CN113565588B - 低压涡轮动平衡系统、动平衡工装及动平衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一个目的在于提供一种低压涡轮动平衡工装，能够实现在卧式平衡机上对转子组件进行支撑的同时，降低平衡工装本身对于低压涡轮转子动平衡的影响。本发明的另一个目的在于提供一种低压涡轮动平衡系统。本发明的又一个目的在于提供一种低压涡轮动平衡方法，采用前述低压涡轮动平衡系统对转子组件进行动平衡。为实现前述一个目的的低压涡轮动平衡工装包括外筒体、挡板件以及两个安装部。外筒体具有第一开放端以及第二开放端，在靠近第一开放端的筒壁上开设有至少一个开口，第二开放端的端面具有朝内侧延伸设置的限位部；挡板件设置于开口处，沿外筒体的径向方向可活动；两个安装部，对应平衡机轴瓦的位置设置于外筒体的外周壁面。

Description

低压涡轮动平衡系统、动平衡工装及动平衡方法

技术领域

本发明涉及一种低压涡轮动平衡系统、动平衡工装及动平衡方法。

背景技术

如图1示出了现有低压涡轮转子的示意图，其是由涡轮转子组件91和涡轮轴92两大子部件组成，涡轮转子组件91通过螺纹紧固件固定在转接短轴93上，转接短轴93再通过花键结合大螺母压紧的方式固定在涡轮轴92上。涡轮转子组件91采用双支点支撑的方式固定在发动机上，其中后轴承94为滚动轴承，安装在转接短轴上，位于一级涡轮盘形成的盘腔之后；前轴承95为内环分半式球轴承，通过压紧螺母96固定在涡轮轴92的前轴肩上。

在航空发动机领域，转子的动不平衡量是引起发动机振动的主要因素之一，故此，低压涡轮转子装配过程中要进行动平衡，以消除转子的不平衡量。现有技术中常采用平衡机来消除转子的不平衡量，转子通常通过简支方式固定在平衡机上。

然而如图1中所示的压涡轮转子的两个支点均位于转子前端，且后支点还处于涡轮盘的盘腔内，无法直接支撑在卧式平衡机上，现有的简支方案无法适应此结构类型的低压涡轮转子的动平衡。故亟需一种低压涡轮动平衡工装，其能够实现在卧式平衡机上对转子组件进行支撑的同时，尽量降低平衡工装对于低压涡轮转子动平衡的影响。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种低压涡轮动平衡工装，能够实现在卧式平衡机上对转子组件进行支撑的同时，降低平衡工装本身对于低压涡轮转子动平衡的影响。

本发明的另一个目的在于提供一种低压涡轮动平衡系统，其采用前述的低压涡轮动平衡工装对转子组件进行动平衡。

本发明的又一个目的在于提供一种低压涡轮动平衡方法，采用前述低压涡轮动平衡系统对转子组件进行动平衡。

为实现前述一个目的的低压涡轮动平衡工装，包括：

外筒体，具有第一开放端以及第二开放端，在靠近所述第一开放端的筒壁上开设有至少一个开口，所述第二开放端的端面具有朝内侧延伸设置的限位部；

挡板件，设置于所述开口处，沿所述外筒体的径向方向可活动；以及，

两个安装部，对应平衡机轴瓦的位置设置于所述外筒体的外周壁面，用于与所述平衡机轴瓦配合安装。

在一个或多个实施方式中，平衡工装还包括：

第一外凸缘，在所述第一开放端的位置设置于所述外筒体的外周侧；

第二外凸缘，在靠近所述第二开放端的位置设置于所述外筒体的外周侧；

其中，所述第一外凸缘、所述第二外凸缘分别切边以形成固定平台，所述固定平台为所述安装部。

在一个或多个实施方式中，所述开口开设于靠近所述第一外凸缘的位置，所述挡板件对应所述开口的位置设置于所述第一外凸缘上。

在一个或多个实施方式中，所述挡板件上具有滑槽，紧固件穿过所述滑槽将所述挡板件安装于所述第一外凸缘上，松动所述紧固件以允许所述挡板件沿所述外筒体的径向方向可活动。

在一个或多个实施方式中，所述第一外凸缘、所述第二外凸缘上分别开设有吊点接口。

在一个或多个实施方式中，所述限位部为限位环。

在一个或多个实施方式中，所述挡板件为扇形挡块。

为实现前述另一目的的低压涡轮动平衡系统，包括低压涡轮转子、转接短轴、涡轮轴以及卧式平衡机，所述低压涡轮转子通过所述转接短轴与所述涡轮轴连接；

还包括如前所述的低压涡轮动平衡工装，所述涡轮轴分别通过前轴承以及后轴承支撑于所述外筒体内，所述两个安装部分别与所述卧式平衡机的两个轴瓦安装连接；

其中，所述挡板件限制所述前轴承的轴承外环的轴向窜动，所述限位部限制所述后轴承的轴承外环的轴向窜动。

在一个或多个实施方式中，所述外筒体的内周侧在靠近所述第一开放端以及所述第二开放端的位置分别设置有第一轴肩以及第二轴肩；

其中，所述第一轴肩与所述挡板件配合限制所述前轴承的轴承外环的轴向窜动，所述第二轴肩与所述限位部配合限制所述后轴承的轴承外环的轴向窜动。

为实现前述又一目的的低压涡轮动平衡方法采用如前所述的低压涡轮转子动平衡工装对低压涡轮转子进行动平衡，低压涡轮转子通过转接短轴与涡轮轴连接，所述方法包括：

将前轴承以及后轴承的内环分别固定于涡轮轴外周侧；

将前轴承的轴承外环以及后轴承的轴承外环固定于所述外筒体中；

将所述挡板件沿所述外筒体的径向方向向外侧拉出；

将所述低压涡轮转子动平衡工装安装至低压涡轮转子上；

将所述挡板件沿所述外筒体的径向方向向内侧推进所述开口；

将带平衡工装的低压涡轮转子安装至卧式平衡机上；

通过所述卧式平衡机对所述低压涡轮转子进行动平衡。

本发明的增益效果在于：当挡板件沿外筒体的径向内侧移动至开口中后，挡板件能够限制前轴承的轴承外环的轴向窜动，而位于第二开放端的限位部能够限制后轴承的轴承外环的轴向窜动。从而能够将涡轮轴通过低压涡轮动平衡工装固定于卧式平衡机上。当涡轮轴以及与其相接的低压涡轮转子进行转动时，低压涡轮动平衡工装的外筒体以及工装的其他部分并不会与涡轮轴一同转动，此时的外筒体相当于发动机中的静子部件，从而能够消除平衡工装对于转子动平衡的影响。

通过设置本低压涡轮动平衡工装，能够将低压涡轮置于卧式平衡机上进行动平衡，同时动平衡工装本体在动平衡过程中充当静子的作用，最大限度模拟低压涡轮转子在发动机上的真实状态，减少了低压涡轮动平衡工装对于低压涡轮动平衡的影响，同时使得涡轮转子上的所有件均参与动平衡，保证了动平衡的准确性，提高了发动机转子的平衡工艺质量。

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示出了现有低压涡轮转子的示意图；

图2示出了低压涡轮动平衡工装一个实施方式的立体示意图；

图3为沿低压涡轮动平衡工装长度方向所视得的侧面示意图；

图4为低压涡轮动平衡工装的半剖示意图；

图5示出了低压涡轮动平衡系统一个实施方式的示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本申请的保护范围进行限制。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，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。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和第二元件间接地相连或彼此结合。

需要注意的是，在使用到的情况下，如下描述中的上、下、左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。

需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。

需要说明的是，如后文所述的附图标记与背景技术中的附图标记采用不同的标记系统，二者的附图标记之间无关联。

图2示出了低压涡轮动平衡工装一个实施方式的立体示意图，图3为沿低压涡轮动平衡工装长度方向所视得的侧面示意图，图4为低压涡轮动平衡工装的半剖示意图，可以理解的是，图4采用了省略画法绘制。

