劉國棟，沈奇

（1.北京飛機(jī)維修工程有限公司，北京100621；2.中國民航大學(xué)，天津300300）

淺談民航發(fā)動(dòng)機(jī)快速更換高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法

劉國棟1，沈奇2

（1.北京飛機(jī)維修工程有限公司，北京100621；2.中國民航大學(xué)，天津300300）

更換民航發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)的前面幾級轉(zhuǎn)子葉片，手冊提供的常規(guī)方法周期較長。為了解決此問題，介紹了一種快速更換高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法，以及在更換轉(zhuǎn)子葉片時(shí)遇到的問題與解決方案。與常規(guī)方法相比，該方法能夠縮短維修周期，減少維修成本并且不會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的重量、平衡、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、發(fā)動(dòng)機(jī)使用、飛行特性、噪聲和其他適航性。

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)；高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片；適航性

民航發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)營期間容易發(fā)生外來物擊傷事件，很可能會(huì)造成高壓壓氣機(jī)前幾級葉片損傷超標(biāo)，與此同時(shí)高壓壓氣機(jī)的葉片也容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。損傷超標(biāo)后按照常規(guī)方法需要將高壓壓氣機(jī)拆下并分解以接近故障源，進(jìn)行排故，但此方法維修周期長而且耗費(fèi)人力，并且分解過程中還容易造成工作范圍的擴(kuò)大，影響維修周期和維護(hù)成本。現(xiàn)民航發(fā)動(dòng)機(jī)可以在不分解發(fā)動(dòng)機(jī)的前提下，將高壓壓氣機(jī)的上分半機(jī)匣拆下，接近到損傷的轉(zhuǎn)子葉片后快速更換，運(yùn)用這種方法可以縮短2/3的維修周期并減少3/4的維修成本。此方法符合手冊要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)以某航空公司的某種型號發(fā)動(dòng)機(jī)為例，淺談排故方案及過程，希望可以在周期和成本上為航空公司或者M(jìn)RO提供參考并促進(jìn)民航維修技術(shù)的發(fā)展。

1　故障背景介紹

某航空公司在外場對發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行孔探時(shí)發(fā)現(xiàn)HPC5級葉片根部有一處裂紋，檢查結(jié)果顯示超標(biāo)并于當(dāng)日將此發(fā)動(dòng)機(jī)拆下。下發(fā)后的發(fā)動(dòng)機(jī)隨后進(jìn)場對HPC5級轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行排故修理。按照發(fā)動(dòng)機(jī)大修手冊的檢查要求，如果發(fā)現(xiàn)HPC5級轉(zhuǎn)子葉片葉根存在裂紋，需對整級葉片進(jìn)行更換，拆下的HPC5級轉(zhuǎn)子葉片不可用并按照報(bào)廢進(jìn)行處理[1]。

2　排故過程

在OEM現(xiàn)行有效的手冊中推薦以下兩種更換HPC5級轉(zhuǎn)子葉片的方法。

2.1手冊常規(guī)方法

按照常規(guī)方法需要將發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣機(jī)匣單元體、低壓渦輪單元體、高壓渦輪單元體、一級導(dǎo)葉和內(nèi)燃燒室、擴(kuò)散機(jī)匣和外燃燒室、高壓壓氣機(jī)單元體拆下，分解過程中還要拆下為接近故障受影響的外部管路、導(dǎo)線和附件。在高壓壓氣機(jī)單元體拆下后打開前分半機(jī)匣，更換HPC5級轉(zhuǎn)子葉片，待所有轉(zhuǎn)子葉片安裝至HPC轉(zhuǎn)子轂后使用平衡機(jī)對HPC轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡，當(dāng)不平衡量滿足手冊要求后，恢復(fù)高壓壓氣機(jī)單元體并組裝發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)出廠前對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能試車，滿足要求即可放行使用。

2.2手冊快速更換方法

按照手冊提供的另外一種快速更換高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法，不需要從發(fā)動(dòng)機(jī)拆下單元體，僅需將高壓壓氣機(jī)的前上分半機(jī)匣打開，拆下并更換整套HPC5級轉(zhuǎn)子葉片。當(dāng)然發(fā)動(dòng)機(jī)出廠前仍需進(jìn)行性能試車，待各項(xiàng)參數(shù)滿足手冊要求后才可以上發(fā)使用。

2.3兩種方法的對比

為了更直接的了解兩種方法的利弊請參見表1.

