CN107366576B - 一种发动机供油支板机匣的加工、检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机供油支板机匣的加工、检测装置及方法，供油支板机匣内的多个支板叶片沿圆周方向不均匀地布置，至少一个支板叶片内设有滑油管路，外机匣上设有角向原点参照基准，作为机械加工与发动机组件装配的参考标志，供油支板机匣的内、外机匣及二者之间的支板叶片，采用整体铸造的方式进行加工，对于支板机匣毛坯，采用机加工方式最终成型；利用上述加工方法制备的支板机匣，采用检测装置及标准量棒进行检测。上述装置及方法可有效保证重新设计的发动机供油支板机匣，确保加工制造出的供油支板机匣零件符合设计要求，同时降低铸造难度，提高产品合格率，降低成本。

Description

一种发动机供油支板机匣的加工、检测装置及方法

技术领域

本发明涉及地面燃气轮机，尤其是航空发动机高温部件涡轮领域，更具体地说，是涉及一种发动机供油支板机匣的加工、检测装置及方法，以确保加工制造出的供油支板机匣零件符合设计要求，保证支板的位置度与叶型精度，以及机匣与对象件之间的装配精度，同时降低铸造难度，提高产品合格率，降低成本。

背景技术

在地面燃气轮机，以及航空发动机中，为了向发动机高压以及低压后轴承提供滑油，需要布置滑油系统。为此，在高压涡轮以及低压涡轮之间的过渡段内设计支板。为满足包容滑油管的要求，支板厚度往往较大。现有的发动机设计中，为了设计、加工方便，同时受制于检测方法的限制，这些支板沿径向方向叶型相同，支板叶片为直叶片，且沿圆周方向对称均匀分布。但是这种设计带来以下问题：(1)直叶型支板无法适应上游来流气流角度，造成大的气动损失；(2)直叶型支板无法为下游涡轮级提供合适的气流角度，对下游涡轮气动性能不利，且增加了额外的低压涡轮设计难度；(3)直叶型支板对流场产生非常大的扰动，带来较大的气动激振力，易引发下游低压涡轮的低周疲劳，威胁发动机的运行；(4)为了保证过渡段有足够的强度，一般会设计多个支板，均布的支板容易带来发动机共振问题，对发动机安全运行不利。为了解决现有技术中存在的这些问题，迫切需要一种新型的供油支板机匣结构设计方案，解决各方面的矛盾，进一步提高发动机性能，本专利尤为关注的是，重新设计后的供油支板机匣结构，如何确保其加工制造出的供油支板机匣零件符合设计要求，保证支板的位置度与叶型精度，以及机匣与对象件之间的装配精度，同时降低铸造难度，提高产品合格率，降低成本。

发明内容

本发明主要涉及一种发动机供油支板机匣的加工、检测装置及方法，通过该加工检测装置及方法可有效保证重新设计的发动机供油支板机匣，确保加工制造出的供油支板机匣零件符合设计要求，保证支板的位置度与叶型精度，以及机匣与对象件之间的装配精度，同时降低铸造难度，提高产品合格率，降低成本。

为实现该目标，本发明采用的技术方案为：

一种发动机供油支板机匣的加工方法，所述发动机供油支板机匣位于高压涡轮转子与低压涡轮导向器之间的过渡段内，其特征在于，

所述供油支板机匣包括外机匣、内机匣以及设置在所述外机匣和内机匣之间的多个支板叶片，所述多个支板叶片沿周向不均匀地布置在所述供油支板机匣内，以避免发动机涡轮部件在高速运转条件下发生共振；

至少一个所述支板叶片内布置有滑油管路，所述布置有滑油管路的支板叶片设置在所述供油支板机匣内的正下方，以保证发动机的顺利回油；

在所述供油支板机匣的外机匣上设有角向原点参照基准，作为机械加工与发动机组件装配的参考标志，各支板叶片在所述供油支板机匣内的周向布置时，以所述角向原点参照基准为角向原点进行非均匀布置；

其中，

所述供油支板机匣的内机匣、外机匣及二者之间的各支板叶片，采用整体铸造的方式进行加工，以确保支板叶片与供油支板机匣为整体结构，满足强度需要；

对于铸造出的供油支板机匣毛坯，采用机加工方式对零件的配合面进行精密机械加工最终成型，确保满足零件之间的配合精度要求；

所述供油支板机匣通过焊接的方式与低压涡轮导向器固定到一起，其中，所述供油支板机匣的内、外流道尾缘部分与所述低压涡轮导向器的对应配合部位整环光顺焊接，以防止主流道内气流的泄漏并起到支撑的作用。

