[发明专利]增压涡轮的双圆盘挠性转子动平衡方法

说明书

本发明公开了增压涡轮的双圆盘挠性转子动平衡方法，首先将两端叶轮分组进行超转，并标记角位置，接着轴系组装完成后整体进行低速平衡，然后整体磨合，将转子驱动并缓慢升速至第一阶临界转速附近，最后整体磨合后复测转子系统不平衡值，确保磨合前后动平衡量值未发生明显变化。本发明可以在不借助专用挠性转子动平衡设备的情况下实现挠性转子的动平衡。

技术领域

本发明属于航空增压涡轮技术领域，涉及一种挠性转子的动平衡技术，具体地说是一种用于确保飞机氧气系统用增压涡轮生产中小型双圆盘挠性转子的动平衡满足许用要求的方法。

背景技术

图1所示的增压涡轮是为飞机氧气系统研制的增压涡轮，用于给氧气系统分子筛提供高压空气，产品结构图详见图1。由图1可知，该增压涡轮主要由涡轮蜗壳1、涡轮叶轮2、涡轮整流窗3、外壳体4、压气机叶轮5、压气机蜗壳6、轴7、压气机整流窗8、轴承9、轴承壳体10、隔板11所组成，转子部分的结构图详见图2。从图2分析可知，该增压涡轮的转子部分属于具有两个不平衡横向平面的双圆盘转子。由于受产品叶轮气动结构的限制，该轴系设计点工作转速高达53000r/min。

这种结构形式的增压涡轮在工作过程最为常见的故障是：叶轮与壳体径向之间发生磨损，进而导致转子旋转不灵活，甚至卡死，极不利于高速旋转下轴系的正常工作，危及产品的可靠性，严重时危及飞行员氧气供应，严重影响飞行安全和任务的执行。

造成上述故障的原因主要是轴系动平衡超出许用要求。转子动力学中，从平衡的角度，根据转子在运转时其弯曲形变能否忽略，将转子分为刚性转子和挠性转子两大类，评定标准为转子的工作转速是否高于0.7×第一阶临界转速。图1中的增压涡轮产品设计要求工作转速ω＝53000±1000r/min，通过对图1中增压涡轮产品进行临界转速测试，发现产品在73000～75000r/min附近，产品转子有剐蹭，判断为该产品第一阶临界转速ωc1＝74000±1000r/min，由此推导，ω/ωc1＝53000/74000≈0.71＞0.7，综上分析该轴系属于小型双圆盘挠性转子。当产品工作时，高速旋转的转子发生剧烈的自激振动，进而导致轴承承载失效，致使高速旋转下的叶轮与壳体之间发生碰磨。

在转子动平衡领域中，针对增压涡轮结构上的小型双圆盘挠性转子，目前最常见的做法使用专用一体化动平衡机进行去不平衡。该动平衡机的特点是针对产品结构特点进行订制性开发，费用高达600万元，不利于小批量生产经济性指标。且国内没有相关供应商，国外供应商接受订制的条件非常严格，对于其用途有极高的管控和限制。故在航空增压涡轮技术领域，针对此种结构的小型双圆盘挠性转子的动平衡技术处于空白状态，没有可借鉴的成熟工艺方法和技术，因此探求小型双圆盘挠性转子低速动平衡代替整体转子高速平衡的方法，显得至关重要。

该类转子的不平衡影响因素如下：

1、叶轮在高速旋转时，在离心力的作用下，发生塑性形变，导致质量分布发生变化，引起动平衡变化。

2、叶轮装配过程中，零件位置若发生变化时，会导致整个轴系的相对质量分布发生变化。

3、轴系零件初始装配完成后，在高速旋转时，受到初始不平衡的影响，零件之间发生碰伤，会降低产品使用可靠性。

4、轴系零件高转速工作后，轴系动平衡会发生变化。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种增压涡轮的双圆盘挠性转子动平衡方法，可以在不借助专用高速动平衡设备的情况下，使挠性转子动平衡量值满足其使用要求。

本发明的核心在于采用“多转速、多平面、分步平衡”的方法。

本发明针对背景技术中记载的影响因素，通过以下技术构思予以解决：