叶片平衡工装的设计及计算

李志明 李 硕

（1.锦州欧仕包装机械有限公司，辽宁 锦州 121001；2.沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司，辽宁 沈阳 110000）

1 概述

转子叶片是在发动机、汽轮机的重要部件，在高速旋转中承受巨大的拉伸力，对叶片的平衡是叶片生产的重要工序。平衡工装的设计，之前主要由手工计算完成，不但工作量大、耗时长，还容易出错。现在UG建模软件日益普及，其强大的计算功能使工作量大大降低了，同时还确保了准确性。UG能迅速测量出实体模型的质量、重心位置、回转半径，节省了大量的计算，体现了建模软件应用于平衡工装设计的优越性。下文我们将以某型汽轮机转子叶片平衡工装为例，简单探讨叶片平衡工装的设计及计算。

2 某型汽轮机转子装配和平衡技术要求

b.重心距平面N距离：

c.对中心转动惯量JZ：

由于转动惯量JZ和回转半径RZ有如下的关系：JZ= M·RZ2，推出

3 某型汽轮机转子平衡工装的设计及计算

3.1 初始模型分析

在进行某汽轮机所使用的转子的平衡实验过程中，需要首先进行模拟实验，利用转子模拟件做初始实验。但是以安全和经济为基础出发，并不需要模拟件同真件相同，所以，在模拟件中无需过于复杂的幸免以及型腔、孔，这些结构也不会对实验产生影响。之后用UG进行测量，得出如下数据：

零件质量为135.45kg，重心同N面之间的距离为295.05mm，其会装半径可以达到19.62cm。

3.2 重心精确调整

通过上述内容可以退出，初始模型无法达到技术条件要求下的重心位置确定，因此对于重心偏差还需要继续调整。为方便计算，不改变后轴颈以及鼓筒轴的形状，只对模拟盘尺寸做略微变动。如图1所示：

在中心平面上初始模型相对于规定的平面略有偏差，上图显示，偏左，所以需要在规定的中心平面右侧增加质量△M1，需要对Q面增加厚度，将厚度增加h1，对其中心进行校正，得出下式：

另，根据质量和体积的关系，有：

其中，ρ为材料密度，值为 7.75×103kg/m3.将 d1=534mm，d2=613mm，Lm=297.1mm，Lp=295.05mm，Lq=343.4mm代入（5）、（6）式得：

由于校正孔存在于Q面上，所以需要对校正孔的影响进行考量，对h1进行调整，调整量为11mm，并利用UG进行拉伸，从而获得新模型，重新进行参数测量。

此时M2的质量为140.97kg，重心为297.16mm，回转半径也有所变化，RZ2变为20.06mm。

3.3 质量以及转动惯量的调整

上述内容中我们可以看出重心已经被调整至标准位置，以下需要对质量和转动惯量进行调整。

正是因为M2＞M，因此现在需要做的就是对模型进行质量减轻，将模型去除质量为6.34kg的材料。以中心位置不变为基础，进行模型的调整，这就需要以重心作为基础，在M两侧进行等质量的材料去除，如图2所示，分别在模型两边去除3.17kg的材料，并将厚度减小27.52mm，于是有下式：

将 d2=613mm，h2=27.52mm，ρ=7.75×103kg/m3，△M=6.34kg代入得：

图1

图2

用UG进行拉伸操作，去除材料后测量各项数据如下：

质量M3：134.63kg。重心：297.16mm。回转半径RZ3：19.48cm，算出转动惯量JZ3=M3RZ32=51088kg·cm2

由于模拟件轮廓尺寸和真件几乎一样，所以其回转半径变化不大，由上面测量数据便可看出。比较上述四个式子，全部满足技术要求。计算过程完毕。

[1]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，1996.

[2]哈尔滨工业大学理论力学教研组.理论力学[M].北京：高等教育出版社，1996.