航空发动机转子叶片装配工艺设计.docx

航空发动机转子叶片装配工艺设计1概述

大涵道比涡扇发动机普遍追求大推力、大功率等性能指标。为了驱动大风扇、提高效率，涡轮结构一般采用多级低压涡轮。［1］低压涡轮转子叶片作为其中重要零件之一，不仅加工难度大，制造成本昂贵，工作时又需要在高温高压状态下运转，承载受力大，工况复杂。［2］面对如此恶劣的条件，转子叶片表面微小的损伤都极有可能被催化放大，进而产生裂纹、掉块等故障，严重威胁发动机可靠性和稳定性。因此无论从控制投入成本、生产周期亦或保障发动机性能角度考虑，转子叶片的表面质量都需要全方位严加要求。由于结构设计特殊性，低涡转子叶片榫头安装到盘组件榫槽时，需要克服一定阻力。为避免施加装配外力造成转子叶片表面损伤，国外安装转子叶片采用专用装配工艺，而国内在该工艺研究方面一直处于瓶颈状态。［3-4］目前国内采用手动敲击叶片的装配方式，易造成叶片损伤、叶冠错齿等情况，存在安全隐患，影响装配质量。本文基于对多级低压涡轮盘片组件的结构分析，提供了一种转子叶片的新型装配工艺，操作方式简单，在一定程度上降低了装配应力，确保发动机装配质量和性能。

2结构分析

锯齿形叶冠为发动机低压涡轮转子叶片常用叶冠形状。由于相邻叶片间叶冠锯齿存在咬合，因此该型叶冠叶片在盘组件上的装分操作，需要整圈叶片沿盘组件同时轴向移动方能实现。图1低涡转子叶片装配结构示意图受机件加工误差、叶片间相互约束等因素影响，整圈叶

片需克服一定阻力才能沿盘组件移动。而鉴于转子叶片和涡轮盘的装配结构特点和可操作性，转子叶片的外力可作用位置仅限于内缘板附近位置。国内现多采用橡胶锤或其他类似工具敲砸缘板的方法施加冲击外载:操作者首先将所有叶片榫头搭接到涡轮盘榫槽上，同时确保叶片叶冠处于正常咬合状态;准备好后手持橡胶锤，敲砸若干相邻叶片的缘板，使其轴向移动一小段距离，接着再对邻近若干叶片敲击，如此逐组进行，整圈叶片得以轴向移动一定距离，重复操作，最终实现叶片装分。这种方法看似简单，但实际存在很大安全风险:人工施加冲击外载，难以控制施力大小，力过小无法实现叶片安装，力过大容易损伤叶片，且叶片内缘板结构较窄，强度不高，现场已多次出现缘板砸伤事故。

3工艺设计

3．1总体方案

转子叶片在涡轮盘组件上的装配工艺设计，主要即加载装置和支承装置两大工艺装置的设计。加载装置，主要为叶片装分提供稳定均匀载荷，受装配结构限制，仅可设置在叶片内缘板附近位置加载;支承装置，在装分过程中支承定位叶片和涡轮盘组件，具备无级调控两者相对轴向距离的功能，可适应过程中叶片和涡轮盘组件的任意轴向状态。此外，考虑到低涡的多级结构，因此该工艺设计需要具有通用适应性，加载装置和支承装置应能实现各级转子叶片的装分。

3．2工艺原理

转子叶片装分原理见图2。利用支承装置对叶片和盘组件分别进

行定位，通过加载机构对叶片内缘板根部附近位置/端面施加压力，同时配合传动机构不断调整叶片和盘间的轴向距离，最终实现叶片在盘组件上的装配/分解。由于叶片处于盘组件径向外侧且数目众多，相邻件间又仅存在叶冠锯齿约束，故支承装置托举整圈叶片进行轴向运动实现难度较大，传动机构设计将十分复杂，相较而言，盘组件的移动更易实现，因此选定盘组件轴向移动、叶片固定作为装分操作的工作形式。

3．3装置设计

低涡转子叶片装分工艺装置结构见图3，由加载和支承两大部分组成。加载装置主要包括压杆组件、滚轮组件、固紧螺母等;支承装置主要包括底座、叶片支承组件、盘支承组件、传动机构等。底盘为整个装置的基座，其上有螺栓孔，用于与工作台之间的固定和防转;叶片支承组件通过若干支承杆安装在底盘上，负责支承叶片;传动机构与底座连接，其外螺纹套、压杆支承套可绕中心轴各自周向转动;盘支承组件用于放置涡轮盘组件，具备与各级盘相应接口，与传动机构的外螺纹套间设有螺纹传动可以轴向移动;压杆组件在压杆支承套带动下绕中心轴做周向回转运动，其上装有滚轮组件，用于对叶片加载。整个发明装置的动力输入有两处，分别为扳杆和压杆组件:转动扳杆，外螺纹套随之旋转，而与之有螺纹传动连接的盘支承组件由于被防转销限制无法转动，故将轴向移动，从而带动盘组件轴向运动;盘组件向上运动，而叶片受滚轮组件压制无法移动，叶片榫头将插入/移出涡轮盘榫槽，推动压杆组件带动滚轮组件绕中心轴对整圈叶片