垂直式低压涡轮单元体组装装置及其组装方法与流程

本发明涉及航空发动机装配领域，特别涉及一种垂直式低压涡轮单元体组装装置及其组装方法。

背景技术：

图1为现有技术中低压涡轮的结构示意图。图2为现有技术中低压涡轮垂直装配示意图一。图3为现有技术中低压涡轮垂直装配示意图二。图4为现有技术中h2尺寸测量示意图。

如图1至图4所示，所述型号低压涡轮单元体由低压涡轮轴10、转静子20、涡轮后机匣30三个子单元组成。转静子20中的一级涡轮盘心内柱面a、前端面b为整个单元体的装配基准，低压涡轮轴10与转静子20中的支撑锥壁采用紧止口短螺栓连接。为保证转静子20与低压涡轮轴10的连接可靠，短螺栓的固定螺母拧紧过程中需施加力矩。转静子20单元体由转子(多级叶盘)和静子(多级静叶)构成，为了避免安装过程中转子、静子直接的磕碰，需控制转静子20的轴向间隙及径向间隙。

发动机的五支点轴承内环安装在支撑锥壁末端，轴承内环依靠压紧螺母压靠在支撑锥壁上，压紧过程中需按规定的力矩进行限力拧紧。发动机的五支点轴承外环安装在涡轮后机匣30上，五支点轴承的内、外环径向间隙较小，涡轮后机匣30的安装过程中无法目视轴承内外环的相对位置，轴承内、外环发生磕碰的风险较大。

为保证发动机整机状态下，低压涡轮转、静子的轴向间隙符合要求，装配过程中需要在保证图1所示的h2尺寸下，测量h1值，再根据h1值，选择低涡轴的前调整垫来控制低压涡轮转、静子的轴向间隙。

此外，由于此型号低压涡轮的转静子为单元体交付且低压涡轮各级静子上仅有一个孔探仪孔，低压涡轮装配前需对各级转静子流道进行完整检查，防止流道内有异物，检查过程中需要转子能够转动。

对于所述型号低压涡轮单元体的装配，如何控制转静子之间的轴向间隙、保证转静子同心、保证各个子装配单元体之间可靠连接是其装配重点和难点。

有鉴于此，本领域技术人员研制了一种垂直式低压涡轮单元体组装装置及其组装方法，以期克服上述技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中低压涡轮单元体组装装配中转静子之间的轴向间隙较难控制的缺陷，提供一种垂直式低压涡轮单元体组装装置及其组装方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种垂直式低压涡轮单元体组装装置，其特点在于，所述垂直式低压涡轮单元体组装装置包括：装配平台、拧紧扳手、限位板、压紧测量装置和标尺，所述装配平台包括上架和下架，所述上架和所述下架上下固定连接，形成一个中空的框架结构；

所述限位板安装在所述上架的上方，所述拧紧扳手安装在所述限位板的下端面；所述压紧测量装置安装在所述下架的内底面，且位于所述上架的正下方，所述标尺的一端安装在所述上架上，另一端向下延伸；

通过所述压紧测量装置和拧紧扳手上下固定低压涡轮轴，低压涡轮转静子固定在所述上架上，所述标尺的上端固定在所述上架上，并垂直向下延伸。

根据本发明的一个实施例，所述上架包括支撑框架、定心环、上夹持环和下夹持环，所述支撑框架呈上下双层的中空环形框架；

所述中空环形框架的中心向下延伸形成一中空柱体，所述上夹持环和所述下夹持环分别安装在所述中空柱体的上下两端部，用于夹持低压涡轮轴，使所述低压涡轮轴处于所述装配平台的轴线上；

所述定心环固定在所述支撑框架的上端面中心位置，环绕所述中空柱体的上端部。

根据本发明的一个实施例，所述上架还包括静子固定环、轴承下座、轴承滚动体和轴承上座，所述静子固定环固定在所述支撑框架上，用于固定涡轮机匣的前安装法兰；

所述轴承上座和所述轴承下座上下叠合固定在所述定心环的外侧部，所述轴承滚动体安装在所述轴承上座和所述轴承下座之间。

根据本发明的一个实施例，所述下架的底部上端面安装有固定托座，所述固定托座位于所述下夹持环的正下方；

所述压紧测量装置包括反扭套筒、测量板、压紧螺母和升降螺杆，所述升降螺杆固定在所述固定托座的中心位置，所述压紧螺母安装在所述升降螺杆上，所述测量板安装在所述压紧螺母上，所述反扭套筒套设在所述测量板、所述压紧螺母和所述升降螺杆的外围，且固定在所述固定托座上。