表1　兩種方法對比分析

高壓壓氣機(jī)單元體的狀態(tài)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，而對于HPC5級轉(zhuǎn)子葉片的更換，發(fā)動(dòng)機(jī)出場試車的振動(dòng)值更是關(guān)鍵。所以為了避免由于高壓壓氣機(jī)導(dǎo)致振動(dòng)值超限，對于常規(guī)方法需要在HPC5級轉(zhuǎn)葉安裝后進(jìn)行轉(zhuǎn)子平衡，而對于快速更換方法雖沒有此要求，但在HPC5級轉(zhuǎn)子葉片安裝前需要使用手冊特定的軟件進(jìn)行重量排序，按照葉片對應(yīng)的重量順序?qū)PC5級轉(zhuǎn)葉安裝至轉(zhuǎn)子鼓上。通過對比及分析，兩種方法的最終驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)都是整機(jī)試車，試車方法以及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)相同沒有任何差異，而采用快速更換的方法維修周期和維修成本都將得到優(yōu)化，所以決定采用快速更換高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法來進(jìn)行此次排故，其工作流程圖如下圖1所示，但很顯然，手冊要求的軟件采購和使用方法是這次排故的關(guān)鍵。

圖1　快速更換方法工作流程圖

2.4處理關(guān)鍵問題

在排故方案確定后，面對首次實(shí)施，需要充分從人員資質(zhì)，工具設(shè)備、備件耗材，手冊規(guī)章、試航程序和工作環(huán)境等方面進(jìn)行充分評估。項(xiàng)目組成員對評估時(shí)出現(xiàn)的兩個(gè)關(guān)鍵難點(diǎn)逐一進(jìn)行分析并解決，而且對廠家的答復(fù)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.5手冊要求的特定軟件

在向特定軟件供應(yīng)商咨詢軟件的價(jià)格和到貨周期后，得知軟件價(jià)格比較昂貴而且供貨周期較長，又從發(fā)動(dòng)機(jī)此次進(jìn)場的維護(hù)費(fèi)用和停場周期考慮，決定放棄自己購買軟件而采用與軟件供應(yīng)商合作的方式進(jìn)行此次排故。軟件供應(yīng)商需要測量并提供的參數(shù)包括：

（1）單片高壓壓氣機(jī)5級轉(zhuǎn)子葉片的重量

編輯工卡，對購買來新葉片標(biāo)記順序號，然后使用校驗(yàn)合格的電子秤進(jìn)行測量重量并記錄數(shù)據(jù)。

（2）葉片重心到轉(zhuǎn)子鼓重心的距離

葉片重心到轉(zhuǎn)子鼓中心的距離是葉片自身重心到葉片根部距離加上葉片榫槽到轉(zhuǎn)子鼓中心的距離，當(dāng)然還要考慮葉片根部和與之配合的轉(zhuǎn)子鼓榫槽之間的間隙，三者相加之和才是葉片重心到轉(zhuǎn)子鼓中心的距離?？紤]到每片葉片的重量不一，即重心到葉片根部的距離都不一樣，而且轉(zhuǎn)子鼓并未從發(fā)動(dòng)機(jī)上拆下不可測，就此情況與供應(yīng)商溝通和分析，給出一個(gè)參考值即可。采用供應(yīng)商建議的辦法對一個(gè)HPC5級轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行重心到葉根距離的測量，并對一個(gè)HPC5級盤可用備件使用三坐標(biāo)四點(diǎn)測量榫槽距離轉(zhuǎn)子鼓中心的距離，使用塞尺測量葉片根部至榫槽的間隙。參考圖2、圖3、圖4、圖5和表2.

