航空发动机涡轮叶片断裂原因分析
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航空发动机孔探检测技术与无损检测作者:董务江南方航空新疆分公司飞机维修基地民航运输做为安全便捷的交通工具已被我们广泛的接受,但是每一个旅客都多少会担心民用航空器的安全问题。
飞机发动机是民用航空器的心脏,通过孔探检测监控技术,保证发动机安全有效的在役运行,是发动机孔探人员的责任。
通过以下一些案例的分析,让你走进我们。
1 典型案例1.1 南航广西分公司高压涡轮叶片断裂南航广西分公司2011年12月29日报告,B-5193飞机左发CFM56-7/894710发动机高压压气机振动值偏大,即对该发进行针对性孔探检测,结果发现一片高压涡轮叶片从1/3处断裂(图1),其余有多处打伤,低压涡轮叶片也有多处打伤。
低压涡轮叶片损伤图1 高压涡轮叶片从1/3处断裂图2 发动机890503高压涡轮叶片断裂1.2 南航贵阳分公司高压涡轮叶片断裂南航贵阳分公司2012年4月26日B-5120飞机起飞后不久空中停车。
安全落地后孔探检测发现CFM56-7/890503发动机高压涡轮叶片从根部断裂(图2)在图2中的事例,我们对同类型高压涡轮叶片在大修时进行的荧光检验及涡流检验,在叶根榫头压力面上曾发现荧光显示,进行涡流检验发现超标信号。
其典型显示如(图3)所示,由于叶片未断裂,我们有幸得到了完整的裂纹显示形貌,在100倍放大镜下如(图4)所示,此为典型的疲劳裂纹,而且,疲劳初期阶段已经完成,处于扩展初期。
由于这种裂纹的存在无法通过孔探检查出来,只能在大修时检查,这就要求叶片在大修时必须严格执行检验程序。
图 3 叶片疲劳裂纹荧光显示图4 疲劳裂纹放大显示1.3 南航新疆分公司高压涡轮叶片断裂2007年04月10日和2007年05月23日,3022飞机的右发AV0033和3025飞机的右发AV0039在飞行停场后,车间维护人员发现其浆叶被卡住不能正常转动,并发现第2级功率涡轮叶片有不同程度的打伤的现象。
经孔探检测发动机的热部件,发现这两台发动机的损伤情况相似,其损伤是第1、2级功率涡轮转子叶片严重打伤,导向器上部材料严重脱落,其中AV0039发动机的第1级功率涡轮转子叶片离根部1/3处断裂。
航空发动机自由涡轮叶片裂纹故障分析马利丽;何立强;任伟峰【摘要】针对某涡桨发动机在试车过程中发生的自由涡轮叶片裂纹故障,对裂纹叶片进行荧光检查、叶片测频和冶金分析,并通过MSC/PATRAN有限元分析软件确定叶片的振动特性.结果表明:叶片裂纹发生的原因为叶片的第5阶固有频率与导叶激励频率接近而发生共振,引起叶片发生高阶振动,造成叶片高周疲劳失效所致.重点调整螺旋桨的工作转速范围,使其基本处于规定的安全工作转速范围内.后经1000 h 试车验证,均未再发生类似故障.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2018(044)006【总页数】5页(P54-58)【关键词】自由涡轮叶片;裂纹;振动;共振;高周疲劳;涡桨发动机【作者】马利丽;何立强;任伟峰【作者单位】中国航空发动机集团,北京100097;中国航空发动机集团,北京100097;中国航发湖南动力机械研究所,湖南株洲412002【正文语种】中文【中图分类】V232.40 引言航空发动机涡轮叶片长期工作在高温、高压、高转速的恶劣环境下,在气动、机械和热的共同作用下,其结构强度和振动等问题比较突出。
随着发动机性能的提高和空气流量的加大,工作叶片变得薄而长,很容易出现振动问题,并导致叶片出现裂纹甚至断裂[1-2]。
国内外很多学者对叶片强度与振动问题进行了研究。
金向明等[3]对整体离心叶轮叶片的振动可靠性进行分析;李春旺等[4]分别考虑离心力场、气动力场、温度场及热力场等因素的影响,对某航空发动机涡轮叶片工作状态下的振动模态进行分析,发现温度场和离心力场是影响叶片固有频率的主要因素,但对叶片的振型影响很小。
田爱梅等[5]提出1种构件振动可靠性设计方法;徐可君等[6]建立了叶片振动非概率可靠性评估体系、方法及模型,并将其应用于航空发动机压气机、涡轮叶片的振动可靠性计算;陈立伟等[7]建立了平均应力为定值和随机变量时的结构振动可靠性模型,给出了可靠度计算的相应表达式及分析流程;欧阳德等[8]提出了1种发动机叶片振动可靠性评估方法,引入了概率故障树概念;宋兆泓[9]给出了发动机叶片故障的理论研究、计算分析、实验研究、故障结论、排故方法和使用效果等;江龙平等[10]将灰色理论与方法引入叶片的振动可靠性评估;孟越等[11]对叶片强迫响应问题提出了应用瞬态分析的方法。
航空发动机涡轮故障分析及维修方案设计摘要:本文是对航空发动机涡轮故障分析及维修方案设计的研究。
对航空发动机涡轮故障进行研究工作,需要对涡轮的结构组成和工作原理以及故障模式有一个清晰的了解,并对故障模式给出预防措施,用可靠性分析法制定维修方案。
