在与高 压压气机轴相配的燃烧室内机匣支架上采用了偏心 环结构 ， 为此还要进行此处偏心的测量。 2 2测 量 原 理 由于某型发动机主要承力部件为中介机匣和涡轮 支承机匣 ， 且低压压气机为单元体结构 ， 保证了中介机 匣到涡轮支承的同轴度 ，也就满足 了机匣同轴度的要 求。所以在测量过程中要求以发动机中介机匣为基准 ， 保证后面的高压压气机 、 燃 烧室 、 涡轮机匣和涡轮支承 机匣的同轴度 ，如 图 2所 示。以中介机匣上的高压压 气机转子前轴承安装座 中 心 为基准 ， 低压涡轮后支 点轴承安装座 的中心 O的 偏移量不能大于 0 2 0 m m。 图2 同轴度测量的部位 同轴度 的测 量 原理广 Q 如图 3所示 ， 从 图 1和图 二 中心 3中可见 ， 点 M 和 O的中 图3 测量原理 心线 即是发动机 的实际中轴线 ， 以 O面为基准 ， 由于 p、 S在轴向上距 O面较 近 ，故偏心量同样是距 O面 实测 中心不大于 0 2 0 mm。P 、 R的中心位置如图 4所 示。P、 R在轴向上距离点 的距离是 到 O面实测 中心距离的 8 0 左右 ， 故 P、 R以 O面实测中心实际 偏移量的 8 0 为中心( 即图 4中点 C位置 ) ， 偏移不 大于 0 2 0 mm。偏心环的中心位置如图 5 所示。同理 ， 1面中心在轴向上距离点 的距离是 M到 O面实 测 中心距离的 4 6 左右 ， 1 面 中心应在 O面实测 中 中 心 4 、 5 图 4 P、 ： 的中心位置 面实 中 5 图 5 偏心环 的中心位置 心实际偏移量的 4 6 位置( 即图 5中点 D位置) ， 考虑 该截面处转子下沉量的影响，该截面的实际中心应在 发动机轴线的基础上下移 0 2 0 0 0 5 mm， 偏移不大于 0 1 5 mm， 用偏心环来保证下沉量。 3 测量方法 采用专用测量工具 ， 经校准合格后， 将中介机匣 前安装边固定到测具 的端面上贴紧 ，以 表面为中 心 ， 在测具 的端 面上涂 8个沿 圆周等分 的、 按顺时针 方 向的标记 ， 在旋转芯棒上涂上 1个标号 ， 以便 当测 具旋转时与固定部分上的标号重合时， 记录千分表的 指示值 。 首先将高压压气机前机匣安装到中介机匣上 ， 然 后依次安装高压压气机后机匣 、 带偏心量为 0的偏心 环和密封盖的燃烧室组件 ， 再依次装上低压涡轮导 向 器和涡轮支承机匣。 为了使测得的数据便于计算 ， 沿每个表面调整千 分表 ， 使表针的偏摆方向在 8个测点处均为正向指示 ( 精确到 0 0 1 ram) 。 先测量涡轮支承机匣表面 O的偏摆量 ，然后卸 下涡轮支承机匣 ， 测量 9、 S的偏摆量 ， 卸下低压涡轮 导向器 ， 再测量 P、 的偏摆量 ， 并记录上述全部测量 值待处理 。 4 测量结果和处理分析 在 2个相差 4 5 。 的同原心坐标系上 ，对 1 和 5 ， 2 和 6 ， 3和 7 ， 4和 8点的数据取差值计算 ， 将差值除以 2 ， 位置偏向数据大的一侧 ， 由此得到 2个坐标系的 2 个点 、 曰， 其连线 中心即作为该面的实测中心。 低 压涡 轮后 支点 轴 承安 装座 的 中心位 置如 图 6所示 。 确定面 0的中 心位置 ， 要求 O面实测中 心距 测具 中心 的距 离不 能超过 0 2 0 h i m，且线段 AB的长度( 以下称线长 ) 不 能超 过 0 0 4 mm。 、 B B 一 一 衙室 中 图 6 低压涡轮后支点轴承 安装座的中心位置 确定 图 1 、 3中所 描述 的面 Q、 S 、 P 、 R的 中心 位 置 ， 方法同上。 以实测 中心为原点， 以要求距实测中心 的最大距离为半径 ， 画圆形 ， 如 0面实测 中心在圆形 内且线长满足要求则合格 ( 图 4 ) o 要求面 Q、 S中心距 航空发动机 第 3 8 卷 O面的实测中心不超过 0 2 0 m i l l ， Q面测 量的 8 个点 确定的线长不超过 0 1 5 m m， S面测量 的 8个点确定 的线长不超过 0 1 3 m m；要求面 P 、 R的中心距点 C 不超过 0 2 0 m m， P面测量的 8 个点确定的线长不超 过 0 1 5 n l m ， R面测量的8 个点确定的的线长不超过 0 0 8 mm 。 从图5中可见 ， 要求距点 D不超过 0 1 5 m m， 线 长不超 过 0 0 8 m m， 考虑转子 中心下垂量 ， 在装最终 确定组别 的偏心环时要求 1面实测 中心在垂直方 向上比D点低 0 2 0 0 0 5 n lm， 水平方向偏移不超过 0 1 5 mm。 经过 以上处理 ， 数据满足要求 ， 则发动机机匣 同 轴度合格 ， 可以进入下一步工作过程 ； 如 出现不合格 情况 ， 则需要对机匣采取相应的调整措施。 5 不合格同轴度的调整 5 1 表面 0中心不合格调整 表面中心不合格的原因有 2种。1 种可能是 由于 在燃烧室机匣组件对接处产生了位移， 该情况下可以 将机匣 向 O表面中心偏移的反方向移动 ，移动量 以 O表面中心的偏移量为宜 ， 然后将机匣的精密螺栓孔 扩大， 换上加大组别的精密螺栓， 但是精密螺栓孔不 能够无限加大组别 ； 另 1 种可能原因是由于机匣安装 边变形， 可以视情将变形的安装边车平， 问题即可得 到解决。 5 2 表面 Q、 S、 P、 只中心不合格调整 Q、 S 、 P、 R表面所对应的位置均为转子叶片叶尖 和封严篦齿。在发动机工作时 ， 这几个表面可能与转 子发生碰摩 ， 存在着不同程度的磨损 ， 在测量时应保 证被测量表面为非磨损表面。 5 3表面 1中心不合格调整 l 表面中心是靠选配偏心环保证的。