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摘要：某型航空发动机装配过程中经常出现石墨件碰伤故障，严重影响了航空发动机滑油系统的密封性。本文对该型发动机装配过程中涉及的因素进行分析，确定了故障原因，制定了改进措施，可预防同类故障的发生。
关键词：航空发动机；石墨件；碰伤
Keywords：aero-engine；graphite component；bruise
1 故障情况
某型航空发动机装配风扇组合件时，需在三级机匣壳体处安装4件导销，使用吊具吊起风扇组合件，调整电动行车使风扇组合件对正安装位置，缓慢落下风扇组合件。
实际装配过程中，受风扇组合件与二支点支撑组件配合处间隙较小、风扇组合件未对正以及操作者技能等因素影响，容易发生二支点支撑组件内No.2支点石墨件碰伤故障，如图1所示。
2 原因分析
装配风扇组合件时，轴颈组合件上No.2支点内环、保持架及滚棒是先通过No.2支点石墨件位置，之后No.2支点跑道再通过No.2支点石墨件位置，如图2所示。
二支点支撑组件上No.2支点石墨件与No.2支点轴承内环及滚棒间的装配间隙约为3.07mm。在吊装风扇组合件时，若风扇组合件与核心机未对正，或吊装过程中发生晃动，滚棒易与No.2支点石墨件产生碰撞。风扇组合件上No.2支点跑道与石墨件间配合间隙为0～0.065mm。
No.2支点跑道前端有4mm×20°倒角，No.2支点跑道刚接触No.2支点石墨件时，该处装配间隙为2.74～2.805mm。No.2支点跑道接触石墨件前先通过压环组件，压环组件与No.2支点跑道的装配间隙为0.5～0.544mm。由于压环组件对No.2支点密封跑道的定心作用，以及No.2支点跑道前端4mm×20°倒角的引导作用，No.2支点跑道不易与石墨件发生碰撞。
通过上述分析可知，No.2支点石墨件碰伤的故障原因为：装配间隙小，装配过程中No.2支点轴承滚棒与No.2支点石墨件产生触碰，导致No.2支点石墨件出现损伤。
3 改进措施
1）控制No.2石墨件的同心度
No.2支点石墨件由5个相同扇形段按顺序组成，按标记的顺序号装配。石墨件与密封座组件、周向弹簧、弹簧等组装成No.2圆周密封装置（见图3），在弹簧和周向弹簧的作用下，存在一定的轴向、径向活动量。针对该情况，考虑各特征面尺寸及装配间隙等因素，制作了专用的检验芯棒，以保证石墨件ΦB面相对No.2圆周密封装置ΦA面的同心度≯0.05mm。
2）控制安装滚棒及保持架的No.2轴承内环外径
装配风扇组合件时，需将No.2轴承滚棒置于轴承内环工作位置，但在电动行车运行时，风扇组合件会有轻微的抖动，此时滚棒容易脱出保持架工作位置，使对称滚棒位置外径变大，与石墨件间装配间隙变小，导致该处产生碰磨。
针对滚棒脱出保持架的问题，采取在滚棒及保持架表面涂抹932低温航空润滑脂的方式进行固定。该方法既可以起到固定滚棒作用，也能在装配过程中起到润滑作用，而且不会对发动机滑油系统产生不良影响。
经试验验证，使用该方法可将滚棒固定牢靠，经测量，对称滚棒位置外径尺寸达到预期目标。
3）重新设计风扇导具
原工艺使用4件导销进行风扇组合件引导安装，引导效果较差，未达到预期的效果。
因此，设计了全新的风扇组合件导具。从发动机结构特点考虑，风扇组合件安装后发动机中前部形成闭合腔，无法进行风扇導具的分解，故风扇导具需从发动机后部装入。对核心机部分主要零件的产品图纸进行研究，分析相关零件尺寸、加工精度、装配关系等因素，选取高压压气机前轴颈内侧柱面及No.4支点轴承作为径向定位基准，以主燃烧室后安装边作为轴向定位基准，以风扇后轴颈柱面作为引导面，引导风扇组合件装配。
考虑不同批次发动机尺寸的差异以及装配工艺No.4支点轴承内环需要，导具前段设计为可拆卸结构，同时轴向设计有3mm的活动量。根据转静子高度、各特征面尺寸及装配间隙因素，确定风扇导具的最终尺寸。其中，起导向作用的柱面粗糙度为Ra0.8，相对于基准面的同心度为0.05mm和0.10mm。
对设计的风扇导具进行CAD仿真装配试验（见图4），以进行设计参数的验证，纠正设计不足之处。验证结果表明，定位基准选择正确，配合参数设计合理，满足风扇组合件装配使用。
No.2支点轴承与石墨件的理论装配间隙为3.07mm，风扇导具前端引导面的同心度为0.10mm，与风扇后轴颈配合间隙为0.15～0.25mm。为保证装配过程中不发生石墨件碰伤故障，预留间隙1.5mm，因此，风扇转子径向活动量应不大于1mm。图5所示为风扇导具安装后情况。
为验证风扇导具的定位效果，在风扇组合件后轴颈柱面进入风扇导具引导面后，检查风扇转子的径向活动量。
经测量，使用风扇导具定位后，风扇转子径向活动量为0.10～0.25mm，满足设计风扇转子径向活动量不大于1mm的目标。
经过多台航空发动机的风扇组合件装配，装配情况正常，装配后吊起风扇组合件检查No.2支点石墨件，石墨件完好。
4 结束语
对该型发动机石墨件碰伤故障原因进行分析，得出碰伤原因为机件装配时不同心，特别是原有导销只能保证静子机匣之间同心，无法保证风扇转子与静子机匣同心。因此重新设计风扇装配导具，以发动机核心机为基准，对风扇转子进行引导，可以保证机件装配时同心，预防了发动机石墨件碰伤故障的再次发生。
作者简介
王锦邦，工程师，从事航空维修总体结构技术工作。
杜红喜，工程师，从事航空维修总体结构技术工作。
关键词：航空发动机；石墨件；碰伤
Keywords：aero-engine；graphite component；bruise
1 故障情况
某型航空发动机装配风扇组合件时，需在三级机匣壳体处安装4件导销，使用吊具吊起风扇组合件，调整电动行车使风扇组合件对正安装位置，缓慢落下风扇组合件。
实际装配过程中，受风扇组合件与二支点支撑组件配合处间隙较小、风扇组合件未对正以及操作者技能等因素影响，容易发生二支点支撑组件内No.2支点石墨件碰伤故障，如图1所示。
2 原因分析
装配风扇组合件时，轴颈组合件上No.2支点内环、保持架及滚棒是先通过No.2支点石墨件位置，之后No.2支点跑道再通过No.2支点石墨件位置，如图2所示。
二支点支撑组件上No.2支点石墨件与No.2支点轴承内环及滚棒间的装配间隙约为3.07mm。在吊装风扇组合件时，若风扇组合件与核心机未对正，或吊装过程中发生晃动，滚棒易与No.2支点石墨件产生碰撞。风扇组合件上No.2支点跑道与石墨件间配合间隙为0～0.065mm。
No.2支点跑道前端有4mm×20°倒角，No.2支点跑道刚接触No.2支点石墨件时，该处装配间隙为2.74～2.805mm。No.2支点跑道接触石墨件前先通过压环组件，压环组件与No.2支点跑道的装配间隙为0.5～0.544mm。由于压环组件对No.2支点密封跑道的定心作用，以及No.2支点跑道前端4mm×20°倒角的引导作用，No.2支点跑道不易与石墨件发生碰撞。
通过上述分析可知，No.2支点石墨件碰伤的故障原因为：装配间隙小，装配过程中No.2支点轴承滚棒与No.2支点石墨件产生触碰，导致No.2支点石墨件出现损伤。
3 改进措施
1）控制No.2石墨件的同心度
No.2支点石墨件由5个相同扇形段按顺序组成，按标记的顺序号装配。石墨件与密封座组件、周向弹簧、弹簧等组装成No.2圆周密封装置（见图3），在弹簧和周向弹簧的作用下，存在一定的轴向、径向活动量。针对该情况，考虑各特征面尺寸及装配间隙等因素，制作了专用的检验芯棒，以保证石墨件ΦB面相对No.2圆周密封装置ΦA面的同心度≯0.05mm。
2）控制安装滚棒及保持架的No.2轴承内环外径
装配风扇组合件时，需将No.2轴承滚棒置于轴承内环工作位置，但在电动行车运行时，风扇组合件会有轻微的抖动，此时滚棒容易脱出保持架工作位置，使对称滚棒位置外径变大，与石墨件间装配间隙变小，导致该处产生碰磨。
针对滚棒脱出保持架的问题，采取在滚棒及保持架表面涂抹932低温航空润滑脂的方式进行固定。该方法既可以起到固定滚棒作用，也能在装配过程中起到润滑作用，而且不会对发动机滑油系统产生不良影响。
经试验验证，使用该方法可将滚棒固定牢靠，经测量，对称滚棒位置外径尺寸达到预期目标。
3）重新设计风扇导具
原工艺使用4件导销进行风扇组合件引导安装，引导效果较差，未达到预期的效果。
因此，设计了全新的风扇组合件导具。从发动机结构特点考虑，风扇组合件安装后发动机中前部形成闭合腔，无法进行风扇導具的分解，故风扇导具需从发动机后部装入。对核心机部分主要零件的产品图纸进行研究，分析相关零件尺寸、加工精度、装配关系等因素，选取高压压气机前轴颈内侧柱面及No.4支点轴承作为径向定位基准，以主燃烧室后安装边作为轴向定位基准，以风扇后轴颈柱面作为引导面，引导风扇组合件装配。
考虑不同批次发动机尺寸的差异以及装配工艺No.4支点轴承内环需要，导具前段设计为可拆卸结构，同时轴向设计有3mm的活动量。根据转静子高度、各特征面尺寸及装配间隙因素，确定风扇导具的最终尺寸。其中，起导向作用的柱面粗糙度为Ra0.8，相对于基准面的同心度为0.05mm和0.10mm。
对设计的风扇导具进行CAD仿真装配试验（见图4），以进行设计参数的验证，纠正设计不足之处。验证结果表明，定位基准选择正确，配合参数设计合理，满足风扇组合件装配使用。
No.2支点轴承与石墨件的理论装配间隙为3.07mm，风扇导具前端引导面的同心度为0.10mm，与风扇后轴颈配合间隙为0.15～0.25mm。为保证装配过程中不发生石墨件碰伤故障，预留间隙1.5mm，因此，风扇转子径向活动量应不大于1mm。图5所示为风扇导具安装后情况。
为验证风扇导具的定位效果，在风扇组合件后轴颈柱面进入风扇导具引导面后，检查风扇转子的径向活动量。
经测量，使用风扇导具定位后，风扇转子径向活动量为0.10～0.25mm，满足设计风扇转子径向活动量不大于1mm的目标。
经过多台航空发动机的风扇组合件装配，装配情况正常，装配后吊起风扇组合件检查No.2支点石墨件，石墨件完好。
4 结束语
对该型发动机石墨件碰伤故障原因进行分析，得出碰伤原因为机件装配时不同心，特别是原有导销只能保证静子机匣之间同心，无法保证风扇转子与静子机匣同心。因此重新设计风扇装配导具，以发动机核心机为基准，对风扇转子进行引导，可以保证机件装配时同心，预防了发动机石墨件碰伤故障的再次发生。
作者简介
王锦邦，工程师，从事航空维修总体结构技术工作。
杜红喜，工程师，从事航空维修总体结构技术工作。