重型燃機水平對開機匣結(jié)構(gòu)同軸度及轉(zhuǎn)靜子間隙測量方案研究

摘 要：本文介紹了在R0110重型燃機氣缸改為水平對開結(jié)構(gòu)后的預裝配以及采用激光跟蹤儀進行氣缸同軸度及轉(zhuǎn)、靜子間隙測量方案。方案重點介紹了重型燃機水平對開氣缸結(jié)構(gòu)預裝配方法及圓錐表面同軸度測量方法。通過制定重型燃機水平對開氣缸結(jié)構(gòu)圓錐表面同軸度測量方案，能夠在工程實施中解決圓錐表面同軸度測量不準確，無法判定外部氣缸是否需要補加工的問題。另外，通過利用激光跟蹤儀對轉(zhuǎn)、靜子間隙間接測量方案加以介紹，能夠為最終代替最終裝配徑向間隙實測工序打下堅實基礎，進一步縮短氣缸返修周期。由于在首臺R0110重型燃機氣缸原結(jié)構(gòu)中計算間隙與實測間隙存在較大偏差，因此，需要在正式裝配時實測轉(zhuǎn)、靜子間的徑向間隙與計算間隙加以對比驗證，進而能確定最優(yōu)轉(zhuǎn)、靜子徑向間隙測量方法。

關鍵詞：激光跟蹤儀 同軸度 軸向坐標 徑向間隙

中圖分類號：TB92 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0079-02

由于首臺R0110重型燃機在氣缸同軸度測量及轉(zhuǎn)、靜子間隙計算、測量方法上處于不斷摸索過程中，測量及計算的結(jié)果未能達到預期效果，預裝后的間隙計算結(jié)果與轉(zhuǎn)、靜子裝配結(jié)果相差較大，未能達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量。

首臺R0110重型燃機在氣缸結(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)交錯鍛件連接方式變?yōu)檎w鑄造水平對開結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)連接方式及材料的變化必然會引起同軸度測量方式的變化，另外，原測量方法上經(jīng)過實際測量驗證，存在許多不合理的地方。因此需要對重型燃機水平對開機匣結(jié)構(gòu)同軸度測量方案進行研究，確定出較合理的測量方案，盡可能避免在裝配過程中出現(xiàn)測量反復及二次補加工。

通過制定重型燃機新結(jié)構(gòu)的同軸度測量方案，可充分發(fā)揮原測量設備的測量精度高的優(yōu)勢，使得測量同軸度的準確性得以提高，為正式裝配贏得時間。同時，通過測量并計算轉(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，又能達到燃機最佳性能狀態(tài)。

1 重型燃機水平對開機匣結(jié)構(gòu)簡介

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。改進后，進氣氣缸、1～5級壓氣機氣缸、6～15級壓氣機氣缸（含承力錐）、擴壓器、燃燒室外套、透平Ⅰ～Ⅳ級氣缸、后支撐氣缸以及后氣缸均改為水平中分鑄造結(jié)構(gòu)，而后支點徑向滑動軸承的氣缸、承力環(huán)以及前支點的軸承氣缸、內(nèi)支撐殼體沒有改成水平中分結(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接、精密螺栓定位和螺栓固緊的配合連接形式。

2 燃機氣缸預裝配方案說明

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

仍采用垂直裝配方式，待裝配完畢后，將燃機外氣缸吊起，水平放置于燃機專用支承底座上。

與原結(jié)構(gòu)預裝配方案相比，主要差異體現(xiàn)在改后透平Ⅰ～Ⅳ級氣缸變?yōu)檎w鑄造上、下半缸結(jié)構(gòu)，在氣缸預裝配時必須將內(nèi)部各級隔板組件先裝于氣缸內(nèi)，用專用吊具將其固定吊起；壓氣機6-15級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；整體氣缸前支點安裝方式及位置與原結(jié)構(gòu)不同。

3 燃機氣缸同軸度測量

3.1 測量設備

美國API 3D激光跟蹤儀，SmartTRAK 傳感器。

3.2 測量的前期準備工作

在燃機氣缸水平裝于燃機前后支承上后就可以進行氣缸同軸度測量。

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

測量離散點回轉(zhuǎn)中心通過采用激光跟蹤儀定位測量傳感器的方法，將測量傳感器通過人工控制的方法沿著前、后支承氣缸內(nèi)精密配合面逐點進行點測量。通過Spatial Analyzer SA軟件將會顯示出所測得的前后支點圓周的離散點坐采標，經(jīng)過去除個別測量失真點后擬合得到測量用的回轉(zhuǎn)中心線。以后所有的各測量表面的偏心量都是以該測量中心線為基準。

