CN113118924B - 转子叶片换装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种转子叶片换装方法,其中,将待换装至转子盘的新叶片组安装到模拟盘的榫槽上,模拟盘的榫槽按照转子盘的榫槽加工;在模拟盘带动新叶片组旋转的情况下,对新叶片组的叶尖进行组合磨削加工,使得D01≤D1≤D02且R1≤R0;将组合磨削加工后的新叶片组换装至转子盘。上述转子换装方法可以在更换转子叶片时减少拆装,同时可以有效地控制换装前后转子装配状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种转子叶片换装方法。
背景技术
现代商用涡扇航空发动机为了追求高安全性、高可靠性和高经济性,以及满足适航和环境保护的要求,设计中不断提高涵道比、采用高热力循环参数和较小转静子间隙等手段,在部件效率获得提升的同时,也使得转子的振动问题尤为明显。对于高速旋转的动力装置而言,由于不平衡所导致的离心惯性力或力矩引起的振动会更加显著。
在航空发动机装配过程中,一般都要求转子组件在完成装配及平衡后才能装机,如果转子组件上部分零件需要更换,则更换后零件的转子组件需要重新平衡后才能继续装机。但从当前民用航空发动机的适航需求、经济性需求、在役持续时间需求来看,为避免零组件大规模拆分及复装带来的成本和时间影响,越来越要求发动机零组件具备良好的互换性和具有更多在线更换零件的可能性。航空发动机的高压压气机转子叶片是相对容易受损的零件,一旦发生超过限度的叶片损伤,极其容易造成发动机的重大事故。而在保持航空发动机整机绝大部分零组件基本不拆分的情况下更换转子叶片的技术和能力尤其重要,如果控制不好,其可能对航空发动机的振动水平造成较大影响。当前在发动机整机状态下更换高压压气机转子叶片的方法主要是先单独加工好单件叶片,然后直接替换原装机叶片,该方法面临问题是,更换叶片后的新转子组件的叶片叶尖直径、跳动和转子不平衡量实际值不可控,容易造成发动机的碰摩和振动风险。
因此,需要提供一种转子换装方法,可以减少对发动机的拆装,同时可以有效地控制换装前后转子装配状态。
发明内容
本发明的目的是提供一种转子换装方法,可以在更换转子叶片时减少拆装,同时可以有效地控制换装前后转子装配状态。
本发明提供一种转子叶片换装方法,包括下述步骤:步骤S01、将待换装至转子盘的新叶片组安装到模拟盘的榫槽上,所述模拟盘的榫槽按照所述转子盘的榫槽加工;步骤S02、在所述模拟盘带动所述新叶片组旋转的情况下,对所述新叶片组的叶尖进行组合磨削加工,使得D01≤D1≤D02且R1≤R0,其中,D1=D-Δ1,R1=R+2e,D01、D02是叶尖直径的许用范围的下限值、上限值,R0是许用叶尖跳动,D是所述新叶片组在所述模拟盘上组合磨削加工时的叶尖直径的实测值,Δ1是所述转子盘的榫槽的T线直径的实测值减去所述模拟盘的榫槽的T线直径的实测值得出的差值,R是所述新叶片组在所述模拟盘上组合磨削加工时的叶尖跳动的实测值,e是表征所述模拟盘的旋转中心与所述转子盘的旋转中心之间的差异的数值;步骤S03、将组合磨削加工后的所述新叶片组换装至所述转子盘。
在一个实施方式中,在步骤S01之前,所述转子叶片换装方法包括下述步骤:步骤S11、从所述转子盘拆除待更换的原叶片组,记录各原叶片的角向位置;步骤S12、称重所述原叶片组所有原叶片的重量,并且基于步骤S11中记录的各原叶片的角向位置,计算所述原叶片组的合成不平衡量矢量;步骤S13、对所述新叶片组进行优化排序,使得所述新叶片组的合成不平衡量矢量最接近步骤S12中计算得到的所述原叶片组的合成不平衡量矢量;步骤S01中,按照步骤S13中优化排序后的角向位置,将所述新叶片组安装到所述模拟盘上。
