航空发动机涡轮叶片故障诊断分析.docx

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1、航空发动机涡轮叶片故障诊断分析摘要：发动机被称为飞机的心脏，而涡轮叶片是航空发动机最重要的部件，因此涡轮叶片的可靠性对飞机来说至关重要。但它也因工作环境恶劣的缘由成为发动机最简单出现故障的地方。因此，航空发动机涡轮叶片的故障检测、故障分析对飞机安全飞行意义重大。本文通过对不同状况下飞机涡轮叶片所实行不同检测方法对涡轮叶片上的缺陷进行故障检测与分析，讨论叶片失效缘由，确保飞机安全飞行。关键词：涡轮叶片；故障检测；故障分析；安全飞行1963-1978年美空军发生约3800起飞行事故，发动机结构故障占43.47%，失效缘由有：风扇叶片断裂，压气机叶片产生疲惫裂纹、涡轮叶片断裂等1。1998-2003

2、年，我国飞行事故中发动机故障占50.5%，其中叶片断裂约45%2。对于涡轮叶片来说，其科技含量高，我国的航空工业起步较晚，航空科技领域具有肯定的短板。而在先进的欧美发达国家，涡轮发动机从生产到修理，都具有先进的技术保障。比方欧美国家的涡轮发动机涡轮前的燃烧的温度可以经到达了1700K以上温度而不因热应力和巨大离心力产生失效。不说生产研发和制造技术，就单从修理技术上看，仍有不小差距3。从目前我国的涡轮叶片修理现实状况看，想要提高修理能力，必需要重视对涡轮叶片失效分析的基本讨论。资料显示，近年来航空发动机发生的重大事故中，绝大部分缘由都是涡轮叶片失效4，如图1所示。1涡轮叶片故障检测与分析在航空发

3、动机中，对任何一处缺陷的疏忽，可能就会引发安全事故。修理人员必需采纳有效的检测技术，准时发觉发动机缺陷使其更加直观地显示出来，从而对缺陷的相关特征信息进行有效的自动提取和识别。修理人员可依据发动机工作时长、发动机工作状况、发动机故障现象等采纳不同的检查方法对发动机涡轮叶片进行故障检查分析。1.1涡轮叶片检测方法1.1.1孔探检测在发动机没有完全拆解前，我们可以借助孔探仪对涡轮叶片进行检测。首先在直杆镜上连接适当长度的加长直角观看高压涡轮转子叶片镜或者使用侧视镜进行观看。涡轮风扇发动机可以站在风扇整流罩的后面，将直杆镜及直角观看镜插人风扇内机匣前缘或者需要检查的孔探口进行发动机的例行检查。操作过

4、程中，修理人员要将设备调整到合适的视角，并由另一个工作人员帮助缓慢、匀速地后两个孔探口分别对高压涡轮叶片的前缘、后缘进行检查5，如图2所示。1.1.2渗透检测涡轮叶片的渗透检测是利用毛细管作用，把融有荧光材料或者着色剂的渗透液涂抹到叶片外表，渗透液由于毛细作用渗入涡轮叶片的外表缺陷中，清理洁净未渗透入缺陷而遗留在外表的渗透液，经枯燥后再用显像剂，利用毛细作用把缺陷中的渗透液重新吸附到叶片外表上，就可以放大呈现出叶片缺陷的样子和分布。这种方法可以同时检测多个叶片，在发动机大修或检修时一般都使用荧光材料来检测其外表损伤；而在外场条件下，通常使用着色法进行检测。1.1.3射线检测涡轮叶片射线检测是通

