重型燃機(jī)水平對(duì)開(kāi)機(jī)匣結(jié)構(gòu)同軸度及轉(zhuǎn)靜子間隙測(cè)量方案研究

摘 要：本文介紹了在R0110重型燃機(jī)氣缸改為水平對(duì)開(kāi)結(jié)構(gòu)后的預(yù)裝配以及采用激光跟蹤儀進(jìn)行氣缸同軸度及轉(zhuǎn)、靜子間隙測(cè)量方案。方案重點(diǎn)介紹了重型燃機(jī)水平對(duì)開(kāi)氣缸結(jié)構(gòu)預(yù)裝配方法及圓錐表面同軸度測(cè)量方法。通過(guò)制定重型燃機(jī)水平對(duì)開(kāi)氣缸結(jié)構(gòu)圓錐表面同軸度測(cè)量方案，能夠在工程實(shí)施中解決圓錐表面同軸度測(cè)量不準(zhǔn)確，無(wú)法判定外部氣缸是否需要補(bǔ)加工的問(wèn)題。另外，通過(guò)利用激光跟蹤儀對(duì)轉(zhuǎn)、靜子間隙間接測(cè)量方案加以介紹，能夠?yàn)樽罱K代替最終裝配徑向間隙實(shí)測(cè)工序打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，進(jìn)一步縮短氣缸返修周期。由于在首臺(tái)R0110重型燃機(jī)氣缸原結(jié)構(gòu)中計(jì)算間隙與實(shí)測(cè)間隙存在較大偏差，因此，需要在正式裝配時(shí)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)、靜子間的徑向間隙與計(jì)算間隙加以對(duì)比驗(yàn)證，進(jìn)而能確定最優(yōu)轉(zhuǎn)、靜子徑向間隙測(cè)量方法。

關(guān)鍵詞：激光跟蹤儀 同軸度 軸向坐標(biāo) 徑向間隙

中圖分類(lèi)號(hào)：TB92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（c）-0079-02

由于首臺(tái)R0110重型燃機(jī)在氣缸同軸度測(cè)量及轉(zhuǎn)、靜子間隙計(jì)算、測(cè)量方法上處于不斷摸索過(guò)程中，測(cè)量及計(jì)算的結(jié)果未能達(dá)到預(yù)期效果，預(yù)裝后的間隙計(jì)算結(jié)果與轉(zhuǎn)、靜子裝配結(jié)果相差較大，未能達(dá)到大大縮短研制周期的目的。另外，限于結(jié)構(gòu)空間位置，氣缸局部表面未能測(cè)量。

首臺(tái)R0110重型燃機(jī)在氣缸結(jié)構(gòu)上較將有較大改變，氣缸結(jié)構(gòu)由水平、垂直和整環(huán)交錯(cuò)鍛件連接方式變?yōu)檎w鑄造水平對(duì)開(kāi)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)連接方式及材料的變化必然會(huì)引起同軸度測(cè)量方式的變化，另外，原測(cè)量方法上經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量驗(yàn)證，存在許多不合理的地方。因此需要對(duì)重型燃機(jī)水平對(duì)開(kāi)機(jī)匣結(jié)構(gòu)同軸度測(cè)量方案進(jìn)行研究，確定出較合理的測(cè)量方案，盡可能避免在裝配過(guò)程中出現(xiàn)測(cè)量反復(fù)及二次補(bǔ)加工。

通過(guò)制定重型燃機(jī)新結(jié)構(gòu)的同軸度測(cè)量方案，可充分發(fā)揮原測(cè)量設(shè)備的測(cè)量精度高的優(yōu)勢(shì)，使得測(cè)量同軸度的準(zhǔn)確性得以提高，為正式裝配贏得時(shí)間。同時(shí)，通過(guò)測(cè)量并計(jì)算轉(zhuǎn)、靜子徑向間隙能夠保證其值在合理范圍內(nèi)偏小，既保證間隙符合要求，又能達(dá)到燃機(jī)最佳性能狀態(tài)。

1 重型燃機(jī)水平對(duì)開(kāi)機(jī)匣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