进一步地，所述供油支板机匣内的各支板叶片在空间上呈三维扭转结构，同一支板叶片不同径向位置处的多个截面叶型中至少有两个截面叶型不相同，使得各支板叶片既能适应上游来流气流角度，又可以为下游涡轮提供合适的流场，从而明显地降低气动损失。

较优地，所述角向原点参照基准设置在所述供油支板机匣的正上方。

较优地，所述角向原点参照基准可以为局部矩形凸台、圆柱形凸台、球状凸台等对称结构。

较优地，所述机加工方式为采用数控机床、铣床等设备对零件的配合面进行精密机械加工最终成型。

较优地，对于供油支板机匣的铸造工序部分，采用整体模具熔模铸造方法铸造毛坯。

较优地，设计供油支板机匣毛坯时，在其内机匣、外机匣及各支板叶片表面等非配合部位采用无余量铸造技术，仅在需要与对象件进行配合的部位设计有铸造余量。

较优地，在设计供油支板机匣的整体模具过程中，机匣上的角向原点参照基准与模具进行整体设计，避免角向原点参照基准采用装置定位的方式单独固定在毛坯蜡模或者焊接到毛坯成品上，确保原点参照基准与机匣其他部位之间的相对位置关系。从而可以通过整体模具，保证支板的位置度与叶型的轮廓度要求，避免采用机械加工方式带来的多个加工基准的转换引起的误差累积。

根据本发明的另一方面，为保证利用本发明的上述方法加工的发动机供油支板机匣，在毛坯铸造以及零件最终机械加工过程中，具有足够的加工精度，确保支板叶片的位置度以及整体叶型，满足最终的使用要求，本发明还提供了一种发动机供油支板机匣检测装置及方法。具体技术方案为：

一种对本发明的上述发动机供油支板机匣的检测装置，其特征在于，

所述检测装置整体呈环形筒体结构，在所述环形筒体的尾缘内侧角向某一位置设置定位凹槽或者凹腔结构，所述定位凹槽或者凹腔结构与所述供油支板机匣正上方的角向定位基准相适配；

在所述环形筒体的的圆筒面上沿周向非均匀地设置多个向心圆形检测孔，所述圆形检测孔在周向上的数量及圆周位置与所述供油支板机匣1内的支板叶片的数量及圆周位置相对应；

在所述环形筒体的内壁上还设置有内环尾缘倒角结构，所述内环尾缘倒角结构用于避让供油支板机匣对应位置处的流道型线，也可以设计为其他非对称的倒角形式。

较优地，所述检测装置为环形结构，以棒料为原材料，通过机械加工生产。

较优地，在所述检测装置的尾缘内环侧设计有较大倒角，以避让机匣流道(定义沿气流流动方向为向后及尾部)。

较优地，所述检测装置上的定位凹槽或凹腔结构的尺寸，比供油支板机匣上的角向定位基准的结构尺寸大0.03-0.06mm，确保可以进行精密配合。

较优地，在所述检测装置的内环侧的外边缘棱边进行倒角，倒角大小应当小于1，以方便进行装配。

较优地，在所述检测装置上的定位凹槽或凹腔结构的底边处进行清根处理，倒圆大小不超过R0.2，确保不影响装置与机匣的装配。

根据本发明的另一方面，还提供了一种利用上述检测装置对本发明的发动机供油支板机匣进行检测的方法，其特征在于，

首先，确定供油支板机匣的各支板叶片的最大厚度轴向位置以及角向位置，以所述角向定位基准的前轴向端面或基准点为轴向基准，以该角向定位基准确定角向位置，在对应于供油支板机匣的各支板叶片内腔最大厚度位置处，沿径向方向加工圆孔，该圆孔的直径尺寸与支板叶片内腔的最大厚度尺寸相同；

其次，将所述检测装置从前侧向所述供油支板机匣推入，直至所述检测装置的内环尾缘处的定位凹槽或凹腔结构与所述供油支板机匣上的角向定位基准紧密啮合为止；

之后，选取比滑油管外径尺寸大1.5mm的标准量棒，从所述检测装置的外环壁面，通过所述检测装置上的圆孔沿径向插入所述支板叶片内腔，其中，标准量棒的长度不小于支板叶片的径向高度与所述检测装置厚度之和；

