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压气机叶片的故障分析1

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西安航空职业技术学院

毕 业 设 计（论 文）

论文题目： 压气机叶片的故障分析

所属系部： 航空维修工程系

指导老师： 马康明 职 称： 教授

学生姓名： 朱景辉 班级、学号: 135045-35

专 业： 航空机电设备维修

西安航空职业技术学院制

2015年11月01日

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1 / 38 西安航空职业技术学院

毕业设计（论文）任务书

题目： 压气机叶片的故障分析

任务与要求：

在基本了解压气机叶片的基本概念的基础上，重点分析了压气叶片的

一些常见故障模式及应对的修理方法，以确保航空发动机压气机叶片的

工作效率的完好，为今后工作做好准备。

时间： 2015 年10月 12日 至 2015 年 12 月 06日 共 8 周

二级学院： 航空维修工程系

学生姓名： 朱景辉 学 号： 135045-35

专业： 航空机电设备维修

指导单位或教研室： 西安航空职业技术学院

指导教师： 马康民 职 称： 教授

西安航空职业技术学院制

2015年12月06日

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毕业设计(论文)进度计划表

本表作评定学生平时成绩的依据之一。

日 期 工 作 内 容 执 行 情 况 指导教师

签 字

2015.11.1-2015.11.7 选定分析研究课题

2015.11.8-2015.11.14 制定大纲

2015.11.15-2015.11.21 查阅资料

2015.11.22-2015.11.28 修改论文

2015.11.29-2015.12.5 继续修改论文并输电子稿

2015.12.6-2015.12.12 提交指导老师审定

2015.12.13-2015.12.19 打印提交论文

教师对进度计划实施情况总评

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0 / 38 压气机叶片的故障分析

【摘要】

本论文主要阐述了压气机叶片的故障分析。首先介绍了压气机叶片的分类及其特点；其次对压气机叶片的故障与故障模式作了说明；最后列举例子（涡喷八发动机压气机叶片折断故障、涡喷七发动机压气机二级整流叶片裂纹故障、涡喷七发动机压气机二级叶片叶尖掉块故障）对叶片的故障作了具体分析。

关键词：故障模式 故障现象 故障原因

Abstract:The present paper mainly elaborated compressor blade's

fault analysis.First introduced compressor blade's classification and

the characteristic; Next has given the explanation to compressor blade's

breakdown and the breakdown pattern; Finally enumerated the example

(turbojet eight engine air compressor aluminum sheet to break off

breakdown, turbojet seven engine air compressor two level of

rectification leaf blade crack breakdown, turbojet seven engine air

compressor two level of leaf blade apexes falls block breakdown) to make

the concrete analysis to leaf blade's breakdown。

Key words: failure mode failure phenomenon failure cause

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1 / 38 目 录

1压气机叶片及其故障模式 ··························· 0

1.1压气机叶片的概述 ···························· 0

1.1.1压气机的工作叶片 ························· 0

1.1.2整流叶片 ····························· 0

1.2压气机叶片的故障模式 ·························· 0

2涡喷八发动机压气机铝片折断故障 ······················· 2

2.1故障现象 ································ 2

2.1.1压气机叶片各级故障 ························ 2

2.1.2断裂特征 ····························· 2

2.2材质与金相检查 ····························· 3

2.2.1叶片材质检验 ··························· 3

2.2.2断口金相分析 ··························· 3

2.3试验研究 ································ 4

2.3.1一，六级叶片静频测量 ······················· 4

2.3.2一级叶片共振分析 ························· 5

2.3.3六级叶片气体激振疲劳试验 ····················· 6

2.4结论 ·································· 6

2.5排故措施与效果 ····························· 6

3涡喷七发动机压气机二级整流叶片裂纹故障 ··················· 8

3.1故障分析 ································ 8

3.2金相检查 ································ 9

3.3动应力试验 ······························· 9

3.3.1动应力试验贴有应变片试件 ····················· 10

3.3.2动应力试验结果分析 ························ 10

3.4共振特性分析 ······························ 11

3.5结果分析 ································ 11

3.6改进及措施 ······························· 12

4涡喷七发动机压气机二级叶片叶尖掉块故障 ··················· 13

4.1 故障现象 ································ 13

4.1.1故障叶片的分布 ·························· 13

4.1.2故障特点 ····························· 13

4.2实验研究 ································ 14

4.2.1叶片静频率测量 ·························· 14

4.2.2叶片振动应力测量 ························· 14

4.2.3故障部位应力值判断试验 ······················ 15

4.2.4梁式振动台上的疲劳试验 ······················ 16

4.2.5疲劳极限与疲劳寿命试验 ······················ 16

4.3断口金相检查 ······························ 17

4.3.1故障叶片断口 ··························· 17

4.3.2故障叶片再现断口 ························· 18

4.4叶片振动特性计算与分析 ························· 18

4.4.1叶片的静﹑动频计算 ························ 18 文档可能无法思考全面，请浏览后下载!

2 / 38 4.4.2叶片振型﹑最大振动应力截面 ···················· 19

4.5叶片共振特性分析 ···························· 20

4.5.1激振力频谱计算与分析 ······················· 20

4.5.2共振特性分析 ··························· 21

4.6 叶片颤振发作计算与分析 ························· 22

4.7 排故措施与方案 ····························· 23

4.7.1叶片调频 ····························· 23

4.7.2 改变激振力频率或减弱激振能量 ··················· 23

4.8 结论 ·································· 24

结束语 ··································· 25

谢辞 ···································· 26

文献 ···································· 26

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9FA燃气轮机压气机叶片断裂故障及预防处理

9FA燃气轮机压气机叶片断裂故障及预防处理

第２６卷第３期　２０１３年９月　《燃气轮机技术》　ＧＡＳ　ＴＵＲＢＩＮＥ　ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ　Ｖｏ１．２６　Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．，２０１３　

９　ＦＡ燃气轮机压气机叶片断裂故障及预防处理　

章提，吴寅琛　

（江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏　常州　２１３０１１）　

摘要：介绍了几起９ＦＡ型燃气轮机压气机叶片断裂事故情况，分析Ｒ０级断裂原因为叶片第２阶振动落入　ｋｎ共振区域，Ｓ１级断裂原因为叶片第７阶振动落入ｚｎ共振区域，与叶片设计、制造和安装因素有关。加强压　气机定期检查可降低事故发生概率，对压气机升级改造可有效避免同类事故发生。　

关键词：９ＦＡ燃气轮机；动叶片；静叶片；高周疲劳；共振；压气机升级　

中图分类号：ＴＫ４７８　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—２８８９（２０１３）０３—００４８—０５　

我国三次捆绑招标引进的２Ｏ多台９ＦＡ型燃气　轮机机组中，压气机先后发生叶片裂纹或断裂故障，　

故障机组比例达６０％，有５台机组发生６次重大故　障，占２６％。既有单轴机组也有多轴机组，有两班　制运行为主机组也有连续运行机组。这些故障严重　

威胁机组安全运行，给电厂带来巨大损失。　

本文以燃气轮机压气机Ｒ０级动叶片及Ｓ１、Ｓ３、　Ｓ５级静叶片断裂故障为例进行分析，同时介绍预防　

措施及压气机升级改造方案。　

ｌ　故障概况　

１．１压气机动叶片断裂　１．１．１　Ｐ—ＣＵＴ型Ｒ０级叶片断裂　

Ａ电厂２号机组为９ＦＡ单轴联合循环发电机　

组，２００７年３月投入商业运行，燃用天然气。　２００８年６月２０　１３，该厂２号机组负荷３５１　ＭＷ时，燃气轮机Ｍａｒｋ　ＶＩ控制系统突发“压气机　

排气压力变送器测量值偏差大”、“压气机热悬　

挂”、“压气机失压”等报警，机组跳闸。跳闸后　Ｍａｒｋ　ＶＩ中１～４号轴振及１、２号瓦振均显示红色　报警，燃气轮机排气温度高报警。就地听音检查，　

发现压气机人口处有异音。打开压气机进气室人　

孔门，发现压气机ＩＧＶ、Ｒ０级叶片严重受损，Ｒ０级　其中一片从根部Ｐ—ＣＵＴ（Ｐ型减应力孔）位置完　

压气机转子叶片叶根断裂故障分析

压气机转子叶片叶根断裂故障分析

第４２卷第３期　２０１６年６月　航空发动机　Ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ　Ｖｏ１．４２　Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２０１６　

