喉道面積測試方案

某機渦輪導向器喉道面積測量技術分析摘要：喉道面積測量的準確性對發(fā)動機性能的影響至關重要。本文通過對喉道面積測量儀的原理及現場使用情況，對測量儀的校驗程序進行合理設計，保證測量系統穩(wěn)定性與測量數據的重復性，使測量精度滿足設計要求。并對裝機導向器葉片進行調整、規(guī)范測量操作步驟，保證喉道面積測量數據的準確性與可靠性。關鍵詞：喉道面積標準塊校驗方法喉道面積測量系統0引言燃氣流經導向器的收斂形通道中最小排氣邊面積，稱之為導向器喉道面積。渦輪導向器喉道面積的大小直接影響發(fā)動機的性能，實踐證明，高壓渦輪I級導向器喉道面積及低壓渦輪I級導向器喉道面積的變化，對發(fā)動機高壓轉速、推力、M2性能、T4溫度、耗油率都有影響，故在設計上通常允許調整高、低壓渦輪I級導向器葉片的排氣邊形態(tài)，改變喉道面積，提高發(fā)動機的性能。喉道面積測量系統由喉道面積測量儀、標準件構成，測量系統誤差對修正值產生直接影響。降低測量系統的誤差，保證測量儀測量的重復性與提高測量的精度，直接影響到裝機零件測量的準確性，對發(fā)動機性能產生直接影響。通過分析，確定測量標準流程、對測量數據進行分析，最終標準化校驗方法、規(guī)范操作程序，有效的降低測量誤差、提高測量精度。1喉道面積測量儀器及校驗標準樣件1.1導向器喉道面積測量原理以某機高壓渦輪I級導向器葉片為例，冷態(tài)高壓渦輪I級導向器喉道面積基本值=267.935cm2,將葉片定位在相對發(fā)動機中心的基本徑向位置上，如圖1所示，測量喉道面積的寬度與高度。在測量喉道寬度時，所有葉片必須推向同一方向。導向器葉片寬度示意圖導向器葉片高度示意圖排氣邊調整示意圖圖1導向器葉片結構示意圖假定在所有葉片上的截面1、2、3測得的喉道寬度與基本尺寸之差的代數與分別為X、Y、Z,同時假定在所有葉片上測得的環(huán)形高度C與基本尺寸之差的代數與為H,然后從冷態(tài)喉道基本面積267.935cm2中加上或減去上述值，可求得所測量的導向器喉道面積值。喉道寬度修正值A=系數X(X+Y+Z)喉道高度修正值B=系數XH所測得的喉道面積=[267.935+(A+B)]cm21.2喉道面積測量儀的使用方法喉道面積測量儀是用于測量導向器喉道面積的專用儀器。測量儀分兩部分：一部分為標準塊，標準塊具有相當的硬度及穩(wěn)定性，它表示的面積在一定周期內可視為恒定的，在使用喉道面積表測量工件前、后需在標準塊上對零；另一部分為喉道面積測量表，其結構為直接接觸、杠桿、柔性鋼絲、齒輪傳動、表盤示值形式的精密儀器。使用時將測量表在標準塊上校零后，對喉道葉片構成的空間進行測量，即喉道面積測量表的5個觸點完全與導向器葉片型面相接觸，其與標準塊面積值的差值反映在儀器的表盤數上。根據標準塊的標定面積值及儀器上的示值讀數，通過計算即可得知喉道的實際面積。1.3導向器喉道面積測量用的標準樣件導向器喉道面積測量用標準樣件，是用于驗證喉道面積測量儀的測量重復性與測量精度的標準件，其標定的面積值S標定是自身固有的特性，在排除外界環(huán)境后應是恒定的。2導向器喉道面積測量儀的校驗過程為保證導向器面積在批量生產過程裝配狀態(tài)的一致性，要求操作者熟悉測量表操作手法、具有良好測量手感，故需使用測量儀對標準件進行測量，對測量儀測量數據的重復性及測量精度進行校驗。2.1確定標準塊的面積值標準塊所示的實際面積，通過計量標準塊測量點構成空間的寬度、高度，計算得到。高壓渦輪I級導向器喉道面積測量儀標準塊面積SS=277.419+2.05AL+1.03(AA+AB+AC)]+(1.293Ah+1.303△H)式中：AL-幾何尺寸L的變化量(大于名義值為正、小于為負)AA、AB、AC-幾何尺寸A、B、C的變化量（大于名義值為負、小于為正）△h-幾何尺寸h的變化量（大于名義值為負、小于為正）△H-幾何尺寸H的變化量（大于名義值為正、小于為負）根據面積計算公式：當幾何尺寸A、B、C、h每增加0.001cm,面積S高減小約0?065cm2;尺寸H增加0.001cm，面積S高增加約0.065cm2;尺寸L增加0.001cm,面積S高增加約0.129cm2。反之，幾何尺寸減小面積則相應的減小或增加。由導向器喉道面積測量標準塊的計算公式可見，外形幾何尺寸的變化，對標準塊面積的影響比較小，小于調整工件時所給定的公差范圍，所以可在周期（半年）內認為其面積值時恒定不變的。根據每半年的測量數值計算出該周期內的標準塊面積值S。2.2重復性測量精度校驗為保證喉道面積測量儀的使用穩(wěn)定性，需對測量儀的重復性好壞進行校驗。以高壓渦輪I級導向器喉道面積測量表與標準塊為例:當標準塊的名義面積值S確定后，且在周期內認為是恒定不變的。將導向器喉道面積表在標準塊上對零位。對零過程應重復數次，要求每次都可以準確的對正零位，說明喉道面積測量表在標準塊上對零的重復性好、穩(wěn)定，可以滿足測量需要。為了驗證喉道面積測量表的穩(wěn)定性，對標準樣件進行反復測量，要求測量重復性誤差小于0.161cm2。1）將標準樣件高壓渦輪I級導向器20組葉片安裝到檢驗夾具上，高壓渦輪I級導向器葉片20組相對于工裝的位置必須是固定的，每次裝夾都需要將葉片安裝到初始標記的位置。這樣安裝有利于消除在測量中葉片定位銷、固定塊對喉道測量的影響。2）調整每組葉片之間的間隙，使其均勻。3）將喉道面積測量表支腳插在標準塊上，反復輕微晃動確認測量表在標準塊中的正確位置。用手指輕壓測量表，以防止測量表擺動，將測量表的指針調整到“0”位。4）測量標準樣件，從導向器喉道面積測量表的讀數上獲得每個喉道相對與標準塊零位的正、負值，表盤示值的最小刻度為0.0065cm2。測量過程中對每個喉道的測量值進行記錄，整組葉片測量前、后在標準塊上對零，保證測量過程測量表的穩(wěn)定性。5）對每次所測量的單個喉道數據進行對比，獲得準確、有效的測量數據。實踐證明，在非接縫處的喉道10次測量的數值偏差不應大于1個最小刻度；接縫處的喉道，考慮到葉片內、外緣板的不連續(xù)、不光滑，不大于2個最小刻度。若測量值偏離這個范圍，須將偏差較大的無效數值剔除。無效數值的產生是由于測量表觸點未能完全、正確的接觸到測量喉道點。為了保證測量的準確性，可以在10次測量后，對導向器葉組的接縫處葉片再次進行測量以獲得滿意的數值，將測量值偏離均值的點剔除。6）通過公式計算出實際測量的面積值：S標實測=S+60個喉道正負表讀數的代數與7）通過反復的測量，得到10次標準件的實測值。由于在測量過程中已經對偏離的值進行了剔除，計算所得的標準件的面積10次偏差不應大于0?161cm2。這樣的測量結果是符合要求的，測量的重復性好。2.3測量精度的修正測量重復性滿足后，需要對喉道面積測量儀的測量精度進行修正。高壓I級喉道面積測量儀標準塊面積S公式中，可以看出當一個周期使用后，由于各個觸點會有輕微的磨損‘△A、AB、AC、Ah>AL>AH是有變化的，引起S變化。由于導向器喉道面積測量表內部連線的松緊、內部齒輪的磨損、導向器喉道面積測量儀接觸點的磨損、標準樣件被測量點的磨損、每次裝夾葉片時接縫處的位置、校驗測量者的手感等等因素，引起了對標準樣件導向器喉道面積值測量的差異。使得測量S標實測的值不在標定的S標定范圍內。為了解決標準樣件測量值的變化，引入S修正的概念，通過對實測值S實測修正，使得S標實測在標定的S標定范圍內。S標實測=S+60個喉道正負表讀數的代數與+S修正。通過反復測量，將測量數據進行分析，計算出測量值相對標準值的標準差作為S修正。實際工件的測量計算中，就需要將S修正帶入公式計算：工件的實際值S實際=S+60個喉道正負表讀數的代數與+S修正。3對裝機導向器的測量及其調整為了滿足發(fā)動機的試車性能，根據發(fā)動機壓氣機、渦輪部分的不同的狀態(tài)，需要對高、低壓渦輪I級導向器面積進行調整，以滿足發(fā)動機性能要求。高、低壓渦輪I級導向器葉片在設計時，在一定范圍內允許對排氣邊進行調整，以改變排氣邊角度，達到改變導向器喉道面積的要求。所謂調整就是使用與葉片排氣邊型面相吻合的卷邊工具，從葉片的排氣邊插入，然后彎曲葉片的排氣邊緣。在葉片排氣邊L（見圖1）范圍內，將排氣邊1cm的位置向葉盆部位掰以減小喉道，向葉背部位掰以增大喉道。3.1調整高壓渦輪I級導向器葉片3.1.1對標準樣件進行測量，熟悉喉道面積測量儀的性能，要求對標準件測量，通過修正值達到S標定。若不能達到則需通過反復測量，以穩(wěn)定的手勁達到要求值后方可對裝機零件進行測量。3.1.2使用已校驗合格的高壓渦輪I級導向器喉道面積測量儀對葉片進行測量，得到實際該組葉片的面積值S初始=S+60個喉道正負表讀數的代數與+S修正。3.1.3根據要求值計算出需要調整的面積值S調整=S初始一S要求根據葉片設計要求：調整排氣邊1cm的位置（見圖1）,當增大喉道面積時每個喉道不得超出0?0968cm2,即反映在表盤上：最終表讀數-初始表讀數V15個最小刻度;當減小喉道面積時每個喉道不得超出0.168cm2,即：初始表讀數-最終表讀數V26個最小刻度。通過S調整與葉片可以調整的量計算出需要調整葉片的數量。3.2對導向器葉片的調整的要求1）在實際操作中，通常要求調整葉片的量在設計值的60%?70%左右，即增大時葉片調整（0.058?0.0645）cm2,反映在表盤讀數（9?10）個最小刻度；減小面積同理。考慮到導向器影響流量的均勻性，在調整葉片時，盡量均勻分布對葉片進行調整且接縫處葉片盡量不做調整。2）調整葉片排氣邊位置見圖1（L處），葉片的排氣邊靠內、外緣板處的根部均不允許修正；調整過的葉片排氣邊邊緣應同內、外緣板處的機體部分圓滑轉接，排氣邊不應扭曲；放大鏡進行檢查，排氣邊不允許有裂紋出現。3）在卷邊工具上緩慢地施力,使葉片的排氣邊逐步變形，每調整一次排氣邊應用測量表檢查一次喉道面積的變化量，不能超出允許調整范圍。卷邊工具只允許向一個方向調整葉片排氣邊。4）最終測量喉道面積：考慮到葉片調整后，產生的變形會有一定量的“回彈”，通過反復驗證，葉片在調整30min后葉片的反彈量可忽略，所以規(guī)定間隔30min后對導向器喉道進行測量，得到最終需要喉道面積要求值。5）對20組導向器葉片按順序標記位置，完成對發(fā)動機高壓渦輪I級導向器葉片的測量、調整。4結論測量喉道面積所使用的喉道面積測量儀的精度很高，