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0 引言

高壓轉(zhuǎn)子部分振動(dòng)超標(biāo)簡(jiǎn)稱N3 振動(dòng)超標(biāo)，是三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)RB211 系列發(fā)動(dòng)機(jī)的典型故障，作為OEM 的羅羅公司自20 世紀(jì)80 年代起就一直在尋求解決方案。我廠是目前維修RB211-535E4 機(jī)型的重要MRO 企業(yè)，N3 振動(dòng)曾經(jīng)是試車返廠率最高的故障之一。經(jīng)過(guò)十幾年的總結(jié)和摸索，找到了一系列影響N3 振動(dòng)的關(guān)鍵因素，通過(guò)裝配過(guò)程中的嚴(yán)格把控，可以將發(fā)生振動(dòng)的可能性降至最低。同時(shí)，結(jié)合羅羅公司近年頒發(fā)的服務(wù)通告，到2019年度，因N3 振動(dòng)返廠的發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)降 為0。

影響N3 振動(dòng)的因素很多，主要包括平衡和直線裝配兩方面，本文只討論直線裝配。

1 RB211-535E4 發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子部分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

RB211-535E4 發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包含三大組件：高壓定位軸承組件、高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子（HPC）組件和高壓渦輪（HPT）組件，如圖1 所示。其中，高壓定位軸承與HPC 之間通過(guò)18 個(gè)螺栓以端齒的方式聯(lián)接，有6 個(gè)相對(duì)位置；HPC 內(nèi)部通過(guò)47 個(gè)螺栓以緊度配合的方式聯(lián)接，有8 個(gè)相對(duì)位置；HPC 與HPT 之間通過(guò)32 個(gè)螺栓以緊度配合的方式聯(lián)接，有8 個(gè)相對(duì)位置；HPT 內(nèi)部通過(guò)24 個(gè)螺栓以緊度配合的方式聯(lián)接，有8 個(gè)相對(duì)位置。整個(gè)高壓轉(zhuǎn)子部分的支撐點(diǎn)在系統(tǒng)的兩端，因此要求有良好的剛性。但由于聯(lián)接點(diǎn)較多，很難一次性保證剛性和同心度。

2 影響直線裝配的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

2.1 HPC 轉(zhuǎn)子盤的組裝

RB211-535E4 發(fā)動(dòng)機(jī)的HPC 主要由6 級(jí)葉片和三個(gè)盤組件構(gòu)成，分別是HPC1-2 級(jí)盤、HPC3 級(jí)盤和HPC 后轂。其中，HPC3 級(jí)盤的前后分別通過(guò)過(guò)盈配合與1-2 級(jí)盤和后轂聯(lián)接。每?jī)蓚€(gè)零件之間的位置選擇都是通過(guò)跳動(dòng)量的測(cè)量和由羅羅公司的軟件VX33 計(jì)算得出，以確定組裝結(jié)果是否滿足要求以及零件是否組裝到位。在裝配過(guò)程中，應(yīng)確保配合面的清潔，保證腔室內(nèi)無(wú)異物（如滑油等）存在。異物（滑油）的存在會(huì)導(dǎo)致不平衡量的顯著增加，且無(wú)法配重糾正。

2.2 HPT 盤與后短軸的聯(lián)接

在HPT 盤與后短軸的組裝過(guò)程中，除了測(cè)量跳動(dòng)量并使用VX33 軟件選擇位置外，最重要的環(huán)節(jié)是細(xì)密劃痕（Micro-Spline）工藝。具體做法是由工作者用指定的油石分別在HPT 盤和后短軸的結(jié)合面以徑向的方向由外向圓心打磨出細(xì)密的劃痕（見圖2），使得兩個(gè)零件在高速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不僅通過(guò)螺栓聯(lián)接，還能利用這些打磨出來(lái)的細(xì)小劃痕的花鍵作用，來(lái)保證轉(zhuǎn)動(dòng)同心不分離。細(xì)密劃痕是一項(xiàng)對(duì)技術(shù)要求很高的工作，要確保打磨出來(lái)的紋路均勻、清晰，方向與直徑方向一致，因此需要由經(jīng)驗(yàn)豐富的工作者專人執(zhí)行，不允許不同的工作者間斷執(zhí)行。對(duì)于排故或者試車返廠的零件，應(yīng)協(xié)調(diào)車間通過(guò)研磨去除原有的細(xì)密劃痕紋路，保證零件平面度和漆印合格后，再重新執(zhí)行該工藝。

2.3 HPC 與HPT 的對(duì)接

HPC 與HPT 的對(duì)接是決定N3 振動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，在試車過(guò)程中多次出現(xiàn)的N3 振動(dòng)經(jīng)核實(shí)都是由于對(duì)接出現(xiàn)問題所致。將組裝好的HPC 的徑向和端面跳動(dòng)量、HPT 的徑向跳動(dòng)量輸入VX33 系統(tǒng)，可自動(dòng)得到HPC 和HPT 的對(duì)接位置和整體跳動(dòng)量預(yù)估值。工作者按照對(duì)接位置完成對(duì)接后，測(cè)量完整的高壓系統(tǒng)單元體的徑向和端面跳動(dòng)量，再次輸入VX33 系統(tǒng)就可得到實(shí)測(cè)值，并自動(dòng)對(duì)比預(yù)估值，以判斷跳動(dòng)量是否在范圍內(nèi)。如果超出范圍需分離HPC 和HPT，重新原位對(duì)接或者重新選擇位置對(duì)接。

