某機壓氣機間隙故障分析與排除

陳金平 何朝霞 秦俊峰

中國航發(fā)西安航空發(fā)動機有限公司 陜西西安 710021

某機壓氣機間隙是指機匣殼體內(nèi)環(huán)槽與轉(zhuǎn)子葉片葉尖之間的間隙，通過機匣及轉(zhuǎn)子組件各自控制加工尺寸，機匣與轉(zhuǎn)子裝配后測量間隙保證。對于大修件常規(guī)的控制方法是：首先加工轉(zhuǎn)子各級葉尖直徑，根據(jù)間隙要求計算機匣對應(yīng)的各級殼體環(huán)槽尺寸及公差，通過車加工殼體環(huán)槽，保證總裝間隙要求。

總裝現(xiàn)場的裝配工藝是成熟定型工藝，間隙測量為直接測量法，測量方法較為直觀，且該故障在以往交付的新機、大修機、排故機中從未發(fā)生過，引起該故障的疑點應(yīng)該是機匣或轉(zhuǎn)子實物尺寸失真所致，查找原因重點應(yīng)放在機匣和轉(zhuǎn)子的加工過程、測量方法、設(shè)備狀態(tài)等方面[1]。

1 尺寸復(fù)測

1.1 測具復(fù)測

對測量機匣環(huán)槽直徑及轉(zhuǎn)子葉尖直徑所用的標(biāo)準(zhǔn)件、測具進(jìn)行復(fù)檢，復(fù)檢結(jié)果全部合格，符合圖紙要求。

1.2 機匣環(huán)槽直徑復(fù)測

對故障機匣各級環(huán)槽直徑進(jìn)行復(fù)測，測量結(jié)果符合圖紙要求，與機匣加工時的工序記錄值存在0．05mm 的差異。

機匣環(huán)槽直徑近1000mm，變形在所難免，工藝規(guī)程要求環(huán)槽直徑在機床上檢測保證，兩次裝夾測量，結(jié)果存在0．05mm 的差異屬正?，F(xiàn)象。

1.3 轉(zhuǎn)子葉尖直徑復(fù)測

對轉(zhuǎn)子葉尖直徑進(jìn)行復(fù)測，測量結(jié)果符合圖紙要求，與轉(zhuǎn)子加工時記錄的直徑值存在0．02mm 的差異。

轉(zhuǎn)子葉尖直徑加工時是在葉片纏繞減振膠繩的情況下測量而得，復(fù)測時未纏繞膠繩，兩次測量結(jié)果存在0．02mm 的差異，屬正常現(xiàn)象。

1.4 計算間隙

根據(jù)機匣環(huán)槽直徑復(fù)測值和轉(zhuǎn)子葉尖直徑復(fù)測值，理論計算機匣與轉(zhuǎn)子間隙，該值符合總裝間隙要求，但與總裝實測的間隙值相差0．8mm[2]。

2 測量方法分析

2.1 機匣殼體環(huán)槽尺寸測量方法

通過專用帶表測具在標(biāo)準(zhǔn)件上對表后，直接在各級環(huán)槽上測量直徑，通過比對與標(biāo)準(zhǔn)件的讀數(shù)差，測得各級環(huán)槽直徑實際值。

2.2 轉(zhuǎn)子葉尖直徑測量方法

在轉(zhuǎn)子兩端的前后軸頸孔內(nèi)安裝過渡配合的堵頭，通過車床前后頂尖將轉(zhuǎn)子支承在機床上（安裝過渡配合堵頭的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖見圖1），在轉(zhuǎn)子后軸頸上安裝葉尖到轉(zhuǎn)子中心距離的標(biāo)準(zhǔn)件，將測具放置在機床輔導(dǎo)軌上，以機床輔導(dǎo)軌為基準(zhǔn)，在轉(zhuǎn)子后軸頸處用標(biāo)準(zhǔn)件對表，調(diào)整測具在導(dǎo)軌上的位置（測具檢測圖見圖2），測量各級葉片葉尖到轉(zhuǎn)子中心高的距離，與標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行比對測得轉(zhuǎn)子葉尖半徑，再換算成葉尖直徑。