圖2　榫槽到HPC5級盤中心的距離

圖3　測量葉片重心

圖4　葉片重心至葉片根部的距離

圖5　葉片根部與榫槽之間的間隙

表2提供給軟件廠家的數(shù)據(jù)

2.6對葉片重量差值申請EN以滿足手冊偏離

參見圖6，分析手冊快速更換高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法，可見OEM為了避免葉片更換后振動(dòng)值超限，對安裝上的HPC5級轉(zhuǎn)子葉片有重量差值的要求，要求葉片重量差值必須在709 mg以內(nèi)[2]。就此問題詢問OEM葉片廠家，看是否可以從廠家直接采購整級重量差值在709 mg以內(nèi)的HPC5級轉(zhuǎn)子葉片，由于手冊里的這個(gè)條件太過于嚴(yán)格，再加之這個(gè)葉片的制造廠家和銷售是兩個(gè)部門，所以O(shè)EM葉片廠家并不提供整級葉片差值在709 mg這項(xiàng)服務(wù)。購買來的葉片最重為250.7 g，最輕為244.6 g，重量差值為6.1 g，顯然不滿足手冊此項(xiàng)要求。與此同時(shí)手冊與此條件并行還有另外一個(gè)要求，就是安裝上的HPC5級轉(zhuǎn)子葉片凈矢量和使用特殊軟件進(jìn)行測量，必須保證小于0.1oz-in（72 g.mm）.經(jīng)過分析可知，對整機(jī)葉片重量差值的要求是為了滿足整級葉片安裝后凈矢量和的要求，而對凈矢量和的要求是為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)最重在出場試車時(shí)振動(dòng)值滿足手冊要求。所以決定在得到軟件廠家給出的葉片排序順序后，驗(yàn)證凈矢量和是否滿足此項(xiàng)要求，滿足凈矢量和要求并且隨后在發(fā)動(dòng)機(jī)試車時(shí)振動(dòng)參數(shù)滿足手冊要求后，向工程部門申請EN，以使得此項(xiàng)手冊偏離滿足法規(guī)程序要求[3]。

圖6　手冊對安裝HPC5級轉(zhuǎn)子葉片的要求

2.7數(shù)據(jù)分析及驗(yàn)證

在將葉片和HPC5級盤的數(shù)據(jù)發(fā)送給軟件廠家后，廠家使用手冊要求的特定軟件對新購買的5級轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行安裝排序。很快就將葉片排序反饋給了項(xiàng)目組，參見圖7、圖8和圖9.通過圖表可見，廠家根據(jù)提供的數(shù)據(jù)確定了最終葉片重心到HPC5級盤的距離為317 mm（HPC5級盤確定隼槽底部到軸線的距離+葉片根部到重心的距離+葉片和5級盤之間的間隙）。手冊要求葉片安裝后的凈矢量和必須小于0.1oz-in（72 g.mm），72 g.mm/317 mm=0.23 g.0.23 g為計(jì)算出來的數(shù)據(jù)，可以用于參考整套葉片安裝后的不平衡重量容差。實(shí)際上這HPC5級轉(zhuǎn)子葉片使用廠家軟件排序后，整套葉片不平衡重量為0.094 g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.23 g.故可以使用廠家提供的排序方法。采用此排序方法進(jìn)行HPC5級轉(zhuǎn)葉裝配后，恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)組裝并試車，發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能參數(shù)均滿足手冊要求，特別關(guān)注振動(dòng)值，手冊要求最大振動(dòng)峰值為0.9IPS，而實(shí)際試車振動(dòng)峰值為0.62IPS.通過最終試車更確定了此排故方法的可行性也使得EN偏離獲得工程部門的批準(zhǔn)。

圖7　軟件廠家答復(fù)

圖8　軟件廠家答復(fù)

圖9　軟件廠家答復(fù)

3　經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及分享

在嚴(yán)格按照手冊進(jìn)行施工同時(shí)，有以下幾個(gè)需要關(guān)注的事情需要在工作中加以重視：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)開口保護(hù)，施工前一定確保護(hù)蓋已安裝至發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)開口處，防止外物掉入發(fā)動(dòng)機(jī)。

（2）防止發(fā)動(dòng)機(jī)本體零件殘留在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，由于此發(fā)HPC5級轉(zhuǎn)子葉片是通過打葉片鎖的方式將轉(zhuǎn)子葉片固定至隼槽，所以一定確定拆下的葉片鎖是完整的，如果發(fā)現(xiàn)折斷現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)借助工具將殘余鎖找到，防止留在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)擊傷葉片甚至發(fā)生更嚴(yán)重的情況。

