某型发动机传动装配过程中的振动控制技术研究

韦周庆++任志远

摘 要：传动装配是发动机装配中的重要过程，是将发动机各个零、组件、单元体装配成整机的过程，同时传装过程对发动机振动产生重大影响，加强传装过程控制，降低振动故障率，具有非常重大的意义。本文拟对传动装配过程进行深入地分析研究，细化振动控制措施，提升发动机装配质量。

关键词：传动装配；核心机；发动机振动；振动控制

中图分类号：V231 文獻标识码：A

0.引言

航空发动机作为飞机的“心脏”，是一种高速旋转的机械，其工作环境十分恶劣，需要经受高温、高载荷、高离心力的考验，运行中的振动问题十分突出，在传动装配尤其是核心机装配过程中的任何微小的误差可能会造成严重的振动问题，因此必须在装配过程中加强过程管控，细化振动控制措施，提升发动机装配质量。

1.传动装配

某型发动机传动装配过程为：高压压气机单元体装配→主燃烧室联合单元体装配→高压涡轮转子装配→风扇单元体装配→低压涡轮装配→二级引气管装配→外涵装配→高压作动筒装配→涡轮后机匣装配→混合器单元体装配→扩散器单元体装配→测速组件与帽罩装配→加力筒体与收扩喷口联合单元体装配→最终检查。

高压压气机单元体装配、主燃烧室联合单元体装配、高压涡轮转子装配可合称为核心机装配，核心机装配与风扇单元体及低压涡轮装配是传动装配过程中的核心内容，也是对发动机振动产生影响的关键过程。

2.发动机振动

2.1 振动故障机理

航空燃气涡轮发动机结构复杂，工作条件苛刻，影响发动机振动的因素很多，造成发动机振动大的原因往往不是单一的，而是由多种因素交织在一起的，因此要对发动机整机振动现象进行全面细致地研究，结合目前批产发动机振动问题，主要表现为碰磨的特征居多，主要是因为工作状态转静子间隙不协调引起的，通过分析排查，其中与系统振动特性、转静子碰磨、支点同心度、转子不平衡4个方面的9个底事件不能排除。

2.2 振动故障底事件与传动装配关联

从分析中确定的9个底事件，其中支点不同心、转子不平衡、转静子碰磨共计3个底事件与传动装配联系紧密，因此本文着重从这3个方面展开论述。

对于支点不同心问题，转子与支承不同心亦称不对中，有角度不对中和高度不对中两种。角度不对中指轴与支承相对倾斜。高度不对中指轴承中心线虽与转子轴线平行但在不同高度。无论哪一种不对中都会使得轴与轴承有轴向和径向力相互作用，随着转子旋转，作用力交变，将使转子和支承产生振动。

对于转子不平衡问题，尽管装配时进行过严格的动平衡，残余不平衡度很小。但一经试车或使用一段时间后，不平衡量就可能发生很大变化，引起较大甚至很大的振动，超过了允许值。这种故障是发动机中最常见的一种故障，造成这种现象的一个重要原因就是转子连接刚性不足，在装配过程中，转子连接螺母的拧紧过程尤为关键。

对于转静子碰磨问题，因航空发动机机匣较薄，燃气温度不均时较易变形，所以轴向和周向的多点碰磨都可能发生，航空发动机中动、静件的碰磨故障形式多种多样，是十分复杂的，本文主要关注高压涡轮外环与高涡转子叶片之间的碰磨问题，装配过程如何减小和避免碰磨对发动机振动影响很大。

3.传动装配过程与振动防控

自某型发动机批产以来，经过多年振动排故，基本发现振动故障主要与支点不同心、转子不平衡、转静子碰磨有关，均与传动装配关系紧密，通过多年传动装配经验积累，在技术人员与现场操作者的共同努力下，制定以下振动防控措施：

3.1 高压压气机转子装配过程控制

装前目视检查大螺母与高压轴头的螺纹，螺纹应完好、清洁无多余物，用汽油冲洗螺母螺纹、纤维垫和高压转子前轴颈。

在使用扭矩倍增器拧紧螺母前，对扭矩倍增器预扭2～3次，以保证扭矩放大器中齿轮啮合状态良好。拧紧时，施力应缓慢、均匀，不允许出现施加力突增现象。

装配高压螺母前，应用手将高压螺母旋入高压前轴颈，检查高压螺母是否旋入顺畅，高压螺母是否能拧到底。在保证前轴颈锁环的锁齿与高压螺母的锁齿相啮合的状态下保持拧紧力矩3s以上。

