某型航空發動機機匣同軸度測量

欒艷華

（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，沈陽 110034）

0 引言

整機振動是航空發動機制造和維修過程中較常見的故障，常常會困擾航空發動機制造商和維修部門。振動故障發生的原因很復雜，常常是一些綜合因素共同作用的結果。據統計，很多振動是由于發動機機匣同軸度不合格，引起發動機轉、靜子碰摩而造成的。因此，深入了解發動機同軸度測量的特點和原理，正確把握其測量方法，對于保證發動機具有合格的機匣同軸度，減少發動機整機振動，提高發動機可靠性具有極其重要的意義。

本文闡述了某型航空發動機機匣同軸度的測量原理和方法，提出了相應的不合格機匣同軸度調整辦法和解決措施。

1 同軸度界定

某型發動機同軸度包括支點同軸度和機匣同軸度2大方面。該發動機轉子采用6支點支承，其中低壓轉子支承形式為1-2-1，高壓轉子支承形式為1-0-1。支點同軸度分3段控制：分別為低壓壓氣機前支點對低壓壓氣機后支點；低壓壓氣機后支點對高壓壓氣機前支點；高壓壓氣機前支點對低壓渦輪后支點。本文所述機匣同軸度指高壓壓氣機前支點對低壓渦輪后支點的機匣同軸度的要求，通過保證O、Q、S，P、R和Ф1表面的跳動來控制，具體位置如圖1所示。圖中：M為中介機匣上的高壓壓氣機轉子前軸承安裝座中心；O為低壓渦輪后支點軸承安裝面；P為高壓渦輪導向器插件表面（渦輪葉片葉尖相對應位置）；R為高壓渦輪導向器漩流器的凸峰表面（高壓渦輪導向器另一處與高壓渦輪轉子對應位置）；Q為低壓渦輪導向器蜂窩型插件表面（低壓渦輪導向器與低壓渦輪葉片尖相對應位置）；S為低壓渦輪導向器篦齒封嚴蓋表面；Ф1為燃燒室內機匣密封蓋表面（燃燒室內機匣與高壓軸密封位置）。

圖1 同軸度測量表面位置

2 某發動機機匣同軸度測量特點及原理

2.1 測量特點

（1）不僅具有支點對支點同軸度的要求，還具有與轉子配合的機匣表面同軸度的要求。

（2）用2個相差45°的直角坐標系來確定被測表面的中心，使之更加接近實際的中心。

（3）除了對各被測機匣表面的同軸度有要求外，對機匣各表面還有橢圓度的要求。

（4）為了避免轉子自重給機匣造成偏摩，在與高壓壓氣機軸相配的燃燒室內機匣支架上采用了偏心環結構，為此還要進行此處偏心的測量。

2.2 測量原理

由于某型發動機主要承力部件為中介機匣和渦輪支承機匣，且低壓壓氣機為單元體結構，保證了中介機匣到渦輪支承的同軸度，也就滿足了機匣同軸度的要求。所以在測量過程中要求以發動機中介機匣為基準，保證后面的高壓壓氣機、燃燒室、渦輪機匣和渦輪支承機匣的同軸度，如圖2所示。以中介機匣上的高壓壓氣機轉子前軸承安裝座中心M為基準，低壓渦輪后支點軸承安裝座的中心O的偏移量不能大于0.20 mm。

同軸度的測量原理如圖3所示，從圖1和圖3中可見，點M和O的中心線即是發動機的實際中軸線，以O面為基準，由于Q、S在軸向上距O面較近，故偏心量同樣是距O面實測中心不大于0.20 mm。P、R的中心位置如圖4所示。P、R在軸向上距離點M的距離是M到O面實測中心距離的80%左右，故P、R以O面實測中心實際偏移量的80%為中心（即圖4中點C位置），偏移不大于0.20 mm。偏心環的中心位置如圖5所示。同理，Ф1面中心在軸向上距離點M的距離是M到O面實測中心距離的46%左右，Ф1面中心應在O面實測中心實際偏移量的46%位置（即圖5中點D位置），考慮該截面處轉子下沉量的影響，該截面的實際中心應在發動機軸線的基礎上下移0.20±0.05 mm，偏移不大于0.15 mm，用偏心環來保證下沉量。

