亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        某型發(fā)動機低壓壓氣機轉(zhuǎn)子葉片斷裂分析

        2023-06-15 02:19:52王文杰蔡文波
        燃氣輪機技術(shù) 2023年2期
        關(guān)鍵詞:葉身噴丸凹坑

        王文杰, 蔡文波

        (海軍裝備部, 遼寧 大連 116083)

        壓氣機轉(zhuǎn)子葉片是燃氣渦輪發(fā)動機重要零部件之一,數(shù)量多、形狀復(fù)雜、性能要求高、制造難度大,其工作可靠性直接影響發(fā)動機的整機安全和可靠性[1-3]。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,葉片斷裂故障是導(dǎo)致發(fā)動機出現(xiàn)重大故障的最主要原因。某型航空發(fā)動機自裝備以來,葉片故障占發(fā)動機事故征候以上等級故障的半數(shù)以上[4-5]。某型航空發(fā)動機是雙轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇內(nèi)外涵道混合加力式發(fā)動機。在一次起飛過程中,該型發(fā)動機因葉片發(fā)生斷裂故障中斷起飛。檢查發(fā)現(xiàn)左發(fā)動機低壓壓氣機第2級轉(zhuǎn)子葉片中的1片從根部折斷,其余葉片均有不同程度損傷。進一步對故障葉片進行宏觀及金相微觀檢查,發(fā)現(xiàn)在葉片斷口起始部位有1個凹坑。查該發(fā)動機履歷,該級葉片在發(fā)動機整機大修時進行過例行性修理,修理流程為:初檢—化洗—熒光—標記壽命—故檢(故障檢查)—恢復(fù)疲勞強度(即噴丸)—表面防護。

        疲勞失效是轉(zhuǎn)子葉片中最常見的失效模式,引起葉片疲勞失效的原因多種多樣,包括葉片強度降低、共振、外物打傷、材質(zhì)缺陷、微動損傷、葉尖碰摩等[6]。劉國庫等[7]針對某型燃氣輪機壓氣機轉(zhuǎn)子葉片斷裂故障,利用故障樹的排查方法,從材料、設(shè)計、工藝、冶金、實物制造、使用等方面進行了詳細的排查,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子、靜子不同心導(dǎo)致偏摩是故障發(fā)生的主要原因,而故障葉片根部的加工刀痕且噴丸覆蓋不完全,促進了裂紋的萌生。卜嘉利等[8]在某型發(fā)動機風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片第 1 階彎曲振型下進行振動疲勞試驗,發(fā)現(xiàn)葉片榫頭和葉身處有裂紋萌生。高志坤等[9]發(fā)現(xiàn)在發(fā)動機工作過程中葉尖與機匣異常碰摩,使葉片承受非正常沖擊載荷是導(dǎo)致故障葉片產(chǎn)生疲勞裂紋的主要原因,榫齒的微動磨損對裂紋萌生起促進作用。潘輝等[10]介紹了葉片外物損傷試驗?zāi)M方法(含機械加工缺口法、低速沖擊法、準靜態(tài)擠壓法和高速彈道沖擊法等)的基本原理、優(yōu)缺點及應(yīng)用情況。Dunham等[11]首次運用機械加工缺口法在鋼、鈦、鋁 3 種材料的真實葉片上模擬了葉片外物損傷,研究了在1彎振型下?lián)p傷葉片的疲勞強度。

        本文通過對該型發(fā)動機低壓壓氣機第2級轉(zhuǎn)子葉片故障斷口外觀檢查、宏觀形貌觀察、表面檢查、成分分析、金相組織檢查、強度計算等方式進行分析,確定了故障葉片的失效模式及原因,提出了改進建議。

        1 檢查與分析結(jié)果

        1.1 外觀檢查

        該型發(fā)動機低壓壓氣機共5級轉(zhuǎn)子葉片,第2、3、4級轉(zhuǎn)子葉片均為銷釘孔式連接結(jié)構(gòu)的鋁葉片組件,孔內(nèi)壓裝有銅套,以提高銷孔的耐磨性。葉片材料均為LD7-1,表面涂有ES205耐熱涂料。銅套材料均為QAL10-4-4。銷釘材料均為3Cr13。葉片通過銷釘與壓氣機盤(材料為TC11)連接[12]。

        將發(fā)動機分解至盤和葉片組件狀態(tài),目視檢查低壓壓氣機各級靜子、轉(zhuǎn)子葉片均有不同程度損傷。低壓壓氣機第2級轉(zhuǎn)子葉片中的1片從葉身根部斷裂,斷裂葉身未發(fā)現(xiàn),斷口目視觀察有明顯疲勞特征,分析認為是首斷件[13]。故障件損傷情況見圖1、圖2。