該測量方法使用多年，理論上可行，但其測量結(jié)果受兩個因素的影響，一是機床輔導(dǎo)軌的幾何精度，即測量基準(zhǔn)的可靠性，二是機床尾座頂尖與機床主軸端頂尖的同心度，該同心度應(yīng)控制在0．03mm 之內(nèi)，且應(yīng)前低后高，否則對于葉尖半徑公差0．07mm 的精度要求是無法實現(xiàn)的。

3 第二種測量方法驗證

3.1 環(huán)槽直徑驗證

圖1 安裝過渡配合堵頭后的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖

圖2 測具檢測圖

按環(huán)槽直徑組合塊規(guī)代替標(biāo)準(zhǔn)件，借用近似的測量范圍可調(diào)的測具，進(jìn)行第二種方法測量。

第二種方法測量結(jié)果與原方法復(fù)測值相同，由此可以判定機匣環(huán)槽直徑合格，無問題。

3.2 轉(zhuǎn)子葉尖直徑驗證

由于轉(zhuǎn)子各級葉片數(shù)量均為奇數(shù)，無法用通用測具直接測量葉尖直徑；專用的標(biāo)準(zhǔn)件和測具結(jié)構(gòu)特殊，沒有可以代用的測具和標(biāo)準(zhǔn)件，無法快速采用第二種方法測量驗證?？紤]到轉(zhuǎn)子輪轂上的封嚴(yán)齒直徑在本次修理時未進(jìn)行修理，且封嚴(yán)齒與機匣殼體間隙合格，故可采用測量葉尖到封嚴(yán)齒的距離間接驗證葉尖直徑。

假設(shè)二級葉尖半徑/直徑合格，以二級葉尖半徑為標(biāo)準(zhǔn)，測量二級封嚴(yán)齒到二級葉尖的距離，換算成二級封嚴(yán)齒直徑，換算結(jié)果：二級封嚴(yán)齒直徑尺寸超差，偏大1．30mm。

分別用專用測具和通用千分尺兩種方法復(fù)測二級封嚴(yán)齒直徑，兩種方法測量結(jié)果相同，均符合圖紙要求。

此測量結(jié)果間接反映出：二級葉尖直徑超差，偏大1．30mm。該結(jié)果與總裝現(xiàn)場反映的間隙偏小0．8mm 的超差值接近，超差方向相同[3]。

4 故障查找及分析

現(xiàn)有測量方法是：在機床前后頂尖同心、機床輔導(dǎo)軌達(dá)到幾何精度要求的條件下，將測量葉尖直徑轉(zhuǎn)化為測量葉尖到機床輔導(dǎo)軌的距離。

對可能影響轉(zhuǎn)子葉尖測量結(jié)果的兩個因素：機床輔導(dǎo)軌精度和機床尾座高度進(jìn)行檢查分析。

輔導(dǎo)軌精度要求：0．02mm/1000mm，全程（4000mm）0．05mm。

實測：0．03 ～0．05mm/1000mm，全程0．14mm。

結(jié)論：輔導(dǎo)軌磨損扭曲，為長期使用磨損變形所致。該狀態(tài)對葉尖測量結(jié)果有0．05 ～0．08mm 的影響，但不是引起故障間隙超差0．8mm 的主要原因。

機床尾座高度與機床主軸端中心高度不一致成為查找故障原因的重點。根據(jù)總裝間隙偏小這一現(xiàn)象，可以初步判斷出故障原因為機床尾座抬高約0．4mm，而尾座抬高這一現(xiàn)象與實際工作中尾座一般不會出現(xiàn)降低這一規(guī)律重合。為此，開展機床尾座抬高驗證。