圖1 高壓轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 細(xì)密劃痕示意圖

在HPC 和HPT 對(duì)接前，應(yīng)確保配合面清潔和不存在高點(diǎn)，否則將導(dǎo)致零件坐合不到底，跳動(dòng)量超標(biāo)。另外，對(duì)HPC 和HPT 配合面的加工尺寸也應(yīng)拿捏得恰到好處，既不能太松缺乏緊度，也不能過(guò)緊而“咬死”。圖3 所示為 配合過(guò)緊導(dǎo)致的零件損傷。

由于HPC 和HPT 的跳動(dòng)量測(cè)量工作十分精細(xì)，任何疏忽都會(huì)造成測(cè)量結(jié)果的差異，人員的變動(dòng)也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。因此，確保測(cè)量值能正確地反映零件狀態(tài)就顯得尤為重要。

2.4 高壓定位軸承組件的組裝

對(duì)于執(zhí)行大修（Level 3 Refurbishment）以上工作范圍的發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)增加分解前測(cè)量高壓定位軸承組件跳動(dòng)量的工序。若結(jié)果在范圍內(nèi)，則對(duì)相關(guān)零件的對(duì)接位置進(jìn)行標(biāo)記，確保零件在修理過(guò)程中不修理配合面，以保證按原位裝回后結(jié)果仍然合格。若測(cè)量結(jié)果超出標(biāo)準(zhǔn)，需要在裝配時(shí)對(duì)滑油封嚴(yán)和傳動(dòng)傘齒輪軸分別進(jìn)行測(cè)量和對(duì)接。測(cè)量時(shí)，一般認(rèn)為帶有端齒的氣動(dòng)平臺(tái)的尺寸較為理想，而平面的氣動(dòng)平臺(tái)則存在較大誤差，建議在機(jī)加工的坐標(biāo)磨床上進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量完成后，采用將兩個(gè)零件的最高點(diǎn)錯(cuò)開180°的方式進(jìn)行對(duì)接安裝，若不合格則需要借助VX33 程序重新 計(jì)算。

2.5 中介機(jī)匣單元體和高壓系統(tǒng)單元體的組裝

圖3 裝配過(guò)緊導(dǎo)致的零件損傷

圖4 中介機(jī)匣單元體和高壓系統(tǒng)單元體的銷釘與銷釘孔

中介機(jī)匣單元體和高壓系統(tǒng)單元體的組裝是與N3 振動(dòng)有關(guān)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是之前各個(gè)測(cè)量的最終目的。同樣，根據(jù)直線裝配原理，將中介機(jī)匣的高點(diǎn)與高壓系統(tǒng)單元體的高點(diǎn)錯(cuò)開180°（與標(biāo)記位重合）進(jìn)行裝配。與上文所述內(nèi)容對(duì)應(yīng)，高壓定位軸承組件的高點(diǎn)與HPC 和HPT 組裝后的整體高點(diǎn)應(yīng)錯(cuò)開180°（與標(biāo)記位重合，見圖4）。原始構(gòu)型狀態(tài)下，由于有6 個(gè)定位銷釘?shù)南拗?，就? 個(gè)可選位，很難讓兩個(gè)標(biāo)記位重合，只能確保標(biāo)記位置夾角最小。

改型SB72-J568 的發(fā)布取消了這6個(gè)定位銷釘，最大誤差從30°減小到10°，使對(duì)接位置更加精準(zhǔn)，兩個(gè)標(biāo)記位置無(wú)限接近，實(shí)現(xiàn)了安裝位置與測(cè)量位置的重合。因此，這是修理廠家向客戶極力推薦執(zhí)行的改型之一。不過(guò)，由于缺少導(dǎo)向銷釘?shù)囊龑?dǎo)，在水平對(duì)接過(guò)程中很容易磕傷端齒，需要工作者在對(duì)接時(shí)進(jìn)行判斷，若達(dá)不到一次成功，需將兩個(gè)單元體脫離開，檢查端齒狀態(tài)，確保無(wú)損傷后再重新對(duì)接。任何細(xì)小的損傷都可能直接導(dǎo)致N3 振動(dòng)超標(biāo)。

雖然沒有定位銷釘?shù)南拗疲€要確保端齒清潔無(wú)異物。由于設(shè)計(jì)的原因，任何細(xì)小的異物或者零件材料的輕微隆起都會(huì)造成最終試車結(jié)果的高N3 振動(dòng)問題。根據(jù)手冊(cè)要求的分三級(jí)磅緊也對(duì)最終的測(cè)試結(jié)果有著顯著影響，建議由經(jīng)驗(yàn)豐富的工作者執(zhí)行或者檢查。

3 總結(jié)

組裝發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)且繁瑣的過(guò)程，每一步都要嚴(yán)格按照手冊(cè)要求完成，任何工序的遺漏或者操作不規(guī)范都會(huì)產(chǎn)生不良后果。同時(shí)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)步入老齡化，即使嚴(yán)格的常規(guī)操作也不能完全確保滿足裝配要求。這就需要修理廠家根據(jù)實(shí)際需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，規(guī)范流程，注意細(xì)節(jié)和手法，采用更高的標(biāo)準(zhǔn)保證發(fā)動(dòng)機(jī)出廠時(shí)的技術(shù)指標(biāo)滿足手冊(cè)要求。在實(shí)際應(yīng)用中，關(guān)注本文所述裝配關(guān)鍵點(diǎn)可以解決N3 振動(dòng)問題。據(jù)初步測(cè)算，每臺(tái)次發(fā)動(dòng)機(jī)可節(jié)省返廠修理費(fèi)用10 萬(wàn)元，節(jié)省修理周期7 天，尤其是可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的出廠振動(dòng)水平，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)在翼時(shí)間，贏得客戶青睞。