某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)中介機(jī)匣振動(dòng)分析

（1.沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司軍事代表室，遼寧 沈陽 110043；2.中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司試車廠，遼寧 沈陽 110043）

一、故障概況

某大修發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)故障是臺(tái)架試車及外場(chǎng)使用中頻繁出現(xiàn)的故障之一，是影響發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)交付及外場(chǎng)使用的技術(shù)瓶頸。發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)故障，有前機(jī)匣振動(dòng)，偶有后機(jī)匣和上部出現(xiàn)振動(dòng)，以中介機(jī)匣水平振動(dòng)故障為主，中水振動(dòng)主要有振動(dòng)值大及中水振動(dòng)變化兩種形式。

二、故障分析

按航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)機(jī)理分析，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)是轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生較大的離心力，彈性支承失效等原因引起的。分析該大修發(fā)動(dòng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子為柔性轉(zhuǎn)子，支承結(jié)構(gòu)為彈性支承及擠壓油膜阻尼結(jié)構(gòu)，該型發(fā)動(dòng)機(jī)的兩種結(jié)構(gòu)決定了控制轉(zhuǎn)子的剩余平衡量與擠壓油膜之間的匹配關(guān)系、高壓轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡方法是控制中水振動(dòng)故障的主要手段。

1 高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)介紹及平衡方法

高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子1～6級(jí)鼓筒，7、8、9級(jí)盤、篦齒盤及高壓軸采用雙頭長(zhǎng)螺栓連接，這種長(zhǎng)螺栓連接結(jié)構(gòu)，說明高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子屬于體彈性轉(zhuǎn)子。質(zhì)量分布不在轉(zhuǎn)子中心也不在旋轉(zhuǎn)軸線上，離心力影響轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彈性變形，這種轉(zhuǎn)子稱為體彈性轉(zhuǎn)子。一般體彈性初始不平衡量的狀態(tài)是隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大，材料內(nèi)部應(yīng)力增大，導(dǎo)致連接失敗。隨著轉(zhuǎn)速增加，初始不平衡量逐漸增大。實(shí)踐證明，質(zhì)量偏移不是無止境的，達(dá)到極限后穩(wěn)定的初始不平衡狀態(tài)就存在了。

體彈性轉(zhuǎn)子必須在工作轉(zhuǎn)速下進(jìn)行動(dòng)平衡，或在一種能達(dá)到穩(wěn)定的初始不平衡量狀態(tài)下進(jìn)行動(dòng)平衡。特定條件，在加速到工作轉(zhuǎn)速的過程中，約束力和振動(dòng)將保持在一定范圍內(nèi)；無論是在加速的過程中或者工作轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，能獲得穩(wěn)定的不平衡量。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)位置測(cè)量示意圖

除首要在工作轉(zhuǎn)速狀態(tài)下平衡轉(zhuǎn)子，還有通過拉緊松動(dòng)的螺栓來減小轉(zhuǎn)子體彈性，由于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，無法在試車時(shí)進(jìn)行螺栓擰緊工作。由于該大修發(fā)動(dòng)機(jī)需要進(jìn)行工廠試車和檢驗(yàn)試車，試車后對(duì)經(jīng)過高速運(yùn)轉(zhuǎn)的高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子剩余平衡量穩(wěn)定基礎(chǔ)上調(diào)整，然后再檢驗(yàn)試車，發(fā)動(dòng)機(jī)排振結(jié)果證明了此觀點(diǎn)。

2 彈性支承及轉(zhuǎn)子剩余平衡量之間的關(guān)系

按照擠壓油膜的工作原理是阻尼越大，振動(dòng)幅值越小。適當(dāng)提高阻尼系數(shù)，可降低發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)幅值。N.Magge認(rèn)為對(duì)轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)特別是像葉片飛失那樣的大突加不平衡量的響應(yīng)，要得到滿意結(jié)果，必須優(yōu)化SFD的下列參數(shù)，即：工質(zhì)的軸向流速與周向流速之比，彈支剛度，阻尼器長(zhǎng)度，徑向間隙，油槽尺寸，以及滑油的流量和壓力。

擠壓油膜失效：隨著轉(zhuǎn)速的上升，軸頸中心將由大軌道突然下跳到小軌道；在減速時(shí)，將由小軌道突然上跳到大軌道，中間軌道實(shí)際上是不會(huì)出現(xiàn)的，故稱雙穩(wěn)態(tài)特性。

結(jié)語

轉(zhuǎn)子剩余平衡量與擠壓油膜間有一定響應(yīng)關(guān)系，而優(yōu)化擠壓油膜參數(shù)在現(xiàn)有條件下只能通過調(diào)整高壓轉(zhuǎn)子剩余不平衡量、更換新品彈性環(huán)來進(jìn)行，而大量實(shí)際排故也驗(yàn)證了這一點(diǎn)，根據(jù)試車中水振動(dòng)情況，適當(dāng)調(diào)整高壓轉(zhuǎn)子剩余平衡量，從而優(yōu)化擠壓油膜性能，避免轉(zhuǎn)子出現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)情況，從而保證中水振動(dòng)水平符合技術(shù)要求。

[1]王常樹.航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)測(cè)試[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，1996（08）.