摘要：本文針對(duì)某型大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)多級(jí)低壓渦輪裝配中不同心度測(cè)量基準(zhǔn)調(diào)整困難的問(wèn)題，提出了在現(xiàn)有裝配測(cè)量條件下，應(yīng)用最小二乘法的轉(zhuǎn)子不同心度測(cè)量誤差分離方法，保障了裝配過(guò)程測(cè)量精度，降低了基準(zhǔn)安裝調(diào)整難度，實(shí)現(xiàn)了低渦轉(zhuǎn)子初始不平衡量的有效控制。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī);測(cè)量;誤差分離;不同心度

航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不同心度對(duì)轉(zhuǎn)子初始不平衡量和轉(zhuǎn)靜子碰磨等有直接影響，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)品質(zhì)和轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性。[1][2]某型大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪具有級(jí)數(shù)多、質(zhì)量大、轉(zhuǎn)速高、負(fù)荷大的特點(diǎn)，因此多級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子裝配后的不同心度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)品質(zhì)和穩(wěn)定性影響更加重要，需要在裝配過(guò)程中進(jìn)行精確測(cè)量并加以控制。

1問(wèn)題提出

在某臺(tái)大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)多級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子裝配過(guò)程中，出現(xiàn)后修正面初始不平衡量超限的問(wèn)題，通過(guò)采用工藝手段逐項(xiàng)排查，主要由于該臺(tái)多級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子裝配不同心度超差造成。因此，對(duì)多級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子裝配不同心度的測(cè)量要求、測(cè)量方法及誤差來(lái)源進(jìn)行分析。某型號(hào)低壓渦輪轉(zhuǎn)子為五級(jí)，盤與盤之間為精密螺栓定位連接，連接螺栓位置度偏差最大為0.05mm，同時(shí)各轉(zhuǎn)子件自身有加工形位公差，因此盤與盤之間存在一個(gè)最優(yōu)角向位置，使各級(jí)盤組合后不同心度最低。

目前，多級(jí)低壓渦輪轉(zhuǎn)子（及靜子）的不同心度測(cè)量及裝配均在專用裝配測(cè)量轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行。低壓渦輪轉(zhuǎn)子不同心度測(cè)量方法及裝配為：將一級(jí)盤組件落在裝配轉(zhuǎn)臺(tái)基準(zhǔn)座上，利用一級(jí)盤前端面進(jìn)行端面定位，利用一級(jí)盤盤心進(jìn)行柱面定位。調(diào)節(jié)一級(jí)盤和轉(zhuǎn)靜子裝配轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)軸同心，壓緊三個(gè)壓板，對(duì)一級(jí)盤定位。然后逐級(jí)進(jìn)行二～五級(jí)渦輪盤、二～五級(jí)靜子組件裝配，并檢查二～五級(jí)渦輪盤組件的跳動(dòng)，要求徑向跳動(dòng)不大于0.05mm，見圖1。

經(jīng)過(guò)分析，多級(jí)低壓渦輪轉(zhuǎn)子不同心度測(cè)量的誤差來(lái)源主要包括：轉(zhuǎn)子測(cè)量回轉(zhuǎn)誤差、測(cè)量基準(zhǔn)（一級(jí)盤）端面及柱面定位誤差。其中轉(zhuǎn)子測(cè)量回轉(zhuǎn)誤差由工裝回轉(zhuǎn)部分保證，利用滑動(dòng)摩擦副的小間隙長(zhǎng)尺寸配合，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證回轉(zhuǎn)精度達(dá)到0.005mm。測(cè)量基準(zhǔn)端面定位誤差由工裝轉(zhuǎn)子支撐部分加工精度保證，經(jīng)檢驗(yàn)由端面定位誤差引起的不同心度最大為0.003mm，對(duì)不同心度測(cè)量影響較小。

測(cè)量基準(zhǔn)柱面定位誤差即一級(jí)盤安裝偏心誤差是由于一級(jí)盤與工裝定位面間隙大、工裝定位面加工精度差，以及手動(dòng)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)不可靠引入。一級(jí)盤和裝配臺(tái)的扇形定位塊柱面為間隙配合（間隙0.125mm～間隙0.05mm）。裝配時(shí)手動(dòng)調(diào)節(jié)一級(jí)盤位置，采用壓板壓緊方式對(duì)一級(jí)盤定位。結(jié)構(gòu)如圖3，其中1是壓板，3是壓緊螺母。由于手動(dòng)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)的局限性及裝配卡緊過(guò)程引入偏心，使低渦一級(jí)盤安裝后不可避免的偏離裝配臺(tái)回轉(zhuǎn)軸線，即低渦一級(jí)盤這一跳動(dòng)測(cè)量基準(zhǔn)存在一定的安裝偏心誤差，該誤差是低渦轉(zhuǎn)子徑向跳動(dòng)測(cè)量結(jié)果主要影響因素。

由于測(cè)量值要求較小，僅僅依靠提高轉(zhuǎn)臺(tái)加工精度、裝調(diào)精度是不盡合理的，既不經(jīng)濟(jì)又難以達(dá)到目的。比較經(jīng)濟(jì)有效的方法是準(zhǔn)確測(cè)出誤差，然后進(jìn)行修正。

