航空发动机同轴度技术要求及结构分析探讨
薛华 胡彦彬 孔雅婵
摘 要：航空发动机体型大，质量重，在运行过程中影响其整机振动的一个重要因素是发动机支点间的同轴度安装调整，否则，易导致封严环超量磨损、叶片叶尖异常磨损等问题，进而影响发动机性能和运行安全。本文以一台双转子、7支点结构的发动机为例，针对其轴承支撑方案、低压和高压运行情况中出现的转子偏摆情况进行了分析，并提出了实际安装方案，现场安装测量结果满足要求，具有一定的实际意义。
关键词：航空发动机；同轴度；结构分析；支撑；偏摆
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.031
某型发动机为双转子、7支点结构，依次如下图1中1-7个支撑点，在安装过程中，因机匣零组件的加工表面之间存在多种形位公差，当多个机匣装配后，公差被叠加导致相邻支点间的同轴度偏移量变大，因此，装配过程中通常对相邻支点支撑位置进行组合加工或安装调整装置，以保证其安装精度符合要求[1-2]。
1 装配方法
该发动机的支点同轴度要求中没有依靠组合加工保证的项目，均需在发动机总装中调整保证。具体装配方法是：以分隔机匣为基准面，首先进行高压压气机转子前后支点的同轴度测量（即3、4号支点同轴度测量）、低压压气机转子前后支点的同轴度测量（即1、2号支点同轴度测量），以选择适合的机匣零件；再依次进行低压压气机转子轴线与高压压气机转子前支点（3号支点）的同轴度测量、低压传动轴后端与低压压气机转子轴线的同轴度测量、高压压气机转子与高压涡轮前支点（6号支点）的同轴度测量、低压压气机转子与高压涡轮前支点（6号支点）的同轴度测量、低压涡轮转子轴与高压涡轮转子轴间的同轴度测量，选择或调整、加工机匣零件，保证各位置的许用残留偏移量。发动机完成上述同轴度检查、调整后，即完成了发动机主体装配。
2 同轴度技术要求及结构分析
因该发动机同轴度较多，本文只叙述了该此装配前1-4个同轴度技术要求及相关发动机结构分析：
高压压气机转子前后支点的同轴度要求（1号偏摆），即燃烧室内机匣轴承座（高压压气机转子滚珠轴承支座，4号支点）相对于分隔机匣轴承座（高压压气机转子滚柱轴承座，3号支点）的同轴度要求：不超过0.1mm，偏心方向向上，在发动机垂直状态保证，水平面实测值不大于垂直面的一半。燃烧室内机匣轴承座（高压压气机转子滚珠轴承支座，4号支点）端面相对于分隔机匣轴承座（高压压气机转子滚柱轴承座，3号支点）轴线的跳动应不大于0.04mm。用楔形调整垫（位置见图1）保证，燃烧室内机匣轴承座相对于分隔机匣轴承座的同轴度初始（使用零级调整垫时，调节之前）值不大于0.6mm时可调。
1号偏摆的作用是通过选择、确定机匣上的楔形调整垫以保证高压压气机转子前后支点同轴，确定同轴精度。尺寸链计算分析显示，在不使用楔形调整垫时，即使在所有机匣都合格的情况下，也不易保证高压压气机转子的前后支点同轴度在0.05mm以内（即跳动量不超过0.1mm），并且偏心方向将在周向任意、不受控制。使用了楔形调整垫后，调整垫的楔形结构不但可以提高转子前后支点的同轴度精度，并且可以调整偏心方向、获得理想的同轴度偏心位置。
低压压气机转子前后支點的同轴度要求（2号偏摆），即进气机匣内弹性轴承支座（1号支点）相对于分隔机匣轴承支座（2号支点）的同轴度要求：不超过0.25mm，偏心方向向上，在发动机垂直状态保证。通过对低压压气机机匣（接合面①，②）径向位移调整保证。
高压压气机滚柱轴承支座相对于低压压气机转子轴线的同轴度要求（3号偏摆）：不超过0.1mm，在发动机垂直状态保证，最大跳动值应在垂直方向。通过对机匣（接合面①，②）径向位移调整保证。
低压压气机传动轴的后部对低压转子旋转轴的径向跳动要求（4号偏摆）：在离开传动轴后端面80mm的位置上检查，该跳动应不超过1mm，在发动机垂直状态下保证。用修磨低压压气机传动轴前端面的方法保证。对修磨过的端面进行着色检查。密接面积按圆周均匀分布，并不得小于70%，单独的色痕和色点应位于着色面积以内。对修磨过的端面进行冷氧化处理。
3 调整方式
该型发动机的7个同轴度要求主要使用了以下两种调整方式：
3.1 使用楔形调整垫调整
1号偏摆使用该方法调整同轴度。楔形调整垫是将垫子的一面做成倾斜面，像一个楔形块，安装使用时撬动、调整检测点相对于基准点的偏心量。这种方式的特点是：
（1）斜面两端的厚薄差异量能以一定的系数关系在检测点被放大或缩小。1号偏摆的楔形调整垫共分9组，每组在斜面的高点增加0.05mm，以增大倾斜度，其在检测点的放大系数是1.0651。
（2）无论检测点初始偏心方向在哪里，通过旋转调整楔形调整垫斜面的最高点在圆周上的位置，都可以将其调整至目标要求的偏心方向上。因此，使用楔形调整垫时，机匣上不能使用有限位作用的防错安装方式，如螺栓偏置定位、定位销定位等。一般使用刻线定位。
3.2 使用机匣间隙调整
2号、3号、6号偏摆均使用机匣径向间隙进行同轴度调整。低压压气机机匣在两个位置预留了0.15-0.26mm的径向间隙，通过在配合面位置移动机匣、增大或减小局部的径向间隙，可以起到杠杆一样的撬动作用，调整目标检测点的同轴度。这种调整方式的特点是：（1）有放大系数。（2）不影响机匣的防错装配方式，可以用偏置螺栓定位等机械防错法。（3）可以将初始位置任意的偏心调整到目标偏心方向。（4）机匣安装螺栓需预留足够间隙，以支持机匣的径向间隙调整需求。
4 结论
综合前文对各偏摆相关的发动机结构分析结果，2号偏摆和3号偏摆的作用是选择合格机匣，4号偏摆修正低压传动轴，6号偏摆依靠2号、3号、4号的检查调整成果、借助机匣（接合面①，②）的径向间隙调整保证低压压气机转子相对于高压转子的同轴度。因此，2号、6号调整相互独立，它们与3号、4号、7号偏摆共同确定低压联合转子的旋转轴线。针对偏摆产生的原因及采用不同的调整方式，经现场安装调试，其结果满足使用要求。
参考文献：
[1]王晓梅，张春青.航空发动机机匣同轴度的测量与调整[J].航空发动机，2015，41（02）：76-80.
[2]栾艳华.某型航空发动机机匣同轴度测量[J].航空发动机，2012，
38（01）：44-46.
作者简介：薛华（1960-），男，四川成都人，本科，工程师，总经理助理，主要研究方向：技术管理。
