高压涡轮工作叶片伸长量测量误差分析
Analysis on the Measurement Error of High Pressure Turbine Blade Elongation
韩叙章 HAN Xu-zhang；史前凯 SHI Qian-kai；董秀丽 DONG Xiu-li
（中航工业沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司，沈阳 110043）
（AVIC Shenyang Liming Aero-engine Group Corporation Ltd.，Shenyang 110043，China）
摘要： 高压涡轮工作叶片伸长量超差，会导致叶片的报废率上升。为解决这一问题，本文通过试验对比发现，中航工业沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司内的测量数据比A厂的测量数据平均偏大0.024mm，该结论说明测量系统误差范围过小，以及测量工具的不合理，是导致高压涡轮工作叶片不合格的主要原因。在本文的研究中，对伸长量超差的1000多片高涡叶片制定了合理可行修理方案，挽救了大批叶片，增加了大修修理效益。
Abstract: High pressure turbine blade elongation out of tolerance can cause scrappage increase of blade. In order to solve this problem, test comparison finds that the measurement data of AVIC Shenyang Liming Aero-engine Group Corporation Ltd. is 0.024mm larger than that of A factory. This indicates that too small measurement system error range and not reasonable measuring tool are the main causes of the unfit of high pressure turbine blade. Reasonable and feasible maintenance scheme for the over 1000 high pressure turbine blades with elongation out of tolerance has been formulated, which saved a lot of blades and enhanced the benefit of overhaul.
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关键词 ： 伸长量；伸长量超差；测量误差；测量系统；对比试验；修正
Key words: elongation；elongation out of tolerance；measurement error；measurement system；contrast test；correction
中图分类号：TG11文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）20-0113-04
0引言
高压涡轮工作叶片是发动机上的重要零件，位于高压涡轮上，结构是空心气冷式的。为了组织冷却过程，在叶片内腔，具有带孔（在隔板上）的纵向通道和一些肋条。叶片榫头是“纵树形”的。在高压涡轮工作叶片修理过程中因伸长量超差问题而报废的叶片数量非常大，目前已达1000多片（图1）。虽经公司相关部门攻关及评审，已将高涡叶片伸长量标准放宽了，但修理工部按新标准测量仍有很多叶片超差报废。经询问，承制方和A厂在测量过程中，很少有因伸长量超差而报废的高涡叶片。本文就这种现象修理工部针对叶片伸长量的测量问题进行了大量的对比试验。
1问题的提出
一款大型型发动机修理过程中，高涡叶片伸长量测量、计算标准是按承制厂工艺内容进行编写的。承制厂文件中要求：用仪器和标准件测量叶片，允许叶片长度比原始尺寸增加0.05mm。中航工业沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司按（公司标准件长度+测量实测值）-（承制厂标准件长度+测量实测值）计算，即工作后叶片长度-原始叶片长度。得到的结果不大于现行标准。经咨询承制方也是这样计算的。
