某機壓氣機間隙故障分析與排除

陳金平 何朝霞 秦俊峰

中國航發西安航空發動機有限公司 陜西西安 710021

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

總裝現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、排故機中從未發生過，引起該故障的疑點應該是機匣或轉子實物尺寸失真所致，查找原因重點應放在機匣和轉子的加工過程、測量方法、設備狀態等方面[1]。

1 尺寸復測

1.1 測具復測

對測量機匣環槽直徑及轉子葉尖直徑所用的標準件、測具進行復檢，復檢結果全部合格，符合圖紙要求。

1.2 機匣環槽直徑復測

對故障機匣各級環槽直徑進行復測，測量結果符合圖紙要求，與機匣加工時的工序記錄值存在0．05mm 的差異。

機匣環槽直徑近1000mm，變形在所難免，工藝規程要求環槽直徑在機床上檢測保證，兩次裝夾測量，結果存在0．05mm 的差異屬正常現象。

1.3 轉子葉尖直徑復測

對轉子葉尖直徑進行復測，測量結果符合圖紙要求，與轉子加工時記錄的直徑值存在0．02mm 的差異。

轉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，復測時未纏繞膠繩，兩次測量結果存在0．02mm 的差異，屬正?，F象。

1.4 計算間隙

根據機匣環槽直徑復測值和轉子葉尖直徑復測值，理論計算機匣與轉子間隙，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 機匣殼體環槽尺寸測量方法

通過專用帶表測具在標準件上對表后，直接在各級環槽上測量直徑，通過比對與標準件的讀數差，測得各級環槽直徑實際值。

2.2 轉子葉尖直徑測量方法

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

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

3 第二種測量方法驗證

3.1 環槽直徑驗證

圖1 安裝過渡配合堵頭后的轉子結構圖

圖2 測具檢測圖

按環槽直徑組合塊規代替標準件，借用近似的測量范圍可調的測具，進行第二種方法測量。

第二種方法測量結果與原方法復測值相同，由此可以判定機匣環槽直徑合格，無問題。

3.2 轉子葉尖直徑驗證

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

假設二級葉尖半徑/直徑合格，以二級葉尖半徑為標準，測量二級封嚴齒到二級葉尖的距離，換算成二級封嚴齒直徑，換算結果：二級封嚴齒直徑尺寸超差，偏大1．30mm。

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

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

4 故障查找及分析

現有測量方法是：在機床前后頂尖同心、機床輔導軌達到幾何精度要求的條件下，將測量葉尖直徑轉化為測量葉尖到機床輔導軌的距離。

對可能影響轉子葉尖測量結果的兩個因素：機床輔導軌精度和機床尾座高度進行檢查分析。

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

實測：0．03 ～0．05mm/1000mm，全程0．14mm。

結論：輔導軌磨損扭曲，為長期使用磨損變形所致。該狀態對葉尖測量結果有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。根據總裝間隙偏小這一現象，可以初步判斷出故障原因為機床尾座抬高約0．4mm，而尾座抬高這一現象與實際工作中尾座一般不會出現降低這一規律重合。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象的假設，在該設備上采用同一臺轉子，將轉子掉頭裝夾，目的是將原來位于機床主軸前端的轉子后軸頸調整到機床后端尾座處，即在機床前端的后軸頸處對標準件，改為在機床后端的后軸頸處對標準件，通過改變測量基準，查看測量結果是否一致，以此驗證機床尾座高度對測量結果的影響。

轉子掉頭裝夾后，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，而位于轉子中部的6 級葉尖直徑偏小0．4mm，通過兩級數據可以明顯看出，設備尾座頂尖確實存在偏高現象。

5 結語

造成發動機壓氣機間隙超差的原因為：轉子葉尖直徑超差。轉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。目前測量轉子葉尖直徑的方法不能直觀反映出產品的真實尺寸，導致各級轉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，造成發動機裝配間隙偏小。

6 故障排除

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

葉尖加工設備輔導軌磨損的排除，按常規設備應進行大修或項修輔導軌，但因不具備修理條件，由相關工程技術人員對設備主、輔導軌重新進行檢測、調試，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，錯開輔導軌磨損嚴重部位，將調整后的輔導軌應用段修理調試，恢復其幾何精度要求，對機床尾座高度進行調整，達到加工要求（設備參數允高0．16mm，而加工要求允高在0．04mm 之內），經試加工轉子，總裝檢測間隙符合圖紙要求，達到預期目的，滿足了產品加工的精度要求，設備恢復正常工作。

7 改進措施

（1）受設備結構限制，機床尾座移動后會造成尾座高度變化。通過改進工藝方法，增加尾座高度校驗用的檢測芯棒，監控尾座高度位置，及時發現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子掉頭測量驗證尾座高度法。（3）針對機床輔導軌常用部位磨損嚴重問題，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備中部移動，輔導軌工作部位后移，滿足加工中對表測量的工藝要求。（4）對操作者、檢驗員進行培訓，孰知并掌握尾座移動操作要領以及尾座高度檢查控制辦法。

8 實施效果

通過設備的調整和精度恢復，工藝方法改進，檢驗、檢測手段的補充完善，操作者的再培訓，為產品加工質量的穩定提供了保障條件，采用新的質量控制辦法后，加工出的產品達到質量要求，未再出現類似超差現象，確保了現場生產的需求，達到預期目的。