一種發動機核心機轉子質心偏心的優化方法與流程

2023-05-30 10:13:31 2

本發明涉及航空發動機
技術領域：
，特別是涉及一種發動機核心機轉子質心偏心的優化方法。
背景技術：
：航空發動機核心機轉子不平衡量是決定發動機轉子振動響應的重要因素，而產生不平衡量的根本原因是各離散轉子質心偏離了實際旋轉軸線。某核心機轉子由已平衡好的高壓壓氣機轉子(HPC)和高壓渦輪轉子(HPT)由自鎖螺栓/螺母組裝而成。經計算，當該核心機轉子質心偏心為0.01mm，轉速為12000r/min時，能產生約400kg的離心力，該數量級的離心力將打破轉子的平衡狀態，進而導致高壓轉子振動。參照圖1，理論上，平衡後高壓壓氣機轉子的質心分布在前軸頸擬合形心A和篦齒盤擬合形心O的連線AO上，平衡後高壓渦輪轉子的質心分布在篦齒盤擬合形心O和後軸頸擬合形心B的連線OB上。因此，在將高壓壓氣機轉子和高壓渦輪轉子裝配成核心機轉子的過程中，採取有效的工藝方法控制篦齒盤擬合形心O偏離實際旋轉軸線AB的值OC儘可能小，可降低核心機轉子質心偏心，降低轉子不平衡量的大小，改善不平衡量的分布，並有效降低高壓轉子振動超限發生的頻率。針對該結構形式的核心機轉子，現有核心機轉子裝配工藝主要有以下兩種方案：(1)跳動抵消裝配原則。即在帶模擬轉子平衡狀態下，分別測量壓氣機轉子和高渦轉子相應柱面的跳動，將二者最高跳動點對調180°後組裝轉子。(2)不平衡量抵消裝配原則。即兩個轉子分別進行平衡，最終將不平衡量測量相位對調180度後組裝轉子。採用以上兩種方法裝配完核心機轉子後，均需採用專用測具測量OC的值(測具與靜子機匣周向安裝邊固定，能模擬實際旋轉軸AB)，並將此作為重要工藝參數進行控制，若OC超差，需通過將兩高壓轉子分解-旋轉相位-試裝的方式進行再裝配。以上核心機轉子裝配工藝雖然可行，但對關鍵工藝參數OC值的可控性差，易造成傳裝過程中因OC複測超差引起的裝配反覆，且因核心機轉子質心偏心過大導致的高壓振動也時有發生，造成裝配效率低，間接提高了發動機的製造成本，且存在工藝對機件已有結構的內在振動性能挖掘不到位等問題。因此，希望有一種技術方案來克服或至少減輕現有技術的至少一個上述缺陷。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種發動機核心機轉子質心偏心的優化方法來克服或至少減輕現有技術的至少一個上述缺陷。為實現上述目的，本發明提供一種發動機核心機轉子質心偏心的優化方法，所述發動機核心機轉子質心偏心的優化方法包括以下步驟：步驟1：獲取高壓壓氣機轉子和高壓渦輪轉子以任意旋轉角相位θ裝配後，後軸頸處的柱面偏心，進而求出BE的值；步驟2：在核心機轉子裝配前，保持高壓壓氣機轉子不動，單向旋轉高壓渦輪轉子，且旋轉的角向步進值θ為360°/n的整數倍值，其中，n為連接面連接栓個數，逐一求出9級篦齒盤後止口柱面擬合形心O到前後支點連線構成的實際旋轉軸線AB距離OC，並將該OC的最小可能值作為所述發動機核心機轉子質心偏心的優化方法的優化目標；步驟3：建立核心機轉子質心偏心預測優化數學模型；步驟4：根據所述步驟3的核心機轉子質心偏心預測優化數學模型求出篦齒盤擬合形心O偏心OC最小時對應的θ值，依據該θ值進行高壓渦輪轉子和高壓壓氣機轉子角向旋轉裝配。優選地，所述步驟1具體包括：步驟11：獲得前支點截面擬合形心到9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口對應端面的軸向長度AD；步驟12：獲得支點截面擬合形心B到9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口對應端面的軸向長度DE；步驟13：測量高壓壓氣機轉子組件跳動參數；步驟14：測量高壓渦輪轉子跳動參數；步驟15：獲取壓氣機轉子組件與高壓渦輪轉子組件裝配後核心機轉子後軸頸處的綜合偏心公式；步驟16：以步驟11至步驟14獲取的參數為輸入，藉助步驟15的綜合偏心公式，計算得到壓氣機轉子和高壓渦輪轉子以任意旋轉角相位θ裝配後，後軸頸處的柱面偏心。優選地，所述步驟13具體為：在堆疊優化設備上，以高壓壓氣機轉子組件前軸頸上安裝前支點軸承內環處的柱面S和軸肩端面T為基準，測量9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口的柱面偏心δcenter1和9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口的端面偏心δtlit。優選地，所述步驟14具體為：在堆疊優化設備上，以高壓渦輪轉子組件鼓筒軸與9級篦齒盤配合止口對應的柱面S和端面T為基準，測量後軸頸上安裝後支點軸承外環處的柱面偏心δcenter3。優選地，所述步驟15中的綜合偏心公式具體為：其中，δcenter為以核心機轉子前軸頸為基準，後軸頸軸承支點的綜合偏心；δcenter1為以前軸頸為基準，9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口的柱面偏心；δcenter2＝H*δtilt/(D/2)，δcenter2為高壓壓氣機九級篦齒盤後端面傾斜δtilt對核心機後軸頸柱面偏心的影響；H為高壓渦輪轉子鼓筒軸前端面到後軸頸軸承支點的軸向尺寸；D為高壓壓氣機九級篦齒盤後止口的配合柱面直徑尺寸；δtlit為以前軸頸為基準，9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口的端面偏心；δcenter3為以鼓筒軸前止口為基準，高壓渦輪轉子組件後軸頸處的柱面偏心。