某型号航空发动机高压压气机转子装配稳定性控制

某型号航空发动机高压压气机转子装配稳定性控制

王瑾,冯硕,韩明明,刘艳良

中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 辽宁省沈阳市 110043

摘要：高压压气机为航空发动机核心机部件。本文分析了转子装配不稳定的影响因素，通过优化转子装配来提高平衡准确性，以降低某型号航空发动机振动情况发生率。

关键词：航空发动机，高压压气机转子，稳定性，优化装配，振动

Assembly Stability Control Of High Pressure Compressor Rotor Of An Aeroengine

Wang Jin, Feng Suo, Han Mingming, Liu Yanliang

AVIC Shenyang Liming Aero Engine Corporation Ltd., Shenyang, Liaoning, 110043

Abstract：High pressure compressor is the core component of aeroengine. In this paper, the influence factors of rotor assembly instability are analyzed, and the balance accuracy is improved by optimizing the rotor assembly to reduce the vibration failure rate of an aeroengine.

Key words：aeroengine, high pressure compressor rotor, stability, optimized assembly, vibration

引言

发动机转子因装配稳定性导致的不平衡量大，引起的振动，其特征比较明显，随着油门杆角度的增加，机载振动值也随之增大，当油门杆稳定时，机载振动值不会出现突增或者突降的现象，基本稳定或略有变化。发动机转子因装配稳定性导致的不平衡量大引起的振动超标情况中，高压分量大的发动机约占95%，本文以某型号发动机高压压气机转子为例，讨论转子稳定性控制的方法。

1 高压压气机转子装配稳定性影响因素

1.1转子刚性不足

某型号发动机高压压气机转子在低速平衡时可认为是刚性转子，理想刚性转子的剩余不平衡量绝对值在平衡转速和工作转速下是不变的，也就是说经过低速平衡的刚性转子，可以在工作转速下稳定地工作。

转子经过低速动平衡之后，虽然可以消除对支撑的动压力，但是使转子产生变形的内部弯矩仍然存在，这种弯矩力的产生与转子的初始不平衡量成正比。航空发动机的转子是由多个零件装配而成，如果转子因为机件本身的原因或者装配操作的原因未能达到转子的设计刚度值，这种弯矩会使转子发生一定的塑性变形，某些平衡特征会带有塑性转子的特征，塑性转子在工作转速下平衡合格后，当转速逐渐接近工作转速时，剩余不平衡量绝对值会迅速增大，当转速下降时，剩余不平衡量会在较高的水平保持。

转子组件装配完成后，都会有一定的塑性特征，根据塑性平衡特点，塑性转子在进行动平衡时，应将转子的转速提高至工作转速以上运转后，再在任意转速下进行平衡。由于发动机工作转速较高，发动机转子在工作转速下平衡对设备要求较高，批量生产中一般采用低速平衡的工艺方法，这就要求在转子装配时采取措施，提高转子的装配刚性，降低转子的塑性特征。

1.2转子的初始不平衡量大

转子组件的初始不平衡量虽然可以通过叶片的轻重分布和增添配重得以校正，但较大的初始不平衡量会使得转子组件内应力增大，使转子组件的状态更容易变化；另一方面，有较大的初始不平衡量的转子在平衡时必然对应质量更大、数量更多的配重，给转子工作带来了更多的不稳定因素。

1.3 转子组件堆叠投影值和端跳高点分布不合理

转子在平衡时和模拟转子装配，支点分别在模拟转子轴颈处和高压压气机转子前轴颈处，这样的支承条件下，如果转子装配完成后组件的堆叠投影值与端面高度角度不佳，会使高压压气机和模拟转子的连接部位形成较大弯弓形，这种弯弓形会使模拟转子两次转位时装配状态造成较大变化，造成补偿倍数大的问题，带来较大的平衡误差，同时也会造成高压压气机转子的偶不平衡量变大，从而使两个校正面上的初始不平衡量变大，使转子工作稳定性变差。

2 优化高压压气机装配方法

2.1提高转子零件贴合表面的平面度

发动机转子零件在工作后常有不同程度的变形，这种变形在盘类零件装配后会在贴合表面产生难以预见和发现的微小缝隙，这些微小缝隙使得转子部件在装配时，螺母首先需要克服零件变形使零件贴合，再用于零件之间的压紧，由于贴合位置的不确定性，使转子贴合整周压紧力分布不均匀，部分贴合区域压紧力不足，转子装刚性降低。

叠加投影设备能准确量化测量盘类零件某一特定截面的变形，但实际上转子的形变往往是复杂多变，叠加投影一次只能测量一个截面的数据，无法得到整个平面的信息，无法应用叠加投影法进行准确判断。因此常结合着色检查方法，在平面度很高的铸铁环上涂上一薄层红色染料，再和转子的贴合表面贴合转动，根据转子表面染色程度判断转子单件的平面度情况。对于着色和叠加投影测量不合格的零件，视零件结构和材料采用研磨或者机械加工的方法进行修理，直至达到合格范围内。

2.2 优化转子装配工艺

由于转子部件之间大多存在过盈配合，需要加温或者冷却装配。转子间带温度安装到位后，螺母需要以正确的顺序多次施加拧紧力矩，才能保证装配应力的均匀释放，转子装配后如果带有不均匀的应力，工作过程就会存在不稳定状态。某型号高压压气机转子装配工艺制定过程中，对加温、冷却方法和螺母拧紧顺序进行详细规定，最终使用十字交叉法拧紧，这样既保证了零件均匀释放了应力，又保证了高压压气机转子装配的稳定性。在此基础上，还逐步增加了在关键部位应用标准化的定力矩扭矩扳手、自锁螺母充分涂抹润滑脂等控制措施，其目的都是克服转子单件变形造成的影响，使螺母压紧力有效均匀地压紧零件，提高转子刚性。

2.3 优化初始不平衡量装配

对于参与组件叠加投影计算的单件，要兼顾轻重点匹配的问题，对于不参与叠加投影计算的单件，要严格按照轻重点匹配装配，一般来说不平衡量较大的单件，在平衡时要重点考虑其他零件与该件的轻重点匹配问题。

2.4 优化转子堆叠投影值和端跳高点

一般采用分解篦齿盘并重新规划合格角度，重新装配篦齿盘。

3 结语

航空发动机振动问题仍是危及发动机生产交付和使用安全的主要问题之一。航空发动机振动问题诱因很多，情况复杂。本文通过优化高压压气机转子零组件的装配，提高高压压气机转子装配稳定性，进而降低了发动机工作时发生振动情况的风险。

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