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一种航空发动机多级低压涡轮转子装配测量装置和方法

发明公布  在审
申请(专利)号:CN201811551511.7国省代码:辽宁 21
申请(专利权)人:中国航发沈阳发动机研究所
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摘要:
本申请公开了一种航空发动机多级低压涡轮转子装配测量装置,装置包括测量机构、转子夹持机构、静子支撑机构、转台轴承、调心调倾平台、同步升降机构和底座支架,底座支架用于装置的整体初步调平,转子夹持机构固定在调心调倾平台上,用于夹持转子盘,调心调倾平台与转台轴承相连,并固定与底座支架上,用于调整转子盘的同轴度,静子支撑机构设置在底座支架上,用于支撑静子机匣,同步升降机构固定在静子支撑机构上,测量机构设置于一侧,用于测量转子盘的端面跳动。本申请相比现有技术来说,本申请能够提高测量精度,有利于保证转子同轴度,同时能有效避免由于夹持力形成的弯矩导致一级盘心变形的问题,保证一级盘质量。

主权项:
1.一种航空发动机多级低压涡轮转子装配测量装置,其特征在于,包括测量机构(1)、转子夹持机构(2)、静子支撑机构(3)、转台轴承(4)、调心调倾平台(5)、同步升降机构(6)和底座支架(7),底座支架(7)用于装置的整体初步调平,转子夹持机构(2)固定在调心调倾平台(5)上,用于夹持转子盘,调心调倾平台(5)与转台轴承(4)相连,并固定与底座支架(7)上,用于调整转子盘的同轴度,静子支撑机构(3)设置在底座支架(7)上,用于支撑静子机匣,同步升降机构(6)固定在静子支撑机构(3)上,测量机构(1)设置于一侧,用于测量转子盘的端面跳动。


说明书

一种航空发动机多级低压涡轮转子装配测量装置和方法

技术领域

本申请属于航空发动机装配技术领域,特别涉及一种航空发动机多级低压涡轮转
子装配测量装置和方法。

背景技术

如图1所示,对于转静子耦合装配(按照一级转子、一级导向器的顺序逐级装配)结
构,转子装配是在涡轮静子组装的过程中同步进行。目前,航空发动机装配中普遍采用高精
度垫盘直接接触一级涡轮盘组件前端面和一级涡轮盘心柱面进行定位,滑动摩擦副带动千
分表旋转测量涡轮盘心柱面的跳动。通过装配平台的垫盘组件进行定位,压板组件实现转
子的固定,滑动摩擦副提供测量时的回转运动,采用千分表进行测量值的采集和显示,螺纹
副实现转子轴向移动,每装配完一级转子后,将转子整体下移一定距离(通常为6mm).,之后
将下级转子的导向叶片按设计要求的顺序,依次安装在机匣上。

多级转子在装配过程中对同轴度要求较高,要求柱面和端面跳动均不大于
0.05mm,并且根据相关标准,跳动测量设备的精度必须高于0.0125mm。

现有方案中采用垫盘直接接触机件定位的方式,定位精度直接取决于垫盘的加工
精度,对垫盘精度要求很高,但受加工能力的限制,垫盘难以满足精度要求。高精度垫盘的
柱面和端面跳动最小控制在0.005mm,在5级盘组件测量面处的定位误差可累计达0.012mm,
根据测量设备综合误差0.0125mm的最低要求,在该定位误差下,回转误差和数据采集误差
须不高于0.0005mm,目前尚无回转和数据采集方案能达到0.0005mm的精度。滑动摩擦副受
滑动机件配合间隙的影响,回转精度低,设备回转精度可达0.03mm。转子固定方式不可靠,
夹持力大时容易导致一级盘盘心变形,夹持力小固定不可靠影响测量精度。数据采集误差
大,百分表的分辨力为0.01mm,人眼观察的误差在0.01mm左右。要求机件有面较大且精度高
的接触面做定位基准,但低压涡轮一级盘组件前端面和一级盘心无垂直度要求,影响定位
精度。

发明内容

本申请的目的是提供了一种航空发动机多级低压涡轮转子装配测量装置及方法,
以解决上述任一问题。

本申请的技术方案是:一种航空发动机多级低压涡轮转子装配测量装置,所述装
置包括测量机构、转子夹持机构、静子支撑机构、转台轴承、调心调倾平台、同步升降机构和
底座支架,底座支架用于装置的整体初步调平,转子夹持机构固定在调心调倾平台上,用于
夹持转子盘,调心调倾平台与转台轴承相连,并固定与底座支架上,用于调整转子盘的同轴
度,静子支撑机构设置在底座支架上,用于支撑静子机匣,同步升降机构固定在静子支撑机
构上,测量机构设置于一侧,用于测量转子盘的端面跳动。

在本申请中,所述测量机构末端具有传感器,所述传感器能够沿Y轴、Z轴平移绕X
轴、Z轴转动,且末端能够绕X轴、Y轴调节,其中Y轴为测量机构端杆延伸方向,Z轴为多级低
压涡轮轴线方向,X轴为转子或静子的径向方向,且与X轴和Y轴的平面垂直。

在本申请中,所述同步升降机构上设有多个顶丝,所述同步升降机构通过控制顶
丝升降以控制静子的升降。

在本申请中,所述底座支架下端面设置多个调平垫片,用于机构的整体初步调平。

本申请还提供了一种航空发动机多级低压涡轮转子装配测量方法,所述方法采用
如上任一所述的装置,所述方法包括:

(1)初步调节调心调倾平台,保证所述调心调倾平台的轴线与转台轴承轴线的同
轴度在0.5mm以内,及调心调倾平台的端面跳动在1.4mm以内、柱面跳动在0.5mm以内;

(2)安装静子机匣于静子支撑机构及同步升降机构上;

(3)安装1级涡轮转子盘,通过测量机构上的传感器测量转子盘心的端面和柱面跳
动,通过数据处理系统获得转子盘的偏心量和倾斜量,根据上述偏心量及倾斜量调节调心
调倾平台,使得转子盘的偏心量和倾斜量在0.001mm以内;

(4)通过静子同步升降机构将静子机匣上移6mm;

(5)安装1级导向器,并通过静子同步升降机构将静子机匣恢复初始位置;

(6)安装2级涡轮转子盘,通过测量机构上的传感器测量2级转子盘心的端面和柱
面跳动,通过串动2级涡轮转子盘的角向位置,使2级转子盘的端面和柱面跳动在0.05mm以
内;

(7)重复步骤4-6,完成多级转静子的装配和测量。

本申请的航空发动机多级低压涡轮转子装配测量装置及方法相比现有技术来说,
本申请能够提高测量精度,有利于保证转子同轴度,同时能有效避免由于夹持力形成的弯
矩导致一级盘心变形的问题,保证一级盘质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案,下面将对附图作简单地介绍。显而易
见地,下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为级低压涡轮结构示意图。

图2为本申请的测量转子平台。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中
的附图,对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

为了解决现有技术中,转子盘与静子机匣安装过程中定位精度低、回转精度低、数
据采集误差大,无法满足测量精度要求,以及转子固定方式不可靠的问题。

本申请提供一种航空发动机多级低压涡轮转子装配测量装置及方法,以解决上述
问题。

如图1所示,本申请的主要测量机构1、转子夹持机构2、静子支撑机构3、转台轴承
4、调心调倾平台5、同步升降机构6、底座支架7及锁紧销8组成,其中同步升降机构6固定在
静子支撑机构3上,前者可驱动顶丝沿Z轴移动,底座支架7下端面设置多个调平垫片,用于
机构的整体初步调平。传感器位于在测量机构末端,可沿Y轴、Z轴平移,及绕X轴、Z轴转动调
整其位姿,且末端可绕Y、X轴进行微调,保证传感器可到达测量位置。转子夹持机构2固定在
调心调倾平台5上,后者与转台轴承4相连,并固定与底座支架7上。其中Y轴为测量机构1端
杆延伸方向,Z轴为多级低压涡轮轴线方向,也是测量机构1的垂直方向的支撑件,X轴为转
子或静子的径向方向,且与X轴和Y轴的平面垂直。

本申请以承载能力更强的一级盘前安装边为受力面进行转子固定,将定位机构设
计为调倾调心结构,在一定范围内无级可调,理论上可将基准轴线调节至于回转轴线完全
重合,即定位误差为0,降低对垫盘加工精度的依赖性,同时降低对机件接触面的要求,选择
精度高、承载能力强、对使用场所要求低的高精度转台轴承作为回转机构,采取多个高精度
传感器同步实现端跳和柱跳的实时采集和显示。

根据数据采集系统显示的一级盘实际跳动曲线和理论曲线对定位基准进行调节,
直至一级盘心轴线与回转轴线重合后,将基准调节结构固定;将机匣向上移动6mm,安装下
级导向叶片后恢复原位;安装下级盘片组件,测量下级盘心端跳和柱跳,调整下级涡轮盘角
向位置直至跳动满足要求。

因此,采用本申请的上述测量转子的测量方法过程如下:

初步调节调心调倾平台5,使平台的轴线与轴承轴线的同轴度在0.5mm以内,即平
台的端面跳动在1.4mm以内、柱面跳动在0.5mm以内;安装静子机匣于静子支撑机构3;将1级
涡轮盘组件安装固定在转子夹持机构2上,通过测量机构1上的传感器测量转子盘心的端面
和柱面跳动,通过数据处理系统得到转子盘的偏心量和倾斜量,根据上述偏心量及倾斜量
调节调心调倾平台,使得转子盘的偏心量和倾斜量在0.001mm以内;通过同步升降机构6将
静子机匣上移6mm;安装1级导向器,通过同步升降机构将静子机匣恢复初始位置,安装2级
涡轮盘组件,通过测量机构上的传感器测量2级转子盘心的端面和柱面跳动,通过串动2级
涡轮转子盘的角向位置,使2级转子盘的端面和柱面跳动在0.05mm以内,重复该步骤,完成
多级转静子的装配和测量。

本申请的航空发动机多级低压涡轮转子装配测量装置及方法相比现有技术来说,
本申请能够提高测量精度,有利于保证转子同轴度,同时能有效避免由于夹持力形成的弯...

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图1
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