優選地，所述步驟16具體為：以篦齒盤後止口柱面偏心δcenter1、篦齒盤後止口端面偏心δtlit和步驟14測得的後支點軸承外環柱面偏心δcenter3為輸入，可通過計算得到壓氣機轉子和高壓渦輪轉子以任意旋轉角相位θ裝配後，後軸頸處的柱面偏心。優選地，所述步驟3中的核心機轉子質心偏心預測優化數學模型為：其中，CD：CD＝BE*AD/(AD+DE)根據△ACD與△ABE相似；BE：以前軸頸為基準的核心機轉子後支點柱面偏心，可根據步驟1的方法求得；AD：高壓壓氣機轉子前軸頸支點到9級篦齒盤後端面的軸向尺寸，可根據步驟11的方法求得；DE：高壓渦輪轉子鼓筒軸前端面到後軸頸支點的軸向尺寸，可根據步驟12的方法求得；θ為高壓渦輪轉子相對高壓壓氣機轉子旋轉裝配的角向步進值。本申請的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法在轉子裝配前，通過優化計算選擇OC值最小的角相位指導核心機轉子組裝，間接實現降低核心機轉子質心偏心，減小核心機轉子不平衡量，改善高壓轉子振動的目的。該方法實現了在裝配前對核心機轉子篦齒盤後止口擬合形心偏心進行優化，間接控制轉子質心偏心，提高一次裝配成功率，降低裝配製造成本；該方法能挖掘出現有機件內在振動性能的最大值，降低並改善高壓轉子振動；隨著該方法應用的成熟，工藝上可省略裝配後複測，有效降低研製成本。附圖說明圖1是現有採用裝配後複測技術的發動機核心機轉子的結構示意圖。圖2是本申請一實施例的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法的流程示意圖。圖3是圖2所示的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法的壓氣機轉子組件跳動參數測量示意圖。圖4是圖2所示的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法的高壓渦輪轉子組件跳動參數測量示意圖。圖5是圖2所示的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法的轉子不同心度疊加原理的示意圖。圖6是圖2所示的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法的轉子不同心度疊加原理的另一示意圖。圖7是圖2所示的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法的核心機轉子質心偏心預測優化數學模型的示意圖。附圖標記：1高壓壓氣機轉子6後支點安裝位置2高壓渦輪轉子7後軸頸39級篦齒盤8高渦盤4前支點安裝位置9鼓筒軸5前軸頸具體實施方式為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護範圍的限制。圖2是本申請一實施例的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法的流程示意圖。圖3是圖2所示的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法的壓氣機轉子組件跳動參數測量示意圖。圖4是圖2所示的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法的高壓渦輪轉子組件跳動參數測量示意圖。圖5是圖2所示的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法的轉子不同心度疊加原理的示意圖。圖6是圖2所示的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法的轉子不同心度疊加原理的另一示意圖。圖7是圖2所示的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法的核心機轉子質心偏心預測優化數學模型的示意圖。如圖2所示的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法包括以下步驟：步驟1：獲取壓氣機轉子和高壓渦輪轉子以任意旋轉角相位θ裝配後，後軸頸處的柱面偏心，進而求出BE的值；步驟2：在核心機轉子裝配前，保持壓氣機轉子不動，單向旋轉高壓渦輪轉子，且旋轉的角向步進值θ為360°/n的整數倍值，其中，n為連接面連接栓個數，逐一求出9級篦齒盤後止口柱面擬合形心O到前後支點連線構成的實際旋轉軸線AB距離OC，並將該OC的最小可能值作為所述發動機核心機轉子質心偏心的優化方法的優化目標；步驟3：建立核心機轉子質心偏心預測優化數學模型；步驟4：根據所述步驟3的核心機轉子質心偏心預測優化數學模型求出篦齒盤擬合形心O偏心OC最小時對應的θ值，依據該θ值進行高壓渦輪轉子和高壓壓氣機轉子角向旋轉裝配。