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摘要:為解決航空發動機低壓渦輪轉子葉片裝分操作中存在的緣板易損、葉冠錯齒、裝配應力大等問題，提出一種可施加平穩載荷，對葉片與渦輪盤相對軸向距離進行無級調控的新型裝配工藝。設計的轉子葉片裝分裝置，能夠滿足裝配需求，可為發動機其他轉子類似結構的裝配工藝提供技術參考。

關鍵詞:航空發動機;低壓渦輪;轉子葉片;裝配工藝

1概述

大涵道比渦扇發動機普遍追求大推力、大功率等性能指標。為了驅動大風扇、提高效率，渦輪結構一般采用多級低壓渦輪。［1］低壓渦輪轉子葉片作為其中重要零件之一，不僅加工難度大，制造成本昂貴，工作時又需要在高溫高壓狀態下運轉，承載受力大，工況復雜。［2］面對如此惡劣的條件，轉子葉片表面微小的損傷都極有可能被催化放大，進而產生裂紋、掉塊等故障，嚴重威脅發動機可靠性和穩定性。因此無論從控制投入成本、生產周期亦或保障發動機性能角度考慮，轉子葉片的表面質量都需要全方位嚴加要求。由于結構設計特殊性，低渦轉子葉片榫頭安裝到盤組件榫槽時，需要克服一定阻力。為避免施加裝配外力造成轉子葉片表面損傷，國外安裝轉子葉片采用專用裝配工藝，而國內在該工藝研究方面一直處于瓶頸狀態。［3-4］目前國內采用手動敲擊葉片的裝配方式，易造成葉片損傷、葉冠錯齒等情況，存在安全隱患，影響裝配質量。本文基于對多級低壓渦輪盤片組件的結構分析，提供了一種轉子葉片的新型裝配工藝，操作方式簡單，在一定程度上降低了裝配應力，確保發動機裝配質量和性能。

2結構分析

鋸齒形葉冠為發動機低壓渦輪轉子葉片常用葉冠形狀。由于相鄰葉片間葉冠鋸齒存在咬合，因此該型葉冠葉片在盤組件上的裝分操作，需要整圈葉片沿盤組件同時軸向移動方能實現。圖1低渦轉子葉片裝配結構示意圖受機件加工誤差、葉片間相互約束等因素影響，整圈葉片需克服一定阻力才能沿盤組件移動。而鑒于轉子葉片和渦輪盤的裝配結構特點和可操作性，轉子葉片的外力可作用位置僅限于內緣板附近位置。國內現多采用橡膠錘或其他類似工具敲砸緣板的方法施加沖擊外載:操作者首先將所有葉片榫頭搭接到渦輪盤榫槽上，同時確保葉片葉冠處于正常咬合狀態;準備好后手持橡膠錘，敲砸若干相鄰葉片的緣板，使其軸向移動一小段距離，接著再對鄰近若干葉片敲擊，如此逐組進行，整圈葉片得以軸向移動一定距離，重復操作，最終實現葉片裝分。這種方法看似簡單，但實際存在很大安全風險:人工施加沖擊外載，難以控制施力大小，力過小無法實現葉片安裝，力過大容易損傷葉片，且葉片內緣板結構較窄，強度不高，現場已多次出現緣板砸傷事故。

3工藝設計

3．1總體方案

轉子葉片在渦輪盤組件上的裝配工藝設計，主要即加載裝置和支承裝置兩大工藝裝置的設計。加載裝置，主要為葉片裝分提供穩定均勻載荷，受裝配結構限制，僅可設置在葉片內緣板附近位置加載;支承裝置，在裝分過程中支承定位葉片和渦輪盤組件，具備無級調控兩者相對軸向距離的功能，可適應過程中葉片和渦輪盤組件的任意軸向狀態。此外，考慮到低渦的多級結構，因此該工藝設計需要具有通用適應性，加載裝置和支承裝置應能實現各級轉子葉片的裝分。

3．2工藝原理

轉子葉片裝分原理見圖2。利用支承裝置對葉片和盤組件分別進行定位，通過加載機構對葉片內緣板根部附近位置/端面施加壓力，同時配合傳動機構不斷調整葉片和盤間的軸向距離，最終實現葉片在盤組件上的裝配/分解。由于葉片處于盤組件徑向外側且數目眾多，相鄰件間又僅存在葉冠鋸齒約束，故支承裝置托舉整圈葉片進行軸向運動實現難度較大，傳動機構設計將十分復雜，相較而言，盤組件的移動更易實現，因此選定盤組件軸向移動、葉片固定作為裝分操作的工作形式。

3．3裝置設計

低渦轉子葉片裝分工藝裝置結構見圖3，由加載和支承兩大部分組成。加載裝置主要包括壓桿組件、滾輪組件、固緊螺母等;支承裝置主要包括底座、葉片支承組件、盤支承組件、傳動機構等。底盤為整個裝置的基座，其上有螺栓孔，用于與工作臺之間的固定和防轉;葉片支承組件通過若干支承桿安裝在底盤上，負責支承葉片;傳動機構與底座連接，其外螺紋套、壓桿支承套可繞中心軸各自周向轉動;盤支承組件用于放置渦輪盤組件，具備與各級盤相應接口，與傳動機構的外螺紋套間設有螺紋傳動可以軸向移動;壓桿組件在壓桿支承套帶動下繞中心軸做周向回轉運動，其上裝有滾輪組件，用于對葉片加載。整個發明裝置的動力輸入有兩處，分別為扳桿和壓桿組件:轉動扳桿，外螺紋套隨之旋轉，而與之有螺紋傳動連接的盤支承組件由于被防轉銷限制無法轉動，故將軸向移動，從而帶動盤組件軸向運動;盤組件向上運動，而葉片受滾輪組件壓制無法移動，葉片榫頭將插入/移出渦輪盤榫槽，推動壓桿組件帶動滾輪組件繞中心軸對整圈葉片轉動加載，即實現整圈葉片裝分。盤組件和葉片相對位置受支承裝置限定，因此可通過調節盤支撐組件軸向進給量來控制每次滾輪滾壓時葉片相對盤組件的軸向移動距離，以此避免相鄰葉片移動距離相差過大造成的葉冠錯齒問題。此外，滾輪在壓桿組件上設有徑向調節結構，能夠實現低壓渦輪多級盤裝分的通用性。

4結語

采用新型裝配工藝，實現航空發動機低渦轉子葉片的裝分，避免了以往操作過程中可能出現的過大沖擊力和葉冠錯齒問題，操作安全性明顯得以提高;此外，裝置的多級接口與滾輪徑向調節兩項功能，實現了工藝對于多級低渦結構的通用適應性。經現場應用實踐，使用該裝配工藝的操作過程中載荷施加緩慢平穩，內部裝配應力得以有效降低，一定程度上提高了裝配質量。

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］衛煒，周來水，安魯陵，蘭凌．航空發動機葉片型面測具快速設計系統［J］．航空制造技術，2012，(11):43-45．

［3］湯鳳，孟光．帶冠渦輪葉片的接觸分析［J］．噪聲與振動控制，2005，(4):5-7．

［4］袁惠群，張亮，韓清凱．航空發動機轉子失諧葉片減振安裝優化分析［J］．振動測試與診斷，2011，31(5):647-651．

作者：楊洋 龍洋 孫貴青 李昊軒 趙宇 單位：中國航發沈陽發動機研究所