本文首先对飞机涡轮发动机的重要性进行阐述。
然后对目前国内外涡轮发动机的研究现状作出总结。
发现各个国家在涡轮发动机方面的研究水平差距很大,我国在涡轮发动机研究上落后较大。
了解涡轮内部系统的工作原理。
在飞机正常的运行过程中对涡轮应注重维护和保养以及定期检修。
关键词:涡轮发动机,可靠性分析法,故障机理分析,维修方案一、引言航空发动机是一种极其复杂和严密的热力机械。
作为飞机的心脏,它不仅是飞机飞行的动力,也是推动航空工业发展的重要动力[1]。
人类航空史上的每一次重大变革都离不开航空发动机技术。
空气发动机主要分为三种类型,分别是活塞型,燃气轮机型和喷射型,并且这三种类型的空气机的特性和用途也有所不同[2][3]。
目前使用最广泛的是燃气轮机气动发动机。
燃气轮机是航空燃气涡轮发动机的重要部件之一,因为它安装在燃烧室后面,并且是在高温气体的影响下旋转并工作的部件。
航空燃气轮机具有高功率,高气体温度,高速度和重载的特点。
现代高驱动涡轮发动机的涡轮输出功率为100MW或更高,涡轮叶片发出的平均功率为200KW。
为了在小型轻量化的情况下提高航空燃气涡轮发动机的性能,主要措施之一是采用高温燃气。
涡轮机部件是空气发动机的三个高压部件之一。
普通民用发动机的工作叶片相当于一级方程式赛车或三辆家用汽车的动力输出。
同时,涡轮叶片能抗的住比其材料熔点还高七百度的温度,以及大约1千千克的离心拉伸应力。
高温和压力是涡轮机作业的真实的描述。
涡轮机部件所面临的第一道屏障就是高温,其工作氛围温度往往为一、两千多度;涡轮叶片由原先的不具备冷却功能结构的实心叶片,到现在可以在一个微小叶片上打数以千百计的冷气通道孔的新型超强冷却叶片,由此可以看出其很难构建和制作。
材料断裂理论与失效分析知识点材料为镍基⾼温合⾦,为什么?服役环境的要素有哪些?有可能发⽣的失效类型是什么?如何设计实验确定失效的类型?改进的建议和措施⼀.涡轮叶⽚的材料涡轮叶⽚处于温度最⾼、应⼒最复杂、环境最恶劣的部位,是⼀种特殊的零件,它的数量多,形状复杂,要求⾼,加⼯难度⼤,⽽且是故障多发的零件,⼀直以来各发动机⼚的⽣产的关键。
所以对涡轮叶⽚材料就有更⾼的要求。
涡轮叶⽚的材料⼀般选择镍基⾼温合⾦。
镍基合⾦就是以镍为基础,加⼊其他的⾦属,⽐如钨、钴、钛、铁等⾦属,做成以镍为基础的合⾦。
有的镍基⾼温合⾦含镍量达到70殊右,其次Cr含量也⽐较⾼。
其性能主要有:1. 物理性能。
具有较⾼的熔点和弹性模量;各温度下均有较低的热膨胀系数,且随温度变化不⼤;没有磁性。
2. 耐腐蚀性。
镍基合⾦由于含Cr,在氧化性的腐蚀环境中的耐腐蚀性优于纯镍。
同时,由于Ni含量⾼,在还原性腐蚀环境下也能维持良好的耐腐蚀性能。
还具有良好的耐应⼒腐蚀开裂性能,也能抵抗氨⽓和渗氮、渗碳⽓氛。
3. 机械性能。
镍基⾼温合⾦在零下、室温及⾼温时都具有很好的机械性能。
4. ⾼温特性。
⾼温下耐氧化性极佳,对氮、氢以及渗碳也具有极佳的耐受性。
5. 热处理及加⼯、焊接性。
⾼温镍基合⾦不能通过热处理进⾏失效硬化,但可以进⾏固溶热处理和退⽕处理等。
⾼温镍基合⾦⽐较容易进⾏热加⼯,冷加⼯性能⽐奥⽒体不锈钢好。
焊接性能与标准奥⽒体钢⼀样,可采⽤TIG焊接、MIG旱接以及⼿⼯电弧焊。
总的来说,镍基合⾦具有优良的热强热硬性能、热稳定性能及热疲劳性能,可以承受复杂应⼒,组织稳定,有害相少,⾼温时抗氧化热腐蚀性好,蠕变特性出⾊,能够在相当苛刻的⾼温环境下进⾏服役。
所以涡轮叶⽚的材料选择⾼温镍基合⾦。
⼆. 涡轮叶⽚的服役环境涡轮处于燃烧室后⾯的⼀个⾼温部件,⽽涡轮叶⽚处于温度最⾼、应⼒最复杂、环境最恶劣的部位,即涡轮叶⽚的服役环境特别的复杂与恶劣。
总得来说,涡轮叶⽚服役环境的要素主要有:1. 不均匀的⾼温条件下⼯作。
飞机发动机涡轮叶片疲劳寿命预测研究随着航空业的发展,飞机的运行安全和可靠性越来越受到重视。
飞机发动机作为飞机的核心部件,其正常运行与否直接关系到飞机的安全和航班正常运行。
而涡轮叶片作为发动机的关键部件之一,其疲劳寿命预测研究对飞机的安全运行至关重要。
一、飞机发动机涡轮叶片疲劳寿命概述涡轮叶片是飞机发动机中的核心组件之一,承受着高速高温的气流作用下的拉力和挤压力。
由于涡轮叶片处于高温、高压、高速和高寿命负载环境下,容易产生疲劳断裂,这将导致飞机发动机的失效,严重影响飞行安全。
因此,深入研究涡轮叶片的疲劳寿命及其预测方法对于飞机的运行安全和发动机的寿命延长具有极其重要的意义。
二、涡轮叶片疲劳寿命预测方法涡轮叶片疲劳寿命预测采用的方法主要有基于响应面法(RSM)和有限元法(FEA)。
基于响应面法(RSM)是通过采用实验设计的方法,利用响应面设计理论建立考虑各个影响因素的数学模型,在此基础上通过建立模型实现对涡轮叶片疲劳寿命的预测。
这种方法预测疲劳寿命准确度高,但也存在实验设计复杂,测试难度大的缺点。
有限元法(FEA)重点在于建立数值模型,通过扫描和研究结构受到的外力和其响应的强度,以预测叶片疲劳寿命。
