航空发动机风扇机匣振动故障分析

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1、第37卷第5期航空发动机V0lI37No．52011年l0月Aeroengine0et．2011航空发动机风扇机匣振动故障分析姜广义，王娟，姜睿(中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015)摘要：在航空发动机研发与试车过程中，曾出现风扇机匣振动偏大且振幅存在摆动现象。为明确故障原因，从机匣和转子的振动特性以及机匣变形等多方面对振动测试数据和信号进行了分析。结果表明：振动故障是由机匣变形l起转、静子间隙不协调导致转、静件碰摩所』起的；在机匣发生局部共振情况下，碰摩形式发生变化，引起振动幅值出现摆动现象。关键词：风扇机匣；振动；碰摩；临界转速；航空发动机Aeroe

2、ngineFanCasingVibrationFaultAnalysisJIANGGuang—yi，WANGJuan，JIANGRui姜广义(1975)，男，高级工程师，主要从事航空发动机振动测试分析工作。(AVICShenyangAeroengineResearchInstitute，Shengyang110015，China)Abstract：Theintensevibrationandamplitudefluctuationoffancasingoccurred收稿日期：2011-03—31duringthedevelopmentandtestofanaer

3、oengine．Tofindthecause，thevibrationtestdataandsignalwereanalyzedfortheeasingvibrationcharacteristics，rotorvibrationcharacteristicsandcasingdeformation，casingdeformation．Theresultsshowthevibrationresultfromrubbetweentherotorandthestatorcausedbytheincompatibilityofrotorandstatorelearene

4、ebyeasedeformation，andtheamplitudefluctuationresultfromchangedrubformundertheconditionofcasinglocalvibration．Keywords：fancasing；vibration；rub；criticalspeed；aeroengine机多个承力截面安装振动传感O弓l言器。在试车过程中发现风扇机航空发动机的剧烈振动易使零部件出现疲劳裂匣振动异常，因此，在风扇机匣纹，甚至出现断裂与失效，从而导致发动机寿命缩短。法兰边安装了3个拾振传感实际上，整机振动故障几乎在所有型号发动

5、机都发生器，安装位置如图l所示。在图过，并且贯穿整个研制和使用过程，是长期制约发动中，、、分别为风扇机匣垂图1传感器安装位置机发展的主要故障之一。发动机振动的诱发因素很直、水平和切向测点。多，而且复杂，如转子和静子不同心、转子不平衡量过2振动现象描述大、转子和静子碰摩、支承松动、转子叶片掉块、转子积油等ll】。某型新改型发动机验证机在首次试车中完该发动机共进行5次试车。第5次试车中达到发成计划的任务，但是，风扇机匣出现振动较大，且摆动动机最大转速，完成试车任务。在整个试车过程中，发现象。动机前机匣的振动特点为：本文通过分析该型发动机振动测试数据和分解(1)在转速超

6、过76％后，风扇机匣振动测点所测检查结果，找出其故障原因。振动值出现明显波动现象。(2)、的最大峰值点转速不一致，在转速增大1振动传感器安装位置过程中，最大峰值转速为76．5％，Fs最大峰值点转为确保航空发动机在试车过程中的安全，在发动j童为81．5％。航空发动机第37卷对风扇前机匣的固有模态进行计算，发现在发动4．2转子振动特性分析机90％转速下，确实存在M=20、频率为2996Hz的固通过对转子进行临界转速计算分析可知，转子在有频谱，其振型如图7所示。工作转速范围内确实存在着临界转速，其模态形式为俯仰型，如图图10模态形式1O所示。通过与实测振动数据对比分析可

7、知，在实际试车过程中出现振动峰值的转速与计算临界转速值差异较大，并且实测结果在发动机转速增大和减小时表现不一致。初步判定振动异常非转子本身振动特性所致。对安装在发动机中介机匣振动测点所测的数据进行分析发现，在风扇机匣振动异常情况下，该处所图7M=20的振型测振动信号正常，无振动峰值和摆动现象出现。中介激振因素为20时，机匣的径向、切向相对振动位机匣测点3维谱如图11所示。由此可以判断，碰摩现移的比较如图8、9所示。从图中可见，机匣径向相对象非转子本身振动特性导致间隙变化引起的。位移(4．1mm)要大于切向的(0．75mm)；而在试车过程中振动测量结果为切向振动大，

8、说明单纯由