请结合参见图2至图4，低压涡轮动平衡工装包括外筒体1、挡板件2以及两个安装部3。其中，外筒体1具有第一开放端11以及第二开放端12，可以理解的是，第一开放端11以及第二开放端12均为如图中所示地呈开放状，以使低压涡轮轴能够自第一开放端11或第二开放端12进入到外筒体内。

外筒体1在靠近第一开放端的筒壁上开设有开口10，挡板件2设置于开口10处，并沿外筒体的径向方向可活动。具体地，开口10的个数可以是如图中所示的1对，对应地，挡板件2为设置于该开口处10个数设置的2个。在其他一些与图中所示不同的实施方式中，开口10的个数也可以是沿外筒体1的周向设置的多个，对应地，挡板件2也可以是对应开口10的个数设置的多个，每个开口10处均设置有一个挡板件2。

在第二开放端12的端面设置有朝内侧延伸设置的限位部120，具体地，限位部120是朝向外筒体1的径向内侧进行延伸，从而在第二开放端12遮挡至少一部分的筒体开口。

两个安装部3对应平衡机轴瓦的位置设置于外筒体1的外周壁面上，用于与平衡机的轴瓦配合安装固定，具体而言，两个安装部3在长度方向上的轴向距离是依据平衡机的轴瓦之间的距离而定，通过安装部3能够实现将平衡工装安装至平衡机上进行固定，从而能够进行后续对低压涡轮转子进行动平衡。

如图5示出了低压涡轮动平衡系统一个实施方式的示意图，其中低压涡轮转子4、转接短轴5、涡轮轴6以及图中未示出的卧式平衡机，其中，低压涡轮转子4通过转接短轴5与涡轮轴6连接。

其中，其采用如图2至图4中所示的低压涡轮动平衡工装进行动平衡。涡轮轴6分别通过前轴承61以及后轴承62支撑于外筒体1内，两个安装部3分别与卧式平衡机的两个轴瓦安装连接。

当如图中所示，挡板件2沿外筒体的径向内侧移动至开口10中后，挡板件2能够限制前轴承61的轴承外环的轴向窜动，而位于第二开放端12的限位部120能够限制后轴承62的轴承外环的轴向窜动。从而能够将涡轮轴6通过低压涡轮动平衡工装固定于卧式平衡机上。当涡轮轴6以及与其相接的低压涡轮转子4进行转动时，低压涡轮动平衡工装的外筒体1以及工装的其他部分并不会与涡轮轴一同转动，此时的外筒体1相当于发动机中的静子部件，从而能够消除平衡工装对于转子动平衡的影响。

通过设置本低压涡轮动平衡工装，能够将低压涡轮置于卧式平衡机上进行动平衡，同时动平衡工装本体在动平衡过程中充当静子的作用，最大限度模拟低压涡轮转子在发动机上的真实状态，减少了低压涡轮动平衡工装对于低压涡轮动平衡的影响，同时使得涡轮转子上的所有件均参与动平衡，保证了动平衡的准确性，提高了发动机转子的平衡工艺质量。

虽然本低压涡轮动平衡工装的一个实施例如上所述，但是在本低压涡轮动平衡工装的其他实施例中，低压涡轮动平衡工装相对于上述实施例在许多方面都可以具有更多的细节，并且这些细节的至少一部分可以具有多样的变化。下面以一些实施例对这细节和些变化中的至少一部分进行说明。

请继续参见图2至图4，在低压涡轮动平衡工装的一个实施方式中，其还包括第一外凸缘13以及第二外凸缘14。其中，第一外凸缘13在第一开放端11的位置设置于外筒体1的外周侧，第二外凸缘14在靠近第二开放端12的位置设置于外筒体1的外周侧。其中，第一外凸缘13以及第二外凸缘14分别切边并形成固定平台130、140，固定平台130、140分别为两个安装部3。如图3所示，第一外凸缘13以及第二外凸缘14在外筒体1的两侧分别切边，从而在外筒体1的两侧分别形成固定平台130、140。通过固定平台130、140，设置于卧式平衡机轴瓦中的压板能够压住固定平台130、140，从而完成低压涡轮动平衡工装与卧式平衡机的固定过程。

