CN109356662B - 一种航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法 - Google Patents

一种航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法，包括低压一级涡轮盘、低压二级涡轮盘、封严环以及低压涡轮轴，通过控制封严环的不平衡量、封严环与低压一级涡轮盘的配合量以及低压一、二级涡轮盘形位公差测量并研磨维修、装配位置拟合，在安装底座上，逐层装配低压二级涡轮盘、低压涡轮轴,并逐层检查装配后的形位公差是否合格，如果合格，则装配低压一级涡轮盘以及封严环，借助转接器和定位工装，通过连接螺栓拧紧，并检查装配后的低压一级涡轮盘形位公差合格。本发明方法解决低压涡轮转子形位公差超差和不平衡量超差、转子装配过程不可控、装配质量无法保证、装配不稳定的问题，使装配过程可控，保证低压涡轮转子装配质量和稳定性。

Description

一种航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种航空发动机低压涡轮转子装配技术，具体为一种航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法。
背景技术
航空发动机低压涡轮转子由低压一级涡轮盘、低压二级涡轮盘、封严环、低压涡轮轴等组成。组件的形位公差和不平衡状态是评价低压涡轮转子组件的重要指标。目前，航空发动机低压涡轮转子装配在木制底座上进行，逐层装配低压二级涡轮盘、低压涡轮轴、低压一级涡轮盘以及封严环组件，最后拧紧连接螺栓。但是，低压涡轮转子在组件平衡检查时发现，常出现低压涡轮转子形位公差超差、低压涡轮转子不平衡量超差，装配质量不能保证，需要分解低压涡轮转子重新装配，直至装配合格，费时费力。并且低压涡轮转子经过试车后，转子的形位公差和不平衡状态经常出现较大变化，是装配质量不佳的体现。
发明内容
针对现有技术中航空发动机低压涡轮转子在装配过程中存在不可控、装配质量无法保证、装配不稳定等不足，本发明要解决的问题是提供一种实现低压涡轮转子装配过程可控、保证低压涡轮转子装配的质量和稳定性航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法，低压涡轮转子包括低压一级涡轮盘、低压二级涡轮盘、封严环以及低压涡轮轴，通过控制封严环的不平衡量、封严环与低压一级涡轮盘的配合量以及低压一、二级涡轮盘形位公差测量并研磨维修、装配位置拟合，借助转接器和定位工装，在安装底座上，逐层装配低压二级涡轮盘、低压涡轮轴、低压一级涡轮盘以及封严环，并逐层检查装配后的形位公差是否合格，如果合格，则通过连接螺栓拧紧。
封严环1的不平衡量控制在(50～2500)g·mm；封严环与低压一级涡轮盘的配合量控制在0～过盈0.045mm；测量低压一、二级涡轮盘形位公差不大于0.02mm，超差时研磨维修，直至合格。
按照形位公差拟合最佳装配位置，按照拟合结果，借助转接器和定位工装，在安装底座上，逐层装配低压二级涡轮盘、低压涡轮轴、低压一级涡轮盘以及封严环，并逐层检查装配后的形位公差是否合格，具体操作如下：
将安装底座安装到气浮转台的转盘上，测量安装底座与低压涡轮二级盘配合端面A和柱面B的形位公差不大于0.01mm；
在安装底座上装配低压二级涡轮盘，检查低压二级涡轮盘与安装座配合端面A，0.03mm的塞尺不能通过为合格；测量低压二级涡轮盘与涡轮轴配合止口端面C与柱面D的形位公差不大于0.03mm；
在低压二级涡轮盘上装配低压涡轮轴，用44～45N·m力矩均布固紧各螺母，恢复室温后，拧松螺母，测量低压涡轮轴法兰盘端面G的形位公差不大于0.03mm，低压涡轮轴法兰盘径向H面的形位公差不大于0.03mm，轴承配合面K的形位公差不大于0.04mm；
在低压涡轮轴上安装低压一级涡轮盘及封严环，使用定位工装和转接器通过多个螺母以“十”字交叉法用扭矩扳手渐进拧紧至力矩40～42N·m，并用40～42N·m力矩顺时针依次校验，测量低压涡轮轴K面的形位公差不大于0.04mm，测量低压一级涡轮盘的N、Q面形位公差不大于0.04mm。