这种方法适用范围广泛,但预测精确度需要保证数值模型准确,而此前准确性困难的问题大大影响了其应用。
三、影响涡轮叶片疲劳寿命的因素涡轮叶片疲劳寿命的预测离不开对其影响因素的深入了解,常见的包括工作温度、氧化腐蚀、冲击负载、振动等因素。
工作温度是影响涡轮叶片疲劳寿命的一个重要因素。
工作温度高会使涡轮叶片热胀冷缩变形剧烈,促进疲劳破坏的发生。
氧化腐蚀是涡轮叶片发生断裂的主要原因之一,手段可采用热加工、表面涂层处理等等。
冲击负载是短周期变化载荷的载荷形式,常常是在旋翼风场大噪高峰或者瞬时负载超载等情况,会导致涡轮叶片疲劳寿命破坏。
四、结论涡轮叶片是飞机发动机的核心组件之一,其疲劳寿命预测研究对于飞机的安全和航班正常运行具有重要作用。
2023-11-04•引言•航空发动机涡轮叶片概述•航空发动机涡轮叶片疲劳寿命分析•航空发动机涡轮叶片可靠性分析•航空发动机涡轮叶片可靠性验证与实验目•研究结论与展望录01引言研究背景与意义航空发动机涡轮叶片是发动机的核心部件,其性能直接影响到发动机的性能和安全性。
涡轮叶片的疲劳寿命及可靠性是评估其性能的重要指标,对于保证发动机的安全运行具有重要意义。
随着航空发动机技术的不断发展,对于涡轮叶片的疲劳寿命及可靠性的要求也越来越高,因此需要进行深入的研究。
国内外对于航空发动机涡轮叶片疲劳寿命及可靠性的研究已经开展了多年,取得了一定的研究成果。
目前的研究主要集中在材料选用、结构设计、表面处理等方面,以提高涡轮叶片的疲劳寿命及可靠性。
随着计算机技术和数值模拟技术的发展,对于涡轮叶片的疲劳寿命及可靠性的分析已经越来越精确,对于发动机的设计和优化具有重要意义。
研究现状与发展02航空发动机涡轮叶片概述涡轮叶片的结构涡轮叶片由叶身、叶根和榫头等组成,叶身是工作部分,叶根是连接部分,榫头是定位部分。
涡轮叶片的功能涡轮叶片是航空发动机的关键部件之一,负责将高温高压的气体转化为机械能,为飞机提供动力。
涡轮叶片的结构与功能涡轮叶片的工作环境涡轮叶片需要在高温、高压、高转速的恶劣环境下工作,最高温度可达1000℃以上,最高转速可达每分钟数万转。
涡轮叶片的工作工况涡轮叶片需要承受周期性变化的应力、应变,以及气动力、热力等多种复杂因素的影响。
涡轮叶片的工作环境与工况涡轮叶片一般采用高温合金、钛合金等高性能材料制造。
涡轮叶片的材料涡轮叶片的制造工艺主要包括铸造、锻造、热处理、表面处理等环节,其中精密铸造和等温锻造是关键环节。
涡轮叶片的制造工艺涡轮叶片的材料与制造工艺03航空发动机涡轮叶片疲劳寿命分析03基于有限元分析的预测模型利用有限元分析软件,对涡轮叶片进行应力分析,预测不同工况下的疲劳寿命。
疲劳寿命预测模型01基于材料性能参数的预测模型考虑材料性能参数,如弹性模量、屈服强度、抗拉强度等,建立疲劳寿命与材料性能之间的数学关系。
CFM56-7B航空燃气涡轮发动机叶片典型损伤模型建立、外来物损伤分析、检测方法及修复方式研究目录摘要 (6)Abstract ...................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
第一章绪论. (7)1.1 研究背景及意义 (7)1.2 航空燃气涡轮发动机叶片建模 (10)1.3 发动机叶片损伤的检测方法对比研究 (11)1.4 外来物损伤分析 (11)1.5 航空燃气涡轮发动机叶片的修复方式研究 (12)第二章CFM56-7B航空燃气涡轮发动机叶片建模 (12)2.1 数据测量 (13)2.2 建模过程 (16)2.3 带损伤叶片的成品展示及危害性介绍 (23)第三章航空燃气涡轮发动机叶损伤检测方法研究 (30)3.1 目前的无损检测方式分类 (31)3.2 各种无损检测方式优缺点分析 (35)3.3 无损检测技术在发动机检测中的运用 (44)第四章航空燃气涡轮发动机叶片外来物损伤 (45)4.1 鸟类等软物撞击的损伤 (46)4.2 硬物撞击对叶片的损伤 (47)第五章航空燃气涡轮发动机叶片的修复方式研究 (49)5.1 目前常用的一些修复方法 (50)5.2 常用修复方法的优缺点对比 (51)5.3 目前叶片修复面临的难题 (52)5.4 航空发动机叶片修复再制造的一般流程 (52)参考文献 (53)致谢............................................................................................................................................. 错误!未定义书签。
大修航空发动机涡轮叶片的检修技术航空发动机的涡轮叶片是发动机中最重要的部件之一,它们负责将燃气能转化为机械能以推动飞机。
因此,涡轮叶片的检修技术尤为重要,它直接关系到航空发动机的性能和可靠性。
涡轮叶片检修技术主要包括以下几个方面:涡轮叶片清洗、涡轮叶片表面处理、涡轮叶片修复、涡轮叶片平衡和涡轮叶片质量控制。