在低压涡轮动平衡工装的一个实施方式中，开口10是设置于靠近第一外凸缘13的位置，从而第一外凸缘13的一部分成为开口10的侧壁，挡板件2对应开口10的位置设置于第一外凸缘13上，以实现沿径向可活动地出入开口10。在其他一些与图示不同的实施方式中，挡板件2也可以是设置于开口10与第一外凸缘13侧壁相对的侧壁上。

在低压涡轮动平衡工装的一个实施方式中，挡板件2上具有滑槽20，如螺栓等紧固件21穿过滑槽20后将挡板件2安装于第一外凸缘13上。当松动紧固件21时，挡板件2能够沿外筒体1的径向方向可活动，当预紧该紧固件后，挡板件2即在指定位置被限制移动。在一个与图示不同的实施方式中，挡板件2与第一外凸缘13之间也可以是通过滑块与滑槽相配合的方式相接，如一种榫头与榫槽。

在低压涡轮动平衡工装的一个实施方式中，第一外凸缘13以及第二外凸缘14上分别设置有吊点接口15，通过吊具配合吊点接口15的方式即能够实现对低压涡轮动平衡工装的起吊，从而将低压涡轮动平衡工装自水平位置起吊至垂直位置。

在低压涡轮动平衡工装的一个实施方式中，限位部120为如图中所示的限位环，限位环通过紧固件固定于第二开放端12的端部。在一些其他与图示不同的实施方式，限位部120也可以是其他不同的结构，如在一个实施方式中，限位部120为一种限位块。

在低压涡轮动平衡工装的一个实施方式中，挡板件2为如图中所示的扇形挡块，在其他一些实施方式中，挡板件2也可以是其他合适的形状。

请继续参见图5，在低压涡轮动平衡系统的一个实施方式中，外筒体1的内周侧在靠近第一开放端11的位置设置有第一轴肩111，在靠近第二开放端12的位置设置有第二轴肩121，其中第一轴肩111与挡板件2共同配合限制前轴承61的轴承外环的轴向窜动，第二轴肩121与限位部120共同配合限制后轴承的轴承外环的轴向窜动。在高速转动的工况环境下，轴承外环容易发生轴向窜动，通过设置第一轴肩111、第二轴肩121配合，从而能够保证动平衡过程中，工装与涡轮轴之间的固定稳定性。

本发明的另一方面还提供一种低压涡轮动平衡方法，其采用如前一个或多个实施方式中的低压涡轮转子动平衡工装对低压涡轮转子进行动平衡，其中，低压涡轮动平衡方法包括：

将前轴承61以及后轴承62的内环分别固定于涡轮轴6的外周侧；

将前轴承61的轴承外环以及后轴承62的轴承外环固定于外筒体1中；

将挡板件2沿外筒体1的径向方向向外侧拉出，具体地，通过松动紧固件的方式，使得挡板件2沿外筒体1的径向方向可活动，随后将挡板件2沿外筒体1径向外侧拉出，再拧紧紧固件，限制挡板件2的活动。

将低压涡轮转子动平衡工装安装至低压涡轮转子上，具体地，通过吊点接口15将低压涡轮转子动平衡工装翻转至垂直状态，与此同时检查低压涡轮转子装配的完整性，随后将低压涡轮转子翻转至垂直状态，将平衡工起吊并垂直安装至低压涡轮转子上。

随后，将挡板件2沿外筒体1的径向方向向内侧推进开口10，具体地，通过松动紧固件的方式，使得挡板件2沿外筒体1的径向方向可活动，随后将挡板件2沿外筒体1径向内侧推入开口10，再拧紧紧固件，限制挡板件2的活动。

