CN109895005B - 一种用于转子榫连接装配的锁销预装配工装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于转子榫连接装配的锁销预装配工装结构，包括U形钳、冲铆底座、液压驱动的冲铆头，U形钳的弯折深度及两个弯折臂之间的相对宽度应使带有榫头的整个转子叶片置入，并使得转子叶片通过其榫头安装在轮盘榫槽并插入锁销后，冲铆底座和冲铆头对中夹持锁销并分别位于锁销的头部和尾部，冲铆头用以在锁销尾部形成未完全紧固叶片榫头的扩口，以方便转子叶片后继的装配。本发明的锁销预装配工装结构，可用在燃气轮机、发动机等叶轮机械的旋转轮盘部件，可实现轮盘榫槽不同叶片安装角情况下，进行与锁销同轴方向高精度冲铆，可避免锁销装配偏心问题，具有简单易操作，安装定位精度高的优点，并可实现通用的叶片、锁销预装配。

Description

一种用于转子榫连接装配的锁销预装配工装结构

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机、发动机等转子榫连接的锁销预锁紧装配工装结构，该工装结构简单，易操作，可实现锁销锁紧的榫连接结构的锁销快速安装装配，提高工作效率。

背景技术

地面燃气轮机、航空发动机等叶轮机械中大量使用高速旋转转子结构。由于现行加工、铸造水平的限制，中等尺寸及大尺寸地面燃气轮机、航空发动机涡轮转子无法实现叶片和轮盘一体加工，叶片和轮盘通常采用分别加工，通过榫连接结构装配成转子的方式。涡轮多采用枞树榫结构，压气机多采用燕尾榫结构。二者榫结构齿形有差别，但装配方法通用，本专利通用于涡轮和压气机转子带锁销的榫连接的预装配。

榫连接由榫头和榫槽组成，是叶片和轮盘连接的承力构件。叶片上的榫头和轮盘上的榫槽二维造型是统一设计的，二者应力水平相当，并经过大量计算和试验验证最终定型。具体在涡轮或压气机转子应用时，根据转子叶片造型、叶片数、安装角等调整转子榫连接参数(轴向长度、榫宽、安装角等)，形成转子榫连接三维结构。榫头与榫槽啮合装配，通过齿面接触实现叶片径向和周向的定位。为实现叶片和轮盘轴向定位和榫结构锁紧，通常在榫头和榫槽之间采用锁销或锁片结构。

利用现有的锁销装配工装(如中国专利申请CN201710253011等)进行装配时，由于转子榫连接装配时，需一次将所有锁销装入，并且采用冲铆端朝上的状态进行定位和冲铆。在此过程中易发生部分锁销脱落，需反复将脱落锁销复装，导致装配效率大大降低。一种可行的方法是对锁销先进行强度较小的冲铆扩口，将叶片和锁销固定在榫槽中，此预装配过程允许锁销在榫连接结构中有轻微松动。但受叶片三维结构影响，榫头方向通常与发动机/燃气轮机轴线有一夹角，使得锁销冲铆锁紧时难以定位，若冲铆力偏心易导致锁销折弯或造成应力集中引起叶片和盘损伤。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明提出了一种用于转子榫连接装配的锁销预装配工装结构，可用在燃气轮机、发动机等叶轮机械的旋转轮盘部件，其目的是在轮盘榫槽不同叶片安装角情况下，进行与锁销同轴方向高精度冲铆，即可使转子在各种放置状态下进行叶片、锁销的预装配，冲铆定位准确，可避免锁销装配偏心问题，具有简单易操作，安装定位精度高的优点，并可实现通用的叶片、锁销预装配。

本发明为解决其技术问题所提供的技术方案为：

一种用于转子榫连接装配的锁销预装配工装结构，包括U形钳、冲铆底座、液压驱动的冲铆头，其特征在于，

所述U形钳包括对称布置的第一弯折臂和第二弯折臂以及位于二者之间的过渡连接臂，其中，所述冲铆底座设置在所述第一弯折臂的末端，所述冲铆头设置在所述第二弯折臂的末端，所述冲铆底座与冲铆头同轴相对布置，且所述冲铆头的作动轴线与所述冲铆底座的作用平面垂直，

所述U形钳的弯折深度及两个弯折臂之间的相对宽度应使带有榫头的整个转子叶片置入，并使得转子叶片通过其榫头安装在轮盘榫槽并插入锁销后，所述冲铆底座和冲铆头对中夹持所述锁销并分别位于所述锁销的头部和尾部，所述冲铆头用以在所述锁销尾部形成未完全紧固叶片榫头的均匀扩口，以方便转子叶片后继的装配。