        圖2 第2級轉(zhuǎn)子葉片斷件

        1.2 斷口宏觀觀察

        1.2.1 宏觀觀察

        低壓壓氣機第2級轉(zhuǎn)子葉片斷裂位于葉根附近轉(zhuǎn)接圓弧處,斷口高差較大,可分為A、B兩個區(qū):A區(qū)為疲勞裂紋擴展區(qū),靠近進氣邊一側(cè),尺寸約37 mm×8 mm,占整個斷面的40%,斷面較平坦,可見明顯擴展棱線和疲勞弧線,棱線收斂方向顯示源區(qū)位于距進氣邊約15 mm處葉背表面,單源起始;B區(qū)斷面粗糙,為瞬斷區(qū)。斷口宏觀形貌見圖3、圖4。

        圖3 葉片斷口宏觀形貌

        圖4 葉片斷口側(cè)面宏觀形貌

        1.2.2 體視鏡觀察

        起源區(qū)斷面有白色物質(zhì),該物質(zhì)與葉片表面漆層相連,顏色相近;起源區(qū)側(cè)面漆層完整無裂紋,僅輕微凹陷,深度約為0.05 mm,見圖5。經(jīng)除漆處理后放大觀察,起源處白色物質(zhì)已去除,呈半圓形凹坑特征,凹坑內(nèi)表面形貌與葉片表面形貌相似,最大寬度×最大深度約為0.50 mm×0.17 mm,見圖6。

        圖5 斷口起源區(qū)低倍形貌

        圖6 斷口面觀察凹陷形貌

        1.3 斷口微觀觀察

        掃描電鏡斷裂葉片斷口源區(qū)凹坑進行表面形貌觀察,源區(qū)凹坑內(nèi)表面無斷裂特征,與葉身表面形貌相同,均為粗糙的噴丸表面,見圖7、圖8。

        圖7 凹坑表面高倍形貌

        1.4 表面檢查

        除漆前對白色物質(zhì)進行能譜分析,其中Ti和Si為表面漆層成分元素,說明損傷凹坑內(nèi)白色物質(zhì)為漆層;Cr、S元素應(yīng)來源于表面防護工序中的氧化過程。

        除漆后采用掃描電鏡對葉片疲勞源區(qū)附近進行觀察,疲勞裂紋起源于損傷凹坑邊緣,擴展區(qū)可見疲勞條帶及弧線特征,瞬斷區(qū)為韌窩特征,表明故障葉片斷口應(yīng)為疲勞斷口[14-15],見圖9。

        1.5 成分分析

        利用能譜分析儀對除漆后的凹坑區(qū)域進行面掃描,Ti和Si為局部殘留的漆層成分元素,Cr元素來源于表面防護工序的氧化過程,其他元素及含量符合葉片基體LD7-1的標準。

        1.6 硬度測試

        對故障葉片斷口起源區(qū)、葉根、榫頭及同級葉片葉身進行硬度測試,結(jié)果均符合葉片基體LD7-1的標準。

        1.7 金相檢查

        在故障葉片葉根、榫頭及同級別葉片葉身斷口起源區(qū)取樣進行組織檢查,結(jié)果均符合葉片基體LD7-1的標準。

        1.8 強度計算

        葉片損傷是發(fā)動機常見的故障之一,嚴重的損傷引起葉片疲勞斷裂,從而導(dǎo)致發(fā)動機失效。為分析損傷對低壓壓氣機第2級轉(zhuǎn)子葉片強度的影響,本文采用機械加工缺口法[11,16]進行故障葉片凹坑損傷試驗?zāi)M,進行正常葉片和故障模擬葉片對比計算。

        1.8.1 葉片靜應(yīng)力計算

        在工作轉(zhuǎn)速8 760 r/min下,對比正常葉片和故障模擬葉片應(yīng)力情況。正常葉片葉身最大靜應(yīng)力位于葉背根部倒圓位置,應(yīng)力為178.24 MPa;葉片損傷后因應(yīng)力集中,故障部位成為葉身應(yīng)力最大區(qū),應(yīng)力值為254.56 MPa,相比正常葉片,葉身最大靜應(yīng)力增加了42.8%。

        1.8.2 葉片振動應(yīng)力計算

        相對葉片的尺寸,模擬損傷球形尺寸較小,葉片模態(tài)為1階計算時,正常葉片和故障模擬葉片1階固有頻率分別為223.7 Hz和224.7 Hz,固有頻率基本相同。正常葉片最大振動應(yīng)力在葉背葉根中部,應(yīng)力值為8 040 MPa;故障模擬葉片最大應(yīng)力位置為故障部位,應(yīng)力值為12 737 MPa,相對正常葉片振動應(yīng)力增加了58%。

        2 失效原因分析

        2.1 失效模式

        通過對低壓壓氣機第2級轉(zhuǎn)子葉片斷口的宏觀和微觀檢查表明,故障葉片斷裂性質(zhì)為疲勞斷裂,疲勞裂紋起源于葉背表面損傷凹坑邊緣,擴展區(qū)可見疲勞條帶及弧線特征,瞬斷區(qū)為韌窩特征。葉身表面損傷凹坑處漆層完整,無破裂現(xiàn)象,可排除外場打傷。斷口微觀檢查凹坑內(nèi)表面無斷裂特征,與葉身表面形貌相同,均為粗糙的噴丸表面,可判斷凹坑產(chǎn)生于葉片修理過程中,且在恢復(fù)疲勞強度(即噴丸)工序之前。

        2.2 影響因素分析

        疲勞失效原因主要包括葉片強度降低、共振、外物打傷、材質(zhì)缺陷、微動損傷、葉尖碰摩等[6]。故障葉片損傷凹坑處漆層完整,可排除外物打傷因素;葉身表面硬度、金相組織和材料成分均滿足標準要求,斷口未見冶金缺陷,表明斷裂原因與冶金缺陷和基體材質(zhì)無關(guān);微動損傷通常發(fā)生在轉(zhuǎn)子葉片榫頭部位,故障葉片斷裂發(fā)生在葉根,可排除此因素;檢查同級轉(zhuǎn)子葉片葉尖,葉尖表面完整,可排除葉尖碰摩因素。引起故障葉片疲勞失效的原因只剩強度降低和共振2個因素。

        2.2.1 葉片強度因素分析

        強度計算結(jié)果表明,在工作轉(zhuǎn)速8 760 r/min下,故障模擬葉片相比正常葉片葉身最大靜應(yīng)力增加了42.8%;振動計算結(jié)果表明,葉片模態(tài)為1階時,正常葉片最大振動應(yīng)力在葉背葉根中部,故障模擬葉片最大應(yīng)力位置為故障部位,相對正常葉片振動應(yīng)力增加了58%。葉片損傷后故障部位靜應(yīng)力和振動應(yīng)力均有大幅度增加,疲勞強度明顯下降。

        經(jīng)統(tǒng)計,低壓壓氣機第2、3、4級轉(zhuǎn)子葉片(材料均為鋁合金)報廢原因主要有4類:刻痕打傷、腐蝕麻點、渦流檢查不合格、锪孔后端面腐蝕。報廢類型比率中刻痕打傷和腐蝕麻點占比較高,見圖10。

        圖10 低壓壓氣機第2、3、4級轉(zhuǎn)子葉片報廢類型比率圖示

        綜合分析,葉片凹坑損傷后故障部位疲勞強度明顯下降,斷口疲勞裂紋起源于損傷凹坑邊緣,結(jié)合該類型葉片以往故障形式,可判斷凹坑損傷是導(dǎo)致葉片斷裂的主要因素。

        2.2.2 葉片共振因素分析

        低壓壓氣機第2、3、4級轉(zhuǎn)子葉片均為銷釘孔式連接結(jié)構(gòu),葉片頻率要求見表1。低壓壓氣機轉(zhuǎn)子常用轉(zhuǎn)速為全工況轉(zhuǎn)速的52%~64.8%(4 740~5 906.5 r/min)時,對應(yīng)的頻率為79 ~98 Hz,小于葉片1彎頻率,可排除共振引起葉片斷裂可能[17]。

        表1 低壓壓氣機第2、3、4級轉(zhuǎn)子葉片頻率

        2.2.3 凹坑產(chǎn)生原因分析

        根據(jù)失效分析結(jié)論,結(jié)合葉片大修過程梳理情況,在葉片除漆后恢復(fù)疲勞強度前,安排故檢工序?qū)θ~片進行目視檢查,以排除葉身磕碰劃傷等缺陷。按照故檢標準中葉根部位不允許有損傷存在的要求,凹坑在此時應(yīng)能發(fā)現(xiàn),故重點排查該次故檢后葉片周轉(zhuǎn)以及噴丸兩個環(huán)節(jié),分析損傷產(chǎn)生的原因。