下面我将详细介绍这些内容。
首先是涡轮叶片清洗。
涡轮叶片在使用过程中会积累一些污垢,这些污垢会影响叶片的性能和寿命。
因此,清洗涡轮叶片是非常必要的。
一般来说,清洗方法可以分为干式和湿式清洗。
干式清洗主要采用风力和机械力,通过吹风和刷洗的方式将污垢清除。
湿式清洗则是使用溶剂或水来清洗叶片,效果更好,但需要注意控制清洗液的温度和浓度。
其次是涡轮叶片表面处理。
涡轮叶片的表面处理旨在去除表面氧化层和提高表面光洁度。
表面处理主要有抛光、酸洗和电化学抛光等方法。
抛光是使用研磨材料将叶片表面磨光,以去除氧化层和表面缺陷。
酸洗则是通过酸溶液来腐蚀表面,去除氧化层和污垢。
电化学抛光是通过电化学腐蚀的方式将叶片表面银白亮光,提高表面光洁度。
表面处理过程中需要注意控制处理时间和温度,以确保叶片表面的质量。
第三是涡轮叶片修复。
涡轮叶片在使用过程中可能会受到腐蚀、磨损或疲劳等因素的影响而损坏,需要进行修复。
涡轮叶片修复可以通过挤压、焊接和激光熔覆等方式来进行。
挤压是将叶片表面的材料压平以修复受损部分。
焊接则是使用焊接材料将叶片受损部分填补或连接。
激光熔覆是使用激光将修复材料熔化,使其与叶片连接。
修复过程中需要注意控制温度和保持叶片的尺寸和重量平衡。
再次是涡轮叶片平衡。
涡轮叶片的平衡是为了避免叶片在高速旋转时引起振动和噪音。
涡轮叶片平衡可以通过加重和减重的方式来实现。
加重是在叶片上增加重物,以平衡叶片的质量。
减重则是去除叶片上的材料,以降低叶片的质量。
平衡过程中需要考虑叶片的材料和结构特性,以及叶片的旋转速度和工作条件。
最后是涡轮叶片质量控制。
trt叶片损坏的原因及防范措施TRT(Turbo-rotary-triangle)叶片是一种高效的气体压缩机件,广泛应用于航空、航天、汽车、轮船等领域。
然而,由于叶片的高速旋转和受力情况,TRT叶片的损坏问题一直是制约其应用的瓶颈之一。
本文将从TRT叶片损坏的原因和防范措施两个方面进行探讨。
一、TRT叶片损坏的原因1.1 疲劳断裂TRT叶片在高速旋转的过程中,由于受到气流的冲击和离心力的作用,容易产生疲劳断裂。
特别是在高温、高压和高频率的工况下,叶片的疲劳寿命会大大降低。
此外,叶片的表面质量和材料的质量也会影响其疲劳寿命。
1.2 磨损TRT叶片在高速旋转的过程中,容易与固体颗粒、液滴等杂质发生碰撞,从而产生磨损。
此外,叶片的表面质量和润滑状态也会影响其磨损情况。
磨损会导致叶片表面的形状和尺寸发生变化,进而影响气体压缩机的性能。
1.3 腐蚀TRT叶片在高温、高湿、高氧等环境下容易发生腐蚀。
腐蚀会导致叶片的表面质量和材料的性能发生变化,从而降低其使用寿命。
1.4 温度应力TRT叶片在高温环境下容易产生温度应力。
由于叶片的材料和结构特点,温度应力会导致叶片的形状和尺寸发生变化,进而影响气体压缩机的性能。
二、TRT叶片损坏的防范措施2.1 优化设计TRT叶片的设计应考虑到其受力情况和工作环境,采用合适的材料和结构,以提高其疲劳寿命和抗磨性能。
此外,应优化叶片的流道形状和表面质量,以减小气动阻力和磨损。
2.2 加强材料检验TRT叶片的材料应经过严格的检验和测试,以确保其质量和性能符合要求。
特别是在高温、高压和高频率的工况下,应选择合适的材料,并对其进行耐疲劳、耐磨损和耐腐蚀等方面的测试。
2.3 定期检修TRT叶片的使用寿命和性能与其表面质量和润滑状态密切相关。
因此,应定期进行检修和维护,保持叶片表面的光洁度和润滑状态,以减小磨损和腐蚀。
2.4 控制工作环境TRT叶片的工作环境应控制在合适的范围内,特别是温度、湿度和氧气含量等方面应严格控制。
某型发动机涡轮叶片榫头裂纹故障分析作者:闻腾炬王宏卫梁鹏来源:《航空维修与工程》2020年第10期摘要:某型发动机大修时,荧光检查发现涡轮I级转子叶片第一道榫齿(近叶身)有裂纹,为该系列发动机修理中首次发现。
通过系统的故障分析,确定了故障原因,杜绝了风险隐患。
关键词:涡轮叶片;裂纹;疲劳Keywords:turbine blade;crack;fatigue1 故障描述某型发动机大修时,荧光检查发现涡轮I级转子38号叶片第一道榫齿(近叶身)有裂纹显示,从荧光显示走向来看,裂纹沿榫齿根部延伸至榫头端面(见图1)。
为进一步确定故障性质,将叶片榫头端面抛光后在显微镜下观察,确定荧光显示区域为裂纹(见图2)。
此故障为该型发动机修理中的首次发现。
2 问题定位根据故障现象,分析可能导致涡轮叶片榫头裂纹的原因,列出故障树(见图3),对故障树每个底事件进行分析、排查,找出涡轮I级转子叶片榫头裂纹的原因。
3 排查情况3.1 叶片与减振垫磨损情况对比分析I级叶片装配时在下缘板之间需安装减振垫,以达到约束叶片振动的作用(见图4)。
发动机工作时,叶片受气流激振,下缘板会与减振垫产生磨损。
对比故障叶片及该级其余叶片下缘板与减振垫接触部位的磨损痕迹发现,各叶片在相同部位均有磨损痕迹,38号叶片的磨损痕迹较为明显,不过该级叶片中的36号叶片的磨损痕迹与之相近(见图5)。