压气机转子叶片叶根断裂故障分析　

刘国库　，刘冬　

（１．海军驻沈阳地区发动机专业军事代表室，沈阳１１００１５；２冲航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳１１００１５）　

摘要：针对某型燃气轮机磨合试车过程中出现的压气机转子叶片叶根断裂故障，利用故障树的排查方法，从材料、设计、工艺、　

冶金、实物加工、装配、使用等方面进行了详细的排查，对测量数据进行了深入分析，明确了转、静子碰摩是故障发生的主要原因，　

转、静子不同心导致涂层和蜂窝发生偏摩，以及转子叶片根部的加工痕迹明显促进了故障的发生。针对故障原因，提出了控制装配　

和叶片加工质量、改进磨合程序、加强叶片检查的改进措施，使故障得以解决。　

关键词：转子叶片；断裂；碰摩；偏摩；故障分析；压气机；燃气轮机　

中图分类号：Ｖ２３１．３　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．１３４７７￣．ｃｎｋｉ．ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ．２０１６．０３．０１８　

Ｆｒａｃｔｕｒｅ　Ｆａｉｌｕｒｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　Ｂｌａｄｅ　Ｒｏｏｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　

ＬＩＵ　Ｇｕｏ—ｋｕ　，ＬＩＵ　Ｄｏｎｇ２　

（１．Ｎａｖａｌ　Ｃｏｎｓｕｍｅｒ　Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ　Ｏｆｆｉｃｅ　ｏｆＥｎｇｉｎｅ　ｉｎ　Ｓｈｅｎｙａｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１００１５，Ｃｈｉｎａ；２．ＡＶＩＣ　Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１００１５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｃｕｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｆａｕｌｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ｂｌａｄｅ　ｒｏｏｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｒｕｎｎｉｎｇ－ｉｎ，ｔｈｅ　ｆａｕｌｔ　ｗａｓ　ｃｈｅｃｋｅｄ　ｉｎ　ｍａｔｅｒｉａｌ，　

ｄｅｓｉｇｎ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｓｓｅｍｂｌｙ　ａｎｄ　ｕｓａｇｅ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　Ｆａｕｈ　Ｔｒｅｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＦＩ’Ａ）．Ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｄａｔｅ　ｗａｓ　ｄｅｅｐｌｙ　ａｎａｌｙｚｅｄ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｕｂ—ｉｍｐａｃｔ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｒｏｔｏｒ　ａｎｄ　ｓｔａｔｏｒ　ｗａｓ　ｃｌｅａｒｌｙ　ｆｏｕｎｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆａｕｈ．Ｉｔ　ｉｓ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｏｔｏｒ　ｗａｓ　ｎｏｔ　

WP8发动机压气机叶片故障分析及预防措施

WP8发动机压气机叶片故障分析及预防措施

WP8发动机压气机叶片故障分析及预防措施

摘要:WP8发动机压气机叶片多发折断、裂纹、腐蚀掉块等故障,对部队的训练和任务的完成造成很大影响,为能较好的解决这些问题,有效地遏制目前这种被动局面,本文针对近几年来WP8发动机压气机叶片故障情况作以简要分析,并就如何防范提几点建议及预防措施。