在一个实施方式中,在步骤S03中,按照步骤S13中优化排序后的角向位置,将所述新叶片组换装至所述转子盘。
在一个实施方式中,在步骤S11中,还从所述转子盘拆除叶片平衡块,并且记录各叶片平衡块的角向位置;在步骤S01之前,所述转子叶片换装方法还包括下述步骤:步骤S21、按照步骤S11中记录的各原叶片和各叶片平衡块的角向位置,将所述原叶片组和所述叶片平衡块安装到所述模拟盘;步骤S22、利用所述模拟盘测量所述原叶片组和所述叶片平衡块的实际总合成不平衡量矢量,作为第一矢量;步骤S23、从所述模拟盘拆除所述原叶片组和所述叶片平衡块;在步骤S02之后,所述转子叶片换装方法还包括下述步骤:步骤S31、利用所述模拟盘平衡所述新叶片组,通过调整所述叶片平衡块的角向位置,使得第二矢量与所述第一矢量接近至预定程度,并且记录各叶片平衡块的角向位置,其中,所述第二矢量是所述新叶片组与所述叶片平衡块的实际总合成不平衡量矢量;在步骤S03中,还按照步骤S31中记录的各叶片平衡块的角向位置,将所述叶片平衡块换装至所述转子盘。
在一个实施方式中,判定所述第二矢量与所述第一矢量接近至预定程度的判定标准是:ΔV≤a0*V0;
在一个实施方式中,所述新叶片组包含源自所述原叶片组的部分原叶片和新换的部分新叶片。
在一个实施方式中,在步骤S11中,在发动机整机状态下,拆除对开机匣的上半机匣,借此,从所述转子盘拆除待更换的原叶片组。
在一个实施方式中,在步骤S01之前,所述转子叶片换装方法还包括下述步骤:步骤S41、在所述转子盘或所述模拟盘上试装所述新叶片组,并通过更换缘板加宽的叶片或者磨削叶片缘板的方式,将所述新叶片组的缘板间累积周向间隙调整到预定范围内。
在一个实施方式中,e=|e1-e2|;其中,e1是通过测量所述转子盘的榫槽的跳动数据而获得的所述转子盘的榫槽的偏心量,e2是通过测量所述模拟盘的榫槽的跳动数据而获得的所述模拟盘的榫槽的偏心量。
上述转子叶片换装方法中,使用模拟盘带动新叶片组旋转的同时对新叶片组进行组合磨削加工,可以减小单件叶片加工后再装配产生的累积误差,确保新叶片组叶尖直径的均匀性,而且可以避免对转子盘进行拆装,而在发动机整机状态下更换转子叶片,也即在更换转子叶片时可以减少拆装。而且上述转子叶片换装方法考虑到模拟盘的榫槽与装机的转子盘的榫槽之间的差异,提供了使用模拟盘进行组合磨削加工时对叶尖直径和叶尖跳动进行控制的标准,因而可以精确地控制新叶片组的质量,可以有效地控制换装前后转子装配状态,因而可以整体提升加工效率和装配质量。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显,其中:
图1是根据本发明第一实施例的示例性转子叶片换装方法的流程图。
图2是根据本发明第二实施例的示例性转子叶片换装方法的流程图。
图3是根据本发明第三实施例的示例性转子叶片换装方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步说明,在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明,但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎,因此不应以此具体实施方式的内容限制本发明的保护范围。
例如,在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成,可以包括第一特征和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式,也可包括在第一特征和第二特征之间形成附加特征的实施方式,从而第一特征和第二特征之间可以不直接联系。进一步地,当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的,该说明包括第一元件和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式,也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一元件和第二元件间接地相连或彼此结合。