與原結(jié)構(gòu)相比主要是將焊接結(jié)構(gòu)的氣缸全部改為水平中分結(jié)構(gòu)的鑄造氣缸。改進(jìn)后，進(jìn)氣氣缸、1～5級(jí)壓氣機(jī)氣缸、6～15級(jí)壓氣機(jī)氣缸（含承力錐）、擴(kuò)壓器、燃燒室外套、透平Ⅰ～Ⅳ級(jí)氣缸、后支撐氣缸以及后氣缸均改為水平中分鑄造結(jié)構(gòu)，而后支點(diǎn)徑向滑動(dòng)軸承的氣缸、承力環(huán)以及前支點(diǎn)的軸承氣缸、內(nèi)支撐殼體沒(méi)有改成水平中分結(jié)構(gòu)。除燃燒室外套和承力錐、燃燒室外套和透平Ⅰ級(jí)氣缸的連接配合仍采用止口型式之外，其余各氣缸安裝邊之間均采用端平面對(duì)接、精密螺栓定位和螺栓固緊的配合連接形式。

2 燃機(jī)氣缸預(yù)裝配方案說(shuō)明

燃機(jī)外氣缸改為水平對(duì)開(kāi)鑄造結(jié)構(gòu)，重量增加，考慮到燃機(jī)氣缸分段水平裝配需要增加較多工裝，工藝難度較大，因此預(yù)裝配方式

仍采用垂直裝配方式，待裝配完畢后，將燃機(jī)外氣缸吊起，水平放置于燃機(jī)專(zhuān)用支承底座上。

與原結(jié)構(gòu)預(yù)裝配方案相比，主要差異體現(xiàn)在改后透平Ⅰ～Ⅳ級(jí)氣缸變?yōu)檎w鑄造上、下半缸結(jié)構(gòu)，在氣缸預(yù)裝配時(shí)必須將內(nèi)部各級(jí)隔板組件先裝于氣缸內(nèi)，用專(zhuān)用吊具將其固定吊起；壓氣機(jī)6-15級(jí)氣缸與承力錐鑄為一體，若裝與燃燒室半缸上，必須用剛性較好的工藝件支撐；整體氣缸前支點(diǎn)安裝方式及位置與原結(jié)構(gòu)不同。

3 燃機(jī)氣缸同軸度測(cè)量

3.1 測(cè)量設(shè)備

美國(guó)API 3D激光跟蹤儀，SmartTRAK 傳感器。

3.2 測(cè)量的前期準(zhǔn)備工作

在燃機(jī)氣缸水平裝于燃機(jī)前后支承上后就可以進(jìn)行氣缸同軸度測(cè)量。

采用激光跟蹤儀測(cè)量同軸度度需要首先確定各級(jí)蜂窩與動(dòng)葉相對(duì)表面的測(cè)量點(diǎn)回轉(zhuǎn)中心以及理論參考模型。因此在測(cè)量前期采用了UG三維造型軟件生成*.igs參數(shù)化模型文件，按設(shè)計(jì)要求名義尺寸建立起理論參考模型。將模型導(dǎo)入到Spatial Analyzer SA軟件中。

測(cè)量離散點(diǎn)回轉(zhuǎn)中心通過(guò)采用激光跟蹤儀定位測(cè)量傳感器的方法，將測(cè)量傳感器通過(guò)人工控制的方法沿著前、后支承氣缸內(nèi)精密配合面逐點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)測(cè)量。通過(guò)Spatial Analyzer SA軟件將會(huì)顯示出所測(cè)得的前后支點(diǎn)圓周的離散點(diǎn)坐采標(biāo)，經(jīng)過(guò)去除個(gè)別測(cè)量失真點(diǎn)后擬合得到測(cè)量用的回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)。以后所有的各測(cè)量表面的偏心量都是以該測(cè)量中心線(xiàn)為基準(zhǔn)。