由此可以确定,38号叶片下缘板与减振垫接触部位是正常磨损痕迹。
3.2 叶片与盘配合部位的微动磨损分析对比故障叶片与该台发动机其余I级叶片榫头工作面的磨损情况,故障叶片榫头磨损宏观形貌与其余叶片相似,为工作面在应力作用下的正常微动磨损。
裂纹起源于榫齿根部,该部位在工作时与榫槽不接触,实际检查该处时也无接触磨损痕迹。
3.3 涡轮盘外观及探伤检查目视检查涡轮盘榫槽表面状态,与其余榫槽相比,38号榫槽的工作面有正常磨损痕迹,无明显差异。
各榫槽未见榫齿变形、崩齿、剥落故障。
张家界航空工业职业技术学院毕业设计——歼10飞机涡轮叶片故障分析及维修指导老师:陈娜专业:航空机电设备维修班级:083542姓名:冯婷目录1.涡轮转子叶片结构特点 (3)2.叶片的工作条件 (4)3.涡轮转子叶片受力分析 (5)3.1叶片自身质量产生的离心力 (5)3.2作用在叶片上的弯曲应力 (6)3.3热应力 (6)3.4振动应力 (7)4.转子叶片的振动类型及其特征 (7)4.1转子叶片的震动分类与基本振型 (7)4.1.1尾流激振 (8)4.1.2颤振 (8)4.1.3随机振动 (8)5.叶片的失效模式 (8)5.1叶片的低周疲劳断裂失效 (9)5.2叶片扭转共振疲劳断裂失效 (10)5.3叶片的弯曲振动疲劳断裂失效 (10)5.4转子叶片的高温疲劳与热损伤疲劳断裂失效 (10)5.5转子叶片微动疲劳断裂失效 (11)5.6叶片腐蚀损伤疲劳断裂失效 (12)6.涡轮叶片失效的诊断技术 (13)6.1机上孔探检测 (13)6.2修理车间检测前的预清洗处理 (13)6.3叶片完整性检测 (13)6.4无损检测 (14)7.修理技术要求和修复方法 (14)7.1补焊材料选择 (14)7.2叶片叶尖裂纹补焊修复 (14)7.3结论 (15)8.提高涡轮叶片强度的几种措施 (16)8.1合理选材 (17)8.2改进工艺 (17)8.2.1锻、铸造工艺 (17)8.2.2机械加工工艺 (17)8.3表面强化 (18)8.4表面防护 (18)8.5合理维护和使用 (18)9.自我总结 (19)航空发动机涡轮叶片失效分析涡轮叶片是航空发动机最主要的部件之一,是高温、高负荷、结构复杂的典型热端构件,它的设计制造性能和可靠性直接关系到整台发动机的性能水平耐久性和寿命。
为了提高发动机的推重比,叶片设计时常采用比强度高的新材料;采用先进复杂的冷却结构及工艺;降低工作裕度等措施来实现。
因此,研究涡轮叶片失效分析对提高发动机工作安全及正确评估叶片的损伤形式和损伤程度有重要意义。
某航空发动机涡轮叶片有限元应力分析作者:王瀚艺王进来源:《无线互联科技》2019年第22期摘; ;要:航空发动机涡轮叶片高温、高转速的工况以及几何形状的特殊性决定了涡轮叶片工作中所承受载荷的复杂性。
为了保证飞行的安全以及发动机的稳定性,需要对涡轮叶片工作过程中的应力分布情况加以研究。
文章利用Geomagic Studio软件对涡轮叶片进行模型建立,运用ANSYS对其进行分析,研究了分别在温度、气动力以及离心力作用下的叶片应力分布,得到了3种因素综合作用下的应力分布形式,为叶片改型和后续研究奠定了理论基础。
关键词:涡轮叶片;有限元分析;温度场;应力分布航空发动机涡轮叶片运作过程需要面临高温、高转速等复杂工况,加之涡轮叶片几何形状的特殊要求,工作中涡轮叶片必将面临非常复杂的应力作用。
为了避免由于局部应力过大而导致涡轮叶片破损或断裂现象发生,需要对涡轮叶片在多重环境下的应力分布情况进行分析[1-4]。
利用Geomagic Studio软件进行逆向分析,重构涡轮叶片模型,运用ANSYS软件对模型进行网格划分并设置边界条件、初始条件等参数,分析了分别在温度场、气动力和离心力作用下涡轮叶片的应力分布,最后研究了在3种因素综合作用下的叶片应力分布,找到了涡轮叶片应力和形变的最大点所在处及其数值大小,为叶片安全工作和改型设计创造了理论基础。
1; ; 三维有限元建模通过三维扫描,对某航空发动机涡轮叶片进行精准扫描,得到其三维点云数据,通过Geomagic Studio进行曲面重构处理,将处理后的模型导入ANSYS软件定义流场边界、网格处理,接着对模型施加约束,设置边界条件和初始条件,即可对该涡轮叶片进行相应有限元分析。
模型及叶片网格划分如图1所示。
2; ; 结果分析图2给出了涡轮叶片在温度场作用下的应力场,可以看出,温度场作用下,热应力最大点位于叶根前缘处,最大值为480.47 MPa。
意味着此处在温度场作用下最容易有裂纹出现,在工作中尤其需要注意检查,而叶片形变最大点处于叶尖附近,最大形变量为0.3 mm。
航空发动机涡扇叶片故障检测与诊断随着航空业的快速发展,航空发动机作为飞行器的主要动力装置,其性能和质量也越来越受重视。
而在航空发动机中,涡扇叶片是扇盘发动机的主要构成部分之一,其性能的稳定和可靠性对于航班的安全运行至关重要。
然而,由于涡扇叶片处于高温、高压、高速等恶劣的工况环境下运行,很容易导致叶片的疲劳、腐蚀、裂纹等故障,因此航空业对于涡扇叶片故障的检测和诊断也越来越重视。
本文将从航空发动机涡扇叶片的结构、故障类型和检测方法等方面进行分析,探讨如何有效地检测和诊断涡扇叶片的故障。
一、涡扇叶片的结构与工作原理涡扇叶片是扇盘发动机的重要组成部分之一,通常由根部、翼型、平台、翼角、前缘、后缘和腹板等组成。
涡扇叶片的作用是将气流加速,并将气流转化为飞行器的推进力。
其最大特点是其具有高耐久性、热稳定性等特点,能够在极端高温高压环境下稳定运行。
二、涡扇叶片故障的类型涡扇叶片的故障类型主要包括疲劳、腐蚀、裂纹等。
其中,疲劳是由于长期的循环载荷和变形下产生的裂纹。
而腐蚀则是由于高温、振动和腐蚀性物质等因素导致叶片表面产生腐蚀、粘连和剥落等现象。
其次,裂纹则是由于载荷作用下,长时间的裂纹扩展使叶片的使用寿命缩短。
三、涡扇叶片故障检测的方法1、无损检测法无损检测法是目前广泛应用的一种检测方法,主要是通过扫描、X光检测、超声波检测、涡流检测等技术,对叶片表面和内部进行检测。
其中,超声波检测技术是应用最普遍的方法,其原理是利用超声波在固体材料中的传播来对材料进行检测。
2、摄像机检测法此检测法主要是通过高清摄像机来检测叶片表面的裂痕、腐蚀以及其他疑似故障。
此检测方法不需要拆卸整个发动机,可以通过透过发动机盖进行检测,也可在特定地方安装专用摄像机进行检测。
3、血液检测法血液检测法是目前比较先进的涡扇叶片故障检测方法之一。
此方法通过收集叶片表面的微小颗粒,类似于血液固定的原理,这些颗粒包含故障部位的微小物质和裂纹片段的特定标志物。
航空发动机叶片的失效分析与材料改进研究航空发动机叶片是飞机运行过程中承载巨大动力的关键组件之一。
然而,由于受到高温、高压等极端工况的影响,叶片往往面临着失效的风险。
因此,进行失效分析并进行材料改进研究,是提高发动机叶片可靠性和性能的重要途径。
一、失效分析1. 疲劳失效疲劳失效是航空发动机叶片失效的主要形式之一。
随着发动机使用时间的增加,叶片会受到交变载荷的作用,逐渐累积应力,导致金属疲劳。
这种失效形式往往具有隐蔽性,需要通过实验与数值模拟相结合的方法进行分析。
一方面,通过实验获取叶片疲劳性能的基本数据,包括疲劳寿命、疲劳裂纹扩展速率等;另一方面,利用数值模拟手段模拟叶片的工作状态和受力情况,对疲劳寿命进行估算。
2. 腐蚀失效腐蚀失效是指叶片在高温、湿度和化学环境的共同作用下,出现表面腐蚀、异物侵入、金属腐蚀等问题。
这种失效形式主要由于叶片表面与湿气、酸性物质接触后产生内聚力,导致叶片表面层剥落和氧化。
为了分析和避免腐蚀失效,科研人员需要进行表面处理措施和材料选择的优化。
如采用抗腐蚀性能强的合金材料,进行抛光和电化学处理等方式来提高叶片的抗腐蚀能力。
二、材料改进研究1. 新材料应用为了提高叶片的耐高温性和抗疲劳性能,研究人员不断探索新材料的应用。
高温合金、陶瓷基复合材料和纳米材料等新技术已经被引入到叶片的制造中。
高温合金具有较低的热膨胀系数和较高的高温强度,能够承受极高的工作温度。
陶瓷基复合材料具有低密度、高硬度和优异的高温性能,可以显著改善叶片的疲劳寿命。
纳米材料则具备优异的力学性能和热稳定性,可以增强叶片的耐磨性和抗腐蚀性。
2. 表面改性技术为了提高叶片的抗腐蚀性能和摩擦磨损性能,科研人员还通过表面改性技术来改善叶片的表面特性。
其中,常用的表面改性技术包括表面溅射涂层、电化学处理、表面热处理等。
表面溅射涂层可以在叶片表面形成一层高温抗氧化的保护层,提高叶片的耐高温性。
电化学处理则可以通过调节电位和电流密度来改变叶片表面的化学活性,从而提高其抗腐蚀性能。
【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模式做了说明;最后举了例子(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:压气机叶片的分类、压气机叶片的故障模式、故障现象、故障原因、排除方法等。
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 pattern. finally enumerated the example (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: compressor blade’s classification, compressor blade’s breakdown pattern, breakdown phenomenon, breakdown reason elimination method and so on.目录1 压气机工作原理及叶片概述1.1压气机叶片工作原理1.2 压气机叶片的分类1.2.1工作叶片1.2.2整流叶片2压气机叶片的故障概述及故障模式2.1 压气机叶片的故障概述2.2 压气机叶片的故障模式3 WP-7发动机压气机二级叶片叶尖掉块故障3.1 故障现象3.1.1故障叶片的分布3.1.2 故障特点3.2实验研究3.2.1 叶片静频率测量3.2.2 叶片振动应力测量3.2.3 故障部位应力值判断试验3.2.4 梁式振动台上的疲劳试验3.2.5 疲劳极限与疲劳寿命试验3.3 断口金相检查3.3.1 故障叶片断口3.3.2 故障叶片再现断口3.4 叶片震动特性计算与分析3.4.1 叶片的静、动频计算3.4.2 叶片振型、最大振动应力截面3.5 叶片共振特性分析3.5.1 激振力频谱计算与分析3.5.2 共振特性分析3.6叶片颤振发作计算与分析3.7排故措施与方案3.7.1叶片调频3.7.2 改变激振力频率或减弱激振能量3.8 结论4 WP-7发动机压气机二级整流叶片裂纹故障4.1故障情况4.2 金相检查4.3 动应力试验4.3.1动应力试验贴有应变片试件4.3.2 动应力试验结果分析4.4 共振特性分析4.5 结果分析4.6 改进及效果结束语谢辞文献1 压气机工作原理及叶片概述1.1压气机工作原理压气机的功用是为了提高气体的压力,为燃气膨胀做工创造有利条件,也就是使燃料燃烧后发出的热能更好地被利用,提高发动机的热效率,改善经济性和增大发动机的推力。
航空飞机发动机常见故障原因分析和处理措施摘要:发动机是航空飞机的动力源,其正常稳定运行是航空飞机安全航行的重要保证。
但是航空发动机在长时间运行中出现各种故障也在所难免,如果处理不及时和正确就很可能造成飞行事故,因此提高航空发动机故障排查及处理水平非常重要。
基于此,本文对航空发动机常见故障及处理措施进行了分析探讨,旨在促进航空发动机故障处理水平的提高,确保飞行安全。
关键词:航空;发动机;常见故障;处理航空发动机是飞机的重要组成部分,其正常稳定运转不仅关系到航空飞机的安全航行,而且还关系到乘客的生命财产安全,提高航空发动机管理至关重要。
而掌控发动机常见故障诊断技术及措施是维持航空发动机正常运行的重要保证,因此加强航空发动机常见故障及处理措施的研究意义重大。
一、航空飞机发动机常见故障现象(一)运行不稳定运行不稳定是航空发动机运行中出现的常见故障现象,运行情况是发动机系统存在问题的反映,也是进行故障判断的重要方式之一。
引起航空发动机运行不稳定的主要原因主要是由于发动机工作点发生偏移。
发动机工作点偏移后就会使得稳定裕度下降,从而导致气动不稳定,进而引起发动机旋转失速、叶片颤振、耦合振动等问题。
发动机长时间运行不稳定就会损坏发动机内部结构,因此发动机出现运行不稳定现象,一定要高度重视,并及时排除,以确保发动机安全稳定运行。
(二)气流通道故障气路部件热力参数是发动机性能变化的反映,气路部件正常运行非常重要。
但是在实际运行中,在各方面因素影响下,气路部件很容易出现腐蚀、侵蚀、积污及封严实效等现象,从而引起发动机气流通道压气机、涡轮等部附件结构、尺寸等发生变化,进而影响发动机部附件功能,导致发动机出现故障。
航空发动机系统中的任何一个零部件都有其重要作用,且关联性大,一个或多个气路部附件出现故障就会影响到部件特性参数发生变化,从而影响整体运行情况。
(三)异常振动振动可以说是机械设备运行中出现的最常见问题故障,是影响发动机可靠性的重要因素。
航空发动机涡轮叶片断裂原因分析
【摘要】本文针对实际使用中航空发动机涡轮叶片断裂的故障,从理论上分析造成断裂的机理,分析实际中引起涡轮叶片断裂的原因,并提出预防措施,对飞行安全起到一定的参考价值。
【关键词】航空发动机;涡轮叶片;断裂分析
0 引言
涡轮叶片是航空发动机最主要的结构件之一,由于其长期工作在高温燃气包围下,承受转子高速旋转时叶片自身的离心力、气动力、热应力以及振动负荷,是发动机中工作条件最为恶劣的零件。
在实际的使用过程中,由于各种原因,涡轮叶片可能发生断裂。
当涡轮叶片断裂时,不仅会出现发动机振动进而引起飞机振动,还会打坏其他机件、甚至导致飞机着火等现象,这将严重影响到飞行安全。
长期以来,由于涡轮叶片断裂引发的飞行事故在飞行中屡见不鲜。
本文从涡轮叶片的工作条件出发,分析了引起涡轮叶片断裂故障的原因,并举例分析,在此基础上指出预防措施。
1 涡轮叶片故障机理
从理论上看,涡轮叶片断裂的故障机理有疲劳、超应力、蠕变、腐蚀、磨损等。
1.1 疲劳
发动机工作时,由于经常起动、加速、减速、停车以及其他条件的影响,发动机内流扰动、自激振动、流动畸变、转子不平衡、燃气温度分布不均等激励因素的作用,会使涡轮各部件承受复杂的循环载荷作用,使得叶片经受大量弹性应力循环,最终引起高周疲劳、低周疲劳或热疲劳,使得涡轮叶片断裂。
其中,高周疲劳是指失效循环数范围在105—107周次的疲劳。
低周疲劳是指失效循环数低于104—105周次的疲劳。
高周疲劳和低周疲劳都能够引起涡轮叶片断裂,实际使用中,断裂还会来自于高低周复合疲劳[1-3]。
热疲劳是来自于涡轮叶片温度的循环变化。
涡轮叶片的温度的循环变化来自于燃气温度的变化。
1.2 超应力
涡轮叶片的组成包括叶根、叶身和叶冠。
由于其形状的不规则,叶片中存在应力集中部位。
尽管在设计中已经采取了一些措施,实际上,超应力仍然是造成涡轮叶片断裂的一个原因。
1.3 蠕变
高温环境下,蠕变断裂是涡轮叶片主要的失效形式之一。
随着涡轮后燃气温度从20世纪50年代的1150K增加到现在的2000K,蠕变将导致叶片的塑性变形过大甚至产生蠕变断裂。
高温时,温度仅增加15℃,其蠕变断裂寿命就会缩短一半[4]。
对于设计好的涡轮叶片来说,使用中一旦发动机进入超温状态,如果不进行维修换件,必将危及飞行安全。
1.4 腐蚀
腐蚀来自于叶片所受的高温燃气。
高温燃气对叶片的腐蚀既包括冲刷造成的腐蚀,也包括高温燃气对金属叶片的氧化腐蚀。
腐蚀会降低叶片的性能,当腐蚀达到一定程度,叶片材料性能不能满足要求时,就会发生断裂。
2 影响涡轮叶片寿命的原因
涡轮叶片使用寿命终结的特征有:叶片出现影响发动机使用功能的超出设计允许的变化,或者叶片损伤积累到所允许的极限。
在实际的应用中,叶片从生产到应用的过程复杂,涉及到的因素多,往往会由于各种原因引起叶片发生断裂。
2.1 制造和材料缺陷
受发动机高性能、工作安全性、可靠性以及寿命的要求,涡轮叶片必须具有精确的尺寸、准确的形状和严格的表面完整性。
但由于叶片型面的复杂性,呈叶身扭曲弯度,叶片内有冷却通道等特点,叶片复杂曲面的加工困难,加工精度不易保证。
目前存在叶片加工变形、精度低、表面质量低等问题。
具体体现在:叶片的波纹度和截面形状精度难以控制;叶片之间一致性差;叶片内残余应力、装夹因素引起的变形;表面完整性难以保证等。
某型发动机在外场使用570小时25分,返厂排故时进行荧光检查,发现有一片高压一级涡轮转子叶片叶身中部靠近排气边叶背面上有一横向裂纹,裂纹长约5mm。
经理化检测分析,裂纹宏观微观特征呈热疲劳裂纹特征。
疲劳裂纹的产生与部分陶芯变形或偏斜,叶片外型面过抛造成的叶背壁厚偏薄造成。
叶背壁厚超差叶片装机的原因是由于生产公司检测错误,造成叶片生产质量不过关。
2.2 装配和维修误差
装配误差是指由于加工过程中零件内部形成的残余应力因素影响,装配面出现接触不良,配合面例如叶片与涡轮盘榫槽间隙超差等。
实践表明,上述误差累积至最终装配误差,将不可避免的要影响发动机的性能。
维修误差与之类似,只是产生的过程是在维修过程。
2.3 外来物损伤
对于发动机来说,外来物损伤一方面是指在飞行过程中发动机吸入异物,地面滑跑过程中进气道内留有异物等,也包括飞行过程中发动机内部其他部件故障后,可能产生的残片造成的损伤。
但是,对于涡轮叶片来说,由于其距离进气道和压气机较远,其外来物损伤主要是指发动机内部其他部件故障后,例如燃烧室掉快等,产生的残片进入涡轮后打伤甚至打断叶片。
2.4 超限
超限包括超温和超转。
超温是指涡轮后燃气温度超过规定值,此时,燃烧室出口温度必定过高,温度过高会使涡轮叶片承受的热载荷增大。
超转是指发动机转速超过最大转速。
转速过大会使涡轮叶片承受的离心载荷过大。
当载荷超过叶片所能承受的最大载荷时,叶片就会断裂。
一般说来,超转势必引起超温。
在叶片断裂失效案例中,由于超温造成叶片断裂失效占的比例并不最高,但其危害很大,瞬时的超温即可造成某个叶片折断从而打断其他叶片,乃至整台发动机无法工作。
某飞机在完成地面通电检查、9min地面开车、武器系统的检查和加载后飞机离地。
在离地约3秒时,尾喷管出现大量油雾,随后出现火焰,紧急停车。
对此发动机分解检查,发现燃气涡轮一、二级叶片全部断裂,原因是由于叶片在异常高温状态下工作出现过烧现象。
3 预防措施
为了保证飞行安全,除了严格把好生产质量关以外,平时在外场的维护和飞行中应该做好以下预防措施[5]:
(1)飞机停放时,盖好蒙布,堵好机头盖,防止雨水进入发动机内造成潮湿,锈蚀叶片。
(2)地面试车和飞机滑出时,要保证场道清洁,防止杂物、砂石进入发动机内部损伤叶片,造成疲劳源,使叶片产生裂纹或断裂。
(3)飞行前后加强对叶片的外观质量检查,按要求对叶身进行无损探伤检查。
(4)地面试车、飞行过程中操纵油门不能过猛,起动温度、慢车温度严格控制在允许范围内;严格按试车曲线进行试车,适当延长冷、暖机时间,正确调整发动机性能参数;防止发动机超温、超转和超时使用。
【参考文献】
[1]李晓甫.发动机Ⅲ级涡轮叶片高低周复合疲劳寿命研究[J].机械制造与研
究,2010,39(3):11-12,36.
[2]卢文海,刘丽玉,白明远.发动机燃气涡轮叶片断裂分析[J].失效分析与预防,2010,5(4):252-256.
[3]刘庆瑔.某型发动机第Ⅰ级涡轮叶片延伸段断裂原因分析[J].航空发动机,2007:31-34.
[4]周勇.定向凝固涡轮叶片蠕变试验及理论分析[J].大连理工大学,2010,7.
[5]张庆民,张万秋,王立波.发动机涡轮Ⅱ级叶片断裂原因分析[J].失效分析与预防,2010,5(1):35-18.。