最后，依据上述标准量棒是否可以顺利地通过支板叶片内腔，并不与支板叶片内腔壁面发生干涉碰撞，则判断支板叶片的加工合格。

较优地，在实际操作过程中，为了保证更大的滑油管与支板叶片内腔壁面之间的间隙，可以采用更大直径的标准量棒进行检测。

同现有技术相比，本发明的发动机供油支板机匣的加工、检测装置及方法，具有以下显著的技术优点：(1)供油支板机匣中的多个支板叶片沿圆周方向不均匀分布，在发动机工作状态下，可以对发动机振动起到调频作用，避免高阶共振；(2)各支板叶片的叶根与叶尖截面叶型不同，支板叶片整体呈三维扭转结构，可以适应上游高压涡轮来流气流角，并为下游低压涡轮提供合适的气流角度，降低气动损失；(3)支板叶片的叶型采用适应流场的扭转设计，可以尽可能减小对上游高压涡轮出口流场的扰动，并可减少对下游涡轮带来的气动激振力，避免引发长时间工作下的低周疲劳，提高发动机运行安全性；(4)支板叶片由于采用三维扭转结构，降低了气动损失以及对流场的扰动，因此可以应用在不同功率等级的燃气轮机中，适应各种尺寸的滑油管路，应用范围更广。(5)采用整体模具熔模铸造的方式生产供油支板机匣毛坯，一次成型，可以保证支板的位置度与叶型精度；(6)在供油支板机匣上，设计有角向定位基准，该定位基准铸造成型，且为非机械加工部位，避免支板不均匀布置带来的加工与装配过程中，基准确定比较困难的问题；(7)在配合面部位采用精密机械加工的方式，可以保证机匣与对象件之间的装配精度，同时降低铸造难度，提高产品合格率，降低成本；(8)采用检测装置对零件进行检测验收，并将检测装置的定位基准设计在支板机匣的定位基准上，采用无余量铸造部位作为基准，避免余量铸造部位由于铸造带来的误差；(9)由于定位基准为非机械加工部位，因此检测装置可以同时用于铸造毛坯以及最终零件的检测验收，检测方便，且精度较高，完全满足工程需要；(10)检测装置设计简单，采用普通三轴数控机床即可完成加工，可以大面积推广应用。

附图说明

图1为本发明的供油支板机匣结构的装配示意图；

图2为本发明的供油支板机匣结构示意图；

图3为本发明的供油支板机匣结构的支板三维示意图；

图4为本发明的供油支板机匣结构的B-B剖视图；

图5为本发明的供油支板机匣结构的检测工装三维示意图；

图6为本发明的供油支板机匣结构与工装的装配检测示意图；

图7为本发明的供油支板机匣结构检测示意图的C-C剖视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明的发动机供油支板机匣结构在发动机中的装配示意图。1为供油支板机匣，2为高压涡轮转子，3为低压涡轮导向器，4为滑油管路。其中，高压涡轮转子1位于上游，低压涡轮导向器3位于下游，供油支板机匣1位于高压涡轮转子2与低压涡轮导向器3之间的过渡段内，并通过焊接等方式与低压涡轮导向器3固定连接到一起。为了保证焊接效果、达到良好的支撑作用并防止主流道内气流的泄漏，供油支板机匣1上的焊接部位，外机匣尾缘105、内机匣尾缘106(图4中所示)与低压涡轮导向器3的对应配合部位整环焊接，并保证流道光顺。考虑到供油支板机匣1与低压涡轮导向器3之间沿内、外流道的整环焊接需要，供油支板机匣1的材料应当选用易于焊接的材料。

图2为本发明的发动机供油支板机匣结构的A向视图。供油支板机匣1内沿周向布置的多个支板叶片101，可以用于布置发动机滑油系统的供-回油管路。多个支板叶片101沿周向不均匀地布置在供油支板机匣1内，在发动机工作状态下，可以对发动机振动起到调频作用，以避免发动机涡轮部件在高速运转条件下发生共振。在本实施例中，沿周向布置有五个支板叶片101，各支板叶片101与角向原点(结构设计的正上方)的夹角103(本实施例中分别为α、β、γ、δ、ε)，经过发动机整机转子动力学优化后设计的各支板叶片沿周向不均布，因此可以避免发动机高速运转条件下发动机涡轮部件的共振问题。此外，由于支板叶片的一个重要作用是为发动机轴承系提供滑油系统的供-回油管路，因此用于布置回油管路的支板叶片101应当位于支板机匣结构1的正下方。

