航空发动机修理技术第三章典型零件故障分析.ppt

第二节 涡轮叶片故障分析 典型大功率涡轮风扇发动机，具有高温轮前温度。第一级涡轮叶片，．在叶片的前、后缘上有许多冷却孔。叶片为精密熔模铸造，用陶瓷芯棒提供内部冷却空气腔道。铸造后，钻出冷却孔，并将合金管嵌入到前缘腔道中钎焊固定。钎焊叶尖帽，最后涂敷防护涂层。 l、故障叶片断口组织，剖开带裂纹和损坏的叶片，进行断口分析，发现破坏是由高、低周循环疲劳造成，有较清晰条纹。裂纹起始于叶背、壁面及喷咀中心冷却孔与平台以23-25毫米韵内部前缘交线上。还有的裂纹出现在叶背与叶盆的鱼鳞状孔处。 2、金相分析对未经修理和修理过的叶片冀展方向和弦向横截面断口分析表明，许多二次裂纹出现在涂层及内外叶片壁面冷却孔薄边及交界地方。裂纹经常穿透到叶片材料中去。 3、故障主要由前缘冷却孔的高、低循环疲劳引起的。前缘壁厚不足，前缘气流、反流裕度、回旋气流和叶背前缘壁厚，都是故障发生的四个关键参数。 4、工作时，叶片在离心力的作用下拉长，造成机匣与叶片擦伤。． 5、叶片的振动故障（上节已述）。 6、高温燃气腐蚀，使叶片表面出现很粗糙的麻坑现象。 7、热腐蚀、热疲劳、叶背出现细小成片的龟裂现象。 三、故障的排除 根据引起故障的原因，选择合理的排故方法，大体说来，一般分为针对性排故，加改装排故和预防性提高材料性能防止故障的出现或延长工作寿命的方法排故。 1、针对性排故 叶尖擦伤修复工艺：化学剥离内部防护涂层，焊接修补叶尖；7检查内部裂纹，重新喷 涂以及对单个叶片进行气流量检验。吹砂剥离外部涂层，采用钎焊减小空气孔流道面积。 2、加改装排故法 经故障分析，发现原设计叶片存在：前缘壁厚不足；冷却孔是疲劳源；冷却气流量和压力不够合理等。 经使用和修理后分析确定：报废高寿命降低系数的叶片；重新确定冷却气流流量和压力；取消放气孔钎焊，改用内部涂层，减少蛇形气流量并平衡叶片前缘，中间以及后缘气流量等。 3、预防性修理 防止叶片出现过热损伤、热疲劳、高温燃气腐蚀等故障的产生，采用提高材料的抗热性能，抗疲劳性能和抗高温燃气腐蚀性能。在大修中，对涡轮叶片全部进行真空等离子法喷涂扩散涂层，即Ni-CI-Al-Y系涂层。四元共渗后的涡轮叶片，塑性大大提高耐热性及其他工作性能都有所提高，耐热稳定性好。耐热达1200℃，工作寿命达500小时。 第三节 涡轮盘裂纹故障 涡轮盘分为盘体和榫头两部分，盘体是指从园心到完整的最大园周部分，榫头为盘外端的纵树形部份。 一、裂纹现象 l、榫头裂纹 纵树形的榫头，因结构、工艺、受力、高温、高速、高压、热疲劳、热腐蚀等因素引起的裂纹最多，裂纹一般从最外榫齿开始，逐渐向轮心各齿发展。 2、槽底裂纹 个别的一级涡轮盘（GH36合金）有槽底经向裂纹，裂纹主要在槽底放锁片处，由盘缘向轮心发展。有单面和双面的。裂纹盘进行工厂台试，发现裂纹发展很快。 3、涡轮盘锁孔裂纹 要检查二级涡轮盘与承力环相配合的锁孔处裂纹，必须先拆下承力环。 4、密封齿齿底径向裂纹 密封齿底径向裂纹，由金相检查分析表明，齿面后端R处裂纹，与涡轮盘槽底径向裂纹相似也属于热疲劳裂纹现象。 二、故障原因分析 1、涡轮结构特性 ①材料特性 燃气涡轮，属于航空发动机特别重要的零件。它传递着高温燃气流经涡轮叶片通道作功，使涡轮高速旋转，通过涡轮轴带转压气机工作，对空气作功。承力大，转速高，温度高。所以它的材料采用的耐温、变形热强合金 ②轮盘直径大 涡轮盘是发动机中一个较大直径的高速转动件。随着发动机转速的提高，离心力增大其应力和应力容积增加，故障率增加而寿命却降低。 ③轮盘厚度 涡轮盘厚度是发动机中一个较厚的转动件。厚度大，转动贯量大，内应力大，故障率高，抗疲劳性差。 NUM: * Pro Next Return Exit NUM: * 《 航空发动机结构与原理 》 Pro Next Return Exit 第三章 发动机典型故障分析 轮喷气发动机中，压气机部件与涡轮部件的叶片，分为转子叶片和静予叶片，转子叶片又称工作叶片，静子叶片又称导向叶片。 压气机叶片主要是对流入的气体进行加功增压，使压气机达到一定增压比。一般前几级叶片接近零度，后几级叶片温度高达200. 300℃。 涡轮叶片主要是将高能的燃气转化为机械功，驱动涡轮转子而带动压气机转子旋转。一般叶片温度在800-1200℃的燃气包围下工作。 转子叶片与静子叶片所处的工作环境和条件基本相同。高温、高速、高压的工作条件以及悬臂结构，将产生离心负荷、气动负荷、热负荷以及振动负荷的作用，然而出现了拉应