RB211-535E4 低壓渦輪二級轉葉前緣磨損研究

■ 高亞鳳/北京飛機維修工程有限公司

0 問題的提出

隨著中國民航業的快速發展，國內民航機隊規模不斷擴大，伴隨飛機和發動機數量和使用時間的增加，設備老齡化問題日益嚴重，維修業務也不斷增長，給維修單位帶來了新的挑戰。以RB211-535E4 發動機為例，該型發動機是羅羅公司上世紀80 年代研發的一款三轉子發動機，服役時間已有40 年左右，隨著使用時間的逐漸增長，發動機的故障也越來越多，近幾年經常出現低壓渦輪二級轉葉（以下簡稱LPT2 轉）前緣磨損（見圖1）。LPT2 轉磨損嚴重將導致發動機工作時LPT2 轉葉片斷裂，造成發動機空中停車，如2018 年羅羅公司的發動機ESN31682 因LPT2 轉葉片斷裂導致空停。同時，發動機修理或試車后仍可能有LPT2 轉磨損情況發生。對2016—2021 年間Ameco 維修的該型發動機進行統計，因LPT2 轉磨損排故的發動機有5 臺，而試車后孔探檢查到LPT2 轉磨損返廠的發動機仍有4 臺。

圖1 LPT2轉前緣葉根磨損

RB211-535E4 的EM 手冊中的大修檢查標準和孔探檢查標準如表1 所示。

表1 大修檢查和孔探檢查標準

因LPT2 轉磨損引起的發動機空停不僅會造成嚴重的經濟損失，還對發動機的安全造成很大威脅，試車后發現的LPT2 轉前緣葉根磨損必須返廠進行修理。LPT2 轉磨損對下列方面會造成影響。

1）對周期的影響：發動機返廠修理需拆下M51 單元體，拆下、檢查、修理或串用零件再裝配試車，極大地延長了發動機的修理周期及交付周期，同時可能對客戶的換發計劃產生較大影響，從而影響MRO 的聲譽；

2）對人力的影響：發動機返廠會打亂已安排好的進廠計劃，需要抽調人力完成發動機的返廠排故工作，也會影響到已排好計劃的發動機周期；

3）對財力的影響：一片LPT2 轉的價格是6200 多美元，一整級是64 片，LPT2 轉整級葉片磨損超限將造成300多萬元的損失；

4）對質量的影響：將導致發動機零件損傷，孔探結果超標，發動機返廠修理，對發動機的質量產生極大的影響。

1 故障分析

按照手冊關于中渦、低渦軸向位置調節的相關內容，與現有工卡進行對比，核查手冊中的步驟、尺寸要求以及使用的工裝是否有不一致或遺漏，對多臺發動機的分解和裝配過程進行監控，對相關零部件的故檢嚴格把關。經過多次實踐分析研究發現，導致LPT2 轉磨損的原因通常為轉子軸向位置前移或低壓渦輪2/3 級導葉外機匣（下稱LP2/3 導葉外機匣）LPT2 導安裝槽寬度超限，即低壓渦輪二級導葉（下稱LPT2 導）后移。本文將重點介紹LP2/3 導葉外機匣LPT2 導安裝槽寬度超限的解決方案。

1.1 結構特點

LPT2 導固定方式：LPT2 導組件葉根通過LPT1-2 級級間空氣封嚴和LPT2級級間封嚴固定環固定，葉冠安裝到LP2/3 導葉外機匣的LPT2 導安裝槽上，并通過多個鎖條固定。

LPT2 轉固定方式：轉葉通過樅樹形結構安裝到低渦二級盤上，徑向位移由盤固定，軸向通過鎖片固定。

LPT2 導組件軸向安裝位置位于LPT1 級轉葉和2 級轉葉之間，LPT2 導組件葉根懸空，葉冠位置由LP2/3 導葉外機匣固定。在發動機工作時，LPT2導葉根后緣與LPT2 轉葉根前緣的間隙小于安裝時的間距，如圖2 所示。

