涡轮转子挡板安装技术研究

陈大丽 李 明

（中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

航空发动机是一种特殊的高科技产品，航空动力技术已经成为一个国家技术水平的重要标识之一。当然航空航天的心脏发动机的优劣就更能决定一架飞机性能的高低，我国正在研制及改进某新型发动机，发动机装配不是零件简单的堆积过程，而是按规定的技术标准、技术要求和一系列不同复杂程度的工艺程序和质量控制来进行的。这些程序是具有理论和实践根据的方法，应用这些方法将若干零件连接、固定起来组成组件、部件、单元体，由组件、部件、单元体、附件和成品件组合成整机。装配质量直接影响到发动机的性能（推力、耗油、温度、流量）、寿命及工作可靠性。

涡轮转子的装配是发动机制造过程中比较重要的部分，是一个单元体制造的最终阶段，其任务是制造合格的零、组件按工艺文件要求组合成相应的部件。

传统的涡轮转子挡板主要是对涡轮叶片进行轴向限位，同时做为调整转子不平衡量平衡面，一般采用螺钉与涡轮盘连接，随着发动机结构的不断改进，涡轮转子挡板现多采用无螺栓连接。本文介绍的挡板与传统的相似，为薄壁环形件，但轮心部位为钩槽结构，安装边上有9处钩槽和9处凸台，并在每个凸台上均加工有一个Φ3.2孔，用来安装配重销和止动销，以达到径向止动和调整不平衡量的要求，是无螺栓连接的挡板结构。

轮盘与挡板配合安装边也有9处凸耳和9处凹槽，其中9处凸耳与挡板的钩槽配合，对挡板进行轴向定位置9处凹槽与挡板上的9处钩槽端面对齐后，安装卡块，对挡板进行周向止动，并用止动销对卡块止动。由于挡板与轮盘在轴向和径向均存在一定量的过盈，其装配顺序是先对挡板施加轴向压力，然后对其进行旋转，将轮盘的凸耳装入挡板的钩槽内，使凸降下和钩槽的端面对齐，然后装入卡块，防止相互转动。

1 装配要求及次数

安装挡板时应用专用工装，使其与封严片接触的部位产生轴向弹性变形后再装配，注意变形量不大于0.3。注意使涡轮轮盘上第一槽与前挡板上第一槽对齐。

在涡轮盘、叶片组件（即未装配涡轮后轴组件）状态下粗磨叶片外径前，要装配前挡板。磨叶片外径后要将组件分解成集件状态进行清洗。在涡轮转子组合件状态（即装配高压涡轮后轴组件）精磨叶片外径前要装配挡板，磨叶片外径后要将组件分解成集件状态进行清洗。然后再恢复装配。

2 零件类型

涡轮转子是由燃气推动工作叶片调整旋转的部件，并通过涡轮轴带动压气机转子工作。涡轮转子的装配是发动机制造过程中比较重要的部分，是一个单元体制造的最终阶段，其任务是把制造合格的零、组件按工艺文件要求装配成相应的部件。涡轮转子通常可分为单级和双级涡轮转子，在我公司生产的单级涡轮转子为低压涡轮转子和高压涡轮转子通常都是盘式结构，主要由盘、轴、篦齿环及叶片等零件组成。

3 工装的设计

前挡板为薄壁环形件，轮心部位为钩槽结构，其上有9处槽和9处凸台，并在每个凸台上均加工一个孔，用来安装配重和止动销。轮盘前有9处凸耳，其中9处凸耳与前挡板的钩槽配合，对前挡板进行轴向定位，并用止动销对限位销座止动。前挡板安装的关键在于如何选择前挡板上的受力面和带动挡板转动的承力点，即使前挡板产生变形，又能控制变形量在0.3mm之内，使前挡板安装边的凸耳下沉，直到高压涡轮盘安装边的凸耳可以进入前挡板的钩槽中，还要求工装有带动前挡板转动的功能，使前挡板安装边定位孔与涡轮盘定位孔重合。涡轮盘与前挡板的配合为0.02-0.08mm的过盈配合，过盈量越大挡板变形的阻力越大。但要求挡板产生轴向弹性变形的与封严片接触的部位，有一道封严齿，封严齿下是一个斜面，对此面施加压力时容易使挡板两端向径向弹性变形，无法压紧，只能选择前挡板的下安装边1mm宽的一个窄窄的环带，作为工装的压紧面，工装的轴向行程就是挡板的变形量，比较容易控制。

3.1 结果

因高压涡轮转子在粗、精磨叶片外径后均要分解到集件状态进行清洗，所以每台高压涡轮转子前挡板要反复装配3次和分解2次，相应的装配工装要用到5次，在装配第1台的高压涡轮转子时没有发现问题，但当装配第2台时，装配分解前2次没有发现异常，但当第3次用此工装装配前挡板时，取下工装上盖板发现有一个限位销弯曲变形，分析造成销子弯曲变形的原因应是带动前挡板转动要克服的阻力较大，销子直径较小强度不够，在转动挡板过程中导致销子弯曲变形。要解决此问题就要重新选择带动前挡板转动的限位方式，经过对前挡板和涡轮盘结构的反复研究，确定用6个大圆柱代替限位销，圆柱推动前挡板的花边来带动挡板转动，这样可以承受的力量更大，也不会对挡板造成损伤。应用此新的限位方式装配了2台高压涡轮转子效果良好，没有出现上述问题。

3.2 挡板的安装过程

高压涡轮转子装上后挡板和叶片后，将其以前面朝上落入装前挡板工装的底座上，通过底座上的两个大销子插入涡轮盘后安装边的孔中角向定位，将工装上盖板中心孔套入底座的主轴上，盖板安装边压到前挡板下安装边的凸耳上，用盖板上的六个大圆柱中的三个靠紧挡板凸耳一侧，通过按图中N向（顺时针）拧主轴上的大螺母，按图中M向压盖板，带动挡板产生轴向弹性变形，同时通过盖板上的观察窗观察挡板安装边钩槽与涡轮盘安装边凸耳的位置，当挡板可以转动时，利用工装盖板上的扳手转动盖板带动前挡板转动，使其下安装边的钩槽进入涡轮盘安装边凸耳中，限位销孔对正，松开主轴上的大螺母，取下上盖板，在前挡板上安装限位销座和销子，前挡板安装完成。在前挡板分解时，只需利用工装盖板上另三个圆柱向相反方向旋转即可。为2个大螺栓，当转动阻力特别大时，可以将此两个大螺栓安装到方箱上，防止工装底座和涡轮盘一起转动，见图1。

图1

结论

首台涡轮转子的顺利装配完成和合格交付，为新型发动机的研制提供了可靠的解决问题的思路和方法。现发动机结构不断推陈出新，其装配过程中存在各种各样的技术质量问题，因其结构与批产型号差异较大，采用了很多新材料、新结构、新技术，需要装配工艺也不断创新才能适应航空工业的发展。很的解决了困扰新结构涡轮转子装配的难题，为发动机的研制进度又推进一步，为其他研制型号类似结构转子装配奠定了基础，拓展了思路。

[1]B·D·克林格勒.涡轮机对齐控制系统和方法[Z].通用电气公司，2011.

[2]王伟国.动态自调节涡轮增压器[J].大连奥托股份有限公司，2011.