X型發(fā)動機渦輪導向器面積工藝控制方法探究

王湘萍

（中國航發(fā)成都發(fā)動機有限公司， 四川 成都 610500）

引言

X型發(fā)動機研制以來，第Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ級渦輪導向器排氣面積一直存在不合格的問題，如果能在工藝上對影響導向器排氣面積的因素進行分析，準確提供合格的導向器排氣面積的數(shù)值，對發(fā)動機調(diào)試是非常重要的。

1 航空發(fā)動機的喉道面積（排氣面積）測量分析

航空發(fā)動機的喉道面積是指導向器葉片之間形成的通道面積，也稱之為排氣面積。

由于組成排氣窗口的葉片帶有彎曲、扭轉和形狀誤差，它使實際窗口與理論窗口有很大的差別，因此，國內(nèi)外都規(guī)定在某一個位置上測量一個流通截面的當量面積來代替。不論那一種方法測量的面積都是當量面積[1]。

本文提出了適當增加測量截面是提高測量面積準確度的有效辦法。由于目前沒有好的測量方法，工廠還是采用最原始的測量方法：用測具和標準件，把一個不規(guī)則的空間曲面簡化成一個梯形來測量。

2 X型渦輪導向器排氣面積的測量方法、檢測工具和方法

2.1 測量方法

通過測量每一個窗口的高度H和a1、a2值，再用求和儀器的方法來確定指定級別的導向器排氣面積。

窗口的高度H是導向葉片內(nèi)外緣板之間沿梯形窗口中線方向的距離，a1和a2值是葉片排氣邊緣半徑和相鄰葉片在截面B-B上葉背型面之間的距離（如圖1示）。

導向器排氣面積測量前，求和儀器按照給定導向器流通截面的標準窗口進行調(diào)整，此時，求和儀器千分表應為零顯示。

圖1 渦輪導向葉片排氣面積窗口示意圖

2.2 檢測工具和方法說明

求和儀器千分表指出被測量導向器窗口面積偏離對應導向器流通截面標準窗口面積的大?。?—6級導向器測量精度為2 mm2，1—2級導向器測量精度為 1 mm2）。

按導向器排氣面積（cm2）按照下列公式確定：

獲取的排氣面積值記入該導向器的合格證中。不同級別的導向器求和儀器用于不同級別的導向器。

3 影響導向器面積的因素

從以上的分析可知，影響導向器面積的因素有三個：葉片的氣道長度、葉型厚度、葉型安裝角。

3.1 氣道長度與排氣面積關系

在X型發(fā)動機的研制過程中，按設計三維分析，以Ⅲ導為例：當通道高度為上偏差+0.4 mm時排氣面積為1 740.37 cm2，當通道高度為下偏差-0.4 mm時排氣面積為1 729.15 cm2。

3.2 葉型厚度與排氣面積關系

根據(jù)下頁圖2數(shù)據(jù)，當葉型增厚0.1 mm時，排氣面積將減小18.8 cm2。由此可見，鑄件葉型偏厚應是造成排氣面積偏小的重要原因之一。

3.3 葉型安裝角與排氣面積關系

圖2 葉型厚度與排氣面積關系圖

圖3 葉型安裝角與排氣面積關系圖

從下頁圖3數(shù)據(jù)可以看出，當安裝角從24°41′減小到24°26′時，排氣面積將增大8 cm2。通過對這一參數(shù)的分析研究后，可以對工藝進行改進，即控制安裝角度。

4 喉道面積控制

4.1 葉片毛坯制造階段

XX型發(fā)動機調(diào)整導向面積的現(xiàn)行工藝是：導向器在組裝后，進行喉道面積測量，反饋至前面的機加工階段調(diào)整喉道當量，或調(diào)整毛坯的環(huán)形通道高度，即增加試裝工序，導向面積小時，將葉片返葉片分廠進行拋修。

從上述分析可知：內(nèi)外安裝板形成的環(huán)形通道的高度誤差及葉型厚度是影響喉道面積誤差的重要因素。由于喉道面積測量的重要性，零件開始加工中就要著手控制喉道面積。因此導向器葉片采用精鑄毛坯時必須控制環(huán)形通道的高度及葉型截面的公差值。

4.2 葉片機械加工階段

葉片在機械加工中，主要是加工安裝版的安裝尺寸和定位尺寸。工藝是以精密定位為基準，采用磨削工藝進行加工。加工前，先對葉片進行精密定位，即以葉身為基準，將測點偏差調(diào)整到允許的誤差內(nèi)，澆注低熔點合金塊，以低熔點合金塊為基準加工安裝定位面。這個過程稱之為控制 “喉道當量”。

實際上葉片機械加工階段只是利用安裝角的公差值控制葉型弦線與安裝板間的夾角，以達到控制上一葉片后緣與下一葉片背間的距離。

4.3 葉片組裝階段

4.3.1 選裝

在大量庫存葉片中，選取能使導向器面積合格的葉片進行裝配。

4.3.2 拋修葉片

對配臺葉片型面在公差范圍內(nèi)進行局部拋修，滿足導向器面積要求。

5 提高測量精度的途徑

國內(nèi)外現(xiàn)行的測量導向面積的測具大都是搖表式測具，依次測量每個“窗口”寬度與高度，用百分表或千分表顯示，然后按面積公式人工計算出來，幾十年均沿襲這種方法，使用廣泛但麻煩、精度低、不易測準，人工測量與計算效率低。

根據(jù)上面的分析，研究一種測量精度高及簡便的排氣面積測量儀是非常必要的。例如采用“線輪和差式”喉道面積測量儀、三坐標軌跡式喉道面積測量儀和電子喉道面積測量儀，此外還有一些新研制的專用測具。

6 結論

通過對葉片喉道面積的控制、測量環(huán)節(jié)的分析認為，影響導向面積的因素是可控的，設計和使用先進的測量儀器能夠準確提供合格的導向器排氣面積數(shù)值。