一種發動機核心機轉子質心偏心的優化方法技術

本發明專利技術公開了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：將核心機轉子連接面形心偏心OC的最小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2：建立核心機轉子質心偏心預測優化數學模型；步驟3：求出篦齒盤擬合形心O偏離核心機轉子實際旋轉軸線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。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值最小時對應的角相位指導核心機轉子組裝，進而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。

【技術實現步驟摘要】
一種發動機核心機轉子質心偏心的優化方法
本專利技術涉及航空發動機
，特別是涉及一種發動機核心機轉子質心偏心的優化方法。
技術介紹
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，平衡后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，平衡后高壓渦輪轉子的質心分布在篦齒盤擬合形心O和后軸頸擬合形心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，采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盡可能小，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，并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°后組裝轉子。(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度后組裝轉子。采用以上兩種方法裝配完核心機轉子后，均需采用專用測具測量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)，并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復測超差引起的裝配反復，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制造成本，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。
技術實現思路
本專利技術的目的在于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，本專利技術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裝配后，后軸頸處的柱面偏心，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級篦齒盤后止口柱面擬合形心O到前后支點連線構成的實際旋轉軸線AB距離OC，并將該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后核心機轉子后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，借助步驟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裝配后，后軸頸處的柱面偏心。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，測量后軸頸上安裝后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，后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后端面傾斜δtilt對核心機后軸頸柱面偏心的影響；H為高壓渦輪轉子鼓筒軸前端面到后軸頸軸承支點的軸向尺寸；D為高壓壓氣機九級篦齒盤后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，高壓渦輪轉子組件后軸頸處的柱面偏心。優選地，所述步驟16具體為：以篦齒盤后止口柱面偏心δcenter1、篦齒盤后止口端面偏心δtlit和步驟14測得的后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裝配后，后軸頸處的柱面偏心。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后支點柱面偏心，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級篦齒盤后端面的軸向尺寸，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后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后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，降低裝配制造成本；該方法能挖掘出現有機件內在振動性能的最大值，降低并改善高壓轉子振動；隨著該方法應用的成熟，工藝上可省略裝配后復測，有效降低研制成本。附圖說明圖1是現有采用裝配后復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后支點安裝位置2高壓渦輪轉子7后軸頸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專利技術實施的目的、技術方案和優點更本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種發動機核心機轉子質心偏心的優化方法，其特征在于，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裝配后，后軸頸處的柱面偏心，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級篦齒盤后止口柱面擬合形心O到前后支點連線構成的實際旋轉軸線AB距離OC，并將該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。

【技術特征摘要】
1.一種發動機核心機轉子質心偏心的優化方法，其特征在于，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裝配后，后軸頸處的柱面偏心，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級篦齒盤后止口柱面擬合形心O到前后支點連線構成的實際旋轉軸線AB距離OC，并將該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。2.如權利要求1所述的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法，其特征在于，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后核心機轉子后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，借助步驟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裝配后，后軸頸處的柱面偏心。3.如權利要求2所述的發動機核心機轉子質心偏心的優化方法，其特征在于，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。4.如權利要求3所述的發動機核心機轉...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉清軍，吳法勇，劉振東，金彬，趙洪豐，史新宇，張偉，
申請(專利權)人：中國航發沈陽發動機研究所，
類型：發明
國別省市：遼寧,21