        首先檢查周轉(zhuǎn)運輸環(huán)節(jié),因第2級轉(zhuǎn)子葉片尺寸和重量較大,周轉(zhuǎn)運輸過程使用木質(zhì)包裝箱,檢查發(fā)現(xiàn)木質(zhì)包裝箱上的鐵釘和鐵質(zhì)部件凸出箱體或變形翹曲,在裝箱及運輸過程中存在碰傷葉片的風(fēng)險。接著排查噴丸工序,查看噴丸過程中使用的工位器具及設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu),未發(fā)現(xiàn)可能造成葉片損傷的風(fēng)險因素。綜合分析,故障葉片葉根部位凹坑大概率產(chǎn)生于故檢與噴丸工序之間的周轉(zhuǎn)運輸環(huán)節(jié),在裝箱及運輸過程中葉片意外與箱體鐵質(zhì)部件磕碰。而噴丸工序后直接進行表面防護(涂漆)工序,該工序的檢驗環(huán)節(jié)重點檢查漆層厚度及質(zhì)量,未能檢查出該磕碰造成的凹坑缺陷。該缺陷在葉片現(xiàn)有修理工藝中具有較強的隱蔽性。

        3 結(jié)論

        本文從斷口的宏微觀形貌觀察、表面檢查、成分分析、材料組織檢查、硬度檢測和強度計算等多方面對故障葉片進行分析,得到以下結(jié)論:

        (1) 故障葉片失效性質(zhì)為疲勞斷裂,與材質(zhì)和冶金缺陷無關(guān);

        (2) 葉根處凹坑缺陷促進了裂紋的萌生,是導(dǎo)致本次葉片斷裂的主要原因;

        (3) 凹坑產(chǎn)生于葉片故檢后至噴丸工序之間的周轉(zhuǎn)運輸環(huán)節(jié),與防護不當有關(guān)。

        建議在噴丸前增加葉片表面質(zhì)量檢查工序,并將轉(zhuǎn)運工裝改為塑料材質(zhì)并加強防護,以避免葉片碰傷等缺陷產(chǎn)生。

        猜你喜歡
        葉身噴丸凹坑
        變厚度復(fù)合材料構(gòu)件的預(yù)制體建模方法
        激光噴丸與機械噴丸復(fù)合強化對2124-T851鋁合金疲勞壽命的影響
        腐蝕凹坑干涉效應(yīng)與疲勞壽命計算
        含有不同間距凹坑缺陷的發(fā)酵罐應(yīng)力分析與計算
        齒條噴丸變形控制的研究
        含凹坑缺陷結(jié)構(gòu)疲勞壽命的快速估算方法
        核技術(shù)(2016年4期)2016-08-22 09:05:32
        高溫合金轉(zhuǎn)子葉片擠壓制坯工藝研究
        基于噴丸隨機模型的表面覆蓋率計算方法
        表面噴丸處理對軸用42CrMo鋼彎曲疲勞性能的影響
        CAD/CAM 技術(shù)在汽輪機葉片設(shè)計與加工中的研究與應(yīng)用*
        国产精品www夜色视频| 成人妇女免费播放久久久| 亚洲看片lutube在线观看| 成人无码视频| 欧美成人网视频| 一二区视频免费在线观看| 日本一区二区三区四区高清不卡| 久久只精品99品免费久23| 麻豆精品久久久久久久99蜜桃 | 国产91会所女技师在线观看| 伊人精品久久久久中文字幕| 久久久久亚洲av无码专区| 亚洲乱在线播放| 少妇被粗大猛进进出出男女片| 国产一区二区视频免费在线观看| 中文字幕乱偷无码av先锋蜜桃 | 亚洲成人av大片在线观看| 国产精品久久久久9999| 在线观看国产精品日韩av | 少妇性俱乐部纵欲狂欢少妇| 蜜桃麻豆www久久囤产精品| 久久国产品野战| 91中文在线九色视频| 男人的天堂中文字幕熟女人妻| 7777精品伊人久久久大香线蕉| 国产av天堂成人网| 国产黄色一区二区福利| 国产老熟女伦老熟妇露脸| 国产精品毛片一区二区三区| 伊人久久成人成综合网222| 国产成人精品日本亚洲直播| 日本一区二区三区女优在线| 日本精品一区二区三区二人码| 免费观看又色又爽又黄的| 青青青伊人色综合久久亚洲综合| 日本一区二区三区在线视频播放 | 国产偷国产偷高清精品| 国产成人精品一区二三区在线观看 | 99精品视频在线观看| 水蜜桃在线视频在线观看| 色视频不卡一区二区三区|