CN111173570B - 一种涡轮叶片的更换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涡轮叶片的更换方法，该方法通过拆卸分解、清洗检查、盘体平衡、叶片匹配、初磨外圆、组件平衡、终磨外圆、锁片安装、最终检验的方式，保证安装合适的叶片，该方法通过选择叶片的配合间隙范围、质量范围、模拟平衡及适当的平衡验证，使涡轮叶片的修理效率与质量得到显著提高。同时该方法的实施可显著减少返工造成的航材耗费，节约维修成本，显著提高涡轮修理的一次成品率，减少维修周期。

Description

一种涡轮叶片的更换方法
技术领域
本发明属于飞机维修技术领域，具体涉及一种涡轮叶片的更换方法，尤其是APS3200型辅助动力装置一、二级涡轮叶片的更换方法。
背景技术
辅助动力装置是飞机上除主发动机外的一台动力装置，英文名称AuxiliaryPower Unit，简称APU，它的作用是独立的为飞机提供空调引气和电源，同时提供压缩空气辅助发动机启动，是飞机上一个重要的不可或缺的***，是飞机上除主发动机外，结构最复杂，精密度最高的装置。
APS3200型APU安装于空客A319/A320/A321系列飞机。其大致可分为附件齿轮箱、负载段、动力段三部分。涡轮作为APU动力段的核心部件，将燃气的热能转化为自身的机械能，起到了做功带动APU转动的关键作用。由于其长期工作在高温高压的燃气环境中，涡轮叶片多发生风蚀、烧蚀等损伤。
APS3200型号涡轮采用轴流式涡轮，分为两级。两级涡轮相互独立，通过键齿相互连接。涡轮主要由涡轮盘1、叶片2、锁片3和气封严4组成，其结构具体如图1所示。涡轮盘周向均匀分布叶片槽，用于叶片的安装。并通过锁片将叶片固定到涡轮盘的指定位置。
在APU的修理过程中，涡轮修理是一个重要环节，是一个涉及多个工序、需要多个大型设备的复杂修理工作，也是体现APU修理深度的一个主要指标。涡轮修理能力的建立，可降低损伤涡轮组件的国外送修费用，加快零件的周转时间，降低备件储备资金。多年来，涡轮修理为公司降低维修成本、减少停场时间做出了很大的贡献。
全球能够进行APS3200型号涡轮叶片更换的厂家不超过10家，一般按照APS3200生产厂家提供的维修手册进行更换。此方法虽能完成涡轮叶片的更换工作，但由于涡轮盘长期工作在高温高转速(近20000转/分钟)的环境下，涡轮盘存在蠕变，其叶片安装孔会逐渐变大。同时，按照此流程进行涡轮叶片更换，过多依赖于人工经验，极易出现外圆磨削后最终检验不平衡量不通过的情况，一次性成品率低，在实际操作中具有一定的困难。反复拆装叶片不仅延长生产周期，而且造成了锁片的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涡轮叶片的更换方法，该方法实用高效、质量优良，降低了时间成本与航材耗费，提高了涡轮组件的一次成品率。
本发明的上述目的可以通过以下技术方案来实现：一种涡轮叶片的更换方法，包括以下步骤：
(1)拆卸分解：通过拆卸涡轮锁片的方式，拆下涡轮上的全部叶片与锁片；
(2)清洗检查：将拆下的涡轮盘进行清洗与检查，确保涡轮盘可用；
(3)盘体平衡：利用平衡机对可用的涡轮盘进行盘体平衡，记录涡轮盘的不平衡量；
(4)叶片匹配：对涡轮盘上的叶片安装槽进行标记，随机选取全新叶片，进行叶片与叶片安装槽之间的间隙匹配，选择出一套合适的叶片，并在叶片上记录与其合适的叶片安装槽的标记；