3.3 測(cè)量及換算方法

測(cè)量同軸度的方法與前面提到的測(cè)量回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)相同，均用激光跟蹤儀，手工控制測(cè)量傳感器，激光定位的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。每級(jí)測(cè)量表面均通過(guò)20～30個(gè)不等的離散測(cè)量點(diǎn)來(lái)擬合完整測(cè)量表面的坐標(biāo)位置。在計(jì)算機(jī)中通過(guò)Spatial Analyzer SA軟件中能夠顯示出測(cè)量點(diǎn)距理論模型中心的坐標(biāo)點(diǎn)X，Y，Z。同時(shí)，由于前期已導(dǎo)入的理論參考模型，也可以顯示出所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)坐標(biāo)及兩者之間的差值，并且換算出距理論模型的帶有方向性的差值。

同時(shí)由于各級(jí)測(cè)量表面坐標(biāo)點(diǎn)是沿圓周方向分布的，能夠通過(guò)計(jì)算確定出相應(yīng)測(cè)量表面圓心坐標(biāo)，與通過(guò)前、后支點(diǎn)內(nèi)表面確定的測(cè)量回轉(zhuǎn)中心基準(zhǔn)相比就能確定該測(cè)量表面的偏心量也就是同軸度的方向及大小。

3.4 具體測(cè)量方案

由于外氣缸結(jié)構(gòu)變?yōu)檎w鑄造水平對(duì)開(kāi)形式，部件剛性較好，測(cè)量表面隨時(shí)間變形微小，因此考慮嘗試拆除全部上半缸，只保留下半缸的狀態(tài)下進(jìn)行同軸度測(cè)量，用下半缸測(cè)量結(jié)果代表整個(gè)氣缸。

3.4.1 測(cè)量同軸度的理論中心線(xiàn)

測(cè)量同軸度的理論中心線(xiàn)時(shí)可以先不拆下上半缸，在測(cè)量過(guò)程中，傳感器可以沿測(cè)量面圓周均勻取20～30點(diǎn)。前支承氣缸測(cè)量點(diǎn)在軸向上可以取接觸面中點(diǎn)位置。測(cè)量完畢后可換算得到同軸度測(cè)量理論中心。該位置可作為測(cè)量各級(jí)內(nèi)表面的軸向坐標(biāo)原點(diǎn)。

3.4.2 氣缸內(nèi)壁及蜂窩表面同軸度測(cè)量方案

確定測(cè)量理論中心后，考慮測(cè)量的合理程度，測(cè)量氣缸同軸度時(shí)采取取消與增加上半缸分別測(cè)量，通過(guò)某一級(jí)氣缸內(nèi)圓柱表面的結(jié)果加以對(duì)比驗(yàn)證。如果兩種測(cè)量結(jié)果同軸度大小相同，方向一致，則可以采用下半缸代替整體測(cè)量。如果結(jié)果大小和方向均出現(xiàn)偏差，則仍采用整體氣缸測(cè)量。因此根據(jù)測(cè)量結(jié)果可以有兩種測(cè)量方案。

由于確定測(cè)量理論中心的同時(shí)，測(cè)量基準(zhǔn)也隨之確定，通過(guò)尺寸計(jì)算確定各級(jí)氣缸內(nèi)表面?zhèn)鞲衅鳒y(cè)量軸向坐標(biāo)（見(jiàn)表1）。

在原結(jié)構(gòu)同軸度測(cè)量程序中，壓氣機(jī)第1、2級(jí)氣缸內(nèi)表面由于結(jié)構(gòu)的限制，無(wú)法測(cè)量同軸度。新結(jié)構(gòu)若采用下半缸代替整體同軸度測(cè)量方案，則將前支承氣缸拆下后，壓氣機(jī)第1、2級(jí)氣缸內(nèi)表面可以測(cè)量。

由于壓氣機(jī)第1級(jí)、8-15級(jí)氣缸內(nèi)表面、透平第2級(jí)氣缸內(nèi)表面為圓錐表面，因此必須手動(dòng)控制傳感器，使其軸向位置符合表1中的規(guī)定值，沿下半缸內(nèi)表面周向均勻測(cè)量10～15點(diǎn)，確定各級(jí)氣缸內(nèi)表面同軸度。

氣缸其余內(nèi)表面及各級(jí)隔板蜂窩表面為圓柱面，測(cè)量點(diǎn)軸向位置可以不同。（如表1）

4 轉(zhuǎn)、靜子間隙測(cè)量方案

4.1 激光跟蹤儀測(cè)量換算方案

在進(jìn)行轉(zhuǎn)、靜子間隙測(cè)量換算時(shí)，可以分別通過(guò)激光跟蹤儀的傳感器測(cè)量氣缸及蜂窩內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子及篦齒外表面，得到測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)以及相對(duì)理論表面偏差。通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)、靜子距理論表面的平均偏差以及理論間隙值得到計(jì)算間隙值。

轉(zhuǎn)、靜子間隙測(cè)量過(guò)程可在進(jìn)行氣缸同軸度測(cè)量的同時(shí)進(jìn)行，激光跟蹤儀在測(cè)量氣缸內(nèi)表面同軸度的同時(shí)，也會(huì)得出氣缸內(nèi)表面實(shí)際與理論的偏差。在測(cè)量壓氣機(jī)第1、8～15級(jí)、透平第2級(jí)氣缸內(nèi)表面實(shí)際與理論的偏差時(shí)，需要在測(cè)完同軸度之后，再次手動(dòng)控制傳感器軸向位置不固定，沿周向盡量多地采集數(shù)據(jù)點(diǎn)，確保坐標(biāo)點(diǎn)距平面的偏差平均值準(zhǔn)確。

轉(zhuǎn)子測(cè)量實(shí)際葉片和篦齒表面距理論表面偏差原理上與氣缸內(nèi)表面測(cè)量相同。先確定測(cè)量的理論中心，然后通過(guò)激光跟蹤儀確定傳感器坐標(biāo)點(diǎn)距理論表面的偏差。

通過(guò)得到轉(zhuǎn)、靜子實(shí)測(cè)點(diǎn)距理論值的偏差以及理論間隙可以得到計(jì)算間隙。

4.2 正式裝配時(shí)的轉(zhuǎn)、靜子間隙測(cè)量方案

為了進(jìn)一步驗(yàn)證激光跟蹤儀測(cè)量換算方案得出結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以在裝配過(guò)程中采取燃機(jī)兩半缸內(nèi)的轉(zhuǎn)靜子相對(duì)應(yīng)的表面壓蠟，兩端使用塞尺的方式，進(jìn)行轉(zhuǎn)、靜子徑向間隙的測(cè)量。

測(cè)量的結(jié)果與激光跟蹤儀計(jì)算的結(jié)果相比較，結(jié)合氣缸的同軸度測(cè)量結(jié)果確定轉(zhuǎn)、靜子是否需要進(jìn)行補(bǔ)加工。

5 結(jié)論

本文對(duì)重型燃機(jī)水平對(duì)開(kāi)結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的差異、預(yù)裝配方案及氣缸同軸度及轉(zhuǎn)、靜子測(cè)量方案進(jìn)行了介紹。從中可以看出：

水平對(duì)開(kāi)結(jié)構(gòu)氣缸預(yù)裝配仍以豎直裝配為主，水平狀態(tài)測(cè)量氣缸同軸度。

同軸度測(cè)量方案按是否需要拆下上半缸分兩種，根據(jù)測(cè)量結(jié)果選取一種。內(nèi)表面為圓錐面的同軸度測(cè)量需要固定軸向位置，確保測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。

轉(zhuǎn)、靜子間隙可以在預(yù)裝配后通過(guò)激光跟蹤儀間接測(cè)量。分別測(cè)量轉(zhuǎn)、靜子相對(duì)應(yīng)表面的實(shí)際位置與理論表面的偏差，進(jìn)而通過(guò)理論間隙計(jì)算得到轉(zhuǎn)、靜子間的計(jì)算間隙。

由于在原結(jié)構(gòu)中計(jì)算間隙與實(shí)測(cè)間隙存在較大偏差，因此，有必要在正式裝配時(shí)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)、靜子間的徑向間隙與計(jì)算間隙加以對(duì)比驗(yàn)證，便于進(jìn)一步提升計(jì)算間隙的準(zhǔn)確程度，為今后能夠節(jié)省裝配周期，降低裝配難度打下基礎(chǔ)。

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