2基于最小二乘法的不同心度測(cè)量誤差分離方法

本方法的原理是，基于低渦一級(jí)盤徑向跳動(dòng)測(cè)量結(jié)果，利用最小二乘法計(jì)算得到低渦一級(jí)盤安裝偏心誤差，然后對(duì)二～五級(jí)盤、轉(zhuǎn)子支撐錐盤徑向跳動(dòng)結(jié)果進(jìn)行修正，得到消除基準(zhǔn)偏心誤差后的一～五級(jí)盤、轉(zhuǎn)子支承錐盤徑向跳動(dòng)。

在低渦轉(zhuǎn)子跳動(dòng)測(cè)量中，一級(jí)盤安裝偏心量為（a，b），即修正后測(cè)量基準(zhǔn)相對(duì)實(shí)際測(cè)量基準(zhǔn)偏移（a，b）。將在實(shí)際測(cè)量基準(zhǔn)下測(cè)量的二～五級(jí)盤柱跳通過(guò)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，得到在修正后測(cè)量基準(zhǔn)下的柱跳。

計(jì)算可得，Δγi′為消除一級(jí)盤定位偏心后的徑向跳動(dòng)。

xi=（Δγi′+R1）cosθi

yi=（Δγi′+R1）sinθi（1）

xi′=xi-a=（Δγi+R1）cosθi-a

yi′=yi-b=（Δγi+R1）sinθi-b（2）

γi′=xi′2+yi′2

=（（Δγi+R）cosθi-a）2+（（Δγi+R）sinθi-b）2（3）

Δγi′=γi′-R2

=（（Δγi+R）cosθi-a）2+（（Δγi+R）sinθi-b）2-R2（4）3 應(yīng)用分析

對(duì)出現(xiàn)初始不平衡量超限的多級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子，利用基于最小二乘法的不同心度測(cè)量誤差分離方法，得到低渦一～五盤不同心度的準(zhǔn)確數(shù)值。

以低渦一級(jí)盤跳動(dòng)為例，應(yīng)用第三章得到的公式（4），得到一級(jí)盤跳動(dòng)修正值，結(jié)果見圖3。

同理，對(duì)二～五級(jí)盤跳動(dòng)實(shí)測(cè)值進(jìn)行修正，得到消除一級(jí)盤安裝偏心（a，b）的二～五級(jí)盤徑向跳動(dòng)修正值。

根據(jù)修正后的徑向跳動(dòng)值，調(diào)整各級(jí)渦輪盤裝配的相對(duì)角度，將三級(jí)盤相對(duì)四級(jí)盤順航向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)約100°，將五級(jí)盤相對(duì)四級(jí)盤順航向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)約45°進(jìn)行裝配，使得不同心度滿足要求。恢復(fù)裝配后重新測(cè)量低渦轉(zhuǎn)子初始不平衡量，結(jié)果滿足要求，見下表。并且該臺(tái)份發(fā)動(dòng)機(jī)裝配完成后，在試車中表現(xiàn)良好，未出現(xiàn)低壓振動(dòng)超限的情況。結(jié)果表明，采用誤差分離方法，能夠在現(xiàn)有裝配工裝條件下，簡(jiǎn)便高效地得到準(zhǔn)確跳動(dòng)值，進(jìn)而降低渦輪轉(zhuǎn)子不同心度，提高了渦輪轉(zhuǎn)子裝配質(zhì)量。

初始不平衡量實(shí)際測(cè)量值跳動(dòng)修正后，重新裝配，實(shí)際測(cè)量值下降百分比C面不平衡量（g.mm）/位置4610∠111°3820∠75°17%D面不平衡量（g.mm）/位置8685∠270°5225∠320°38% 經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，采用基于最小二乘法的轉(zhuǎn)子不同心度測(cè)量誤差分離方法的多級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子，未出現(xiàn)過(guò)初始不平衡量超限的情況，并在試車中表現(xiàn)良好，未出現(xiàn)低壓振動(dòng)大、低壓轉(zhuǎn)靜子碰磨等情況，表明該方法對(duì)解決工裝定位精度差的問(wèn)題及提高多級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子裝配質(zhì)量有重要作用。

4結(jié)論

（1）不同心度測(cè)量是發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中重要的測(cè)試指標(biāo)，對(duì)某型號(hào)多級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子不同心度測(cè)量方法及誤差來(lái)源進(jìn)行分析，得到測(cè)量基準(zhǔn)柱面定位誤差是不同心度測(cè)量誤差的主要來(lái)源。

（2）在現(xiàn)有裝配工裝加工精度較低情況下，通過(guò)采用基于最小二乘法的轉(zhuǎn)子不同心度測(cè)量誤差分離方法，提高了測(cè)量精度，不僅易實(shí)現(xiàn)，也相對(duì)低廉，取得了令人滿意的效果。

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作者簡(jiǎn)介：孫慧潔（1989-），女，山東濟(jì)南人，工程師，主要研究方向：航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝。