【正文】 差不大于 ，相當(dāng)榫槽分布差最大為 ,使得葉冠側(cè)面與其位移反方中國(guó)民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 18 向的葉冠間的間隙增大，其增大值約為 12%。 其增大量約為 11%。 圖 45 裂紋與振幅圖 葉冠間的間隙變化分析。因此應(yīng)采取葉冠限幅減振措施，同時(shí)也為了加工和裝配方便起見(jiàn)，將一級(jí)渦輪葉冠設(shè)計(jì)成平行四邊形。當(dāng)振動(dòng) A＜ 710 以后，葉片根段冷卻孔邊或榫頭第一 對(duì)齒處才出現(xiàn)裂紋 （如圖 44 所示） 。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出： （ 1）葉冠在自由狀態(tài)下，一階彎曲振動(dòng)靜頻為 628HZ,節(jié)線(xiàn)位置在葉片伸 根段和榫齒轉(zhuǎn)接處，其中 B1=648HZ， T1=1640HZ， B2=2751HZ， C1=2451Hz。 中國(guó)民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 15 圖 42渦輪葉片在葉根處斷裂 渦輪葉片的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率與渦輪轉(zhuǎn)速有關(guān)。由于渦輪前燃?xì)鉁囟群蛪毫Σ痪鶆?，燃?xì)獾慕蛔兞?huì)使葉片發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)。 中國(guó)民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 14 圖 41 共振原理圖 由此可知任何機(jī)件發(fā)生共振的條件是，機(jī)件每秒鐘自由振動(dòng)的 次數(shù)等于作用于該機(jī)件 的外力在每秒內(nèi)變化的次數(shù)，或?yàn)槠湔麛?shù)倍數(shù)。 渦輪葉片的共振損壞 渦輪前燃?xì)鉁囟群蛪毫Φ牟痪鶆颍?除了 會(huì)引起葉片疲勞損壞外，有時(shí)還會(huì)引起葉片共振損壞 。腐蝕應(yīng)力導(dǎo)致的疲勞斷裂等。 中國(guó)民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 13 第 4 章 渦輪葉片常見(jiàn)斷裂故障分析及預(yù)防措施 雖然導(dǎo)致渦輪葉片斷裂的原因很多，但是從斷口定性上總體可分為兩大類(lèi)：一、非疲勞斷裂。 ， 葉身有明顯超溫?zé)铺卣鳌Ｖ饕驗(yàn)榫植砍瑴胤纸馀鰝蛲?來(lái) 物打傷。如轉(zhuǎn)速載荷、應(yīng)力載荷、氣動(dòng)載荷等。①渦輪葉片的疲勞損壞，②渦輪葉片的共振損壞 d. 外物打傷葉片。渦輪葉片的斷裂有其內(nèi)在原因也有外在原因，主要原因有： a. 裂紋，如葉片進(jìn)排氣邊裂紋，鎖板槽裂紋，滲鉛層開(kāi)裂等。渦輪進(jìn)口的 M 數(shù)一般都較低。 （ 6）葉片形狀 壓氣機(jī)葉片很薄，彎的又少；而渦輪葉片則較厚彎的也多。 （ 4）氣流的折轉(zhuǎn)角 氣流的折轉(zhuǎn)角決定通道的性質(zhì)。 中國(guó)民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 9 圖 21渦輪級(jí)的示意圖 圖 22渦輪的基元級(jí)葉柵 渦輪所具有的特點(diǎn) 從外表上看，壓氣機(jī)和渦輪有許多相似的地方，但仔細(xì)分析以后，就可 以 發(fā)現(xiàn)兩者各具有特殊性，相對(duì)壓氣機(jī)渦輪具有以下特點(diǎn)。 和壓氣機(jī)中一樣，渦輪級(jí)也是由無(wú)窮多的“基元級(jí)”組成的。渦輪的任務(wù)在于把來(lái)自 燃燒室 的高溫高壓燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)變成渦輪軸上的機(jī)械工，把噴油嘴環(huán)排在前面就是為了實(shí)現(xiàn)這一能量轉(zhuǎn)化。 渦輪級(jí)的組成和基元級(jí) 多級(jí)渦輪是由許多單級(jí)渦輪組成，而“級(jí)”是由旋轉(zhuǎn)的工作輪和靜止的整流器組成的。另一個(gè)則是渦輪。葉身和榫頭之間可以借助底座進(jìn)行連接 [見(jiàn)圖 12]。 (3)“環(huán)行護(hù)圈”。如 (圖 11a)所示。即在葉尖排氣邊緣削掉一部分材料。渦輪轉(zhuǎn)子葉片主要由葉身和榫頭兩個(gè)基本部分組成。 這篇文章就從渦輪葉片的組成、工作原理、再總結(jié)出各種斷裂的故障以及解決的措施， 希望能對(duì)大家今后的工作以及學(xué)習(xí)提供幫助。 關(guān)鍵詞 ： 渦輪葉片 高溫 斷裂 耐用性 中國(guó)民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 3 THE ANALYZING AND PREVENTIVE MEASURE OF TURBINE BLADE CRACK FAULT CAI SHEN Abstract： Turbine rotor blade is to the energy of hot gas into the rotor mechanical work of the important parts work, it not only changes the temperature was often surrounded by gas and also bear the enormous centrifugal force generated by highspeed rotation and vibration load of gas, etc., in addition to subjected to high temperature corrosion and erosion caused by gas, and thus the working conditions of the turbine rotor blade is bad, it was decided to part one of the main engine life, so failure of turbine rotor blades can not be ignored. The fracture of turbine blade failure often leads to the stage following the loss of turbine availability and significant impact. Fracture failure of turbine blades of turbine durability for the effective management is very necessary. The design is divided into four parts: first description of the position of the turbine blades。 （保密的畢業(yè)論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明） 畢業(yè)論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 簽字日期 ： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日 中國(guó)民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 渦輪葉片斷裂故障的分析與預(yù)防措施 XXX 摘要 ： 渦輪轉(zhuǎn)子葉片是把高溫 燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機(jī)械功的重要零件工作時(shí)，它不僅被經(jīng)常變化著的 高溫燃?xì)馑鼑⑶疫€承受著高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大離心力氣體和振動(dòng)負(fù)荷等，此外還要經(jīng)受高溫燃?xì)庖鸬母g和侵蝕，因而渦輪轉(zhuǎn)子葉片的工作條件是惡劣的 ,它是決定發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的主要零件之一 ,因此渦輪轉(zhuǎn)子葉片的故障是不可忽視的。與我一同工作的同志對(duì)本論文所做的任何貢獻(xiàn)也已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。 畢業(yè)論文作者簽名： 簽字日期： 年 月 日 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者完全了解中國(guó)民航大學(xué)有關(guān)保留、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。渦輪葉片的斷裂故障往往導(dǎo)致下面整個(gè)階段的損失并且對(duì)渦輪機(jī)的可用性造成重大影響。 followed the principle of the turbine blades with a brief description of the work。 中國(guó)民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 第 1 章 渦輪葉片的組成 渦輪轉(zhuǎn)子葉片是把高溫燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機(jī)械功的重要零件。 葉身 由于渦輪級(jí)中轉(zhuǎn)換能量大，即氣流速度高轉(zhuǎn)折角大，從而氣動(dòng)力大，所以渦輪葉片的類(lèi)型剖面彎曲度大，葉身交厚，并且沿葉高的截面變化也明顯。如圖所示 。由于該處比較薄弱，在高溫下，交變的熱應(yīng)力與振動(dòng)應(yīng)力均較大，容易出現(xiàn)裂紋與斷裂等故障，更重要的是由于可以磨削小部分的材料，來(lái)改變?nèi)~片自振頻率（稱(chēng)為“修頻” ）。在葉片上段距葉尖約 1/4 葉高處開(kāi)孔，穿過(guò)護(hù)段并與護(hù)棒套構(gòu)成環(huán)形護(hù)圈。中間葉根的橫截面通常作成長(zhǎng)方形或工 形 。由壓氣機(jī)出來(lái)的高壓空氣經(jīng)燃燒室增溫后進(jìn)入渦輪，而壓氣機(jī)所需要的功率則由渦輪供給。每一級(jí)則由靜止的“噴油環(huán)”（又稱(chēng)導(dǎo)向器）和“工作輪”組成。讓高溫高壓的燃?xì)馐紫仍趪娪妥飙h(huán)中膨脹加速獲的動(dòng)能，其速度一般可達(dá) 600 米 /秒左右。將任意半徑上的“基元級(jí)”（如圖 2 2）中的（ ab）展開(kāi)，則得如圖所示的渦輪基元級(jí)葉柵，包括噴嘴環(huán)葉刪和工作輪葉柵。 （ 1）能量轉(zhuǎn)換 壓氣機(jī)是把渦輪傳給它的機(jī)械功轉(zhuǎn)化為空氣的壓力能和熱能，而渦輪則把燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能。因?yàn)闅饬髟趬簹鈾C(jī)中擴(kuò)散過(guò)多時(shí)容易發(fā)生分離，所以折轉(zhuǎn)角較小一般為 30 度～ 40 度，而渦輪則由于槽道的收斂性，氣流不中國(guó)民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 容易分離，折轉(zhuǎn)角較大，一般在 95 度以上。葉片的彎曲程度決定 于 氣流折轉(zhuǎn)角 的大小，當(dāng) 葉片彎的少 時(shí) 渦輪中的折轉(zhuǎn)角很大，所以葉片彎的厲害。 中國(guó)民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 11 第 3 章 渦輪葉片的故障總述 渦輪轉(zhuǎn)子葉片是把高溫燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機(jī)械功的重要零件 。主要原因?yàn)槌瑴鼗蚍纸鈺r(shí)損傷。外來(lái)物如沙石、金屬雜物等進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后，能夠打傷葉片。 g. 人為因素導(dǎo)致的葉片損壞斷裂 。 ， 如 葉 根段冷卻孔邊裂紋或掉渣，冷卻孔堵塞等。原因?yàn)槌瑴厥褂?。如外物打傷葉片 ， 人為因素導(dǎo)致的葉片損壞斷裂 ， 渦輪葉片的振動(dòng)原因 ， 冷卻方式 不 正確 或冷卻氣流壓力超過(guò)規(guī)定值而導(dǎo)致葉片的損傷斷裂等。下面就從大這兩方面 進(jìn)行 斷裂故障分析以及提出預(yù)防措施。為了理解共振損壞，應(yīng)先懂的共振的 含 義。每秒鐘外力變化的次數(shù)叫做強(qiáng)迫振動(dòng)頻率，每秒鐘機(jī)件自由振動(dòng)的次數(shù) 叫 做自由振動(dòng)頻率。當(dāng)葉片的自由振動(dòng)頻率同強(qiáng)迫振動(dòng)頻率相等或?yàn)閺?qiáng)迫振動(dòng)頻率的 整數(shù)倍數(shù)時(shí) ，便發(fā)生共振。因此，只有渦輪用某一轉(zhuǎn)速工作，葉片的自由振動(dòng)頻率恰好等于強(qiáng)迫振動(dòng)頻率或?yàn)槠湔?數(shù)倍時(shí)，阻尼作用未正常發(fā)揮而導(dǎo)致葉片疲勞斷裂。葉片各截面的應(yīng)力隨著葉冠處振幅的增大而增加，應(yīng)力與振幅基本上成正比。 中國(guó)民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 16 圖 43 葉片振動(dòng)應(yīng)力分布 圖 44 葉片振型 （ 2）葉片扭轉(zhuǎn)振動(dòng)未發(fā)現(xiàn)過(guò)裂紋 再 現(xiàn)故障。此種形式為葉冠中最簡(jiǎn)單的形式。 根據(jù)理論分析影響葉冠間隙的主要原因有： 渦輪葉片所處溫度還可達(dá) 800 攝氏度～ 900 攝氏度。 700～ 750 度，熱膨脹后沿周向伸長(zhǎng)， 葉冠間隙 便 減小其 25%。 ，當(dāng)榫槽與輪盤(pán)軸線(xiàn)有偏角 r=13度時(shí)，榫槽對(duì)稱(chēng)面上有一條固定線(xiàn)應(yīng)該通過(guò)軸線(xiàn)，由于加工誤差允許在 100mm上偏斜不超過(guò) 25%。 ，經(jīng)分析計(jì)算，綜合各種加工因素，在極限狀態(tài)下，個(gè)別葉片的葉冠與其左右葉片葉冠間的間隙最大可能增加 。前者是不可能的。 c 項(xiàng)，將榫槽兩面梳齒的錯(cuò)齒由原 改為 ，則葉 冠一側(cè)面對(duì)已 夾緊榫頭檢查其偏差由原來(lái)的 ,使葉冠間隙中國(guó)民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 19 米公斤動(dòng) ?????? 23 39。 2．按照規(guī)定操作發(fā)動(dòng)機(jī) 引起振動(dòng)的另一個(gè)重要原因是燃油噴 嘴噴出的 燃油量的不均勻，如在發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)或飛 行過(guò)程中猛推油 門(mén)桿，或在做過(guò)載機(jī)動(dòng)動(dòng)作時(shí)出現(xiàn)的富油和貧油等情況。為什么小小的砂石竟能把特種剛制成的葉片打傷呢？這是因?yàn)?，渦輪是以高速旋轉(zhuǎn)的，砂石進(jìn)入工作輪的相對(duì)速度很大，因而砂石雖小，具有的動(dòng)能卻卻很大，碰到葉片上，具有的很大的撞擊力，足以打傷葉片。打傷的部位，渦輪葉片一般都在背面的前緣，而導(dǎo)向器葉片則在背面的后緣 ，砂 石在導(dǎo)向器通道中只能依靠 燃?xì)獾耐苿?dòng)而獲 速度， 由于 砂石出導(dǎo)器的速度小的多，因而砂石進(jìn)入工作輪的相對(duì)速度與燃?xì)膺M(jìn)入工作輪的相對(duì)速度有很大的偏離，正好撞擊渦輪葉片的前緣（見(jiàn)圖 46）。 渦輪葉片被打傷后，強(qiáng)度減弱，在很大的離心力和交變力的作用下，傷口 進(jìn)一 步發(fā)展，直至斷裂。 的草叢進(jìn)行清理，及時(shí)驅(qū)逐那些飛鳥(niǎo)、老鼠、兔子等動(dòng)物以防飛機(jī)在起飛時(shí)吸入發(fā)動(dòng)機(jī)。 渦輪葉片的疲勞斷裂故障 疲勞斷裂是發(fā)動(dòng)機(jī)葉片斷裂的最主要的斷裂故障模式，航空發(fā)動(dòng)機(jī)由于造價(jià)很高，和平年代許多飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)本身已經(jīng)到了壽命 期 ，但還是仍然使用，這就使疲勞斷裂的概率大大上升。 故障葉片出現(xiàn)的裂紋基本上可以分為三種類(lèi)別： （ 1）葉尖掉角和網(wǎng)狀龜裂：我認(rèn)為網(wǎng)狀龜裂是由于腐蝕引起的 ， 由于葉尖部位存在著酸腐蝕的殘余（因拋 光不干凈）使晶界呈現(xiàn)，在高溫應(yīng)力作用下，加速沿晶界高溫應(yīng)力作用 ，加速沿晶界高溫氧化腐蝕。燃燒組織惡化，可能會(huì)使高溫帶后移，引起溫度場(chǎng)的嚴(yán)重不均勻現(xiàn)象。渦輪葉中國(guó)民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 22 片所承受的載荷譜主要有三種： （ 1）低循環(huán)疲勞載荷譜：低循環(huán)疲勞問(wèn)題更多的 出現(xiàn)在渦輪轉(zhuǎn)子葉片，這是由于葉片上承受著較高的離心載荷和熱載荷。如圖 47 示隨著時(shí)間的變化渦輪葉片它所承受的循環(huán)載荷在不停變化。高溫下，材料趨于軟化，因此，對(duì)于渦輪轉(zhuǎn)子葉片，熱疲勞是影響耐久性的一個(gè)關(guān)鍵因素。對(duì)于渦輪轉(zhuǎn)子葉片熱疲勞是一種關(guān)鍵的影響耐久性因素。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停車(chē)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的熱應(yīng)力 ，熱應(yīng)力經(jīng)多次循環(huán)變化就產(chǎn)生熱疲勞。端口面均較粗燥，但相對(duì)而言，斷口的粗糙度與實(shí)驗(yàn)循環(huán)數(shù)成反比。葉片的低循環(huán)疲勞壽命是由作用于其上的主循環(huán)及次循環(huán)數(shù)和程度決定的。 發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷譜通常有兩種表達(dá)形式：①狀態(tài)和狀態(tài)變化；②發(fā)動(dòng)機(jī)的總體參數(shù)，如高度（ H） 、轉(zhuǎn)速