3.3 測量及換算方法

測量同軸度的方法與前面提到的測量回轉(zhuǎn)中心線相同，均用激光跟蹤儀，手工控制測量傳感器，激光定位的方法來實現(xiàn)。每級測量表面均通過20～30個不等的離散測量點來擬合完整測量表面的坐標位置。在計算機中通過Spatial Analyzer SA軟件中能夠顯示出測量點距理論模型中心的坐標點X，Y，Z。同時，由于前期已導入的理論參考模型，也可以顯示出所對應的點坐標及兩者之間的差值，并且換算出距理論模型的帶有方向性的差值。

同時由于各級測量表面坐標點是沿圓周方向分布的，能夠通過計算確定出相應測量表面圓心坐標，與通過前、后支點內(nèi)表面確定的測量回轉(zhuǎn)中心基準相比就能確定該測量表面的偏心量也就是同軸度的方向及大小。

3.4 具體測量方案

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

3.4.1 測量同軸度的理論中心線

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

3.4.2 氣缸內(nèi)壁及蜂窩表面同軸度測量方案

確定測量理論中心后，考慮測量的合理程度，測量氣缸同軸度時采取取消與增加上半缸分別測量，通過某一級氣缸內(nèi)圓柱表面的結(jié)果加以對比驗證。如果兩種測量結(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量。因此根據(jù)測量結(jié)果可以有兩種測量方案。

由于確定測量理論中心的同時，測量基準也隨之確定，通過尺寸計算確定各級氣缸內(nèi)表面?zhèn)鞲衅鳒y量軸向坐標（見表1）。

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

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

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

4 轉(zhuǎn)、靜子間隙測量方案

4.1 激光跟蹤儀測量換算方案

在進行轉(zhuǎn)、靜子間隙測量換算時，可以分別通過激光跟蹤儀的傳感器測量氣缸及蜂窩內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子及篦齒外表面，得到測量坐標點以及相對理論表面偏差。通過計算轉(zhuǎn)、靜子距理論表面的平均偏差以及理論間隙值得到計算間隙值。

轉(zhuǎn)、靜子間隙測量過程可在進行氣缸同軸度測量的同時進行，激光跟蹤儀在測量氣缸內(nèi)表面同軸度的同時，也會得出氣缸內(nèi)表面實際與理論的偏差。在測量壓氣機第1、8～15級、透平第2級氣缸內(nèi)表面實際與理論的偏差時，需要在測完同軸度之后，再次手動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，確保坐標點距平面的偏差平均值準確。

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

通過得到轉(zhuǎn)、靜子實測點距理論值的偏差以及理論間隙可以得到計算間隙。

4.2 正式裝配時的轉(zhuǎn)、靜子間隙測量方案

為了進一步驗證激光跟蹤儀測量換算方案得出結(jié)果的準確性，可以在裝配過程中采取燃機兩半缸內(nèi)的轉(zhuǎn)靜子相對應的表面壓蠟，兩端使用塞尺的方式，進行轉(zhuǎn)、靜子徑向間隙的測量。

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

5 結(jié)論

本文對重型燃機水平對開結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的差異、預裝配方案及氣缸同軸度及轉(zhuǎn)、靜子測量方案進行了介紹。從中可以看出：

水平對開結(jié)構(gòu)氣缸預裝配仍以豎直裝配為主，水平狀態(tài)測量氣缸同軸度。

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

轉(zhuǎn)、靜子間隙可以在預裝配后通過激光跟蹤儀間接測量。分別測量轉(zhuǎn)、靜子相對應表面的實際位置與理論表面的偏差，進而通過理論間隙計算得到轉(zhuǎn)、靜子間的計算間隙。

由于在原結(jié)構(gòu)中計算間隙與實測間隙存在較大偏差，因此，有必要在正式裝配時實測轉(zhuǎn)、靜子間的徑向間隙與計算間隙加以對比驗證，便于進一步提升計算間隙的準確程度，為今后能夠節(jié)省裝配周期，降低裝配難度打下基礎。

參考文獻

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