消除引起某類航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)兩方面外因的措施

張蔭鰲　鄭明　辛彥秋

摘 要：文章對(duì)采用滾動(dòng)軸承為主支點(diǎn)的燃?xì)鉁u輪航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承振動(dòng)損傷的問(wèn)題進(jìn)行了研究。從原理上論述了主軸承損傷會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，分析了環(huán)境清潔度和無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)磕碰對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)軸承損傷的影響，介紹了國(guó)外民航發(fā)動(dòng)機(jī)在這兩方面的保護(hù)措施，并給出具體建議措施。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)；振動(dòng)；軸承；清潔度；磕碰

前言

采用滾動(dòng)軸承為主支點(diǎn)的燃?xì)鉁u輪航空發(fā)動(dòng)機(jī)因振動(dòng)故障分解故檢時(shí)，有些會(huì)發(fā)現(xiàn)主軸承損傷的情況。主軸承損傷會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，而發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)又會(huì)使主軸承的損傷進(jìn)一步加劇，產(chǎn)生惡性循環(huán)。除了軸承本身及其環(huán)境（發(fā)動(dòng)機(jī)承力部件和潤(rùn)滑系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量等內(nèi)在因素外，導(dǎo)致主軸承損傷還有常常被忽視的外在因素——軸承保護(hù)不當(dāng)。通過(guò)對(duì)國(guó)外民航發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)修理過(guò)程調(diào)研分析，筆者認(rèn)為我們?cè)诃h(huán)境清潔度和防止軸承無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)磕碰兩方面仍有許多工作要做。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承工作環(huán)境概述

航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的載荷通過(guò)軸承傳遞到靜子承力機(jī)匣上。軸承分為滾棒軸承和滾珠軸承，滾棒軸承只傳遞徑向載荷，而滾珠軸承既傳遞徑向載荷也傳遞軸向載荷。主軸軸承的分布形式構(gòu)成了航空發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)支承方案。圖1所示為以CFM56為代表的某一類典型航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，它包含5個(gè)主軸承，2個(gè)承力框架（風(fēng)扇支承和渦輪支承，對(duì)應(yīng)著2個(gè)滑油腔/集油池），將其中主軸承的徑向力和軸向力傳遞出來(lái)。1號(hào)（滾珠軸承）、2號(hào)和5號(hào)主軸承形成低壓轉(zhuǎn)子0-2-1支承方案，3號(hào)（滾珠軸承）和4號(hào)主軸承形成高壓轉(zhuǎn)子1-0-1支承方案，4號(hào)主軸承（中介軸承）將高壓轉(zhuǎn)子后支點(diǎn)支撐在低壓轉(zhuǎn)子上。1、2和3號(hào)主軸承位于前滑油腔（集油池）；4號(hào)和5號(hào)主軸承位于后滑油腔（集油池）。

目前，常規(guī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的軸承仍是以滾動(dòng)軸承為主，工作時(shí)高速轉(zhuǎn)動(dòng)。尤其是主軸軸承，無(wú)論是滾珠還是滾棒軸承工作時(shí)都是在重載荷下高速旋轉(zhuǎn)。因此，航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承是非常精密的，工作時(shí)不但要有充分的潤(rùn)滑，而且潤(rùn)滑劑必須優(yōu)質(zhì)清潔。一旦有雜質(zhì)進(jìn)入軸承，工作時(shí)就很可能造成軸承損傷，進(jìn)而引起發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。

當(dāng)然航空發(fā)動(dòng)機(jī)除了主軸軸承外，還有許多其他傳動(dòng)系統(tǒng)軸承，通常大部分軸承是處于相通的主潤(rùn)滑系統(tǒng)中。轉(zhuǎn)子（多數(shù)是高壓轉(zhuǎn)子）通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)增壓泵、回油泵和通風(fēng)器等附件驅(qū)動(dòng)滑油在潤(rùn)滑系統(tǒng)中循環(huán)工作。潤(rùn)滑系統(tǒng)中的油濾雖然可以極大地減少雜質(zhì)污染到軸承，但是無(wú)法完全避免，因?yàn)殡S著油濾精細(xì)度增加，流阻也相應(yīng)增大，到一定程度就會(huì)影響潤(rùn)滑效果，因此油濾精細(xì)度受到流阻的制約。由于潤(rùn)滑系統(tǒng)是相通的，任何部位出現(xiàn)污染，微小顆粒就可能會(huì)污染整個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)。此外，油濾后端軸承潤(rùn)滑腔初始清潔度的嚴(yán)格控制，也是軸承可靠工作的必要條件。

2 保持環(huán)境清潔度方面的措施

保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)清潔度，主要是通過(guò)控制航空發(fā)動(dòng)機(jī)修理或裝配環(huán)境清潔度來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，航空發(fā)動(dòng)機(jī)修理或裝配都使用封閉空調(diào)廠房。

國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配修理采用的封閉空調(diào)廠房，環(huán)境基本是清潔的，但程度不夠。尤其在北方難于抵御較大的風(fēng)沙或揚(yáng)沙天氣，人員或物品進(jìn)出廠房及門窗縫隙都可能會(huì)使沙塵進(jìn)入。保持廠房?jī)?nèi)氣壓略高于外部環(huán)境壓力并在門口使用氣幕將有效防止沙塵進(jìn)入廠房。