圖2 同軸度測量的部位

圖3 測量原理

3 測量方法

采用專用測量工具，經校準合格后，將中介機匣前安裝邊固定到測具的端面上貼緊，以M表面為中心，在測具的端面上涂8個沿圓周等分的、按順時針方向的標記，在旋轉芯棒上涂上1個標號，以便當測具旋轉時與固定部分上的標號重合時，記錄千分表的指示值。

首先將高壓壓氣機前機匣安裝到中介機匣上，然后依次安裝高壓壓氣機后機匣、帶偏心量為0的偏心環和密封蓋的燃燒室組件，再依次裝上低壓渦輪導向器和渦輪支承機匣。

為了使測得的數據便于計算，沿每個表面調整千分表，使表針的偏擺方向在8個測點處均為正向指示（精確到0.01 mm）。

先測量渦輪支承機匣表面O的偏擺量，然后卸下渦輪支承機匣，測量Q、S的偏擺量，卸下低壓渦輪導向器，再測量P、R的偏擺量，并記錄上述全部測量值待處理。

4 測量結果和處理分析

圖6 低壓渦輪后支點軸承安裝座的中心位置

在2個相差45°的同原心坐標系上，對1和5，2和6，3和7，4和8點的數據取差值計算，將差值除以2，位置偏向數據大的一側，由此得到2個坐標系的2個點A、B，其連線中心即作為該面的實測中心。

低壓渦輪后支點軸承安裝座的中心位置如圖6所示。確定面O的中心位置，要求O面實測中心距測具中心的距離不能超過0.20 mm，且線段AB的長度（以下稱線長）不能超過0.04 mm。

確定圖 1、3 中所描述的面 Q、S、P、R 的中心位置，方法同上。以實測中心為原點，以要求距實測中心的最大距離為半徑，畫圓形，如O面實測中心在圓形內且線長滿足要求則合格（圖4）。要求面Q、S中心距O面的實測中心不超過0.20 mm，Q面測量的8個點確定的線長不超過0.15 mm，S面測量的8個點確定的線長不超過0.13 mm；要求面P、R的中心距點C不超過0.20 mm，P面測量的8個點確定的線長不超過0.15 mm，R面測量的8個點確定的的線長不超過0.08 mm。

從圖5中可見，要求距點D不超過0.15 mm，線長不超過0.08 mm，考慮轉子中心下垂量，在裝最終確定組別的偏心環時要求Ф1面實測中心在垂直方向上比D點低0.20±0.05 mm，水平方向偏移不超過0.15 mm。

經過以上處理，數據滿足要求，則發動機機匣同軸度合格，可以進入下一步工作過程；如出現不合格情況，則需要對機匣采取相應的調整措施。

5 不合格同軸度的調整

5.1 表面O中心不合格調整

表面中心不合格的原因有2種。1種可能是由于在燃燒室機匣組件對接處產生了位移，該情況下可以將機匣向O表面中心偏移的反方向移動，移動量以O表面中心的偏移量為宜，然后將機匣的精密螺栓孔擴大，換上加大組別的精密螺栓，但是精密螺栓孔不能夠無限加大組別；另1種可能原因是由于機匣安裝邊變形，可以視情將變形的安裝邊車平，問題即可得到解決。

5.2 表面Q、S、P、R中心不合格調整

Q、S、P、R表面所對應的位置均為轉子葉片葉尖和封嚴篦齒。在發動機工作時，這幾個表面可能與轉子發生碰摩，存在著不同程度的磨損，在測量時應保證被測量表面為非磨損表面。

5.3 表面Ф1中心不合格調整

Ф1表面中心是靠選配偏心環保證的。當表面Ф1中心不合格時，可以根據偏心量的多少來選擇相應組別的偏心環，同組偏心環可以通過調整不同的方向對偏心量進行微調。偏心環組別有5組，基本能夠滿足要求。

6 結束語

采用本文所述測量方法和數據處理分析途徑，可準確地判斷出發動機機匣同軸度是否符合標準，如發現不符合標準的發動機，可有針對性地選擇調整措施。經過多次試車驗證，采用以上方法測量和調整合格后的發動機能夠保證同軸度要求，能夠有效避免轉、靜子不同軸引起的碰摩問題，大大減小發動機整機振動出現的幾率。

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