航空发动机涡轮叶片的故障分析

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1、涡轮叶片的故障分析【摘要】本论文主要阐述了涡轮叶片的故障分析。首先介绍了涡轮叶片的一些基本知识；其次对涡轮叶片的故障与故障模式作了说明；最后列举了一些例子（WJ5甲型发动机以及涡轮工作叶片折断故障、涡轮工作叶片裂纹故障）对叶片的故障作了具体分析。关键词：涡轮叶片概述涡轮叶片故障及其故障模式故障现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目录1涡轮叶片及其故障模式

3、31.1涡轮叶片的概述31.1.1涡轮的工作叶片31.1.2导向叶片31.2涡轮叶片的故障模式31.2.1涡轮叶片常见故障42WJ5甲型发动机以及涡轮工作叶片折断故障52.1故障现象52.2故障原因分析52.2.1发动机分解检查52.2.2理化分析62.2.3台架动应力测试72.2.4结构应力计算分析72.3故障分析结论82.4质量改进措施与效果83涡轮工作叶片裂纹故障103.1故障现象103.2故障原因分析103.2.1叶片叶尖裂纹状态113.2.2裂纹形成及发展特征133.3故障分析结论153.4叶片纵向裂纹故障的修理方法163.5排故措施与效果21结束语22谢辞23文献24241涡

4、轮叶片及其故障模式1.1涡轮叶片的概述通常将转动叶片称为转子叶片或工作叶片，将静子叶片称为导向叶片。导向叶片在前工作叶片在后，燃烧室中产生的高温高压燃气经过导向器叶片时会被整流并通过在收敛管道中将部分压力能转化为动能而加速,最后被赋予一定的角度更有效地冲击下一排工作叶片。1.1.1涡轮的工作叶片工作叶片一般由叶身和榫头两部分组成。(1)工作叶片的叶身由于涡轮级中转换能量大，即气流速度高，折转较大，从而气动力大，所以涡轮叶片叶型剖面弯曲度大，叶身较厚，并且沿叶高的截面变化也较明显。在叶尖部分（包括叶身上部与顶端）通常有一些特殊结构，比如叶片叶尖有“切角”来达到修频目的，叶顶戴冠起到减振提高

5、效率的作用等。(2)榫头工作叶片在现代航空燃气涡轮中广泛采用枞树形榫头。涡轮叶片榫头持续处于高负荷、高温的工作环境中，材料的机械性能大大地降低，因此在设计涡轮叶片榫头的联结时,不仅要保证叶片在轮盘上的固定具有适宜的刚性而避免在发动机常用转速范围内出现危险共振。榫头的形式和尺寸要避免存在过大的应力集中,榫头应便于安装,以保证叶片的修理和更换而且要特别注意允许榫头联结处受热后能自由膨胀，以减少热应力和榫头传热性要好，使叶片上的热量容易散走。叶片榫头是一种多齿形结构，各隼齿间刚性的相对分布、材料的物理性能以及制造误差等都对各齿载荷的均匀性产生重要影响，一般齿数不宜过多。1.1.2导向叶片涡轮导

6、向叶片是涡轮部件中温度最高和承受热冲击最厉害的零件，型面简单,数量多。在铸造的分机匣内,由于机匣壁较厚,整流叶片可用各种形式的榫头直接固定在机匣内壁机械加工成的特形环槽内。它与机匣的联接要保证可靠传力、定位和足够刚性，整流叶片与内环的联接要保证良好定位，密封和热补偿。1.2涡轮叶片的故障模式241.2.1涡轮叶片常见故障叶片的故障和故障模式随不同的工作环境有所不同，常见的故障有：裂纹断裂，强度不足和高低疲劳损伤，其中疲劳损伤较多。(1)强度不足及其故障模式叶片的强度不足故障是指工作时叶片某一断面或部位的应力超过材料的断裂应力而导致损伤。这种故障多数是因叶片设计时裕度不足，受瞬态冲击载荷或

7、者叶片截面内部留有残缺隐患所造成。如叶片材质不良，工艺缺陷和环境影响等因素。强度不足的故障模式有：挠曲，变形，裂纹和断裂等。(2)高周期疲劳损伤及其故障模式叶片高周疲劳损伤即通常说的高循环应力疲劳损伤，其疲劳取决于两个因素，即叶片的疲劳应力水平和叶片的应力循环次数。其还要取决于叶片振动应力水平的高低，应力高，循环次数自然要降低。叶片的高周疲劳断裂部位多位于叶片的最大应力截面，叶片的最大应力截面与振型有关。对于一阶弯曲振动，最大应力截