本发明提供的转子叶片换装方法F0的第一实施例如图1所示。
如图1所示,转子叶片换装方法F0包括步骤S01、步骤S02和步骤S03。需要理解,文中使用标号S01、S02、S03以及后面将会出现的S11、S21、S31、S41等来描述各步骤,仅是为了方便描述,而非通过标号的大小来限制各步骤的执行顺序,也即,各步骤之间的执行顺序可以合理地调换,除非有特殊说明。而且表述“包括”、“包含”等仅提示包括已明确标识的步骤,而这些步骤并不构成一个排它性的罗列,例如,相应的方法也可能包含其他的步骤。
步骤S01:将待换装至转子盘的新叶片组安装到模拟盘的榫槽上。
前述模拟盘的榫槽按照前述转子盘的榫槽加工。
例如,前述模拟盘的榫槽可以按照作为原装机零件的前述转子盘的图纸来加工,使得实物尽可能符合图纸要求。
步骤S02:在模拟盘带动新叶片组旋转的情况下,对新叶片组的叶尖进行组合磨削加工,使得D01≤D1≤D02且R1≤R0。
其中,D1=D-Δ1,R1=R+2e。D01、D02是叶尖直径的许用范围的下限值、上限值;R0是许用叶尖跳动;D是前述新叶片组在前述模拟盘上组合磨削加工时的叶尖直径的实测值;Δ1是前述转子盘的榫槽的T线直径的实测值减去前述模拟盘的榫槽的T线直径的实测值得出的差值;R是前述新叶片组在前述模拟盘上组合磨削加工时的叶尖跳动的实测值;e是表征前述模拟盘的旋转中心与前述转子盘的旋转中心之间的差异的数值。
在一个实施方式中,可以将前述模拟盘安装在高速磨床设备上,磨削时,依靠高速磨床设备使得前述模拟盘带动前述新叶片组高速旋转。高速旋转时,在离心力作用下可以使得新叶片组的各叶片接近处于实际工作状态时的位置。高速旋转的转速例如可以在1000~4000rpm。文中使用“~”表示的范围值均包含两个端点值。
在一个实施方式中,前述转子盘或模拟盘的榫槽的T线直径的实测值可以通过获得其T线半径的实测值然后乘以二得到。
在一个实施方式中,e=|e1-e2|。其中,e1是通过测量前述转子盘的榫槽的跳动数据而获得的前述转子盘的榫槽的偏心量,e2是通过测量前述模拟盘的榫槽的跳动数据而获得的前述模拟盘的榫槽的偏心量。也即,e是前述转子盘的榫槽的偏心量与前述模拟盘的榫槽的偏心量之间的差值,借此来表征前述模拟盘的旋转中心与前述转子盘的旋转中心之间的差异。这种表征方式使得e容易通过测量得到。
可以理解,文中使用了特定词语来描述本发明的实施方式,如“一个实施方式”、“另一实施方式”等意指与本发明至少一个实施方式相关的某一特征、结构或特点。因此,应强调并注意的是,本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一个实施方式”或“另一实施方式”并不一定是指同一实施方式。此外,本发明的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
步骤S03:将组合磨削加工后的新叶片组换装至转子盘。
至此,可以实现新叶片组到转子盘的换装。
上述转子叶片换装方法F0中,使用前述模拟盘带动前述新叶片组旋转的同时对前述新叶片组进行组合磨削加工,相对于传统对单件新叶片单独加工的工艺而言,可以减小单件叶片加工后再装配产生的累积误差,确保新叶片组叶尖直径的均匀性,还有利于控制新叶片组的叶尖直径和叶尖跳动,可以提升加工效率和装配质量。而相比于直接使用转子盘,使用模拟盘可以避免对转子盘的拆装,因而无需对发动机整机实施大规模的分解,便可以实现转子叶片组的换装,不仅可以降低人力成本,也可以避免拆装转子盘时可能造成的误差或损伤。