圖2 LPT2導和LPT2轉的安裝位置

1.2 故障原因分析

LP2/3 導葉外機匣不是壽命件，沒有使用時間和循環限制，但由于渦輪機匣工作環境惡劣，處于高溫高壓高振動的環境下，使用時間增長會導致機匣變形、磨損等問題發生。M051 單元體大修時，需要參照EM 手冊對LP2/3 導葉外機匣的LPT2 導安裝槽進行檢查。安裝槽變形或磨損都有可能導致安裝槽與LPT2 導之間出現較大的間隙，使LPT2導葉冠發生徑向位移，造成葉根軸向位移變大。發動機運轉后，LPT2 導葉根后緣與LPT2 轉葉根前緣的間隙越來越小，當磨損或變形到一定程度，即發生LPT2 導葉根后緣與LPT2 轉葉根前緣擦傷問題。

在車間分解單元體的檢查結果也符合以上分析。在分解LPT2 導組件之前，通過輕微晃動LPT2 導葉根，在發生擦傷的導葉葉根處能感受到明顯的松動（相對發動機方向為軸向位移），在沒有發生擦傷的導葉處只有輕微的松動或無晃動。

依據EM 對LPT2 導安裝槽的檢查要求，安裝槽的寬度應為3.00 ～3.16mm，且不允許超過以上標準。但由于EM 手冊中沒有給出測量安裝槽寬度所需的工裝和測量方法，使LPT2 導安裝槽的寬度測量工作執行難度較大，即使使用現有的工具測量，準確度也難以保證。

2 解決方案

為解決因LP2/3 導葉外機匣原因引起的LPT2 轉磨損問題，對進廠大修的所有發動機的LP2/3 導葉外機匣進行了嚴格的檢查，專門研發了一套檢查測量LPT2 導安裝槽的工裝（見圖3）。對寬度超限的安裝槽進行修理：首先按手冊要求，將寬度超限的安裝槽切除，然后進行焊修，再檢查測量；如不符合手冊要求，重新進行修理、測量等，直至安裝槽的寬度滿足手冊要求為止。

圖3 測量銷工裝

2.1 工裝的制定

經過對零件測量位置特殊性的研究，以及對其他機型類似零件和工裝的研究和討論，制作了一套測量銷工裝（圓柱形帶手柄工裝，直徑分別為3.10mm、3.16mm 和3.20mm）， 可 在安裝槽的68 個等距位置進行測量（見圖3）。工作者可以先使用直徑為3.20mm的塞尺繞圓弧形槽滑動一周，以判斷槽的寬度是否大于3.20mm，并記錄大于3.20mm 的點位和數值；按同樣方法，使用3.16mm 的塞尺測量小于3.20mm位置，并記錄大于3.16mm 的點位和數值；按同樣方法，使用3.10mm 的塞尺測量小于3.16mm 位置，并記錄大于和小于3.10mm 的點位和數值。對68 個等距位置進行測量和記錄：發動機從后往前看按順時針方向記錄從孔探孔處的定位銷釘開始測量的68 個位置的測量值。定位銷釘對應位置記為整數（如1、2、3），兩個定位銷釘中間位置記為小數（如1.5、2.5、3.5）。

2.2 工裝的使用

使用該測量銷工裝檢查LP2/3 導葉外機匣LPT2 導安裝槽，能夠準確判斷機匣安裝槽是否滿足手冊要求，對變形的機匣及時處理，確保LP2/3 導葉外機匣的尺寸符合手冊要求。該工裝使用后，未再出現試車后因LPT2 轉磨損而返廠的情況。

3 結論

隨著RB211-535E4 發動機使用時間的增長，零部件老齡化情況愈發嚴重，零部件變形等非常規損傷越來越多，嚴重困擾著維修單位和生產技術人員。維修單位需要不斷探索，積累維修和檢驗經驗，靈活運用各類方法，充分使用工裝設備，逐一突破各個問題。本文提出使用制作的工裝對LP2/3 導葉外機匣進行檢查，并在發現變形后及時修理處理，解決了因LP2/3 導葉外機匣變形導致的LPT2 轉的磨損問題，排除了質量隱患，減少了人力和財力的潛在損失。