《某型航空发动机低涡静子叶片装配方法》
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摘 要：针对某型航空发动机低压涡轮静子叶片装配过程中,存在冲击力及瞬时装配应力的问题,对静子叶片的装配方法进行研究,提出一种叶片整体同步装配方法及对应工装装置.通过在外部预组装成分布均匀的整环导叶组件;借助可调连杆机构,主动精确控制各叶片倾斜角度后;最终利用轴向移动和连杆机构,被动适应机匣定位结构.实现静子叶片的整体无应力装配,同时保证叶片周向分布均匀性,提高装配质量.
关键词：低压涡轮;静子叶片;整体装配
1 绪论
随着航空发动机结构的优化,及性能指标的提高,对发动机的装配提出了更高的要求[1].
某型发动机静子叶片装配示意图如图1所示：基于机匣凸缘结构的特殊性,静子叶片需以特定的倾角进行安装;由于叶片两侧面与端面不垂直,限制了叶片的装配空间和路线.此外,作为导流的重要部件,要求静子叶片周向分布均匀[2].
传统装配方法为逐片手动安装,安装最后一片导叶时,须将周围叶片掰动一定角度后进行敲击,然后靠肉眼调节叶片间的周向间隙.该方法存在冲击力,及最后叶片安装时与周围叶片挤压产生的瞬时应力,存在损伤叶片的风险[3][4];且叶片间隙单纯依靠肉眼进行调节,难以保证均匀性.
本文对静子叶片的装配方法进行研究,提供一种新型装配方法和装置,以实现叶片的无应力装配,同时保证分布均匀性,提高装配质量.
2 装配工艺研究
2.1 整体方案
该结构特点下静子叶片的装配难点主要在：控制叶片角度以满足其与机匣凸缘的装配关系;以及解决叶片安装空间,受机匣定位结构及自身侧面倾斜,导致的冲击力及瞬时装配应力问题.据此提出以下解决方案：
叶片角度通过连杆机构实现.通过调节连杆可使叶片到达水平状态,并可主动达到并保持在倾斜状态.为避免安装时叶片与机匣凸缘干涉导致无法安装或损伤叶片,每组叶片角度为单独的柔性调节,在倾斜至水平的过程中,可被動适应机匣对叶片的位置限制.安装空间问题,通过在外部预组装解决.在机匣外部,将叶片依次安装在两个半环定位盘上,然后将半环连接成整级导向叶片.由于两个半环的最后叶片安装时有侧面空间可用,且上方没有机匣凸缘的干涉,无需敲击及挤压叶片,从而避免了冲击力和瞬时装配应力.
2.2 装置结构设计
连杆机构由可调连杆1、连杆2、连杆3组成,如图2所示.其中连杆1配有柔性调节机构,即上部开有长条孔,可进行长度调节,同时通过弹簧调节杆可实现角度调节;连杆2设有叶片夹紧机构;连杆3上端与分度盘相连,通过分度盘可实现叶片固定装置的周向分布,进而实现叶片间周向间隙的控制.除连杆1上端外,其余连杆两端均由转动销钉实现铰接.叶片角度的改变由下手柄控制上分度盘的轴向距离,同时配合连杆1的柔性调节机构实现：连杆1在重力作用下处于可调节的最长尺寸,同时分度盘位置固定确定了连杆4（虚线,虚拟状态）长度和角度,即4边形中四个边长和2个夹角已知,故四边形确定且唯一.对边长和夹角进行限定,即可满足叶片的倾角要求及径向位置要求.
叶片预组装在定位半环、底盘及芯轴上进行.其中两个定位半环设有各叶片的定位机构,在底盘上组成整环;芯轴固定在底盘上,上端与轴承端面接触,实现零件的轴向止动,进而通过螺纹配合将转动转化为直线运动,同时具有定心引导作用.整体结构如图2所示.
3 操作方法
叶片预组装：旋转上手柄,使整体上升至最高处;旋转下部手柄,使分度盘移动至最高处（水平状态）.将叶片安装在定位半环上,将工装上部分吊装至叶片上部,下落至轴承与芯轴接触,将弹簧调节杆旋转到倾斜位置,松开叶片夹紧机构,转动上手柄,使整体下落至与叶片接触,通过连杆2上的叶片夹紧机构固定叶片.
叶片倾斜：将弹簧调节杆转动至水平,用吊具吊起叶片,同时转动下手柄使圆盘下移至低位,通过连杆机构实现了叶片角度的主动调节.
叶片安装：将叶片吊运至机匣正上方,转动上手柄,使整体下移.当叶片移动至机匣安装边处,转动下手柄,使叶片靠近机匣安装边.轻轻拉动叶片使其与机匣安装边接触.转动上手柄使叶片下移,同时转动下手柄使叶片恢复水平,直至叶片安装在机匣内,实现叶片角度的被动自适应及安装.
4 结语
本文提供了一种静子叶片的整体装配工艺及对应的工装装置.通过在机匣外部预组装成分布均布整环导叶组件,借助可调连杆机构主动精确控制各叶片倾斜角度后,利用装置的轴向移动和连杆机构被动适应机匣定位结构,实现静子叶片的整体无应力装配,保证叶片分布均匀性,提高了装配质量.
参考文献：
[1]杨养花,付依顺,刘志江.大涵道比涡扇发动机涡轮结构设计关键技术分析[J].航空发动机,2009,35（3）：8-11.
[2]张国臣,安装角异常和变弯度叶片对压气机性能影响机理的研究[D].西北工业大学,2017.
[3]唐秀娟,缑庆.某型发动机前机匣进口导向叶片裂纹故障分析.航空维修与工程[J].2018（02）：74-76.
[4]洪杰,刘书国,张大义,陈萌.小型短寿命涡扇发动机涡轮叶片疲劳失效分析[J].航空动力学报,2012（03）：604-609.
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航空发动机和航空引用文献:
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