关键词:WP8发动机 压气机叶片 故障分析

引言

WP8发动机自装备海航某团以来,质量问题较多,多年来共发生了40余起压气机叶片折断、裂纹、腐蚀掉块等故障,造成多台发动机提前返厂,因叶片故障发动机空中停车飞行事故征候1起,严重危及飞行安全,影响了飞机的完好率和使用率。发动机提前返厂造成了较大的经济损失和使用时间浪费。针对此情况,虽采取了许多措施,如对发动机舱上口盖进行了密封防水处理,强化了对发动机的检查力度等。但发动机压气机叶片故障率依然居高不下,2003年因叶片故障提前返厂6台,呈明显上升趋势。为能从根本上解决此故障,有效地遏制目前这种被动局面,针对近几年来WP8发动机压气机叶片故障情况作以简要分析,并就如何防范提几点建议及预防措施。

1 故障特点

根据有关资料统计分析,可以得出WP8发动机压气机叶片故障有如下特点:

(1)随着使用时间的增长,呈逐年递增趋势。

(2)故障类型主要以第五级叶片腐蚀掉块为主。表现在叶尖或距叶尖附近排气边掉块故障较多,叶片表面有腐蚀现象。

(3)故障部位主要集中在压气机放气带后第四、第五、第六级铝叶片上,其中以第五级叶片故障后掉块打伤同级或后面的叶片居多。检查一级叶片无明显的吸入外来物打伤痕迹。因损伤级叶片为铝叶片,在发动机尾喷口有明显挂铝现象。

(4)首翻期内的发动机故障数最多,且故障发生的时机大多在给定寿命的中后期,以使用到600h～800h故障发生率最高,接近发动机的首翻给定寿命。

(5)首翻期内的发动机使用年限太长,从生产出厂到故障发生最多的为20年,最少的为2年,平均11.6年。

基于ANSYS的飞机发动机压气机叶片模态分析

基于ANSYS的飞机发动机压气机叶片模态分析

ＪｕＩ．２ＯｌＯ　ＶＯｌ＿２１Ｎｏ．４　中国民航飞行学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ｆｌｉｇｈｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　

基于ＡＮＳＹＳ的飞机发动机压气机叶片模态分析　

丁平‘　黄燕晓ｚ　

（１中国民航大学工程技术中心天津３００３００　２中国民航大学职业技术学院天津３００３００）　

摘　要：飞机发动机压气机叶片因振动而导致的疲劳裂纹故障是航空发动机主要故障　

之一。为了排除叶片的疲劳断裂故障，本文对压气机叶片进行模态分析，获得其模态参数，进　

而研究发动机的振动特性并对叶片的振动特性进行控制．这可以为飞机发动机压气机叶片的性　

能评估、结构裂纹检测、疲劳寿命、强度计算、故障诊断等提供依据。　

关键词：发动机　压气机叶片　疲劳故障　模态分析　

压气机工作叶片是航空发动机中最重要的零　

部件之一，在高温高压下，承受离心力和气动力　

以及振动、腐蚀、氧化等作用，工作环境十分恶　

劣，因此叶片故障时有发生，造成的损失也很惨　

重。常见故障现象有：外物损伤、强度不足和高　

低周期疲劳损伤，其中以疲劳损伤为多。为排除　

叶片的疲劳断裂故障，应研究叶片的固有振动特　

性，才能提高其可靠性。本文利用ＡＮＳＹＳ９．０软件　

采用有限元分析法对叶片进行模态分析，以研究发　

动机的振动特性，并对叶片振动特性进行控制。　

ｌ结构动力学　１．１动力学系统方程Ｉ。１１２１　

任何结构系统的运动，均可表示为内力、外　力和惯性力的平衡方程组：　｝＋［Ｃ　｝＋　）＝　（ｆ））＋｛Ⅳ｝＋　）　

０－１）　其中，ｌ　ｌ为质量矩阵；ｌｃｌ为阻尼矩阵；　】为刚度矩阵：　（ｆ））为外力函数矢量：ＩＮ】为　

与　｝，协｝相关的非线性外力项矢量；｛Ｑ｝为边　

界约束反力矢量；｛　｝为位移矢量：｛ｚｉ｝为速度矢　

量；　为加速度矢量。　１．２模态分析法　（　【＾　】＋ｓｉｃ】＋【　】）｛　（　））＝｛Ｆ（　））　（１－２）　令Ｓ＝　，则（１－２）变为：