而且,发明人认识到,由于加工误差等,模拟盘的榫槽与装机的转子盘的榫槽在尺寸和形位公差上存在一定差异,在模拟盘上进行组合磨削加工后的新叶片组被安装到装转子盘上后,叶尖直径和叶尖跳动会发生一定的变化。上述转子叶片换装方法F0中将模拟盘与转子盘之间的差异量化,并且在对新叶片组的叶尖进行组合磨削加工的过程中,对叶尖直径和叶尖跳动进行控制时,考虑了这种差异,因而可以精确地控制新叶片组的整圈叶片的直径和跳动。
图2示出了本发明提供的转子叶片换装方法F0的第二实施例。图2示出的第二实施例中,转子叶片换装方法F0也包括步骤S01、步骤S02和步骤S03,第二实施例选择性地省略了关于步骤S01、步骤S02和步骤S03等的相同技术内容的说明,关于省略部分的说明可参照前述的第一实施例,第二实施例不再重复赘述,后述的第三实施例也是类似的处理。
图2中,在步骤S01之前,转子叶片换装方法F0还可以包括步骤S11、步骤S12和步骤S13。
步骤S11:从转子盘拆除待更换的原叶片组,记录各原叶片的角向位置。
例如,在步骤S11中,可以在发动机整机状态下,拆除对开机匣的上半机匣,借此,从前述转子盘拆除待更换的原叶片组。例如,该对开机匣可以是高压压气机的对开机匣。可以将发动机整机调整至水平状态并固定可靠,然后再拆除高压压气机对开机匣的上半机匣。在一个实施方式中,前述新叶片组可以包含源自前述原叶片组的部分原叶片和新换的部分新叶片。也即,新叶片组可以由部分原叶片和部分新叶片组成,换言之,仅对转子盘的部分叶片进行更换。在另一实施方式中,前述新叶片组可以全部由新叶片组成,换言之,对转子盘的全部叶片进行更换。
步骤S12:称重原叶片组所有原叶片的重量,并且基于步骤S11中记录的各原叶片的角向位置,计算原叶片组的合成不平衡量矢量。
不平衡量矢量意指包括矢量大小和方向角的方向矢量。例如,基于各原叶片的单片重量和分布的角向位置,可以按照平行四边形法则计算得到合成不平衡量矢量。可以理解,使用“第一”、“第二”等词语来限定特征,仅仅是为了便于对相应特征进行区别,如没有另行声明,上述词语并没有特殊含义,因此也不能理解为对本发明保护范围的限制。
步骤S13:对新叶片组进行优化排序,使得新叶片组的合成不平衡量矢量最接近步骤S12中计算得到的原叶片组的合成不平衡量矢量。
图2中,步骤S01中,可以按照步骤S13中优化排序后的角向位置,将前述新叶片组安装到前述模拟盘上。
图2示出的实施方式中,在步骤S03中,可以按照步骤S13中优化排序后的角向位置,将前述新叶片组换装至前述转子盘。
图3示出了本发明提供的转子叶片换装方法F0的第三实施例。图3示出的第三实施例中,转子叶片换装方法F0也包括步骤S01、步骤S02和步骤S03,以及在步骤S01之前的步骤S11、步骤S12和步骤S13。然而,图3中步骤S11与图2的步骤S11的不同在于,图3中,除了从前述转子盘拆除待更换的原叶片组并且记录各原叶片的角向位置以外,在步骤S11中,还从前述转子盘拆除叶片平衡块,并且记录各叶片平衡块的角向位置。换言之,如图3所示,步骤S11中,从前述转子盘拆除待更换的原叶片组及叶片平衡块,记录各原叶片和各叶片平衡块的角向位置。叶片平衡块是用于补偿转子组件不平衡量的配重块,常常设置在叶片榫头下方,因而可以称之为叶片下平衡块。
图3的实施方式中,在步骤S01之前,转子叶片换装方法F0还可以包括步骤S21、步骤S22和步骤S23。
步骤S21:按照步骤S11中记录的各原叶片和各叶片平衡块的角向位置,将原叶片组和叶片平衡块安装到模拟盘。
