某型航空發動機低渦靜子葉片裝配方法研究

牛孝霞 龍洋

摘 要：針對某型航空發動機低壓渦輪靜子葉片裝配過程中，存在沖擊力及瞬時裝配應力的問題，對靜子葉片的裝配方法進行研究，提出一種葉片整體同步裝配方法及對應工裝裝置。通過在外部預組裝成分布均勻的整環導葉組件;借助可調連桿機構，主動精確控制各葉片傾斜角度后;最終利用軸向移動和連桿機構，被動適應機匣定位結構。實現靜子葉片的整體無應力裝配，同時保證葉片周向分布均勻性，提高裝配質量。

關鍵詞：低壓渦輪;靜子葉片;整體裝配

1 緒論

隨著航空發動機結構的優化，及性能指標的提高，對發動機的裝配提出了更高的要求[1]。

某型發動機靜子葉片裝配示意圖如圖1所示：基于機匣凸緣結構的特殊性，靜子葉片需以特定的傾角進行安裝;由于葉片兩側面與端面不垂直，限制了葉片的裝配空間和路線。此外，作為導流的重要部件，要求靜子葉片周向分布均勻[2]。

傳統裝配方法為逐片手動安裝，安裝最后一片導葉時，須將周圍葉片掰動一定角度后進行敲擊，然后靠肉眼調節葉片間的周向間隙。該方法存在沖擊力，及最后葉片安裝時與周圍葉片擠壓產生的瞬時應力，存在損傷葉片的風險[3][4];且葉片間隙單純依靠肉眼進行調節，難以保證均勻性。

本文對靜子葉片的裝配方法進行研究，提供一種新型裝配方法和裝置，以實現葉片的無應力裝配，同時保證分布均勻性，提高裝配質量。

2 裝配工藝研究

2.1 整體方案

該結構特點下靜子葉片的裝配難點主要在：控制葉片角度以滿足其與機匣凸緣的裝配關系;以及解決葉片安裝空間，受機匣定位結構及自身側面傾斜，導致的沖擊力及瞬時裝配應力問題。據此提出以下解決方案：

葉片角度通過連桿機構實現。通過調節連桿可使葉片到達水平狀態，并可主動達到并保持在傾斜狀態。為避免安裝時葉片與機匣凸緣干涉導致無法安裝或損傷葉片，每組葉片角度為單獨的柔性調節，在傾斜至水平的過程中，可被動適應機匣對葉片的位置限制。安裝空間問題，通過在外部預組裝解決。在機匣外部，將葉片依次安裝在兩個半環定位盤上，然后將半環連接成整級導向葉片。由于兩個半環的最后葉片安裝時有側面空間可用，且上方沒有機匣凸緣的干涉，無需敲擊及擠壓葉片，從而避免了沖擊力和瞬時裝配應力。

2.2 裝置結構設計

連桿機構由可調連桿1、連桿2、連桿3組成，如圖2所示。其中連桿1配有柔性調節機構，即上部開有長條孔，可進行長度調節，同時通過彈簧調節桿可實現角度調節;連桿2設有葉片夾緊機構;連桿3上端與分度盤相連，通過分度盤可實現葉片固定裝置的周向分布，進而實現葉片間周向間隙的控制。除連桿1上端外，其余連桿兩端均由轉動銷釘實現鉸接。葉片角度的改變由下手柄控制上分度盤的軸向距離，同時配合連桿1的柔性調節機構實現：連桿1在重力作用下處于可調節的最長尺寸，同時分度盤位置固定確定了連桿4（虛線，虛擬狀態）長度和角度，即4邊形中四個邊長和2個夾角已知，故四邊形確定且唯一。對邊長和夾角進行限定，即可滿足葉片的傾角要求及徑向位置要求。

葉片預組裝在定位半環、底盤及芯軸上進行。其中兩個定位半環設有各葉片的定位機構，在底盤上組成整環;芯軸固定在底盤上，上端與軸承端面接觸，實現零件的軸向止動，進而通過螺紋配合將轉動轉化為直線運動，同時具有定心引導作用。整體結構如圖2所示。

3 操作方法

葉片預組裝：旋轉上手柄，使整體上升至最高處;旋轉下部手柄，使分度盤移動至最高處（水平狀態）。將葉片安裝在定位半環上，將工裝上部分吊裝至葉片上部，下落至軸承與芯軸接觸，將彈簧調節桿旋轉到傾斜位置，松開葉片夾緊機構，轉動上手柄，使整體下落至與葉片接觸，通過連桿2上的葉片夾緊機構固定葉片。

葉片傾斜：將彈簧調節桿轉動至水平，用吊具吊起葉片，同時轉動下手柄使圓盤下移至低位，通過連桿機構實現了葉片角度的主動調節。

葉片安裝：將葉片吊運至機匣正上方，轉動上手柄，使整體下移。當葉片移動至機匣安裝邊處，轉動下手柄，使葉片靠近機匣安裝邊。輕輕拉動葉片使其與機匣安裝邊接觸。轉動上手柄使葉片下移，同時轉動下手柄使葉片恢復水平，直至葉片安裝在機匣內，實現葉片角度的被動自適應及安裝。

4 結語

本文提供了一種靜子葉片的整體裝配工藝及對應的工裝裝置。通過在機匣外部預組裝成分布均布整環導葉組件，借助可調連桿機構主動精確控制各葉片傾斜角度后，利用裝置的軸向移動和連桿機構被動適應機匣定位結構，實現靜子葉片的整體無應力裝配，保證葉片分布均勻性，提高了裝配質量。

參考文獻：

[1]楊養花，付依順，劉志江.大涵道比渦扇發動機渦輪結構設計關鍵技術分析[J].航空發動機，2009，35（3）：8-11.

[2]張國臣，安裝角異常和變彎度葉片對壓氣機性能影響機理的研究[D].西北工業大學，2017.

[3]唐秀娟，緱慶.某型發動機前機匣進口導向葉片裂紋故障分析.航空維修與工程[J].2018（02）：74-76.

[4]洪杰，劉書國，張大義，陳萌.小型短壽命渦扇發動機渦輪葉片疲勞失效分析[J].航空動力學報，2012（03）：604-609.