某机压气机间隙故障分析与排除

陈金平 何朝霞 秦俊峰

中国航发西安航空发动机有限公司 陕西西安 710021

某机压气机间隙是指机匣壳体内环槽与转子叶片叶尖之间的间隙，通过机匣及转子组件各自控制加工尺寸，机匣与转子装配后测量间隙保证。对于大修件常规的控制方法是：首先加工转子各级叶尖直径，根据间隙要求计算机匣对应的各级壳体环槽尺寸及公差，通过车加工壳体环槽，保证总装间隙要求。

总装现场的装配工艺是成熟定型工艺，间隙测量为直接测量法，测量方法较为直观，且该故障在以往交付的新机、大修机、排故机中从未发生过，引起该故障的疑点应该是机匣或转子实物尺寸失真所致，查找原因重点应放在机匣和转子的加工过程、测量方法、设备状态等方面[1]。

1 尺寸复测

1.1 测具复测

对测量机匣环槽直径及转子叶尖直径所用的标准件、测具进行复检，复检结果全部合格，符合图纸要求。

1.2 机匣环槽直径复测

对故障机匣各级环槽直径进行复测，测量结果符合图纸要求，与机匣加工时的工序记录值存在0．05mm 的差异。

机匣环槽直径近1000mm，变形在所难免，工艺规程要求环槽直径在机床上检测保证，两次装夹测量，结果存在0．05mm 的差异属正常现象。

1.3 转子叶尖直径复测

对转子叶尖直径进行复测，测量结果符合图纸要求，与转子加工时记录的直径值存在0．02mm 的差异。

转子叶尖直径加工时是在叶片缠绕减振胶绳的情况下测量而得，复测时未缠绕胶绳，两次测量结果存在0．02mm 的差异，属正常现象。

1.4 计算间隙

根据机匣环槽直径复测值和转子叶尖直径复测值，理论计算机匣与转子间隙，该值符合总装间隙要求，但与总装实测的间隙值相差0．8mm[2]。

2 测量方法分析

2.1 机匣壳体环槽尺寸测量方法

通过专用带表测具在标准件上对表后，直接在各级环槽上测量直径，通过比对与标准件的读数差，测得各级环槽直径实际值。

2.2 转子叶尖直径测量方法

在转子两端的前后轴颈孔内安装过渡配合的堵头，通过车床前后顶尖将转子支承在机床上（安装过渡配合堵头的转子结构图见图1），在转子后轴颈上安装叶尖到转子中心距离的标准件，将测具放置在机床辅导轨上，以机床辅导轨为基准，在转子后轴颈处用标准件对表，调整测具在导轨上的位置（测具检测图见图2），测量各级叶片叶尖到转子中心高的距离，与标准件进行比对测得转子叶尖半径，再换算成叶尖直径。

该测量方法使用多年，理论上可行，但其测量结果受两个因素的影响，一是机床辅导轨的几何精度，即测量基准的可靠性，二是机床尾座顶尖与机床主轴端顶尖的同心度，该同心度应控制在0．03mm 之内，且应前低后高，否则对于叶尖半径公差0．07mm 的精度要求是无法实现的。

3 第二种测量方法验证

3.1 环槽直径验证

图1 安装过渡配合堵头后的转子结构图

图2 测具检测图

按环槽直径组合块规代替标准件，借用近似的测量范围可调的测具，进行第二种方法测量。

第二种方法测量结果与原方法复测值相同，由此可以判定机匣环槽直径合格，无问题。

3.2 转子叶尖直径验证

由于转子各级叶片数量均为奇数，无法用通用测具直接测量叶尖直径；专用的标准件和测具结构特殊，没有可以代用的测具和标准件，无法快速采用第二种方法测量验证。考虑到转子轮毂上的封严齿直径在本次修理时未进行修理，且封严齿与机匣壳体间隙合格，故可采用测量叶尖到封严齿的距离间接验证叶尖直径。