根据本发明的一个实施例，所述反扭套筒呈扇形筒体结构，固定在固定托座上，所述反扭套筒内设置有花键，与低压涡轮轴前端的花键相互配合。

根据本发明的一个实施例，所述上架还包括至少两个固定座，所述固定座固定在所述支撑框架的上端面的外侧部，且所述固定座两两180°对称排布，所述限位板固定在对应的两个所述固定座之间。

根据本发明的一个实施例，所述拧紧扳手包括扳手头、多根提杆和扭矩放大器，所述提杆安装在所述扳手头上，所述扭矩放大器安装在所述提杆之间。

根据本发明的一个实施例，所述限位板上设置有挡块，所述挡块安装在固定扳手上，用于对所述扭矩放大器的手柄进行限位。

根据本发明的一个实施例，所述标尺的末端设有球头。

本发明还公开了一种垂直式低压涡轮单元体组装方法，其特点在于，所述组装方法采用如上所述的垂直式低压涡轮单元体组装装置，其包括如下步骤：

s1、将低压涡轮轴安装到装配平台上，调整低压涡轮轴的位置；

s2、将所述低压涡轮转静子安装到装配平台上，调整所述低压涡轮轴和所述低压涡轮转静子的位置，使得所述低压涡轮轴和低压涡轮转静子对接；

s3、转动所述低压涡轮转子，通过千分表检测涡轮盘心与所述低压涡轮轴前配合圆柱面的跳动值是否符合设计值；如不符合需将所述低压涡轮转静子与低压涡轮轴脱开，调整后再重新对接；直至符合设计值后，安装所述低压涡轮轴和所述低压涡轮转静子的其余连接螺母；

s4、安装固定所述低压涡轮轴和所述低压涡轮转静子；

s5、通过吊具将涡轮后机匣安装到所述低压涡轮转静子的后法兰上；

s6、通过标准量块测量标尺的球头部位与测量板的轴向距离，所述轴向距离为h测；

s7、计算h2＝h轴-(h标+h测)，h轴的值可通过三坐标测量，h标的值为装配平台的出厂计量值。

根据本发明的一个实施例，所述步骤s1还包括以下步骤：

s11、通过压紧螺母将测量板固定在低压涡轮轴的调整垫安装面上，并通过塞尺检查测量板与所述低压涡轮轴的调整垫安装面是否贴合；

s12、将所述低压涡轮轴安装到装配平台上，并通过上夹持环与下夹持环夹紧；

s13、通过调整升降螺杆将低压涡轮轴降到最低位；

s14、通过加热枪将低压涡轮轴后连接法兰加热到150度。

根据本发明的一个实施例，所述步骤s2还包括以下步骤：

s21、将所述低压涡轮转静子放置到装配平台上；

s22、通过调整升降螺杆提升所述低压涡轮轴，使得所述低压涡轮轴的后连接法兰与所述低压涡轮轴转静子支撑锥壁的连接法兰贴合；

s23、采用周向均布的方式，拧紧所述低压涡轮轴与所述低压涡轮转静子的连接螺母；

s24、松开上夹持环与下夹持环；

s25、在所述低压涡轮转静子的最后一级盘心和所述低压涡轮轴的前配合圆柱面处放置千分表；

根据本发明的一个实施例，所述步骤s4还包括以下步骤：

s41、安装五支点轴承及轴心其余零件；

s42、安装五支点轴承内外压紧螺母；

s43、安装反扭套筒，限制低压涡轮转子转动；

s44、将限位板安装到装配平台上；

s45、安装拧紧扳手，通过拧紧扳手对五支点轴承内外压紧螺母进行限力，使其符合设计值；

s46、限力合格后，分去拧紧扳手；

s47、分去限位板；

s48、将引导轴拧到转静子支撑锥壁后端螺纹孔内。

本发明的积极进步效果在于：

本发明垂直式低压涡轮单元体组装方法及其组装装置具有如下诸多优势：

一、采用垂直式装配方法，其原理简单，易于对中，满足所述低压涡轮单元体的按图纸要求装配；

二、装配操作过程简单稳定，重复性好，低压涡轮装配质量稳定；

三、装配效率高，装配成本较低；

四、平台扩展性强，可通过更换功能部件，满足不同型号不同尺寸的低压涡轮单元体装配。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为现有技术中低压涡轮的结构示意图。

图2为现有技术中低压涡轮垂直装配示意图一。

图3为现有技术中低压涡轮垂直装配示意图二。

图4为现有技术中h2尺寸测量示意图。

图5为本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置的结构示意图。

图6为本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置中装配平台的结构示意图。

图7为本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置中上架的结构示意图。

图8为本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置中上架的纵向剖视图。

图9为本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置中下架的结构示意图。

图10为本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置中拧紧扳手的结构示意图。

图11为本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置中限位板的结构示意图。

【附图标记】

低压涡轮轴10

转静子20

涡轮后机匣30

装配平台100

拧紧扳手200

限位板300

标尺400

上架110

下架120

支撑框架111

定心环112

上夹持环113

下夹持环114

中空柱体115

静子固定环116

轴承下座117

轴承滚动体118

轴承上座119

固定托座121

板材122

空心钢管123

吊点124

反扭套筒500

测量板510

压紧螺母520

升降螺杆530

固定座600

扳手头210

提杆220

扭矩放大器230

挡块310

手柄231

螺栓320

吊具700

引导轴800

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。

此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。

此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

图5为本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置的结构示意图。图6为本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置中装配平台的结构示意图。图7为本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置中上架的结构示意图。图8为本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置中上架的纵向剖视图。图9为本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置中下架的结构示意图。图10为本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置中拧紧扳手的结构示意图。图11为本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置中限位板的结构示意图。

如图5至图11所示，本发明公开了一种垂直式低压涡轮单元体组装装置，其包括：装配平台100、拧紧扳手200、限位板300、压紧测量装置和标尺400。其中，装配平台100包括上架110和下架120，将上架110和下架120上下固定连接，形成一个中空的框架结构。限位板300安装在上架110的上方，拧紧扳手200安装在限位板300的下端面。所述压紧测量装置安装在下架120的内底面，且位于上架110的正下方，标尺400的一端安装在上架110上，另一端向下延伸。通过所述压紧测量装置和拧紧扳手200上下固定低压涡轮轴10，低压涡轮转静子20固定在上架110上，标尺400的上端固定在上架110上，并垂直向下延伸。

此处，标尺400的末端设有球头，便于测量。标尺400用于固定高度，其上端通过螺纹件与上架110固定。

优选地，上架110包括支撑框架111、定心环112、上夹持环113和下夹持环114，支撑框架111呈上下双层的中空环形框架。所述中空环形框架的中心向下延伸形成一中空柱体115，上夹持环113和下夹持环114分别安装在中空柱体115的上下两端部(例如采用螺栓固定)，用于夹持低压涡轮轴10，使低压涡轮轴10处于装配平台100的轴线上。定心环112固定在支撑框架111的上端面中心位置，环绕中空柱体115的上端部。定心环112可在径向对涡轮转子进行限位，保证转子处于装配平台100的轴线上。

进一步地，上架110还包括静子固定环116、轴承下座117、轴承滚动体118和轴承上座119，静子固定环116固定在支撑框架111上(例如采用螺栓固定)，用于固定涡轮机匣的前安装法兰。轴承上座119和轴承下座117上下叠合固定在定心环112的外侧部，轴承滚动体118安装在轴承上座119和轴承下座117之间。涡轮转子固定在轴承上座119上，可沿平台轴线周向旋转。

优选地，下架120的底部上端面安装有固定托座121，固定托座121位于下夹持环114的正下方。下架120主要用于支撑上架110和固定托座121，其主要为板材122和空心钢管123的焊接体，设有平台的吊点124，用于整个平台的吊转。

