航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的故障分析

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1、渦輪葉片的故障分析【摘要】本論文主要闡述了渦輪葉片的故障分析。首先介紹了渦輪葉片的一些基本知識(shí)；其次對(duì)渦輪葉片的故障與故障模式作了說明；最后列舉了一些例子（WJ5甲型發(fā)動(dòng)機(jī)以及渦輪工作葉片折斷故障、渦輪工作葉片裂紋故障）對(duì)葉片的故障作了具體分析。關(guān)鍵詞：渦輪葉片概述渦輪葉片故障及其故障模式故障現(xiàn)象故障原因排除方法Abstract:Thecaptionmainlydescribesthefailureanalysisofturbineblades.?Introducessomebasicknowledgeofturbineblades;followedthefailureoftheturb

2、inebladefailuremodesaredescribedwith;Finallysomeexamples(WJ5engineandbreakfailureTurbineBlades,TurbineBladescrackfault)ontheleavesofthefault?madeaspecificanalysis.Keywords:Overviewoftheturbineblades、turbinebladesfailureandfailuremode、failurephenomenon、failurereason、excludedmethods.24目錄1渦輪葉片及其故障模式

3、31.1渦輪葉片的概述31.1.1渦輪的工作葉片31.1.2導(dǎo)向葉片31.2渦輪葉片的故障模式31.2.1渦輪葉片常見故障42WJ5甲型發(fā)動(dòng)機(jī)以及渦輪工作葉片折斷故障52.1故障現(xiàn)象52.2故障原因分析52.2.1發(fā)動(dòng)機(jī)分解檢查52.2.2理化分析62.2.3臺(tái)架動(dòng)應(yīng)力測(cè)試72.2.4結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算分析72.3故障分析結(jié)論82.4質(zhì)量改進(jìn)措施與效果83渦輪工作葉片裂紋故障103.1故障現(xiàn)象103.2故障原因分析103.2.1葉片葉尖裂紋狀態(tài)113.2.2裂紋形成及發(fā)展特征133.3故障分析結(jié)論153.4葉片縱向裂紋故障的修理方法163.5排故措施與效果21結(jié)束語22謝辭23文獻(xiàn)24241渦

4、輪葉片及其故障模式1.1渦輪葉片的概述通常將轉(zhuǎn)動(dòng)葉片稱為轉(zhuǎn)子葉片或工作葉片，將靜子葉片稱為導(dǎo)向葉片。導(dǎo)向葉片在前工作葉片在后，燃燒室中產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)饨?jīng)過導(dǎo)向器葉片時(shí)會(huì)被整流并通過在收斂管道中將部分壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能而加速,最后被賦予一定的角度更有效地沖擊下一排工作葉片。1.1.1渦輪的工作葉片工作葉片一般由葉身和榫頭兩部分組成。(1)工作葉片的葉身由于渦輪級(jí)中轉(zhuǎn)換能量大，即氣流速度高，折轉(zhuǎn)較大，從而氣動(dòng)力大，所以渦輪葉片葉型剖面彎曲度大，葉身較厚，并且沿葉高的截面變化也較明顯。在葉尖部分（包括葉身上部與頂端）通常有一些特殊結(jié)構(gòu)，比如葉片葉尖有“切角”來達(dá)到修頻目的，葉頂戴冠起到減振提高

5、效率的作用等。(2)榫頭工作葉片在現(xiàn)代航空燃?xì)鉁u輪中廣泛采用樅樹形榫頭。渦輪葉片榫頭持續(xù)處于高負(fù)荷、高溫的工作環(huán)境中，材料的機(jī)械性能大大地降低，因此在設(shè)計(jì)渦輪葉片榫頭的聯(lián)結(jié)時(shí),不僅要保證葉片在輪盤上的固定具有適宜的剛性而避免在發(fā)動(dòng)機(jī)常用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)出現(xiàn)危險(xiǎn)共振。榫頭的形式和尺寸要避免存在過大的應(yīng)力集中,榫頭應(yīng)便于安裝,以保證葉片的修理和更換而且要特別注意允許榫頭聯(lián)結(jié)處受熱后能自由膨脹，以減少熱應(yīng)力和榫頭傳熱性要好，使葉片上的熱量容易散走。葉片榫頭是一種多齒形結(jié)構(gòu)，各隼齒間剛性的相對(duì)分布、材料的物理性能以及制造誤差等都對(duì)各齒載荷的均勻性產(chǎn)生重要影響，一般齒數(shù)不宜過多。1.1.2導(dǎo)向葉片渦輪導(dǎo)

6、向葉片是渦輪部件中溫度最高和承受熱沖擊最厲害的零件，型面簡(jiǎn)單,數(shù)量多。在鑄造的分機(jī)匣內(nèi),由于機(jī)匣壁較厚,整流葉片可用各種形式的榫頭直接固定在機(jī)匣內(nèi)壁機(jī)械加工成的特形環(huán)槽內(nèi)。它與機(jī)匣的聯(lián)接要保證可靠傳力、定位和足夠剛性，整流葉片與內(nèi)環(huán)的聯(lián)接要保證良好定位，密封和熱補(bǔ)償。1.2渦輪葉片的故障模式241.2.1渦輪葉片常見故障葉片的故障和故障模式隨不同的工作環(huán)境有所不同，常見的故障有：裂紋斷裂，強(qiáng)度不足和高低疲勞損傷，其中疲勞損傷較多。(1)強(qiáng)度不足及其故障模式葉片的強(qiáng)度不足故障是指工作時(shí)葉片某一斷面或部位的應(yīng)力超過材料的斷裂應(yīng)力而導(dǎo)致?lián)p傷。這種故障多數(shù)是因葉片設(shè)計(jì)時(shí)裕度不足，受瞬態(tài)沖擊載荷或

7、者葉片截面內(nèi)部留有殘缺隱患所造成。如葉片材質(zhì)不良，工藝缺陷和環(huán)境影響等因素。強(qiáng)度不足的故障模式有：撓曲，變形，裂紋和斷裂等。(2)高周期疲勞損傷及其故障模式葉片高周疲勞損傷即通常說的高循環(huán)應(yīng)力疲勞損傷，其疲勞取決于兩個(gè)因素，即葉片的疲勞應(yīng)力水平和葉片的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。其還要取決于葉片振動(dòng)應(yīng)力水平的高低，應(yīng)力高，循環(huán)次數(shù)自然要降低。葉片的高周疲勞斷裂部位多位于葉片的最大應(yīng)力截面，葉片的最大應(yīng)力截面與振型有關(guān)。對(duì)于一階彎曲振動(dòng)，最大應(yīng)力截