C为低压二级涡轮盘与低压涡轮轴配合端面，D为低压二级涡轮盘与与低压涡轮轴配合止口柱面，G为低压涡轮轴与低压一级涡轮盘配合端面，H为低压涡轮轴与低压一级涡轮盘配合止口柱面，K为低压涡轮轴轴承装配柱面，N为低压一级涡轮盘轮毂内径柱面，Q为低压一级涡轮盘轮毂端面。
定位工装包括第一定位环、第二定位环以及轴向支撑，第一定位环和第二定位环为不同直径的圆环，通过轴向支撑同轴连接，其中，第一定位环上均布多个定位孔，与低压一级涡轮盘的相应多个拧紧螺栓孔相位相同；第二定位环均布多个螺孔，与低压一级涡轮盘的多个挡板拧紧螺栓孔相应螺栓孔同心。
转接器包括C形架和定位头，其中，C形架下端与一级涡轮盘拧紧螺母链接，上端设有定位头孔，定位头部分竖直插入定位头孔内并与定位头孔固接在一起；定位头下端露出部分插入定位工装的定位孔中；定位头孔上部空余部分设有力矩扳手连接孔，力矩扳手连接孔与定位头孔轴向垂直。
安装底座为总体空心圆柱形，底部为与转台安装的底脚，上部具有安装凸台，该安装凸台与空心圆柱外圆形成的环形直角面与低压二级涡轮盘底圆配合。
空心圆柱形上端设有双圆环形成的液氮槽。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明低压涡轮转子装配工艺方法解决了低压涡轮转子形位公差超差和不平衡量超差、低压涡轮转子装配过程不可控、装配质量无法保证、装配不稳定的问题，实现低压涡轮转子装配过程可控，保证低压涡轮转子装配的质量和稳定性。
2.本发明方法有效提高了涡轮转子的装配质量，保证了低压涡轮转子的稳定性，有效降低压涡轮转子的分解率和整机振动率；按照每年转子分解率降低20％，整机振动率降低10％计算，以及工厂前低压涡轮转子因装配质量不合格大分率降低到0，每年保守估计节约近800万。
3.本发明方法还可广泛的应用于航空、航天以及民品等各行各业多级盘轴类零组件的装配，特别是飞机发动机、燃气轮机、航天转子部件等装配质量要求较高的转子多级盘轴类件的装配。应用前景十分广泛。
附图说明
图1为本发明中的封严环结构示意图；
图2为封严环与低压一级涡轮盘配合的结构示意图；
图3为低压一级涡轮盘结构示意图；
图4为低压二级涡轮盘结构示意图；
图5为低压二级涡轮盘的安装底座结构示意图；
图6为在安装底座装配低压二级涡轮盘后的结构示意图；
图7为在安装底座和低压二级涡轮盘上安装低压涡轮轴后的结构示意图；
图8为本发明方法中使用的定位工装和转接器；
图9为在低压二级涡轮盘和低压涡轮轴上安装低压一级涡轮盘后的结构示意图。
其中，1为封严环，2为低压一级涡轮盘，3为低压二级涡轮盘，4为安装底座，401为底脚，402为凸台，403为液氮槽，5为低压涡轮轴，601为第一定位环，602为第二定位环，603为轴向支撑，604为定位孔，701为C形架，702为定位头，703为定位头孔，704为矩扳手连接孔，8为连接螺栓，9为转台。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
本发明一种航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法，低压涡轮转子包括低压一级涡轮盘2、低压二级涡轮盘3、封严环1以及低压涡轮轴5，通过控制封严环1的不平衡量、封严环1与低压一级涡轮盘2的配合量以及低压一、二级涡轮盘2、3形位公差测量并研磨维修、装配位置拟合，借助转接器和定位工装，在安装底座4上，逐层装配低压二级涡轮盘3、低压涡轮轴5，如果合格，则装配低压一级涡轮盘2以及封严环1，借助转接器和定位工装，通过连接螺栓拧紧，并检查装配后的低压一级涡轮盘形位公差合格。
如图2所示，封严环1(如图1所示)封装于低压一级涡轮盘2(如图3所示)与低压二级涡轮盘3(如图4所示)之间，封严环1的不平衡量控制在(50～2500)g·mm；封严环1与低压一级涡轮盘的2配合量控制在0～过盈0.045mm；测量低压一、二级涡轮盘2、3形位公差不大于0.02mm，超差时研磨维修，直至合格。