3.2 高压涡轮转子装配过程控制

冷却高压涡轮转子前检查高涡转子前轴颈配重钉不应高出轴颈端面，防止高涡前轴颈与高压篦齿盘贴合不到位，造成转子偏斜，影响转子连接刚性及支点同心度。

高压涡轮转子装配前全面擦拭高涡转子鼓筒内外壁、高压压气机转子内腔及两转子相配合面，确保鼓筒及配合面清洁无异物、无磕碰伤。检查高涡转子叶片叶尖，确保叶尖无凸起的毛刺。

将高压涡轮转子的重点与高压压气机转子的重点相对180°装配，抵消转子之间的剩余不平衡量。

预测高压涡轮与高压压气机九级篦齿盘盘心相对跳动时，按十字交叉法周向均布拧上工艺螺母。

预测符合要求后，鼓筒前连接螺母以螺栓编号2为起点按照顺时针方向采用对角法拧紧。其余鼓筒前连接螺母按照工艺螺母的拧紧顺序依次替换安装。

高压涡轮装配完成之后，将高压涡轮与高压压气机九级篦齿盘盘心相对跳动测具吊装在高压涡轮上，并用工艺螺母固定在燃烧室机匣安装边上，接通电源，通过调整调节螺钉，使显示器读数在0～0.5之间。

顺时针转动高压涡轮转子一圈，记录最大读数与最小读数，最大读数与最小读数之差应在0.038之内。继续顺时针转动高压涡轮转子一圈，记录最大读数与最小读数。

如果高压涡轮与高压压气机九级篦齿盘盘心相对跳动不合格时，允许根据测量结果对高涡转子与高压压气机转子的相对位置进行调整。最终测量的高压涡轮与高压压气机九级篦齿盘盘心相对跳动值应不大于上次装配时的测量值。

3.3 风扇转子装配控制

用汽油从风扇后轴颈内部向外冲洗轴承滑油孔，目视观察流出的汽油无杂质为止，用汽油冲洗二支点滚棒及保持架、风扇后轴颈外表面、内表面以及油孔等部位冲洗干净.然后对风扇进行装前外观检查，确保轴承表面无多余物，保证轴承清洁，与轴承座配合值合格。

3.4 低压涡轮转子装配控制

低涡大螺母在装配前目视检查螺母与低涡轴头的螺纹、套齿，螺纹应完好、清洁无多余物。用汽油冲洗螺母螺纹低涡轴头螺纹、套齿。

低涡轴头冷却时间不少于3min。冷却后应在5min之内装配到位，如无法及时装配到位，则应重新冷却后再装配低压涡轮。装配时，使低涡转子的重点与风扇转子的重点相对180°，抵消转子之间的剩余不平衡量。

拧紧低涡螺母前，应用手将低涡螺母旋入低涡轴，检查低涡螺母是否旋入顺畅，低涡螺母是否能拧到底。

涡轮后机匣装配完成后，用扭矩倍增器以上次拧紧力矩重新对低涡大螺母的进行检查，确保扭矩倍增器拧到上次拧紧力矩时低涡轴头螺母未转动，保证转子连接的刚性。

结论

通过在传动装配过程实施以上振动防控措施，并对现场操作人员进行技能培训、振动防控措施考试，使得操作者熟悉装配过程的关键点，加深了振动防控意识。经试车验证，某型发动机检验试车振动率由之前的20%以上降低至11%以下，达到了预期目的，提升了装配质量并降低了生产成本，同时证明了振动防控措施的正确性及有效性。

参考文献

[1]王晓梅，张春青.航空发动机机匣同轴度的测量与调整[J].航空发动机，2015，41（2）：76-80.

[2]陈炳贻.航空发动机平衡工艺技术[J].航空科学技术，1996（2）：7-11.

[3]杨国安.转子动平衡实用技术[M].北京：中国石化出版社，2012.