5、过设备发射X射线，射线在经过物体后会产生衰减，假如涡轮叶片局部区域存在缺陷，射线在经过叶片后会产生不同程度的衰减，使得叶片不同部位穿透出的射线强度不同，以此来对叶片内部存在的缺陷进行判定。通过射线检测可以直观的显现出叶片的缺陷影像，便于对叶片缺陷进行判定，同时也可清楚推断缺陷的数量及分布。1.1.4超声波检测涡轮叶片超声波检测是利用设备把超声波发射进叶片内部，由于超声波在叶片内传播时，遇到叶片缺陷与叶片产生的交界面会发生反射，通过接收反射信号并进行分析可以判定叶片的内部缺陷。同时可依据接收到的反射波信号出现的位置来对缺陷进行定位。此种监测方法可确定涡轮叶片内部缺陷的大小、位置、取向、埋深和性质

6、等参量。1.1.5声发射检测声发射检测技术，是通过声发射源发射弹性波，通过叶片内部应力造成的瞬态位移，利用声发射传感器探测叶片结构位移量并将机械振动转换为电信号处理显现出来。声发射检测主要是检测叶片内缺陷的扩展，并依据叶片的应力特点推断缺陷危急程度。1.1.6红外检测红外检测是通过红外设备加热涡轮叶片，由于叶片内缺陷的缘由造成热量传导不同而导致叶片外表温度的不同，同时通过红外显像设备记录并呈现红外影像形成温度场，依据温度场分布就可以检测出叶片中是否有裂纹、剥离、夹层等缺陷。1.2涡轮叶片故障分析1.2.1裂纹分析发动机完全拆解后，对叶片进行目视检查我们会发觉叶片的外表没有高温氧化变色现象，但是

7、发觉叶片前缘热障涂层脱落的现象发生并伴有裂纹。观看裂纹位置，不难发觉，裂纹位于叶身叶盆侧的上部，裂线不规则。裂纹较短部分，呈近似弦向扩展，如图3所示。1.2.2断口分析断口的地方能够清晰的观察一些放射状的棱线、弧线特征，这些特征说明涡轮叶片断裂的缘由是因为疲惫6，具体断口特征如图4所示。通过用电子显微镜对断口进行扫描，我们会观看到如图5所示的现象：热障涂层有开裂现象。取一个涡轮叶片作为观看样本，经金相制备、研磨、抛光、清洗、腐蚀后，再用电子显微镜对叶片的基体组织及碳化物进行检查7。在经过腐蚀液进行后，叶片金相组织，如图6所示，可见叶片组织有超温现象，因为在图中可以明显看到晶界处有碳化物。2结论

8、与思索涡轮叶片失效方面有一些认识与思索，盼望能够对飞机发动机修理工作起到肯定的参考借鉴作用。结合讨论结果和修理人员的修理阅历，提出以下建议：假如涡轮叶片有明显断裂、裂纹等现象，需要马上拆下起动机。这些损伤会起动机涡轮盘动不平衡，在恶劣的工作环境中工作使径向轴承失效。涡轮叶片可能存在再结晶隐患，影响发动机使用安全。因此，应增加叶片内腔重点区域的再结晶检测掌握。建议改良叶片排气窗结构或改良铸造工艺，减小叶片排气窗间隔墙处的剩余应力，消除再结晶。参考文献：1段红燕，王小宏，张洹榕，等.基于热力耦合计算的涡轮叶片疲惫/蠕变寿命预报J.兰州理工大学学报，2022，434：59-65.2杨硕.涡扇发动机高

9、压压气机叶片裂纹萌生及扩展寿命预报讨论D.天津：天津大学，2022：1-3.3李洋，邱丰，佟文伟.发动机风扇静子叶片裂纹失效分析J.失效分析与预防，2022，146：401-405.4韩帅.航空发动机转子系统可靠性分析讨论D.西安工业大学，2022.5孙见忠，左洪福使用条件对民航发动机涡轮叶片蠕变寿命的影响分析J中国机械工程，2022，2511：1511-15166王飞.某涡轮盘低循环疲惫寿命预报及试验验证J.机械制造与自动化，20226：142-145.7郑媛，孙智君，张涛，等.整体叶盘叶片裂纹分析C.2022年全国失效分析学术会议论文集，2022：70-74. 黄超伟 马乐 单位：安阳职业技术学院本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页