假设二级叶尖半径/直径合格，以二级叶尖半径为标准，测量二级封严齿到二级叶尖的距离，换算成二级封严齿直径，换算结果：二级封严齿直径尺寸超差，偏大1．30mm。

分别用专用测具和通用千分尺两种方法复测二级封严齿直径，两种方法测量结果相同，均符合图纸要求。

此测量结果间接反映出：二级叶尖直径超差，偏大1．30mm。该结果与总装现场反映的间隙偏小0．8mm 的超差值接近，超差方向相同[3]。

4 故障查找及分析

现有测量方法是：在机床前后顶尖同心、机床辅导轨达到几何精度要求的条件下，将测量叶尖直径转化为测量叶尖到机床辅导轨的距离。

对可能影响转子叶尖测量结果的两个因素：机床辅导轨精度和机床尾座高度进行检查分析。

辅导轨精度要求：0．02mm/1000mm，全程（4000mm）0．05mm。

实测：0．03 ～0．05mm/1000mm，全程0．14mm。

结论：辅导轨磨损扭曲，为长期使用磨损变形所致。该状态对叶尖测量结果有0．05 ～0．08mm 的影响，但不是引起故障间隙超差0．8mm 的主要原因。

机床尾座高度与机床主轴端中心高度不一致成为查找故障原因的重点。根据总装间隙偏小这一现象，可以初步判断出故障原因为机床尾座抬高约0．4mm，而尾座抬高这一现象与实际工作中尾座一般不会出现降低这一规律重合。为此，开展机床尾座抬高验证。

为了核实机床尾座顶尖有抬高现象的假设，在该设备上采用同一台转子，将转子掉头装夹，目的是将原来位于机床主轴前端的转子后轴颈调整到机床后端尾座处，即在机床前端的后轴颈处对标准件，改为在机床后端的后轴颈处对标准件，通过改变测量基准，查看测量结果是否一致，以此验证机床尾座高度对测量结果的影响。

转子掉头装夹后，用专用测具再次测量叶尖直径，此时尾座端的8 级叶尖直径偏小1．60mm，而位于转子中部的6 级叶尖直径偏小0．4mm，通过两级数据可以明显看出，设备尾座顶尖确实存在偏高现象。

5 结语

造成发动机压气机间隙超差的原因为：转子叶尖直径超差。转子叶尖直径超差主要是由于机床尾座与机床前端主轴不同心且高于机床主轴。目前测量转子叶尖直径的方法不能直观反映出产品的真实尺寸，导致各级转子叶尖直径表象测量合格，而实际上叶尖实体尺寸大于控制值，并从8 级至1 级是逐级增大，造成发动机装配间隙偏小。

6 故障排除

转子直径超差偏大，都有加工余量，故只需重新加工磨叶尖，钳工打毛刺，平衡即可实现成品交付。

叶尖加工设备辅导轨磨损的排除，按常规设备应进行大修或项修辅导轨，但因不具备修理条件，由相关工程技术人员对设备主、辅导轨重新进行检测、调试，考虑到实际使用要求的特殊性，在满足加工要求的前提下，加长机床前顶尖，错开辅导轨磨损严重部位，将调整后的辅导轨应用段修理调试，恢复其几何精度要求，对机床尾座高度进行调整，达到加工要求（设备参数允高0．16mm，而加工要求允高在0．04mm 之内），经试加工转子，总装检测间隙符合图纸要求，达到预期目的，满足了产品加工的精度要求，设备恢复正常工作。

7 改进措施

（1）受设备结构限制，机床尾座移动后会造成尾座高度变化。通过改进工艺方法，增加尾座高度校验用的检测芯棒，监控尾座高度位置，及时发现机床尾座移动后的高度变化。（2）编制尾座移动后检验尾座高度操作卡及转子掉头测量验证尾座高度法。（3）针对机床辅导轨常用部位磨损严重问题，加厚前顶尖底座，延长前顶尖长度，将零件加工测量部位向设备中部移动，辅导轨工作部位后移，满足加工中对表测量的工艺要求。（4）对操作者、检验员进行培训，孰知并掌握尾座移动操作要领以及尾座高度检查控制办法。

8 实施效果

通过设备的调整和精度恢复，工艺方法改进，检验、检测手段的补充完善，操作者的再培训，为产品加工质量的稳定提供了保障条件，采用新的质量控制办法后，加工出的产品达到质量要求，未再出现类似超差现象，确保了现场生产的需求，达到预期目的。