（3）拆下?lián)p傷葉片前將葉片和相對隼槽的位置進(jìn)行標(biāo)記，雖然手冊并未有此項(xiàng)要求，但是相對位置的標(biāo)記可能對后續(xù)工作產(chǎn)生幫助作用，如針對此次葉片損傷的故障分析或者發(fā)生試車振動(dòng)需要進(jìn)行排故等。

（4）配重塊原位裝回，HPC5級轉(zhuǎn)子葉片下面的配重塊的安裝是用于滿足整個(gè)轉(zhuǎn)子的不平衡量滿足手冊要求的，所以手冊強(qiáng)調(diào)要將配重塊原位裝回，以防止由于HPC導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值超限。這就要求工作在分解葉片過程中細(xì)心留意葉片下面是否有配重，發(fā)現(xiàn)配重后記錄相對位置并且記錄配重塊的級別。

（5）除去隼槽中殘余的硅橡膠，葉片根部和隼槽之間的硅橡膠起到固定、封嚴(yán)和減振等作用，因?yàn)楣柘鹉z粘度大，所以拆下葉片后，有大量殘余硅橡膠殘存在隼槽中，所以必須嚴(yán)格使用手冊建議的清洗辦法將殘余物清洗干凈，以使得后續(xù)重新安裝葉片滿足手冊的工藝水平要求。

（6）硅橡膠固化，轉(zhuǎn)子葉片根部和隼槽之間的硅橡膠必須嚴(yán)格按照手冊要求的溫度、濕度和時(shí)間的要求進(jìn)行固化后才可以進(jìn)行試車工作。硅橡膠工藝的滿足直接關(guān)系到HPC5級轉(zhuǎn)子葉片的安裝是否滿足手冊要求。

（7）損傷的HPC5級轉(zhuǎn)子葉片的故障分析，建議對拆下的損傷的HPC5級轉(zhuǎn)子葉片送至相關(guān)權(quán)威部門進(jìn)行故障分析以尋求故障原因，有利于自身經(jīng)驗(yàn)積累并且可以和OEM廠家進(jìn)行技術(shù)交流，以改進(jìn)相關(guān)工藝水平和相關(guān)維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

4　結(jié)束語

采用快速更換HPC5級轉(zhuǎn)子葉片的方法進(jìn)行排故過程中，針對手冊偏離向工程部門申請的EN得到批準(zhǔn)后使得發(fā)動(dòng)機(jī)的整體排故過程滿足了手冊及規(guī)章要求，最終放行滿足了局方要求?；仡櫯殴蔬^程，這種方法縮短近了2/3的維修周期并減少3/4的維修成本。所以此方法的成熟運(yùn)用可以幫助航空公司減少針對此非常規(guī)情況導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)下發(fā)的備發(fā)量的同時(shí)也可以幫助MRO提高自己在業(yè)內(nèi)的競爭水平。

[1]普惠公司.（51A357）INSP/CHK-03 PW4000 94英寸CIR手冊[Z].

[2]普惠公司.（50A605）72-00-35 REMOVAL-19 PW4000 94英寸EM手冊[Z].

[3]普惠公司.（50A605）72-00-35 INSTALL-19 PW4000 94英寸EM手冊[Z].

Discussion of the Quick Change of Civil Aviation Engine HPC Rotor Blades

LIU Guo-dong1，SHEN Qi2
（1.Aircraft Maintenance and Engineering Corporation，Beijing 100621，China；2.Civil Aviation University of China，Tianjin 300300，China）

For the previous stages of HPC rotor blades，the conventional replacing method in the manual needs a longer period.To solve this problem，this article briefly introduces a quick method to replace the HPC rotor blades，and also records the detailed solutions when meet the problems.Compared with the conventional methods，this method can shorten the maintenance period，reduce the cost，and this change do not affect the engine’s weight，balance，structure strength，engine use，flight characteristics，noise and other quality airworthiness.

civil aviation engine；HPC rotor blades；airworthiness

V232

A

1672-545X（2016）10-0153-04

2016-07-28

劉國棟（1987-），男，北京人，本科，助理工程師，研究方向：航空維修；沈奇（1993-），男，河南太康人，碩士研究生，研究方向：航空器制造與維修。