优选地，所述转子叶片通过其榫头安装在轮盘榫槽并插入锁销后，所述锁销的头部和尾部处于露出状态。

优选地，所述冲铆头通过一转接套筒可拆卸地连接在一液压油缸的作动杆的末端，所述液压油缸的缸筒固定设置在所述第二弯折臂的末端，且所述冲铆头、转接套筒和液压油缸与所述冲铆底座位于同一轴线上，所述冲铆头的作动轴线与所述冲铆底座的作用平面垂直。

优选地，所述转接套筒用于转接不同规格和尺寸的冲铆头。

进一步地，所述冲铆头、转接套筒和液压油缸小间隙配合，并与所述冲铆底座位于同一轴线上，以保证锁销预装配工装对中夹持锁销，以使冲铆力可以正对锁销方向，形成均匀扩口。

进一步地，所述液压油缸缓慢推动所述冲铆头移动使得所述冲铆底座、冲铆头和锁销处于卡紧状态并实现空间对中定位后，加大所述液压油缸的液压力至预定液压力，直至所述锁销的尾部形成一未完全紧固叶片榫头的扩口。

进一步地，所述预定液压力通过理论计算和/或前期试验确定，使锁销扩口至所需尺寸。

本发明的第二个发明目的在于，提供一种利用本发明上述工装结构进行转子榫连接锁销预装配的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

SS1.通过动平衡试验确定各转子叶片在轮盘一周的排列顺序；

SS2.按步骤SS1确定的排列顺序将转子叶片和锁销一一装入对应的轮盘榫槽中，并使各锁销头部和尾部露出；

SS3.检查并调整锁销预装配工装，使得所述冲铆头与冲铆底座位于同一轴线上，且所述冲铆头的作动轴线与所述冲铆底座的作用平面垂直；

SS4.将锁销预装配工装套入一转子叶片，使所述冲铆底座和冲铆头分别对中其锁销的头部和尾部，缓慢驱动所述冲铆头使得所述冲铆底座、冲铆头和锁销处于卡紧状态并实现空间对中定位，之后缓慢加大所述冲铆头的液压驱动力至预定液压力，直至所述锁销的尾部形成一未完全紧固叶片榫头的均匀扩口，以实现转子叶片与轮盘的连接；

SS5.重复步骤SS4，逐一完成所有转子叶片锁销的预装配。

优选地，步骤SS3中，通过如下步骤完成锁销预装配工装的检查及调整：

首先，将所述冲铆头作动至所述冲铆底座，检查二者是否对心，如不对心则调整至对心；

其次，检查所述冲铆头的作动轴线是否与所述冲铆底座的作用平面垂直，如不垂直则调整至垂直；

再次，检查所述冲铆头与所述液压油缸及转接套筒的作动轴线是否同轴，如不同轴则调整至同轴；

最后，卸载液压，使所述冲铆头移至远离所述冲铆底座的最远端。

同现有技术相比，本发明的用于转子榫连接装配的锁销预装配工装结构及方法具有以下优点：①借助锁销预装配工装可使转子在各种放置状态下进行叶片、锁销的预装配，转子叶片安装角度无具体局限值，既可用于与转子轴线有夹角的榫连接锁紧，也可用于直榫连接锁紧，冲铆定位准确，可避免锁销装配偏心问题；②借助锁销预装配工装对锁销进行较小的扩口，将叶片和轮盘连接在一起，方便将转子叶片排序固定和整个转子的转运，减少后继装配调试、核对叶片顺序的工作量；③锁销预装配工装结构简单重量轻，方便手持操作，可在轮盘固定放置状态下快捷完成整盘叶片预装，并可用于轮盘不同安装角的情况；④采用液压提供冲铆力，相比敲击方式可避免偏载引起锁销折弯或扩口偏斜，相比螺纹压紧方式可避免冲铆过程带来的扭矩；⑤可更换冲铆头，适于多形式锁销扩口结构。