在本實施例中，步驟1具體包括：步驟11：獲得前支點截面擬合形心到9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口對應端面的軸向長度AD；具體地，可以通過查看設計提供的高壓壓氣機轉子組件圖，查錄前支點截面擬合形心A到9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口對應端面的軸向長度AD。步驟12：獲得支點截面擬合形心B到9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口對應端面的軸向長度DE；可以通過查看設計提供的高壓渦輪轉子組件圖，查錄後支點截面擬合形心B到9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口對應端面的軸向長度DE。步驟13：測量高壓壓氣機轉子組件跳動參數；參照圖3，在堆疊優化設備上，以高壓壓氣機轉子組件前軸頸上安裝前支點軸承內環處的柱面S和軸肩端面T為基準(對應基準軸為圖3的AD和圖7的AE)，測量9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口的柱面偏心δcenter1和端面偏心δtlit。步驟14：測量高壓渦輪轉子跳動參數；參照圖4，在堆疊優化設備上，以高壓渦輪轉子組件鼓筒軸與9級篦齒盤配合止口對應的柱面S和端面T為基準(對應基準軸為圖4中的MN，其與圖7中的DE平行)，測量後軸頸上安裝後支點軸承外環處的柱面偏心δcenter3。步驟15：獲取綜合偏心公式；參照圖5及圖6，第一部分part1的偏心δcenter1對第二部分part2偏心的影響大小為δcenter1，角相位一致；根據三角形相似，第一部分part1的端面偏心δtilt對第二部分part2偏心的影響大小為δcenter2＝H*δtilt/(D/2)，角相位偏置180°；而零件2的偏心δcenter3對自身偏心影響的大小和相位均不變。步驟16：以步驟11至步驟15獲取的參數為輸入，通過計算得到壓氣機轉子和高壓渦輪轉子以任意旋轉角相位θ裝配後，後軸頸處的柱面偏心。在本實施例中，所述步驟3具體為：在堆疊優化設備上，以高壓壓氣機轉子組件前軸頸上安裝前支點軸承內環處的柱面S和軸肩端面T為基準，測量9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口的柱面偏心δcenter1和9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口的端面偏心δtlit。在本實施例中，所述步驟14具體為：在堆疊優化設備上，以高壓渦輪轉子組件鼓筒軸與9級篦齒盤配合止口對應的柱面S和端面T為基準，測量後軸頸上安裝後支點軸承外環處的柱面偏心δcenter3。在本實施例中，所述步驟15中的綜合偏心公式具體為：其中，δcenter為以核心機轉子前軸頸為基準，後軸頸軸承支點的綜合偏心；δcenter1為以前軸頸為基準，9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口的柱面偏心；δcenter2＝H*δtilt/(D/2)，δcenter2為高壓壓氣機九級篦齒盤後端面傾斜δtilt對核心機後軸頸柱面偏心的影響；H為高壓渦輪轉子鼓筒軸前端面到後軸頸軸承支點的軸向尺寸；D為高壓壓氣機九級篦齒盤後止口的配合柱面直徑尺寸；δtlit為以前軸頸為基準，9級篦齒盤與鼓筒軸配合止口的端面偏心；δcenter3為以鼓筒軸前止口為基準，高壓渦輪轉子組件後軸頸處的柱面偏心。在本實施例中，所述步驟16具體為：以篦齒盤後止口柱面偏心δcenter1、篦齒盤後止口端面偏心δtlit和步驟14測得的後支點軸承外環柱面偏心δcenter3為輸入，可通過計算得到壓氣機轉子和高壓渦輪轉子以任意旋轉角相位θ裝配後，後軸頸處的柱面偏心。參見圖7，在本實施例中，所步驟3中的核心機轉子質心偏心預測優化數學模型為：其中，CD：CD＝BE*AD/(AD+DE)根據△ACD與△ABE相似；BE：以前軸頸為基準的核心機轉子後支點柱面偏心，可根據步驟1的方法求得；AD：高壓壓氣機轉子前軸頸支點到9級篦齒盤後端面的軸向尺寸，可根據步驟11的方法求得；DE：高壓渦輪轉子鼓筒軸前端面到後軸頸支點的軸向尺寸，可根據步驟12的方法求得；θ為高壓渦輪轉子相對高壓壓氣機轉子旋轉裝配的角向步進值。本申請的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法在轉子裝配前，通過優化計算選擇OC值最小的角相位指導核心機轉子組裝，間接實現降低核心機轉子質心偏心，減小核心機轉子不平衡量，改善高壓轉子振動的目的。該方法實現了在裝配前對核心機轉子篦齒盤後止口擬合形心偏心進行優化，間接控制轉子質心偏心，提高一次裝配成功率，降低裝配製造成本；該方法能挖掘出現有機件內在振動性能的最大值，降低並改善高壓轉子振動；隨著該方法應用的成熟，工藝上可省略裝配後複測，有效降低研製成本。最後需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp