■ 宋丙新 張文輝 馬斯博 陶杰/ 成都航利（集團）實業(yè)有限公司 中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所

1 故障描述

某發(fā)動機進行孔探檢查時（試車總時間521h39min），發(fā)現(xiàn)低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片根部存在碰磨痕跡。采用孔探儀測量，葉片平均磨痕深度為0.9mm；測量低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片與靜子葉片間隙最小處為7.9mm，位于順航向6 點鐘至7 點鐘方向。圓周方向分為7 個測量點，各測量點低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片根部磨損情況如表1、圖1 所示。

圖1 2號位置葉片磨痕深度

表1 首次發(fā)現(xiàn)碰磨故障時葉片磨痕深度

2 驗證試車

為驗證碰磨是否持續(xù)加劇，每5h對低壓渦輪轉(zhuǎn)靜子葉片進行檢查。驗證3h45min，試車總時間525h24min55s，孔探檢查測量轉(zhuǎn)子葉片磨痕深度，發(fā)現(xiàn)磨痕深度加大，平均深度約1.0mm，較上次測量平均值增加0.1mm；低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片與靜子葉片間隙最小處為7.96mm，位于順航向6 點鐘至7 點鐘方向。磨損及間隙測量情況如表2、圖2、圖3 所示。

圖2 3號位置轉(zhuǎn)子葉片磨痕深度

圖3 首次驗證試車后間隙

表2 首次驗證試車后轉(zhuǎn)子葉片磨痕深度

再次驗證5h42min40s，試車總時間531h07min35s，孔探檢查測量轉(zhuǎn)子葉片磨痕深度，發(fā)現(xiàn)磨痕深度加大，平均深度約1.2 mm，較上次測量平均值增加0.2 mm；低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片與靜子葉片間隙最小處為7.78 mm，位于順航向6 點鐘至7 點鐘方向。磨損及間隙測量情況如表3、圖4、圖5 所示。

圖4 5號位置葉片磨痕深度

圖5 第二次驗證試車后間隙

3 原位排故

3.1 原位檢查、測量

原位分解燃油供油管后進入噴口，分解穩(wěn)定器、加力燃油管和尾錐。采用樣膏法測量L8 值，L8 間隙最小處為8.1mm，位于順航向6 點鐘至7 點鐘方向。采用樣膏法測量轉(zhuǎn)子葉片碰磨痕跡深度，磨痕最深葉片為1.58mm。

3.2 原位排故

對導(dǎo)向葉片碰磨位置及附件緣板處進行原位打磨，原位打磨后采用樣膏測量法碰磨位置低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片與靜子葉片間隙為9.5mm；孔探測量碰磨位置低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片與靜子葉片間隙為9.17mm（見圖6）。

圖6 原位排故后間隙

3.3 恢復(fù)試車及檢查

檢查確認后， 發(fā)動機進行了4h46min20s 試車，孔探檢查未發(fā)現(xiàn)低壓導(dǎo)向葉片新增碰磨痕跡，低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片與靜子葉片間隙無明顯變化，為9.25mm（見圖7），轉(zhuǎn)子葉片碰磨痕跡未見變化，發(fā)動機繼續(xù)試車。隨后，發(fā)動機再次進行了4h46min20s 試車，孔探檢查未發(fā)現(xiàn)低壓導(dǎo)向葉片新增碰磨痕跡，低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片與靜子葉片間隙無明顯變化，為9.04 mm（見圖8），轉(zhuǎn)子葉片碰磨痕跡未見變化，發(fā)動機繼續(xù)試車。

圖7 第一次驗證后間隙

圖8 第二次驗證后間隙

3.4 完成試車

后續(xù)，發(fā)動機正常完成試車，期間每日進行低壓渦輪轉(zhuǎn)靜子碰磨檢查，共進行11 次，低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片與靜子葉片間隙無明顯變化，轉(zhuǎn)子葉片碰磨痕跡未見變化，原位排故效果顯著。

4 分解檢查

4.1 宏觀檢查情況

分解檢查發(fā)現(xiàn)，低壓渦輪導(dǎo)向器中1 件內(nèi)環(huán)焊接組件從螺栓孔處斷裂（見圖9）；對應(yīng)導(dǎo)向葉片排氣邊小緣板存在磨痕（見圖10）；92 件低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片有不同程度的碰磨，測量碰磨深度為1.01 ～1.17mm；故障導(dǎo)向葉片對應(yīng)的低壓機匣掛鉤處存在裂紋，長為8mm（見圖11）；檢查高壓渦輪導(dǎo)向器及高壓渦輪外環(huán)情況，發(fā)現(xiàn)順航向7 點鐘方向高導(dǎo)葉片和外環(huán)外觀損傷較其他位置嚴重（見圖12）。

圖9 內(nèi)環(huán)焊接組件斷裂情況

圖10 導(dǎo)向葉片碰磨情況

圖11 低壓機匣掛鉤裂紋

圖12 順航向7點鐘方向高壓渦輪外環(huán)情況

4.2 組件狀態(tài)測量情況

組件狀態(tài)下測量低壓渦輪導(dǎo)向器兩個截面直徑，結(jié)果如圖13 所示。從測量結(jié)果看，組件狀態(tài)整體變形與正常摸底測量數(shù)據(jù)相當(dāng)。

圖13 組件狀態(tài)低壓渦輪導(dǎo)向器截面尺寸雷達圖

4.3 零件狀態(tài)測量情況

零件狀態(tài)下，測量低壓渦輪機匣兩個截面直徑，測量結(jié)果如圖14 所示。從測量結(jié)果看，零件狀態(tài)整體變形較大，以順航向7 點鐘方向變形最為明顯。

圖14 零件狀態(tài)低壓機匣截面尺寸雷達圖

4.4 失效分析情況

斷裂的內(nèi)環(huán)焊接組件整體呈黑色，表面氧化嚴重，局部伴有“掉皮”現(xiàn)象，螺栓安裝邊有明顯的“波浪狀”變形。斷裂發(fā)生于其中一個螺栓孔邊，并沿與組件長度基本垂直的方向發(fā)生斷裂。由于斷裂，斷裂的螺栓孔邊有材料缺失現(xiàn)象，該螺栓孔邊可見多條裂紋（見圖15）。觀察組件斷口，斷口呈黑色，斷面粗糙（見圖16）；在電鏡下觀察斷口，斷口由于嚴重氧化，已經(jīng)沒有原始的斷口特征（見圖17）。

圖15 螺栓孔邊裂紋

圖16 組件斷口

圖17 斷口形貌

5 結(jié)論

1）碰磨故障發(fā)生的直接原因為低壓渦輪導(dǎo)向器中1 件內(nèi)環(huán)焊接組件從螺栓孔處斷裂，導(dǎo)向葉片的軸向約束作用降低，導(dǎo)向葉片工作中在燃氣作用下向后位移，對應(yīng)導(dǎo)向葉片排氣邊小緣板與工作葉片葉根接觸，發(fā)生碰磨。

2）零件狀態(tài)低壓機匣整體變形較大，順航向7 點鐘方向變形最為明顯；檢查高壓渦輪導(dǎo)向器及高壓渦輪外環(huán)情況，發(fā)現(xiàn)順航向7 點鐘方向高導(dǎo)葉片和外環(huán)外觀損傷較其他位置嚴重。分析認為，低壓機匣順航向7 點鐘方向承受的熱負荷可能較大。