[發(fā)明專利]增壓渦輪的雙圓盤撓性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010587414.4
• 申請(qǐng)日: 2020-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111751051B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖前進(jìn);黃雪峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貴州永紅航空機(jī)械有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G01M1/16
• 分類號(hào): G01M1/16
• 代理公司: 貴州派騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 52114
• 代理人: 張祥軍

本發(fā)明公開(kāi)了增壓渦輪的雙圓盤撓性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法，首先將兩端葉輪分組進(jìn)行超轉(zhuǎn)，并標(biāo)記角位置，接著軸系組裝完成后整體進(jìn)行低速平衡，然后整體磨合，將轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)并緩慢升速至第一階臨界轉(zhuǎn)速附近，最后整體磨合后復(fù)測(cè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡值，確保磨合前后動(dòng)平衡量值未發(fā)生明顯變化。本發(fā)明可以在不借助專用撓性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡設(shè)備的情況下實(shí)現(xiàn)撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空增壓渦輪技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡技術(shù)，具體地說(shuō)是一種用于確保飛機(jī)氧氣系統(tǒng)用增壓渦輪生產(chǎn)中小型雙圓盤撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡滿足許用要求的方法。

背景技術(shù)

圖1所示的增壓渦輪是為飛機(jī)氧氣系統(tǒng)研制的增壓渦輪，用于給氧氣系統(tǒng)分子篩提供高壓空氣，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖詳見(jiàn)圖1。由圖1可知，該增壓渦輪主要由渦輪蝸殼1、渦輪葉輪2、渦輪整流窗3、外殼體4、壓氣機(jī)葉輪5、壓氣機(jī)蝸殼6、軸7、壓氣機(jī)整流窗8、軸承9、軸承殼體10、隔板11所組成，轉(zhuǎn)子部分的結(jié)構(gòu)圖詳見(jiàn)圖2。從圖2分析可知，該增壓渦輪的轉(zhuǎn)子部分屬于具有兩個(gè)不平衡橫向平面的雙圓盤轉(zhuǎn)子。由于受產(chǎn)品葉輪氣動(dòng)結(jié)構(gòu)的限制，該軸系設(shè)計(jì)點(diǎn)工作轉(zhuǎn)速高達(dá)53000r/min。

這種結(jié)構(gòu)形式的增壓渦輪在工作過(guò)程最為常見(jiàn)的故障是：葉輪與殼體徑向之間發(fā)生磨損，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不靈活，甚至卡死，極不利于高速旋轉(zhuǎn)下軸系的正常工作，危及產(chǎn)品的可靠性，嚴(yán)重時(shí)危及飛行員氧氣供應(yīng)，嚴(yán)重影響飛行安全和任務(wù)的執(zhí)行。

造成上述故障的原因主要是軸系動(dòng)平衡超出許用要求。轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)中，從平衡的角度，根據(jù)轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其彎曲形變能否忽略，將轉(zhuǎn)子分為剛性轉(zhuǎn)子和撓性轉(zhuǎn)子兩大類，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)為轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速是否高于0.7×第一階臨界轉(zhuǎn)速。圖1中的增壓渦輪產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求工作轉(zhuǎn)速ω＝53000±1000r/min，通過(guò)對(duì)圖1中增壓渦輪產(chǎn)品進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速測(cè)試，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在73000～75000r/min附近，產(chǎn)品轉(zhuǎn)子有剮蹭，判斷為該產(chǎn)品第一階臨界轉(zhuǎn)速ωc1＝74000±1000r/min，由此推導(dǎo)，ω/ωc1＝53000/74000≈0.71＞0.7，綜上分析該軸系屬于小型雙圓盤撓性轉(zhuǎn)子。當(dāng)產(chǎn)品工作時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子發(fā)生劇烈的自激振動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致軸承承載失效，致使高速旋轉(zhuǎn)下的葉輪與殼體之間發(fā)生碰磨。

在轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡領(lǐng)域中，針對(duì)增壓渦輪結(jié)構(gòu)上的小型雙圓盤撓性轉(zhuǎn)子，目前最常見(jiàn)的做法使用專用一體化動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行去不平衡。該動(dòng)平衡機(jī)的特點(diǎn)是針對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行訂制性開(kāi)發(fā)，費(fèi)用高達(dá)600萬(wàn)元，不利于小批量生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。且國(guó)內(nèi)沒(méi)有相關(guān)供應(yīng)商，國(guó)外供應(yīng)商接受訂制的條件非常嚴(yán)格，對(duì)于其用途有極高的管控和限制。故在航空增壓渦輪技術(shù)領(lǐng)域，針對(duì)此種結(jié)構(gòu)的小型雙圓盤撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡技術(shù)處于空白狀態(tài)，沒(méi)有可借鑒的成熟工藝方法和技術(shù)，因此探求小型雙圓盤撓性轉(zhuǎn)子低速動(dòng)平衡代替整體轉(zhuǎn)子高速平衡的方法，顯得至關(guān)重要。

該類轉(zhuǎn)子的不平衡影響因素如下：

1、葉輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力的作用下，發(fā)生塑性形變，導(dǎo)致質(zhì)量分布發(fā)生變化，引起動(dòng)平衡變化。

2、葉輪裝配過(guò)程中，零件位置若發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)軸系的相對(duì)質(zhì)量分布發(fā)生變化。

3、軸系零件初始裝配完成后，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，受到初始不平衡的影響，零件之間發(fā)生碰傷，會(huì)降低產(chǎn)品使用可靠性。

4、軸系零件高轉(zhuǎn)速工作后，軸系動(dòng)平衡會(huì)發(fā)生變化。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種增壓渦輪的雙圓盤撓性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方法，可以在不借助專用高速動(dòng)平衡設(shè)備的情況下，使撓性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡量值滿足其使用要求。

本發(fā)明的核心在于采用“多轉(zhuǎn)速、多平面、分步平衡”的方法。

本發(fā)明針對(duì)背景技術(shù)中記載的影響因素，通過(guò)以下技術(shù)構(gòu)思予以解決：