该公司在大修中经常出现伸长量大于0.05mm，导致叶片报废。根据此问题，叶片厂选送了6片叶片送理化进行金相分析，理化对300小时寿命的三片高涡叶片伸长量分别为合格、超长、缩短三种状态和600小时寿命的三片高涡叶片伸长量分别为合格、超长、缩短三种状态进行解剖金相分析微观组织γ＇相，结论：
①叶片使用300小时和600小时的超长件与相应合格件的组织无论是碳化物的形态、数量、尺寸和分布，还是γ＇相的形态和尺寸无明显区别。
②无论使用300小时，还是使用600小时的所有叶片（缩短件、超长件、合格件）的组织都处于初始蠕变阶段。
最后参考〈某发动机高涡叶片伸长量研究〉的攻关课题评审报告形成了评审结论意见：由于人为测量误差及数据传递的错误，对伸长量测量结果用+0.031mm修正后不超过+0.081mm的叶片、伸长量为负值的叶片均视为合格叶片。
现高涡叶片伸长量标准：叶片伸长量比原始值伸长不大于0.075mm，对于第一次大修为该公司修理的叶片第二次大修时，如叶片伸长量大于0.075mm小于0.10mm，应控制第二次与第一次大修时的叶片伸长量之差不大于0.05mm，为合格叶片，如伸长量之差大于0.05mm，扣下待处理：大于0.1mm报废。修理工部按以下标准进行测量仍有很多叶片超差报废。经询问，承制方和A厂在测量过程中，很少有因伸长量超差而报废的叶片。由此初步确定修理工部用本厂制造的测具、标准件测量高涡叶片伸长量大量超差存在问题，该问题需进行详细的试验研究证明。
2试验研究
2.1 试验用的工装
对比试验所用工装：
①中航工业沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司使用的自制的高涡叶片伸长量测具（3BX007-××××）、标准件（3BX075-××××）1套。
②A厂使用的高涡叶片伸长量测具、标准件1套。
2.2 试验方法
通过使用不同单位（中航工业沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司、A厂）的高涡叶片伸长量测具、标准件测量叶片所得数据及承制厂原始数据的相互对比，分析研究找出该公司高涡叶片伸长量大量超差的原因。
2.3 试验过程
①2014年3月，该公司派人到A厂对高涡叶片伸长量测具进行调研，发现两厂所用测具在测量该公司携带的8片高涡叶片结果相差较大，测量结果如表1所示。
根据表格中数据发现A厂测量数据较该公司测量数据平均偏小约0.025mm。
②A厂伸长量测具与该厂所用测具结构一致，对比两厂测具测量点均在同一点上（见图3）。
测量结果却不一致。为此，请A厂来该公司对报废和待处理叶片进行复测。在复测过程中，修理工部细致研究了A厂测具和标准件，并对应公司自己制造的测具和标准件进行系列对比工作：
1）将该公司检测合格的标准件放到A厂测具上测量标准件长度，发现标准件长度与计量中心给定数据不一致。即计量中心给定数据为70.999mm，而A厂测具测得数据为70.975。
2）任选42片叶片分别用A厂和该公司测具进行伸长量测量工作，如表2。
由表2和标准件对比结果看：该公司测量结果均比A厂测量叶片长度长约0.024mm。相当于该公司对检验标准加严了0.024mm左右。
③该公司又新购进的148片新品高涡叶片进行入厂复验，统计了148片高涡叶片伸长量对比结果，见表3。
由表3高涡叶片对比结果看：该公司测量叶片长度比承制方测量叶片长度平均长约0.040mm。即该公司所制造测具与承制方制造测具误差为0.040mm。
④依据上述测量结果，作如下试验：
1）该公司制造的现用标准件在两套测具上进行了夹紧和非夹紧状态下的对比试验，表针变化在0.01mm左右。
2）A厂标准件在其测具上夹紧和非夹紧状态下，表针未有明显变化。
以上可以得到试验结果误差应由测具和标准件榫槽尺寸制造误差产生的。
3结论
综合上述叶片数据测量、对比和试验工作可以得出；造成高涡叶片大量报废的原因是测具和标准件的制造误差与承制方测量系统不统一造成的。根据这一结论，对库存的伸长量报废的1000多片高涡叶片按0.02mm进行修正，修正合格的700多片叶片应视为合格叶片，可以装机使用，这就在很大程度上降低了高涡叶片的报废率，对于提升企业的效益，有一定的帮助作用。同时，对在今后工作也有着很好的启发，即为克服系统误差，应购进3～5套承制厂伸长量测具、标准件在大修现场使用，通过使用更为科学的测量工具，进而提高高压涡轮工作叶片伸长量测量的准确性。
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参考文献：
[1]某型发动机技术说明书.
[2]《透平机械现代制造技术丛书》，叶片制造技术分册，北京：科学出版社，2002.
[3]邱立新，王振华.航空发动机叶尖间隙测量研究[J].航空发动机，2001（04）.