涡轮叶片是航空发动机的重要组成部分,具有温度高、负荷大、结构复杂等特点,检测与维修质量与工作的耐久性和使用寿命密切相关。本文进行航空发动机叶片的检测与维修研究,分析了航空发动机叶片失效模式,总结了航空发动机叶片失效检测技术与维修技术。通过以上研究表明:先进的检修技术在航空发动机叶片维修中得到广泛的运用,极大地改善了其运行的可靠性和降低了使用寿命成本。
在涡轮叶片设计中,经常使用较高的新型材质,并通过改进结构和加工技术,减少工作余量,从而达到改善发动机推重比。涡轮叶片是一种气动力的翼型它能在叶片的整个长度上实现等值做功,从而保证气流在叶根和叶尖之间有一个旋转角度,在叶尖上的旋转角度大于叶根处。在涡轮盘上安装涡轮转子叶片非常重要的,“枞树形”榫头是现代燃气轮机的转子,它经过精密的加工设计,确保了所有的凸缘都能均匀地承受负载。在涡轮机静止状态下,叶片在齿槽处有一个切向运动,而在涡轮机旋转时,由于离心的作用,使叶根拉紧于圆盘。叶轮材料是确保涡轮机性能和可靠性的重要因素,早期使用的是变形高温合金,采用锻压工艺制造。随着发动机设计和精铸工艺的不断进步,涡轮叶片由变形合金向中空、多晶向单晶转变,叶片的耐热性得到了极大改善。镍基单晶超合金因其优异的高温蠕变特性而被广泛应用于航空发动机热端零件的生产。因此,对涡轮叶片的检测与维修进行深入研究,对于改善发动机工作的安全性、准确地评价叶片的损伤形态和破坏程度具有十分重要的意义。
1 航空发动机叶片失效模式
1.1 叶片低周疲劳断裂失效
在实际工作中,转子叶片的低周疲劳断裂通常是不易发生的,而在下列三个条件下,则会发生低周疲劳断裂,图1为叶片断裂示意图。
图1 叶片断裂
(1)虽然在危险断面上的工作应力比材料的屈服强度要小,但是在危险断面处有很大的局部区域缺陷。在这一区域,由于存在缺陷,导致附近更大面积超出了材料的屈服强度,导致大量塑性变形,从而导致了叶片的低周疲劳断裂。关注公众号: 两机动力先行，免费获取海量两机资料，聚焦两机关键技术！(2)由于设计上的考虑不周,叶片在危险断面上的工作应力接近或超出了材料的屈服强度,而在危险部位有多余的缺陷时,叶片会发生低周疲劳断裂。(3)在叶片发生颤振、共振、超温等异常状况时,其危险断面的总应力值大于其屈服强度,从而导致叶片的低周疲劳断裂。低周疲劳断裂主要是由设计原因引起的,大部分发生于叶根周围,在典型的低周断口处没有明显疲劳弧线。
本文来源于《内燃机与配件》作者汤捷中