按照形位公差拟合最佳装配位置，按照拟合结果，借助转接器和定位工装，在安装底座4上，逐层装配低压二级涡轮盘3、低压涡轮轴5、低压一级涡轮盘2以及封严环1，并逐层检查装配后的形位公差是否合格，具体操作如下：
如图9所示，将安装底座4安装到气浮转台9的转盘上，测量安装底座4与低压涡轮二级盘3配合端面A和柱面B的形位公差不大于0.01mm；
在安装底座4上装配低压二级涡轮盘3(如图6所示)，检查低压二级涡轮盘3与安装座4配合端面A，0.03mm的塞尺不能通过为合格；测量低压二级涡轮盘3与涡轮轴5配合止口端面C与柱面D的形位公差不大于0.03mm；
在低压二级涡轮盘3上装配低压涡轮轴5(如图7所示)，用44～45N·m力矩均布固紧各螺母，恢复室温后，拧松螺母，测量低压涡轮轴5法兰盘端面G的形位公差不大于0.03mm，低压涡轮轴5法兰盘径向H的形位公差不大于0.03，轴承配合面K的形位公差不大于0.04mm；
在低压涡轮轴5上安装低压一级涡轮盘2及封严环1，使用定位工装和转接器通过38个螺母以“十”字交叉法用扭矩扳手渐进拧紧至力矩40～42N·m，并用40～42N·m力矩顺时针依次校验，测量低压涡轮轴5的K面形位公差不大于0.04，测量低压一级涡轮盘2的N、Q面形位公差不大于0.04。
本实施例中，C为低压二级涡轮盘3与低压涡轮轴5配合端面，D为低压二级涡轮盘3与与低压涡轮轴5配合止口柱面，G为低压涡轮轴5与低压一级涡轮盘2配合端面，H为低压涡轮轴5与低压一级涡轮盘2配合止口柱面，K为低压涡轮轴5轴承装配柱面，N为低压一级涡轮盘2轮毂内径柱面，Q为低压一级涡轮盘2轮毂端面。
本发明中定位工装为安装低压一级涡轮盘专门设计的，转接器配合定位工装使用。如图8所示，定位工装包括第一定位环601、第二定位环602以及轴向支撑603，第一定位环601和第二定位环602为不同直径的圆环，通过轴向支撑603同轴连接，其中，第一定位环601上均布38个定位孔604(不带螺纹)，与低压一级涡轮盘2的相应多个拧紧螺栓孔相位相同；第二定位环602均布38个螺孔，与低压一级涡轮盘2的相应螺栓孔同心。
转接器包括C形架701和定位头702，其中，C形架下端与一级涡轮盘拧紧螺母链接，上端设有定位头孔，定位头702部分竖直插入定位头孔内并与定位头孔固接在一起；定位头702下端露出部分插入定位工装的定位孔604中，起到定位作用；定位头孔上部空余部分设有力矩扳手连接孔，力矩扳手连接孔与定位头孔轴向垂直。
使用时，将定位工装安装到低压一级涡轮盘2上，底部第二定位环601用螺钉与低压一级涡轮盘2拧紧固定。转接器的C形架701底端套入连接螺栓8，通过拧紧螺母与低压一级涡轮盘2固定，定位头702插入到定位工装的定位孔604中，通过力矩扳手连接力矩扳手连接孔704，施加力矩，通过转接器传递到拧紧螺母上实现拧紧。
如图5～6所示，安装底座4为总体空心圆柱形，底部为与转台安装的底脚401，上部具有安装凸台402，该安装凸台402与空心圆柱外圆形成的环形直角面与低压二级涡轮盘3底圆配合。空心圆柱形上端设有双圆环形成的液氮槽403。
装配时，先在装配工装4的液氮槽403放置液氮，液氮挥发完，装配工装被冷却，再将低压二级涡轮盘3放在装配工装4上进行固定。
本发明为解决低压涡轮转子装配过程不可控、装配质量无法保证、装配不稳定的问题而提出的一种航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法，通过该方法实现了低压涡轮转子装配过程可控，保证低压涡轮转子装配的质量和稳定性。连接螺栓拧紧时采用专用定位工装和专用转接器，确保拧紧力矩的稳定性，保证低压涡轮转子装配质量。
本发明方法在生产试用过程中，未出现低压涡轮转子形位公差超差、低压涡轮转子不平衡量超差等问题，有效的提高了涡轮转子的装配质量，保证了低压涡轮转子的稳定性，有效降低压涡轮转子的分解率和整机振动率。按照每年转子分解率降低20％，整机振动率降低10％计算，以及工厂前低压涡轮转子因装配质量不合格大分率降低到0，每年保守估计节约近800万。
该工艺方法还可广泛的应用于航空、航天以及民品等各行各业多级盘轴类零组件的装配，特别是飞机发动机、燃气轮机、航天转子部件等装配质量要求较高的转子多级盘轴类件的装配。应用前景十分广泛。