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)裝配或修理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生硬質(zhì)顆粒污染的工序還要進(jìn)行物理隔離。軸承故撿測(cè)量工序需設(shè)置專用無(wú)塵恒溫間，在門口設(shè)置更衣風(fēng)淋室，只有專業(yè)檢驗(yàn)人員允許進(jìn)入。風(fēng)淋室一側(cè)具有吹風(fēng)裝置，另一側(cè)安裝吸塵裝置，專業(yè)檢驗(yàn)人員先進(jìn)入風(fēng)淋室脫掉外衣和鞋，再換上專用清潔外衣和鞋才能進(jìn)入檢測(cè)室。這樣不僅可以避免沙塵或硬質(zhì)顆粒污染到軸承，還能有效降低軸承磁化和磕碰的風(fēng)險(xiǎn)。

3 防止軸承無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)磕碰方面的措施

如前所述，航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承是處于重載荷下高速旋轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)，工作時(shí)需要進(jìn)行充分的潤(rùn)滑。而潤(rùn)滑系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)是通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的。軸承裝配后，只要發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，潤(rùn)滑系統(tǒng)也就不起作用，此時(shí)軸承得不到滑油的保護(hù)。在軸承沒有滑油保護(hù)的情況下，由于轉(zhuǎn)子很重，在后續(xù)的裝配翻轉(zhuǎn)、周轉(zhuǎn)及運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)都會(huì)使內(nèi)外圈和滾子發(fā)生硬性磕碰的可能，從而導(dǎo)致微小非工作損傷。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，重載荷下高速旋轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)則會(huì)使軸承這種微小的損傷迅速加劇，造成廠內(nèi)試車或外場(chǎng)使用時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)過(guò)大、短時(shí)間內(nèi)軸承損傷的故障。曾有發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)廠內(nèi)試車或外場(chǎng)使用短時(shí)間內(nèi)主軸承損傷的故障，這種現(xiàn)象很可能與軸承裝配后發(fā)生了無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)磕碰損傷有關(guān)。

為了避免軸承在無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下磕碰損傷的發(fā)生，國(guó)外民航發(fā)動(dòng)機(jī)在裝配或修理時(shí)，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)或裝配有主軸承轉(zhuǎn)子的部件采取了如下一系列措施：

3.1 工藝控制翻轉(zhuǎn)次數(shù)和幅度

一般只允許核心機(jī)從豎直裝配狀態(tài)轉(zhuǎn)90度至水平裝配狀態(tài)的一次翻轉(zhuǎn)，在水平狀態(tài)核心機(jī)與風(fēng)扇及低壓渦輪對(duì)接，再安裝附件、管路等外部機(jī)件至完成整機(jī)裝配。風(fēng)扇單元體始終處于水平狀態(tài)裝配。

3.2 廠內(nèi)運(yùn)輸要求

廠內(nèi)運(yùn)輸要求首先是路面平滑。如果運(yùn)輸車沒有減振措施，則需要盡量慢的移動(dòng)，一般不要高于0.8千米/小時(shí)；如果運(yùn)輸車具有彈性支承、振動(dòng)吸收裝置、充氣或彈性材料輪胎，則運(yùn)輸速度可適當(dāng)提高，一般也不要高于4.8千米/小時(shí)。

某種民航發(fā)動(dòng)機(jī)常用運(yùn)輸車（也可作為運(yùn)輸托架）具有減振裝置，帶有供叉車搬運(yùn)的插孔，當(dāng)4個(gè)可折起的輪子折起后，可作為運(yùn)輸托架使用，并帶有繩索固定環(huán)。也可使用叉車通過(guò)這種托架將發(fā)動(dòng)機(jī)從裝配廠房運(yùn)到試車廠房。

3.3 遠(yuǎn)距離陸路運(yùn)輸

禁止鐵路運(yùn)輸。為避免發(fā)動(dòng)機(jī)損傷，公路運(yùn)輸必須使用具備氣囊減振的卡車，并按要求固定托架。如果使用了不帶氣囊減振的卡車運(yùn)輸，必須將發(fā)動(dòng)機(jī)返廠分解，進(jìn)行針對(duì)軸承損傷的檢查。

4 建議措施

4.1 環(huán)境清潔度方面

在裝配廠房建設(shè)或改造時(shí)，使廠房?jī)?nèi)氣壓略高于環(huán)境壓力，并在大門口設(shè)置氣幕，軸承檢測(cè)間門口設(shè)置更衣風(fēng)淋室。

4.2 軸承無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)磕碰方面

（1）研究全部航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的廠外運(yùn)輸使用氣囊減振卡車或包裝箱增加減振裝置的可行性。（2）裝配有主軸承的部件或整機(jī)翻轉(zhuǎn)、周轉(zhuǎn)、運(yùn)輸和使用吊車時(shí)要緩慢平穩(wěn)，不可出現(xiàn)沖擊力。必經(jīng)道路（如裝配車間到試車臺(tái)）要平滑。參照民航發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)輸要求建立相關(guān)要求。（3）完善工藝，減少有主軸承的部件或單元體裝配翻轉(zhuǎn)次數(shù)。（4）與客戶溝通，將發(fā)動(dòng)機(jī)周轉(zhuǎn)、運(yùn)輸和使用吊車相應(yīng)要求貫徹到外場(chǎng)，并監(jiān)控執(zhí)行。相信這些措施能有效地減少由于軸承保護(hù)不善引起的廠內(nèi)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障及相應(yīng)的振動(dòng)故障，降低發(fā)動(dòng)機(jī)返廠率，提高試車合格率。