(5)初磨外圆：将标记的叶片依次安装到对应的涡轮盘叶片安装槽内，使用外圆磨床对涡轮叶片的外径进行磨削，实际达到规定值以上并预留少部分余量；
(6)组件平衡：确保磨削后的涡轮盘与叶片对应关系不变，将涡轮组件放在平衡机上，通过重新调整叶片在叶片安装槽上的位置，使涡轮组件不平衡量达到规定范围内；
(7)终磨外圆：保持涡轮组件平衡后涡轮盘与叶片位置不变，再次将涡轮组件安装到外圆磨床上，将涡轮叶片的外径磨削到规定尺寸；
(8)锁片安装：依次在涡轮盘与叶片之间安装全新锁片，将叶片通过锁片固定在涡轮盘上；
(9)最终检验：将组装好的涡轮组件放在平衡机上，对组件进行不平衡量验证，确保不平衡量在规定数值内。
在上述涡轮叶片的更换方法中：
优选的，步骤(2)中将拆下的涡轮盘进行检查是指对涡轮盘表面进行荧光探伤检查和内部涡流检查，确保涡轮盘可用。
优选的，步骤(4)中进行叶片与叶片安装槽之间的间隙匹配，确保叶片与叶片安装槽之间间隙合适，所述间隙尺寸要求叶片安装到涡轮盘上后周向活动间隙不超过1毫米。
优选的，步骤(5)中将标记的叶片依次安装到对应的涡轮盘的叶片安装槽内时先不安装锁片，使用外圆磨床对涡轮叶片的外径进行磨削，实际达到规定值以上并预留少部分余量的范围是：使涡轮组件的最终外径在178.65～178.70毫米范围内。
优选的，步骤(6)中使涡轮组件不平衡量达到10gmm的规定范围内。
优选的，步骤(7)中将涡轮叶片的外径磨削到涡轮组件的最终外径在177.95～178.00毫米的规定尺寸内。
优选的，步骤(8)中通过弯折锁片的方式将叶片固定叶片在涡轮盘上，并确保锁片弯折部分紧贴涡轮盘表面。
优选的，步骤(9)中不平衡量在10gmm的范围内。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明流程具有极强的普适性，可适用于所有的涡轮平衡类工作；
(2)本发明流程完善，科学有效，节约大量人工成本和时间成本；
(3)本发明增加了叶片与涡轮盘间隙配合，通过初磨外圆-平衡-终磨外圆的形式，避免了传统方式磨削后发现组件不平衡情况的发生，避免了由于不平衡导致的叶片拆换，可提高涡轮组件质量与修理的一次成品率；
(4)本发明流程在APS3200APU一二级涡轮叶片更换过程中，避免了反复更换叶片进行平衡尝试所消耗的大量时间，并且减少了返工造成的航材耗费。
附图说明
图1是背景技术中图涡轮结构组成示意图；
图2是本发明具体实施方式中涡轮叶片更换方法的流程示意图。
具体实施方式
实施例1
如图2所示，本实施例提供的涡轮叶片的更换方法，包括以下步骤：
(1)拆卸分解：通过拆卸涡轮锁片的方式，拆下涡轮上的全部叶片与锁片；
具体操作过程推荐是：展开锁片拆卸叶片，定位涡轮盘在涡轮支撑(一种用于支撑涡轮盘的常规支撑工件，通用工具，只是为涡轮提供支撑)上，定位涡轮盘时，叶片后缘向上，涡轮盘必须与涡轮支撑稳定接触。用冲子(通用工具，头部为扁平形，类似螺丝刀，一般是黄铜冲子或铝冲子)轻轻将锁片敲打至完全从涡轮表面分开且与叶片安装槽对成一条直线，用冲子从后端拆下叶片与锁片，通常叶片磨损发生在所有叶片上，因此通常需要更换所有的叶片。
(2)清洗检查：将拆下的涡轮盘进行清洗与检查，确保涡轮盘可用；
具体操作过程推荐是：对拆下的涡轮盘表面进行荧光探伤检查和内部涡流检查，确保涡轮盘可用。
(3)盘体平衡：利用平衡机对可用的涡轮盘进行盘体平衡，记录涡轮盘的不平衡量；