附图说明

图1为现有锁销锁紧的转子榫连接结构示意图；

图2为现有锁销锁紧的榫连接端面细节结构示意图；

图3为现有带锁销转子榫连接沿榫头方向剖面图；

图4为本发明的转子榫连接锁销预装配工装示意图；

图5为本发明的转子榫连接锁销预装配工装剖视图。

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。

如图1～3所示，现有锁销锁紧的转子榫连接结构中，根据叶片安装角，榫连接方向通常与转子轴向呈一夹角θ，在榫连接最下侧位置，榫头底部凹槽可置入锁销，用于固定榫连接结构。为保证锁销的定位与安装，在叶片榫头和轮盘榫槽前缘和尾缘与锁销配合位置布置有锥面，榫槽1和榫头2分别在前缘、尾缘加工半锥面，二者装配后形成整个锥面，锁销3由前缘插入，与前锥面配合定位，锁销尾缘扩口，起到固定榫头的作用。利用现有的锁销装配工装进行装配时，由于转子榫连接装配时，需一次将所有锁销装入，并且采用冲铆端朝上的状态进行定位和冲铆，在此过程中易发生部分锁销脱落，需反复将脱落锁销复装，导致装配效率大大降低。

如图4、5所示，本发明为实现榫连接锁销的预装配，提出了一种用于转子榫连接装配的锁销预装配工装结构，由U形钳11、冲铆底座12、液压油缸13、转接套筒14、冲铆头15等部件组成。其中，U形钳11包括对称布置的第一弯折臂和第二弯折臂以及位于二者之间的过渡连接臂，冲铆底座12固定设置在第一弯折臂的末端，液压油缸13的缸筒固定设置在第二弯折臂的末端，冲铆头15通过转接套筒14可拆卸地连接在液压油缸13的作动杆的末端，且冲铆头15、转接套筒14和液压油缸13与冲铆底座12位于同一轴线上，冲铆头15的作动轴线与冲铆底座12的作用平面垂直。U形钳11的弯折深度以及两弯折臂之间的相对宽度应可将带有榫头2的整个转子叶片置入，以使冲铆底座12和冲铆头15能与锁销3在空间上对中；并且U形钳11应具有一定刚度，不易变形，以保证冲铆底座12、冲铆头15和锁销3的对中尺寸精度。冲铆头15、转接套筒14和液压油缸13小间隙配合，并与冲铆底座12位于同一轴线上，以保证锁销预装配工装可对中夹持锁销3，以使冲铆力可以正对锁销方向，形成均匀扩口。液压油缸13末端接液压泵，通过施加足够液压，在锁销尾部形成未完全紧固叶片榫头2的扩口，从而将叶片榫头2和轮盘榫槽1连接在一起，并方便后继的装配。

利用本发明上述工装结构进行转子榫连接锁销预装配时可按照如下步骤进行：

SS1.在锁销预装配前通过动平衡试验确定转子叶片在轮盘一周的排列顺序，转子叶片装入轮盘示意图见图2。

SS2.按确定排序将各叶片的榫头2和锁销3一一装入对应的轮盘榫槽1中，并使各锁销3的头部和尾部露出，如图3所示。

SS3.检查并调整锁销预装配工装冲铆头15、转接套筒14、冲铆底座12在同一轴线上，最终保证：①将冲铆头15作动至冲铆底座12，二者对心；②检查冲铆头15作动轴线与冲铆底座12平面垂直；③检查冲铆头15和转接套筒14对作动轴线同轴。卸载液压，使冲铆头15移至最远端。将U形钳套过转子叶片，使冲铆底座12和冲铆头15分别对中锁销3的头部和尾部。

SS4.打开液压泵，缓缓增加液压力，并同时检查使冲铆底座12、冲铆头15和锁销3处于卡紧状态。加大至预定液压力，使锁销3扩口。预定液压力可通过理论计算和前期试验确定，使锁销扩口至所需尺寸。

SS5.安装下一榫槽和对应叶片，重复以上安装步骤，直至完成所有锁销的预装配。

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 (9)

1.一种用于转子榫连接装配的手持式锁销预装配工装结构，包括可手持的U形钳、冲铆底座、液压驱动的冲铆头，其特征在于，

所述U形钳包括对称布置的第一弯折臂和第二弯折臂以及位于二者之间的过渡连接臂，其中，所述冲铆底座设置在所述第一弯折臂的末端，所述冲铆头设置在所述第二弯折臂的末端，所述冲铆底座与冲铆头同轴相对布置，且所述冲铆头的作动轴线与所述冲铆底座的作用平面垂直，

所述U形钳的弯折深度及两个弯折臂之间的相对宽度应使带有榫头的整个转子叶片置入，并使得转子叶片通过其榫头安装在轮盘榫槽并插入锁销后，所述冲铆底座和冲铆头对中夹持所述锁销并分别位于所述锁销的头部和尾部，所述冲铆头用以在所述锁销尾部形成未完全紧固叶片榫头的均匀且较小的扩口，以方便转子叶片后继的装配；

