某型发动机高压涡轮工作叶片裂纹失效及优化方案分析

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1、第33卷第l期2016年2月沈阳航空航天大学学报JournalofShenyangAerospaceUniversityV01．33No．1Feb．2016文章编号：2095—1248(2016)Ol一0018—06某型发动机高压涡轮工作叶片裂纹失效及优化方案分析1．马力1，谭巍2，薛庆增1(1．海军驻沈阳地区发动机专业军事代表室，沈阳110043；2．海军航空兵学院飞机教研室，辽宁葫芦岛125001)摘要：高压涡轮工作叶片裂纹是发动机旋转部件常见的失效形式，对其研究具有重要意义。针对某型发动机高压涡轮工作叶片裂纹失效，结合飞参数据判读和分解检查等手段，分析了故障原因，提出了

2、叶片优化设计方案，并通过试验验证了优化方案的可行性。得到高压涡轮工作叶片优化设计方案在对叶片温度牺牲不大的条件下，最低疲劳极限由原方案的138MPa提高到190MPa，同时降低了叶片气膜孔应力集中的不利影响。关键词：高压涡轮；工作叶片；裂纹；优化方案；试验验证中图分类号：V235文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．2095—1248．2016．01．004AnalysisofworkingbladecrackfailureandoptimalschemeforenginehighpressureturbineMALil，TANWei2，XUEQing—zen9

3、1(1．EngineAffairsMilitaryRepresentativesOfficeofNavyinShenyang，Shenyang110862，China；2．AirplaneTeachingandResearchSection，NavalAviationAcademy，Huludao125001，China)Abstract：Workingbladecrackofhighpressureturbineiscommonfailureformofrotarycomponent．Basedonflightdataidentificationanddisassembly

4、andexamination，thecauseoffaultwasanalyzed，optimaldesignschemewaspresented，andfeasibilityofoptimalschemewasvalidatedbyexperiment．Resultsindicatethatundertheoptimaldesignscheme，minimumfatigueextremeincreasesfrom138MPato190MPawithlessin-fluenceonbladetemperature，andnegativeeffectofstressfocuso

5、fbladefilmholereduces．Keywords：highpressureturbine；workingblade；crack；optimalscheme；experimentvalidation涡轮是发动机重要的旋转部件之一，涡轮部件工作条件十分恶劣，不仅承受着极大的旋转所带来的压力载荷，而且还要承受着高温载荷¨叫1。因此对于发动机叶片部件来讲，长期在这种使用条件下，叶片难免会出现裂纹。同时，涡轮叶片是航空涡扇发动机最具代表性的重要零件怕o，它的质量及工作好坏将对发动机的工作效率、安全性和可靠性产生直接的影响。6J，因此，研究发动机叶片裂纹故障具有重要意义。目前

6、，国内外对叶片裂纹失效主要从实验和数学方法两个方面进行了研究¨‘11I。文献[12]通过对故障叶片进行外观检查、断口分析、叶尖端面检查、化学成分分析、硬度检测及金相组织分析，确定了风扇叶片裂纹的性质和产生原因。文献[13]介绍了某型发动收稿日期：2015—04—14作者简介：马力(1977一)，男，辽宁沈阳人，工程师，主要研究方向：传动与润滑，E—mail：2369887145@qq．com。第1期马力，等：某型发动机高压涡轮工作叶片裂纹失效及优化方案分析19机的离心通风器齿轮轴组件在焊接区域裂纹故障的现象，通过结构分析、断口金相检查，并对齿轮轴组件进行了强度、固有频率、共振

7、转速计算和动应力试验研究。刘晓波等人1141利用采集到的有叶片裂纹时的振动信号，用德比契斯小波对包含裂纹故障的振动信号做小波包分解，并进行信号重构，提取叶片裂纹故障特征，实现转子叶片裂纹故障诊断。姚红良等人¨纠利用裂纹故障引起的等效外加弯矩特性，采用基于模型的故障诊断方法，诊断出耦合故障中的裂纹故障。本文在前人研究基础上，主要通过试验和数值计算的方法对某型发动机高压涡轮工作叶片裂纹失效进行了故障原因定位、对叶片进行了改进设计，提出了叶片优化方案，并通过试验手段对叶片优化方案进行了分析验证。1故障原因分析