更近一步地，所述压紧测量装置包括反扭套筒500、测量板510、压紧螺母520和升降螺杆530。其中，升降螺杆530固定在固定托座121的中心位置，压紧螺母520安装在升降螺杆530上，测量板510安装在压紧螺母520上，反扭套筒500套设在测量板510、压紧螺母520和升降螺杆530的外围，且固定在固定托座121上。

固定托座121通过螺纹件固定在下架120上，在固定托座121上设置螺纹孔，用于安装反扭套筒500。压紧螺母520用于压紧测量板510，使得测量板500的测量端面与低压涡轮轴10的调整垫安装面相贴合。测量板510用于将低压涡轮轴10的调整垫安装面转出，使得测量可达。

在升降螺钉530的顶部焊接有3个扳杆，用于转动螺杆，螺杆的升降可以带动低压涡轮轴的升降。

反扭套筒500优选为呈扇形筒体结构，固定在固定托座121上，反扭套筒500内设置有花键，与低压涡轮轴10前端的花键相互配合，限力过程中防止转子转动。

此外，上架110还包括至少两个固定座600，将固定座600固定在支撑框架111的上端面的外侧部，例如通过螺纹件固定在支撑框架111的上端面的外侧部。固定座600优选地设置为两两180°对称排布，限位板300固定在对应的两个固定座600之间，通过固定座600支撑限位板300。

优选地，拧紧扳手200包括扳手头210、多根提杆220和扭矩放大器230，用于五支点内外压紧螺母的限力。将提杆220安装在扳手头210上，扭矩放大器230安装在提杆220之间。

限位板300上设置有挡块310，挡块310安装在固定扳手上，用于对扭矩放大器230的手柄231进行限位。限位板300的两端设置有螺栓320，用于连接限位板300和固定座600。

如上述结构所述，装配平台100可实现低压涡轮轴10的夹持与提升及下降、按图1所示的高度差h2同时支撑转静子、转子可在装配平台上绕轴向旋转。装配平台100上可固定轴承压紧螺母拧紧扳手和扭矩倍增器以完成轴承内环压紧螺母的拧紧与限力、装配平台100前端可以安装反扭套筒500，限力过程中提供反扭套筒500、标尺400固定在装配平台上。上架110用于按高度差h2支撑转静子，实现转子的旋转，固定标尺400。

此外，装配平台100还采用吊具700，通过法兰与涡轮后机匣后法兰边相连，吊具700中心设有引导孔，引导孔与引导轴800采用小间隙配合。引导轴800采用圆筒结构，其前端通过螺纹拧在转静子支撑锥壁后端螺纹孔内。

本发明还公开了一种垂直式低压涡轮单元体组装方法，其采用如上所述的垂直式低压涡轮单元体组装装置，其包括如下步骤：

步骤s1、将低压涡轮轴安装到装配平台上，调整低压涡轮轴的位置。

其中，所述步骤s1还包括以下步骤：

步骤s11、通过压紧螺母将测量板固定在低压涡轮轴的调整垫安装面上，并通过塞尺检查测量板与所述低压涡轮轴的调整垫安装面是否贴合；

步骤s12、将所述低压涡轮轴安装到装配平台上，并通过上夹持环与下夹持环夹紧；

步骤s13、通过调整升降螺杆将低压涡轮轴降到最低位；

步骤s14、通过加热枪将低压涡轮轴后连接法兰加热到150度。

s2、将所述低压涡轮转静子安装到装配平台上，调整所述低压涡轮轴和所述低压涡轮转静子的位置，使得所述低压涡轮轴和低压涡轮转静子对接。

其中，所述步骤s2还包括以下步骤：

s21、将所述低压涡轮转静子放置到装配平台上；

s22、通过调整升降螺杆提升所述低压涡轮轴，使得所述低压涡轮轴的后连接法兰与所述低压涡轮轴转静子支撑锥壁的连接法兰贴合；

s23、采用周向均布的方式，拧紧所述低压涡轮轴与所述低压涡轮转静子的连接螺母；

s24、松开上夹持环与下夹持环；

s25、在所述低压涡轮转静子的最后一级盘心和所述低压涡轮轴的前配合圆柱面处放置千分表；

s3、转动所述低压涡轮转子，通过千分表检测涡轮盘心与所述低压涡轮轴前配合圆柱面的跳动值是否符合设计值；如不符合需将所述低压涡轮转静子与低压涡轮轴脱开，调整后再重新对接；直至符合设计值后，安装所述低压涡轮轴和所述低压涡轮转静子的其余连接螺母。

s4、安装固定所述低压涡轮轴和所述低压涡轮转静子。

其中，所述步骤s4还包括以下步骤：

s41、安装五支点轴承及轴心其余零件；

s42、安装五支点轴承内外压紧螺母；

s43、安装反扭套筒，限制低压涡轮转子转动；

s44、将限位板安装到装配平台上；

s45、安装拧紧扳手，通过拧紧扳手对五支点轴承内外压紧螺母进行限力，使其符合设计值；

s46、限力合格后，分去拧紧扳手；

s47、分去限位板；

s48、将引导轴拧到转静子支撑锥壁后端螺纹孔内。

s5、通过吊具将涡轮后机匣安装到所述低压涡轮转静子的后法兰上。

s6、通过标准量块测量标尺的球头部位与测量板的轴向距离，所述轴向距离为h测。

s7、计算h2＝h轴-(h标+h测)，h轴的值可通过三坐标测量，h标的值为装配平台的出厂计量值。

根据上述描述，本发明垂直式低压涡轮单元体组装装置采用多功能性的低压涡轮装配平台实现低压涡轮单元体的装配，这种装配平台可实现低压涡轮轴的夹持与提升及下降，按图1所示的高度差h2同时支撑转静子、转子可在装配平台上沿轴向旋转，装配平台上可固定轴承压紧螺母拧紧扳手和扭矩倍增器，从而完成轴承内环压紧螺母的拧紧与限力。

通过固定标尺与标准量块相结合，完成低压涡轮转静子轴向尺寸h1的测量。通过精密定心引导杆实现盲装条件下涡轮后机匣的准确对中安装，避免轴承内外环磕碰。

此外，低压涡轮装配平台上多处设有支撑凸台，可固定万向磁力表架夹持千分表测量低压涡轮轴、转静子、涡轮后机匣上多处环形要素的跳动值，通过跳动值来评估低压涡轮单元体的装配质量。

装配平台底部设有反扭套筒，与低压涡轮轴前花键配合，为轴承压紧螺母、支撑锥壁与涡轮轴连接螺母的拧紧提供反扭。

在组装过程中，低压涡轮轴预先安装在装配平台上，通过平台底部的升降螺杆控制低压涡轮轴的垂直升降，实现涡轮轴与转静子的对接。平台中部设有双段夹持卡环，用于夹持低压涡轮轴，同时保证低压涡轮轴轴线与平台轴向对齐。

另外，考虑到型号的拓展性，装配平台还采用结构化设计，所有功能部件均可更换，可以满足不同型号不同尺寸的低压涡轮单元体装配。

本发明垂直式低压涡轮单元体组装方法按一级涡轮盘心内柱面a、前端面b建立所述低压涡轮单元体装配基准，按照图纸要求控制转子与静子的轴向距离。按照装配基准，检测转子盘心跳动及轴承内环安装柱面跳动、静子机匣跳动、涡轮后机匣轴承外环安装柱面跳动。通过孔探仪检测涡轮流道过程中，转子能够转动。

这种组装方法克服了低压涡轮轴与转静子中的支撑锥壁过盈配合，快速实现低压涡轮轴与支撑锥壁的对接与拧紧。检测低压涡轮轴是否对中安装，可以实现轴承内环压紧螺母的拧紧与限力。盲装条件下实现涡轮后机匣的准确对中安装，不可视状态下避免轴承内、外环相互磕碰。在低压涡轮单元体装配完成后，测量转、静子轴向距离h1的测量。

综上所述，本发明垂直式低压涡轮单元体组装方法及其组装装置具有如下诸多优势：

一、采用垂直式装配方法，其原理简单，易于对中，满足所述低压涡轮单元体的按图纸要求装配；

二、装配操作过程简单稳定，重复性好，低压涡轮装配质量稳定；

三、装配效率高，装配成本较低；

四、平台扩展性强，可通过更换功能部件，满足不同型号不同尺寸的低压涡轮单元体装配。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

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