换言之,将前述原叶片组和叶片平衡块安装到模拟盘,其中,原叶片组和叶片平衡块安装的角向位置与步骤S11中记录的角向位置相同。
步骤S22:利用模拟盘测量原叶片组和叶片平衡块的实际总合成不平衡量矢量,作为第一矢量。
换言之,将前述模拟盘作为平衡工装,通过模拟盘来对原叶片组和叶片平衡块进行实物平衡,从而测量实际总合成不平衡量矢量。
步骤S23:从模拟盘拆除原叶片组和叶片平衡块。
继续参见图3,在步骤S02之后,转子叶片换装方法F0还可以包括:步骤S31、利用模拟盘平衡新叶片组,通过调整叶片平衡块的角向位置,使得第二矢量与第一矢量接近至预定程度,并且记录各叶片平衡块的角向位置。其中,第二矢量是新叶片组与叶片平衡块的实际总合成不平衡量矢量。
图3中步骤S03相比于图2的步骤S03也进行了改进。改进点在于,图3中,除了按照步骤S13中新叶片组在优化排序后的角向位置来换装前述新叶片组以外,还按照步骤S31中记录的各叶片平衡块的角向位置,将叶片平衡块换装至转子盘。换言之,步骤S03中,可以在从模拟盘拆除新叶片组和叶片平衡块之后,按照步骤S13中前述新叶片组在优化排序后的角向位置以及步骤S31中记录的各叶片平衡块的角向位置,将前述新叶片组及前述叶片平衡块换装至前述转子盘。
步骤S31中,判定第二矢量与第一矢量接近至预定程度的判定标准是:
ΔV≤a0*V0;
图3示出的实施方式中,在步骤S01之前,转子叶片换装方法F0还可以包括步骤S41。图3示出的实施方式中,转子叶片换装方法F0包括步骤S13,步骤S41可以设置在步骤S13之前。
步骤S41:在转子盘或模拟盘上试装新叶片组,并通过更换缘板加宽的叶片或者磨削叶片缘板的方式,将新叶片组的缘板间累积周向间隙调整到预定范围内。具体操作时,以在转子盘上试装新叶片组为例,例如,在发动机整机状态下,将新叶片组试装到转子盘的例如燕尾型榫槽中,然后将新叶片组的所有叶片沿同一方向移动并使其缘板端面贴靠后,用塞尺测量首尾两个叶片缘板端面之间的间隙,即为缘板间累积周向间隙。如果实测间隙大于要求的范围值,则将部分缘板宽度为标准值的新叶片更换为缘板宽度稍大的新叶片,再按前述方法重复测量新叶片组的缘板间累积周向间隙,直至合格为止。如果实测间隙小于要求的范围值,则将部分新叶片的缘板进行磨削去量,然后再按前述方法重复测量新叶片组的缘板间累积周向间隙,直至合格为止。采用模拟盘可以避免发动机整机状态下在转子盘上的操作容易造成多余物掉落入发动机内部。
在一个实施方式中,在步骤S11之后,又例如在步骤S41之前,可以测量前述转子盘的榫槽(也即,原叶片组所处榫槽)的跳动数据继而获得其偏心量e1,测量模拟盘的榫槽的跳动数据继而获得其偏心量e2,然后计算得到表征前述模拟盘的旋转中心与前述转子盘的旋转中心之间的差异的e。
如前所述,可以在发动机整机状态下,拆除对开机匣的上半机匣,借此,从转子盘拆除待更换的原叶片组。此时,在步骤S03之后,可以复装对开机匣的上半机匣,恢复发动机整机至完整状态。
使用上述转子换装方法,可以在不分解发动机整机的前提下,将例如高压压气机转子上的某级或某几级旧叶片更换为新叶片,而且,可以使得新叶片组的缘板累积周向间隙满足设计要求,还可以使得新叶片组的叶尖直径及叶尖跳动与原叶片组尽可能接近,而且还使得含有新叶片组的转子组件的不平衡量矢量与原转子组件尽可能接近。这可以有效控制换装前后转子装配状态,显著提升发动机返修效率并降低成本。
本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能的变动和修改。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰,均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种转子叶片换装方法,其特征在于,包括下述步骤:
步骤S01、将待换装至转子盘的新叶片组安装到模拟盘的榫槽上,所述模拟盘的榫槽按照所述转子盘的榫槽加工;
步骤S02、在所述模拟盘带动所述新叶片组旋转的情况下,对所述新叶片组的叶尖进行组合磨削加工,使得D01≤D1≤D02且R1≤R0,其中,D1=D-Δ1,R1=R+2e,D01、D02是叶尖直径的许用范围的下限值、上限值,R0是许用叶尖跳动,D是所述新叶片组在所述模拟盘上组合磨削加工时的叶尖直径的实测值,Δ1是所述转子盘的榫槽的T线直径的实测值减去所述模拟盘的榫槽的T线直径的实测值得出的差值,R是所述新叶片组在所述模拟盘上组合磨削加工时的叶尖跳动的实测值,e是表征所述模拟盘的旋转中心与所述转子盘的旋转中心之间的差异的数值;
步骤S03、将组合磨削加工后的所述新叶片组换装至所述转子盘;并且
在步骤S01之前,所述转子叶片换装方法包括下述步骤:
步骤S11、从所述转子盘拆除待更换的原叶片组,记录各原叶片的角向位置;
步骤S12、称重所述原叶片组所有原叶片的重量,并且基于步骤S11中记录的各原叶片的角向位置,计算所述原叶片组的合成不平衡量矢量;
步骤S13、对所述新叶片组进行优化排序,使得所述新叶片组的合成不平衡量矢量最接近步骤S12中计算得到的所述原叶片组的合成不平衡量矢量;
步骤S01中,按照步骤S13中优化排序后的角向位置,将所述新叶片组安装到所述模拟盘上。
2.如权利要求1所述的转子叶片换装方法,其特征在于,
在步骤S03中,按照步骤S13中优化排序后的角向位置,将所述新叶片组换装至所述转子盘。
3.如权利要求1所述的转子叶片换装方法,其特征在于,
在步骤S11中,还从所述转子盘拆除叶片平衡块,并且记录各叶片平衡块的角向位置;
在步骤S01之前,所述转子叶片换装方法还包括下述步骤:
步骤S21、按照步骤S11中记录的各原叶片和各叶片平衡块的角向位置,将所述原叶片组和所述叶片平衡块安装到所述模拟盘;
步骤S22、利用所述模拟盘测量所述原叶片组和所述叶片平衡块的实际总合成不平衡量矢量,作为第一矢量;
步骤S23、从所述模拟盘拆除所述原叶片组和所述叶片平衡块;
在步骤S02之后,所述转子叶片换装方法还包括下述步骤:
步骤S31、利用所述模拟盘平衡所述新叶片组,通过调整所述叶片平衡块的角向位置,使得第二矢量与所述第一矢量接近至预定程度,并且记录各叶片平衡块的角向位置,其中,所述第二矢量是所述新叶片组与所述叶片平衡块的实际总合成不平衡量矢量;
在步骤S03中,还按照步骤S31中记录的各叶片平衡块的角向位置,将所述叶片平衡块换装至所述转子盘。
5.如权利要求1至4中任一项所述的转子叶片换装方法,其特征在于,
所述新叶片组包含源自所述原叶片组的部分原叶片和新换的部分新叶片。
6.如权利要求1至4中任一项所述的转子叶片换装方法,其特征在于,
在步骤S11中,在发动机整机状态下,拆除对开机匣的上半机匣,借此,从所述转子盘拆除待更换的原叶片组。
7.如权利要求1至4中任一项所述的转子叶片换装方法,其特征在于,
在步骤S01之前,所述转子叶片换装方法还包括下述步骤:
步骤S41、在所述转子盘或所述模拟盘上试装所述新叶片组,并通过更换缘板加宽的叶片或者磨削叶片缘板的方式,将所述新叶片组的缘板间累积周向间隙调整到预定范围内。
8.如权利要求1所述的转子叶片换装方法,其特征在于,
e=|e1-e2|;
其中,e1是通过测量所述转子盘的榫槽的跳动数据而获得的所述转子盘的榫槽的偏心量,e2是通过测量所述模拟盘的榫槽的跳动数据而获得的所述模拟盘的榫槽的偏心量。
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