图3为支板叶片的三维结构示意图。与传统的直叶片(叶根与叶尖截面叶型相同)形式的支板结构不同，在本发明中，支板叶片101为三维扭转结构，在本实施例中，通过采用叶根与叶尖两个控制截面控制支板叶型，因此不同的叶根与叶尖控制截面叶型构造的扭转支板为直纹面。这种设计结构，一方面可以适应上游高压涡轮出口的带有预旋角度的来流，另一方面可以为下游低压涡轮提供所需的气流角度，同时，由于设计时考虑上游来流气流角度以及下游涡轮级所需流场，支板叶片对流场带来的影响相对较小，从而可以尽可能减小对上游高压涡轮出口流场的扰动，并可减少对下游涡轮带来的气动激振力，避免引发长时间工作下的低周疲劳，提高发动机运行安全性。综合之下，采用这种设计可以大幅度减小气动损失，提高发动机性能。

支板叶型也可以采用三个及以上的截面叶型进行更精确地控制，以更加适应上游来流的气流角度，以及为下游低压涡轮提供更合适地气流角度。为了确保三维扭转结构的支板叶片可以顺利地布置滑油管路，不管采用几个截面叶型进行支板叶片叶型的控制，多个截面之间的最大叶型厚度位置应当在同一个轴向截面内，且处于同一径向角度线上。为防止支板叶片温度过高，导致滑油管路内部发生滑油结焦，需要保证支板叶片内腔的最大厚度大于滑油管外径，通常而言，该尺寸比滑油管的外径大1.5-3mm。为了保证支板叶片具有一定的强度，支板叶片的壁厚不应小于0.5mm。

由于支板叶片101沿周向不均匀布置，因此为了确定供油支板机匣1的角向零点，在供油支板机匣1的正上方设计有角向定位凸台102，如图2所示。该角向定位凸台102在整个零件的使用寿命周期中始终存在，对于加工及发动机装配均可以起到非常重要的定位作用，可以提高生产效率，为了保证角向定位凸台作为基准的准确性，该角向定位凸台102为无余量设计部位，在铸造过程中即存在于零件毛坯上，与其他部位特征之间的相对位置关系通过模具进行保证。此外，该角向定位凸台102也作为轴向的参考基准之一。如图4所示，该基准前端面与支板叶片最大厚度位置的轴向尺寸104，用于控制支板叶片的最大厚度位置。

为了对采用铸造并结合机械加工生产的供油支板机匣毛坯和零件成品进行检验，确定支板叶片满足使用要求，本发明设计了以下检测装置5，如图5所示，该检测装置5整体呈环形筒体结构，在检测装置5的周向边缘处设置定位凹槽或者凹腔结构501，在环形筒体的圆筒面上设置圆形检测孔502，圆形检测孔502在周向上的数量与供油支板机匣1内的支板叶片数量相对应。在环形筒体上还设置有内环尾缘倒角结构503，用于避让供油支板机匣1的流道型线，也可以设计为其他非对称的倒角形式。

图6为检测装置与支板机匣结构的装配检测示意图，6为标准量棒，图7为图6中装配示意图的C-C剖视图。检测装置5的尺寸根据支板机匣结构的设计图进行配合设计并加工，其中，图7中尺寸504为装置内环尾缘的定位凹槽结构501的轴向前端面距离装置上的圆形孔502孔心的轴向距离，改尺寸与供油支板机匣结构上的尺寸104相同，通过机械加工的方式保证其精度。装置上的定位凹槽结构501，其尺寸根据供油支板机匣结构上的定位结构102的尺寸设计加工，保证满足配合精度要求。

在进行检测时，将检测装置5从供油支板结构1的进口端进行装配，并将装置上的定位凹槽结构501与机匣上的定位结构啮合。然后将标准量棒6通过装置上的圆形检测孔502插入装置内，并检测是否与支板内腔壁面发生碰磨。其中标准量棒6的尺寸根据滑油管路4的外径决定，根据滑油管与支板内腔壁面所需保留的间隙尺寸而定。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种发动机供油支板机匣的加工方法，所述发动机供油支板机匣位于高压涡轮转子与低压涡轮导向器之间的过渡段内，其特征在于，

所述供油支板机匣包括外机匣、内机匣以及设置在所述外机匣和内机匣之间的多个支板叶片，所述多个支板叶片沿周向不均匀地布置在所述供油支板机匣内，以避免发动机涡轮部件在高速运转条件下发生共振；

至少一个所述支板叶片内布置有滑油管路，所述布置有滑油管路的支板叶片设置在所述供油支板机匣内的正下方，以保证发动机的顺利回油；

在所述供油支板机匣的外机匣上设有角向原点参照基准，作为机械加工与发动机组件装配的参考标志，各支板叶片在所述供油支板机匣内的周向布置时，以所述角向原点参照基准为角向原点进行非均匀布置；