為了核實機床尾座頂尖有抬高現(xiàn)象的假設(shè)，在該設(shè)備上采用同一臺轉(zhuǎn)子，將轉(zhuǎn)子掉頭裝夾，目的是將原來位于機床主軸前端的轉(zhuǎn)子后軸頸調(diào)整到機床后端尾座處，即在機床前端的后軸頸處對標(biāo)準(zhǔn)件，改為在機床后端的后軸頸處對標(biāo)準(zhǔn)件，通過改變測量基準(zhǔn)，查看測量結(jié)果是否一致，以此驗證機床尾座高度對測量結(jié)果的影響。

轉(zhuǎn)子掉頭裝夾后，用專用測具再次測量葉尖直徑，此時尾座端的8 級葉尖直徑偏小1．60mm，而位于轉(zhuǎn)子中部的6 級葉尖直徑偏小0．4mm，通過兩級數(shù)據(jù)可以明顯看出，設(shè)備尾座頂尖確實存在偏高現(xiàn)象。

5 結(jié)語

造成發(fā)動機壓氣機間隙超差的原因為：轉(zhuǎn)子葉尖直徑超差。轉(zhuǎn)子葉尖直徑超差主要是由于機床尾座與機床前端主軸不同心且高于機床主軸。目前測量轉(zhuǎn)子葉尖直徑的方法不能直觀反映出產(chǎn)品的真實尺寸，導(dǎo)致各級轉(zhuǎn)子葉尖直徑表象測量合格，而實際上葉尖實體尺寸大于控制值，并從8 級至1 級是逐級增大，造成發(fā)動機裝配間隙偏小。

6 故障排除

轉(zhuǎn)子直徑超差偏大，都有加工余量，故只需重新加工磨葉尖，鉗工打毛刺，平衡即可實現(xiàn)成品交付。

葉尖加工設(shè)備輔導(dǎo)軌磨損的排除，按常規(guī)設(shè)備應(yīng)進(jìn)行大修或項修輔導(dǎo)軌，但因不具備修理條件，由相關(guān)工程技術(shù)人員對設(shè)備主、輔導(dǎo)軌重新進(jìn)行檢測、調(diào)試，考慮到實際使用要求的特殊性，在滿足加工要求的前提下，加長機床前頂尖，錯開輔導(dǎo)軌磨損嚴(yán)重部位，將調(diào)整后的輔導(dǎo)軌應(yīng)用段修理調(diào)試，恢復(fù)其幾何精度要求，對機床尾座高度進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到加工要求（設(shè)備參數(shù)允高0．16mm，而加工要求允高在0．04mm 之內(nèi)），經(jīng)試加工轉(zhuǎn)子，總裝檢測間隙符合圖紙要求，達(dá)到預(yù)期目的，滿足了產(chǎn)品加工的精度要求，設(shè)備恢復(fù)正常工作。

7 改進(jìn)措施

（1）受設(shè)備結(jié)構(gòu)限制，機床尾座移動后會造成尾座高度變化。通過改進(jìn)工藝方法，增加尾座高度校驗用的檢測芯棒，監(jiān)控尾座高度位置，及時發(fā)現(xiàn)機床尾座移動后的高度變化。（2）編制尾座移動后檢驗尾座高度操作卡及轉(zhuǎn)子掉頭測量驗證尾座高度法。（3）針對機床輔導(dǎo)軌常用部位磨損嚴(yán)重問題，加厚前頂尖底座，延長前頂尖長度，將零件加工測量部位向設(shè)備中部移動，輔導(dǎo)軌工作部位后移，滿足加工中對表測量的工藝要求。（4）對操作者、檢驗員進(jìn)行培訓(xùn)，孰知并掌握尾座移動操作要領(lǐng)以及尾座高度檢查控制辦法。

8 實施效果

通過設(shè)備的調(diào)整和精度恢復(fù)，工藝方法改進(jìn)，檢驗、檢測手段的補充完善，操作者的再培訓(xùn)，為產(chǎn)品加工質(zhì)量的穩(wěn)定提供了保障條件，采用新的質(zhì)量控制辦法后，加工出的產(chǎn)品達(dá)到質(zhì)量要求，未再出現(xiàn)類似超差現(xiàn)象，確保了現(xiàn)場生產(chǎn)的需求，達(dá)到預(yù)期目的。