夏華騰 唐湘林 王鐵 黃曉鳴

摘要：新型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)性能要求高，轉(zhuǎn)靜子間隙小，對(duì)裝配過(guò)程中的測(cè)量與控制提出了更高的要求。本文研究了一種模擬壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下與靜子流道配合間隙動(dòng)態(tài)變化情況的測(cè)量方法，可精確有效地測(cè)量轉(zhuǎn)靜子的徑向間隙，通過(guò)修配控制，解決了轉(zhuǎn)靜子異常刮磨問(wèn)題，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)性能和質(zhì)量，降低了轉(zhuǎn)靜子卡滯故障發(fā)生率，確保了發(fā)動(dòng)機(jī)性能可靠和使用安全。

關(guān)鍵詞：壓氣機(jī)；轉(zhuǎn)靜子徑向間隙；旋轉(zhuǎn)半徑測(cè)量法；刮磨

Keywords： compressor；rotor-stator radial clearance；rotation radius measurement method；scraping

0 前言

壓氣機(jī)轉(zhuǎn)靜子葉尖徑向間隙對(duì)壓氣機(jī)性能有重要影響，衡量壓氣機(jī)氣動(dòng)性能的參數(shù)如壓比、效率以及失速裕度都隨著徑向間隙的變化而變化。常規(guī)裝配工藝僅要求轉(zhuǎn)靜子間隙平均值與理論值相符，未考慮因機(jī)匣變形、轉(zhuǎn)子偏心、零件尺寸公差等工藝原因造成的非軸向?qū)ΨQ的葉尖間隙分布，導(dǎo)致葉尖徑向間隙存在最大間隙點(diǎn)和最小間隙點(diǎn)。在最大間隙處，葉片壓力面上的高壓氣體通過(guò)葉尖間隙流向吸力面，形成泄漏二次流，導(dǎo)致葉尖泄漏量過(guò)大，致使壓氣機(jī)效率和壓比下降，裝配間隙增加1%，壓氣機(jī)效率下降2%；在最小間隙處，轉(zhuǎn)靜子易發(fā)生刮磨，影響發(fā)動(dòng)機(jī)安全。

隨著渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，為提高壓氣機(jī)壓比、效率，轉(zhuǎn)靜子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得極為緊湊，軸承腔的油路、氣路封嚴(yán)采用大量蓖齒封嚴(yán)結(jié)構(gòu)，間隙最小值已達(dá)到單邊0.025mm。傳統(tǒng)的通過(guò)測(cè)量和控制轉(zhuǎn)靜子平均間隙來(lái)保證發(fā)動(dòng)機(jī)性能及安全的方法已難以滿足實(shí)際要求，得出的結(jié)果與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作狀態(tài)存在差異，容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)靜子碰磨、壓氣機(jī)喘振、發(fā)動(dòng)機(jī)性能差等問(wèn)題。因此，更準(zhǔn)確地測(cè)量并控制新型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)靜子間隙成為行業(yè)重點(diǎn)研究技術(shù)之一。

1 測(cè)量方法現(xiàn)狀

傳統(tǒng)采用靜態(tài)三坐標(biāo)測(cè)量法，具體過(guò)程如下：

1）用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x周向均布測(cè)量8～12點(diǎn)，測(cè)量壓氣機(jī)轉(zhuǎn)靜子各級(jí)葉尖、輪轂或流道半徑。

2）分別找出并記錄測(cè)量點(diǎn)最大值、平均值、最小值，平均值為所有測(cè)點(diǎn)的均值。

3）根據(jù)公式計(jì)算出轉(zhuǎn)靜子配合間隙，見表1。

傳統(tǒng)方法的不足之處主要包括兩個(gè)方面：

1）三坐標(biāo)測(cè)量采點(diǎn)的隨機(jī)性。如圖1所示，三坐標(biāo)一般隨機(jī)采8～12個(gè)點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)中不能保證包含圓的最大點(diǎn)（即跳動(dòng)高點(diǎn)）或最小點(diǎn)（即跳動(dòng)低點(diǎn)），導(dǎo)致其所測(cè)的最小值、最大值較實(shí)際值有誤差。

2）未考慮測(cè)量基準(zhǔn)及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)特性。如圖2所示，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，理論轉(zhuǎn)動(dòng)中心與工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)中心線存在差異，高低點(diǎn)也會(huì)隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 測(cè)量方法的改進(jìn)

針對(duì)傳統(tǒng)方法的不足，開展了多級(jí)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)靜子間隙精密測(cè)量技術(shù)研究，驗(yàn)證并總結(jié)了一種模擬壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下與靜子流道配合間隙動(dòng)態(tài)變化的測(cè)量方法——旋轉(zhuǎn)半徑測(cè)量法。通過(guò)該方法近似測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)靜子之間的間隙狀態(tài)，可以提高裝配工藝的可靠性，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)性能的同時(shí)兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)靜子在極小間隙下安全運(yùn)轉(zhuǎn)，避免發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)靜子件的異常刮磨，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性、可靠性。

2.1 旋轉(zhuǎn)半徑測(cè)量法

平均間隙測(cè)量方法與常規(guī)方法相同。蓖齒封嚴(yán)間隙測(cè)量方法與壓氣機(jī)轉(zhuǎn)靜子間隙測(cè)量方法類似。

通過(guò)以上測(cè)量方法，可測(cè)算出轉(zhuǎn)靜子真實(shí)的最小間隙，提高了裝配質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2.3 效果驗(yàn)證

通過(guò)上述各轉(zhuǎn)靜子間隙測(cè)量方法的改進(jìn)，得出的轉(zhuǎn)靜子最小間隙較真實(shí)，提高了裝配質(zhì)量。某新型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)自實(shí)施壓氣機(jī)轉(zhuǎn)靜子間隙測(cè)量改進(jìn)方案以來(lái)，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉尖刮磨問(wèn)題從40%降低至2%，下降明顯。

3 結(jié)論

通過(guò)轉(zhuǎn)靜子間隙測(cè)量方法的研究，針對(duì)現(xiàn)有測(cè)量方法的不足提出旋轉(zhuǎn)半徑測(cè)量法，較原方法有明顯優(yōu)勢(shì)，已在多型批產(chǎn)和科研渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)中廣泛應(yīng)用，顯著提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量和安全性。該方法適用于各類發(fā)動(dòng)機(jī)，有較好的推廣應(yīng)用意義。