其中，

所述供油支板机匣的内机匣、外机匣及二者之间的各支板叶片，采用整体铸造的方式进行加工，以确保支板叶片与供油支板机匣为整体结构，满足强度需要；

对于铸造出的供油支板机匣毛坯，采用机加工方式对零件的配合面进行精密机械加工最终成型，确保满足零件之间的配合精度要求；

所述供油支板机匣通过焊接的方式与低压涡轮导向器固定到一起，其中，所述供油支板机匣的内、外流道尾缘部分与所述低压涡轮导向器的对应配合部位整环光顺焊接，以防止主流道内气流的泄漏并起到支撑的作用。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述供油支板机匣内的各支板叶片在空间上呈三维扭转结构，同一支板叶片不同径向位置处的多个截面叶型中至少有两个截面叶型不相同，使得各支板叶片既能适应上游来流气流角度，又能为下游涡轮提供合适的流场，从而明显地降低气动损失。

3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述角向原点参照基准设置在所述供油支板机匣的正上方。

4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述角向原点参照基准为局部矩形凸台、圆柱形凸台或球状凸台。

5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述机加工方式为采用数控机床或铣床对零件的配合面进行精密机械加工最终成型。

6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，对于供油支板机匣的铸造工序部分，采用整体模具熔模铸造方法铸造毛坯。

7.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，设计供油支板机匣毛坯时，在其内机匣、外机匣及各支板叶片表面采用无余量铸造技术，仅在需要与对象件进行配合的部位设计有铸造余量。

8.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在设计供油支板机匣的整体模具过程中，机匣上的角向原点参照基准与模具进行整体设计，避免角向原点参照基准采用装置定位的方式单独固定在毛坯蜡模或者焊接到毛坯成品上，确保原点参照基准与机匣其他部位之间的相对位置关系，从而通过整体模具，保证支板的位置度与叶型的轮廓度要求，避免采用机械加工方式带来的多个加工基准的转换引起的误差累积。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述的加工方法制造的发动机供油支板机匣的检测装置，其特征在于，

所述检测装置整体呈环形筒体结构，在所述环形筒体的尾缘内侧角向某一位置设置定位凹槽或者凹腔结构，所述定位凹槽或者凹腔结构与所述供油支板机匣正上方的角向定位基准相适配；

在所述环形筒体的的圆筒面上沿周向非均匀地设置多个向心圆形检测孔，所述圆形检测孔在周向上的数量及圆周位置与所述供油支板机匣内的支板叶片的数量及圆周位置相对应；

在所述环形筒体的内壁上还设置有内环尾缘倒角结构，所述内环尾缘倒角结构用于避让供油支板机匣对应位置处的流道型线。

10.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置为环形结构，以棒料为原材料，通过机械加工生产。

11.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，在所述检测装置的尾缘内环侧设计有较大倒角，以避让机匣流道。

12.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置上的定位凹槽或凹腔结构的尺寸，比供油支板机匣上的角向定位基准的结构尺寸大0.03-0.06mm，以确保进行精密配合。

13.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，在所述检测装置的内环侧的外边缘棱边进行倒角，倒角大小应当小于1，以方便进行装配。

14.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，在所述检测装置上的定位凹槽或凹腔结构的底边处进行清根处理，倒圆大小不超过R0.2，确保不影响装置与机匣的装配。

15.一种利用权利要求9～14任一项所述的检测装置对发动机供油支板机匣进行检测的方法，其特征在于，

首先，确定供油支板机匣的各支板叶片的最大厚度轴向位置以及角向位置，以所述角向定位基准的前轴向端面或基准点为轴向基准，以该角向定位基准确定角向位置，在对应于供油支板机匣的各支板叶片内腔最大厚度位置处，沿径向方向加工圆孔，该圆孔的直径尺寸与支板叶片内腔的最大厚度尺寸相同；

其次，将所述检测装置从前侧向所述供油支板机匣推入，直至所述检测装置的内环尾缘处的定位凹槽或凹腔结构与所述供油支板机匣上的角向定位基准紧密啮合为止；

之后，选取比滑油管外径尺寸大1.5mm的标准量棒，从所述检测装置的外环壁面，通过所述检测装置上的圆孔沿径向插入所述支板叶片内腔，其中，标准量棒的长度不小于支板叶片的径向高度与所述检测装置厚度之和；

最后，依据上述标准量棒是否可以顺利地通过支板叶片内腔，并不与支板叶片内腔壁面发生干涉碰撞，则判断支板叶片的加工合格。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在实际操作过程中，为了保证更大的滑油管与支板叶片内腔壁面之间的间隙，采用更大直径的标准量棒进行检测。