所述锁销预装配工装在使用时按照如下步骤进行：

SS1.通过动平衡试验确定各转子叶片在轮盘一周的排列顺序；

SS2.按步骤SS1确定的排列顺序将转子叶片的榫头和锁销一一装入对应的轮盘榫槽中，并使各锁销的头部和尾部露出；

SS3.检查并调整锁销预装配工装，使得所述冲铆头与冲铆底座位于同一轴线上，且所述冲铆头的作动轴线与所述冲铆底座的作用平面垂直；

SS4.以手持方式将所述U形钳套入一转子叶片，使所述冲铆底座和冲铆头分别对中锁销的头部和尾部，缓慢驱动所述冲铆头使得所述冲铆底座、冲铆头和锁销处于卡紧状态并实现空间对中定位，之后缓慢加大所述冲铆头的液压驱动力至预定液压力，直至所述锁销的尾部形成一未完全紧固叶片榫头的均匀且较小的扩口，以实现转子叶片与轮盘的连接；

SS5.重复步骤SS4，逐一完成所有转子叶片锁销的预装配。

2.根据权利要求1所述的手持式锁销预装配工装结构，其特征在于，所述转子叶片通过其榫头安装在轮盘榫槽并插入锁销后，所述锁销的头部和尾部处于露出状态。

3.根据权利要求1所述的手持式锁销预装配工装结构，其特征在于，所述冲铆头通过一转接套筒可拆卸地连接在一液压油缸的作动杆的末端，所述液压油缸的缸筒固定设置在所述第二弯折臂的末端，且所述冲铆头、转接套筒和液压油缸与所述冲铆底座位于同一轴线上，所述冲铆头的作动轴线与所述冲铆底座的作用平面垂直。

4.根据权利要求3所述的手持式锁销预装配工装结构，其特征在于，所述转接套筒用于转接不同规格和尺寸的冲铆头。

5.根据权利要求4所述的手持式锁销预装配工装结构，其特征在于，所述冲铆头、转接套筒和液压油缸小间隙配合，并与所述冲铆底座位于同一轴线上，以保证锁销预装配工装对中夹持锁销，以使冲铆力可以正对锁销方向，形成均匀且较小的扩口。

6.根据权利要求5所述的手持式锁销预装配工装结构，其特征在于，所述液压油缸缓慢推动所述冲铆头移动使得所述冲铆底座、冲铆头和锁销处于卡紧状态并实现空间对中定位后，加大所述液压油缸的液压力至预定液压力，直至所述锁销的尾部形成一未完全紧固叶片榫头的较小的扩口。

7.根据权利要求6所述的手持式锁销预装配工装结构，其特征在于，所述预定液压力通过理论计算或前期试验确定，使锁销扩口至所需尺寸。

8.一种利用权利要求3至7任一项所述的手持式锁销预装配工装结构进行转子榫连接锁销预装配的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

SS1.通过动平衡试验确定各转子叶片在轮盘一周的排列顺序；

SS2.按步骤SS1确定的排列顺序将转子叶片的榫头和锁销一一装入对应的轮盘榫槽中，并使各锁销的头部和尾部露出；

SS3.检查并调整锁销预装配工装，使得所述冲铆头与冲铆底座位于同一轴线上，且所述冲铆头的作动轴线与所述冲铆底座的作用平面垂直；

SS4.以手持方式将所述U形钳套入一转子叶片，使所述冲铆底座和冲铆头分别对中其锁销的头部和尾部，缓慢驱动所述冲铆头使得所述冲铆底座、冲铆头和锁销处于卡紧状态并实现空间对中定位，之后缓慢加大所述冲铆头的液压驱动力至预定液压力，直至所述锁销的尾部形成一未完全紧固叶片榫头的均匀且较小的扩口，以实现转子叶片与轮盘的连接；

SS5.重复步骤SS4，逐一完成所有转子叶片锁销的预装配。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤SS3中，通过如下步骤完成锁销预装配工装的检查及调整：

首先，将所述冲铆头作动至所述冲铆底座，检查二者是否对心，如不对心则调整至对心；

其次，检查所述冲铆头的作动轴线是否与所述冲铆底座的作用平面垂直，如不垂直则调整至垂直；

再次，检查所述冲铆头与所述液压油缸及转接套筒的作动轴线是否同轴，如不同轴则调整至同轴；

最后，卸载液压，使所述冲铆头移至远离所述冲铆底座的最远端。

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