Claims (6)

1.一种航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法，低压涡轮转子包括低压一级涡轮盘、低压二级涡轮盘、封严环以及低压涡轮轴，其特征在于：通过控制封严环的不平衡量、封严环与低压一级涡轮盘的配合量以及低压一、二级涡轮盘形位公差测量并研磨维修、装配位置拟合，在安装底座上，逐层装配低压二级涡轮盘、低压涡轮轴, 并逐层检查装配后的形位公差是否合格，如果合格，则装配低压一级涡轮盘以及封严环，借助转接器和定位工装，通过连接螺栓拧紧，并检查装配后的低压一级涡轮盘形位公差合格；
定位工装包括第一定位环、第二定位环以及轴向支撑，第一定位环和第二定位环为不同直径的圆环，通过轴向支撑同轴连接，其中，第一定位环上均布多个定位孔，与低压一级涡轮盘的相应多个拧紧螺栓孔相位相同；第二定位环均布多个螺孔，与低压一级涡轮盘的多个挡板拧紧螺栓孔相应螺栓孔同心；
转接器包括C形架和定位头，其中，C形架下端与低压一级涡轮盘拧紧螺母连接，上端设有定位头孔，定位头部分竖直插入定位头孔内并与定位头孔固接在一起；定位头下端露出部分插入定位工装的定位孔中；定位头孔上部空余部分设有力矩扳手连接孔，力矩扳手连接孔与定位头孔轴向垂直。
2.根据权利要求1所述的航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法，其特征在于：封严环1的不平衡量控制在50～2500g·mm；封严环与低压一级涡轮盘的配合量控制在0～过盈0.045mm；测量低压一、二级涡轮盘形位公差不大于0.02 mm，超差时研磨维修，直至合格。
3.根据权利要求1所述的航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法，其特征在于：按照形位公差拟合最佳装配位置，按照拟合结果，借助转接器和定位工装，在安装底座上，逐层装配低压二级涡轮盘、低压涡轮轴、低压一级涡轮盘以及封严环，并逐层检查装配后的形位公差是否合格，具体操作如下：
将安装底座安装到气浮转台的转盘上，测量安装底座与低压涡轮二级盘配合端面A和柱面B的形位公差不大于0.01mm；
在安装底座上装配低压二级涡轮盘，检查低压二级涡轮盘与安装座配合端面A，0.03mm的塞尺不能通过为合格；测量低压二级涡轮盘与涡轮轴配合止口端面C与柱面D的形位公差不大于0.03 mm；
在低压二级涡轮盘上装配低压涡轮轴，用44～45N·m力矩均布固紧各螺母，恢复室温后，拧松螺母，测量低压涡轮轴法兰盘端面G的形位公差不大于0.03 mm，低压涡轮轴法兰盘径向H面的形位公差不大于0.03 mm，轴承配合面K的形位公差不大于0.04 mm；
在低压涡轮轴上安装低压一级涡轮盘及封严环，使用定位工装和转接器通过多个螺母以“十”字交叉法用扭矩扳手渐进拧紧至力矩40～42N·m，并用40～42N·m力矩顺时针依次校验，测量低压涡轮轴K面的形位公差不大于0.04 mm，测量低压一级涡轮盘的N、Q面形位公差不大于0.04 mm。
4.根据权利要求1所述的航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法，其特征在于：C为低压二级涡轮盘与低压涡轮轴配合端面，D为低压二级涡轮盘与与低压涡轮轴配合止口柱面，G为低压涡轮轴与低压一级涡轮盘配合端面，H为低压涡轮轴与低压一级涡轮盘配合止口柱面，K为低压涡轮轴轴承装配柱面，N为低压一级涡轮盘轮毂内径柱面，Q为低压一级涡轮盘轮毂端面。
5.根据权利要求1所述的航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法，其特征在于：安装底座为总体空心圆柱形，底部为与转台安装的底脚，上部具有安装凸台，该安装凸台与空心圆柱外圆形成的环形直角面与低压二级涡轮盘底圆配合。
6.根据权利要求5所述的航空发动机低压涡轮转子装配的工艺方法，其特征在于：空心圆柱形上端设有双圆环形成的液氮槽。
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