随后，将带平衡工装的低压涡轮转子安装至卧式平衡机上，通过安装部3与卧式平衡机轴瓦固定安装，利用平衡机轴瓦上的压压紧固定平台，实现外筒体1在平衡机上的固定。

最后，通过卧式平衡机对低压涡轮转子进行动平衡，具体地，是将卧式平衡机的驱动轴与涡轮轴相接，以实现对低压涡轮转子进行动平衡。

通过前述方法能够实现对低压涡轮转子进行快速动平衡，提高了对涡轮转子进行动平衡的效率。

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 (6)

1.一种低压涡轮动平衡工装，其特征在于，包括：

外筒体，具有第一开放端以及第二开放端，在靠近所述第一开放端的筒壁上开设有至少一个开口，所述第二开放端的端面具有朝内侧延伸设置的限位部；

挡板件，设置于所述开口处，沿所述外筒体的径向方向可活动；

两个安装部，对应平衡机轴瓦的位置设置于所述外筒体的外周壁面，用于与所述平衡机轴瓦配合安装；

第一外凸缘，在所述第一开放端的位置设置于所述外筒体的外周侧；以及

第二外凸缘，在靠近所述第二开放端的位置设置于所述外筒体的外周侧；

其中，所述第一外凸缘、所述第二外凸缘分别切边以形成固定平台，所述固定平台为所述安装部，所述开口开设于靠近所述第一外凸缘的位置，所述挡板件对应所述开口的位置设置于所述第一外凸缘上，所述挡板件上具有滑槽，紧固件穿过所述滑槽将所述挡板件安装于所述第一外凸缘上，松动所述紧固件以允许所述挡板件沿所述外筒体的径向方向可活动；

所述外筒体的内周侧在靠近所述第一开放端以及所述第二开放端的位置分别设置有第一轴肩以及第二轴肩，所述第一外凸缘、所述第二外凸缘上分别开设有吊点接口，通过吊具配合吊点接口的方式将低压涡轮动平衡工装自水平位置起吊至垂直位置。

2.如权利要求1所述的低压涡轮动平衡工装，其特征在于，所述限位部为限位环。

3.如权利要求1所述的低压涡轮动平衡工装，其特征在于，所述挡板件为扇形挡块。

4.一种低压涡轮动平衡系统，包括低压涡轮转子、转接短轴、涡轮轴以及卧式平衡机，所述低压涡轮转子通过所述转接短轴与所述涡轮轴连接；

其特征在于，还包括如权利要求1至3中任一项所述的低压涡轮动平衡工装，所述涡轮轴分别通过前轴承以及后轴承支撑于所述外筒体内，所述两个安装部分别与所述卧式平衡机的两个轴瓦安装连接；

其中，所述挡板件限制所述前轴承的轴承外环的轴向窜动，所述限位部限制所述后轴承的轴承外环的轴向窜动。

5.如权利要求4所述的低压涡轮动平衡系统，其特征在于，所述第一轴肩与所述挡板件配合限制所述前轴承的轴承外环的轴向窜动，所述第二轴肩与所述限位部配合限制所述后轴承的轴承外环的轴向窜动。

6.一种低压涡轮动平衡方法，其特征在于，采用如权利要求1至3中任一项所述的低压涡轮动平衡工装对低压涡轮转子进行动平衡，低压涡轮转子通过转接短轴与涡轮轴连接，所述方法包括：

将前轴承以及后轴承的内环分别固定于涡轮轴外周侧；

将前轴承的轴承外环以及后轴承的轴承外环固定于所述外筒体中；

将所述挡板件沿所述外筒体的径向方向向外侧拉出；

将所述低压涡轮动平衡工装安装至低压涡轮转子上；

将所述挡板件沿所述外筒体的径向方向向内侧推进所述开口；

将带平衡工装的低压涡轮转子安装至卧式平衡机上；

通过所述卧式平衡机对所述低压涡轮转子进行动平衡。

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