为了保证涡轮的运转平稳，涡轮在装机前通常需要进行平衡工作，并记录涡轮盘的不平衡量及角度(平衡机在测量出不平衡量的同时还会输出不平衡角度)。涡轮的平衡通常是指将安装到相应的工装(通用工具，用于支撑涡轮)上，通过平衡机(常规平衡机如SCHENCK HM1BU型号的平衡机)，利用平衡机电机及皮带带转涡轮旋转(通常1000转/min)，由于在平衡涡轮时带有工装，为了去除工装本身的不平衡量，通常采用将工装相对安装位置旋转180度的做法去除工装的不平衡量，此种方法为平衡工作的基础工作，俗称补偿，其中“0”位标记与贴在工装上的光标成180°，磅紧工装螺帽力矩值为310in.lb。
其中涡轮盘必须确保定中点、涡轮盘的接触面和平衡工装表面的光洁度。
(4)叶片匹配：对涡轮盘上的叶片安装槽进行标记，随机选取全新叶片，进行叶片与叶片安装槽之间的间隙匹配，选择出一套合适的叶片，并在叶片上记录与其合适的叶片安装槽的标记；
具体操作过程推荐是：将平衡后的涡轮盘上的叶片安装槽进行编号，随机选取全新的涡轮叶片，将其与涡轮盘上的叶片安装槽依次进行匹配，叶片安装槽与叶片的间隙不能太松也不能太紧，要求叶片安装到涡轮盘上后周向活动间隙不超过1毫米，并在叶片上标注与之配合的叶片安装槽的序号。
(5)初磨外圆：将标记的叶片依次安装到对应的涡轮盘叶片安装槽内，使用外圆磨床对涡轮叶片的外径进行磨削，实际达到规定值以上并预留少部分余量；
具体操作过程推荐是：按照叶片与叶片安装槽的对应关系，将叶片依次安装到涡轮盘的叶片安装槽内。注意，此时不要安装锁片。利用外圆磨床将叶片的长度磨削，使涡轮组件的最终外径在178.65～178.70毫米范围内。
(6)组件平衡：确保磨削后的涡轮盘与叶片对应关系不变，将涡轮组件放在平衡机上，通过重新调整叶片在叶片安装槽上的位置，使涡轮组件不平衡量达到规定范围内；
具体操作过程推荐是：确保磨削后的涡轮盘与叶片对应关系不变，将涡轮组件放在平衡机上，通过调换叶片相对位置的方式，使涡轮组件不平衡量达到规定范围内。其中调换叶片相对位置的方式具体可以通过人工调整，将叶片从叶片安装槽的其中一个位置调整到其它合适位置，从而可以使涡轮组件不平衡量达到10gmm的规定范围内，也可以采用设计一款常规的计算软件(将获得数据录入Excel)，将称重叶片在计算软件中输入每个叶片的重量及涡轮盘不平衡量，通过软件的计算，规划出涡轮组件理论不平衡量最小时叶片与涡轮盘的相对位置，并通过调换叶片位置方式将组件不平衡量调整至10gmm的规定要求。
推荐的，安装叶片的顺序为涡轮盘从后向前看顺时针方向。
(7)终磨外圆：保持涡轮组件平衡后涡轮盘与叶片位置(此处叶片位置为步骤(6)中重新调整后的叶片位置关系)不变，再次将涡轮组件安装到外圆磨床上，将涡轮叶片的外径磨削到涡轮组件的最终外径在177.95～178.00毫米的规定尺寸内。
(8)锁片安装：依次在涡轮盘与叶片之间安装全新锁片，将叶片通过锁片固定在涡轮盘上；
具体操作过程推荐是：保持此时叶片与涡轮盘位置不变，将涡轮组件放置在支撑上，依次在每片叶片与涡轮盘之间安装锁片，通过弯折锁片的方式，利用铝冲子或铜冲子对所有锁片的两端进行弯折，将涡轮叶片固定在涡轮盘上，确保锁片弯折部分紧贴涡轮盘表面。
在安装锁片并弯曲成型后，检查锁片有无裂纹。
(9)最终检验：将组装好的涡轮组件放在平衡机上，对组件进行不平衡量验证，确保涡轮组件的不平衡量在10gmm规定数值内。
还可以进一步检查叶片位置、轴向间隙等，叶片后缘盘表面到叶片表面距离要在0～0.38mm、叶片轴向活动间隙要在0～0.05mm为佳。
本申请中的涡轮叶片更换方法，通过拆卸分解、清洗检查、盘体平衡、叶片匹配、初磨外圆、组件平衡、终磨外圆、锁片安装、最终检验的方式，保证安装合适的叶片，综合利用涡轮盘的不平衡量及每个叶片的质量，模拟平衡后，根据这些数据匹配出合理的叶片安装方案，可提高平衡效率，最终完成叶片更换工作。与现有方法中单纯依赖人工经验的方式更换叶片相比，现有方法中，一方面，由于叶片较多，平衡工艺时间长，严重影响平衡效率，另一方面，反复拆卸叶片进行平衡会对涡轮盘及叶片造成磨损，损坏浪费航材。因此，本发明方法通过选择叶片的配合间隙范围、质量范围、模拟平衡及适当的平衡验证，使流程改进后的涡轮修理效率与质量得到显著提高。该方法的实施显著减少了返工造成的航材耗费，节约维修成本，显著提高了涡轮修理的一次成品率，减少维修周期。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种涡轮叶片的更换方法，其特征是包括以下步骤：
（1）拆卸分解：通过拆卸涡轮锁片的方式，拆下涡轮上的全部叶片与锁片；
（2）清洗检查：将拆下的涡轮盘进行清洗与检查，确保涡轮盘可用；
（3）盘体平衡：利用平衡机对可用的涡轮盘进行盘体平衡，记录涡轮盘的不平衡量；
（4）叶片匹配：对涡轮盘上的叶片安装槽进行标记，随机选取全新叶片，进行叶片与叶片安装槽之间的间隙匹配，选择出一套合适的叶片，并在叶片上记录与其合适的叶片安装槽的标记；
（5）初磨外圆：将标记的叶片依次安装到对应的涡轮盘叶片安装槽内，使用外圆磨床对涡轮叶片的外径进行磨削，实际达到规定值以上并预留少部分余量；
（6）组件平衡：确保磨削后的涡轮盘与叶片对应关系不变，将涡轮组件放在平衡机上，通过重新调整叶片在叶片安装槽上的位置，使涡轮组件不平衡量达到规定范围内；
（7）终磨外圆：保持涡轮组件平衡后涡轮盘与叶片位置不变，再次将涡轮组件安装到外圆磨床上，将涡轮叶片的外径磨削到规定尺寸；
（8）锁片安装：依次在涡轮盘与叶片之间安装全新锁片，将叶片通过锁片固定在涡轮盘上；
（9）最终检验：将组装好的涡轮组件放在平衡机上，对组件进行不平衡量验证，确保不平衡量在规定数值内；
步骤（1）中所述涡轮为APS3200型号涡轮；
步骤（4）中进行叶片与叶片安装槽之间的间隙匹配，确保叶片与叶片安装槽之间间隙合适，所述间隙尺寸要求叶片安装到涡轮盘上后周向活动间隙不超过1毫米；
步骤（5）中将标记的叶片依次安装到对应的涡轮盘的叶片安装槽内时先不安装锁片，使用外圆磨床对涡轮叶片的外径进行磨削，实际达到规定值以上并预留少部分余量的范围是：使涡轮组件的最终外径在178.65~178.70毫米范围内；
步骤（6）中使涡轮组件不平衡量达到10gmm的规定范围内；
步骤（7）中将涡轮叶片的外径磨削到涡轮组件的最终外径在177.95~178.00毫米的规定尺寸内；
步骤（9）中不平衡量在10gmm的范围内。
2.根据权利要求1所述的涡轮叶片的更换方法，其特征是：步骤（2）中将拆下的涡轮盘进行检查是指对涡轮盘表面进行荧光探伤检查和内部涡流检查，确保涡轮盘可用。
3.根据权利要求1所述的涡轮叶片的更换方法，其特征是：步骤（8）中通过弯折锁片的方式将叶片固定叶片在涡轮盘上，并确保锁片弯折部分紧贴涡轮盘表面。
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