【正文】 ...................................24 ..........................................................................................................29 結(jié)束語 ..................................................................................................................... 32 謝 辭 ...................................................................................................................... 33 中國民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 5 引言 現(xiàn)在渦輪葉片斷裂的故障是層出不窮，但解決的措施也可謂是種類繁多。 followed the principle of the turbine blades with a brief description of the work。此設(shè)計(jì)共分為四部分：首先對(duì)渦輪葉片的組成進(jìn)行說明；其次對(duì)渦輪葉片的工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要說明；然后對(duì)渦輪葉片常見的故障做了總述；最后對(duì)渦輪葉片常見的斷裂故障進(jìn)行分析并且得出了有效的預(yù)防措施。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。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的復(fù)印件和磁盤。 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 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者完全了解中國民航大學(xué)有關(guān)保留、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。 Civil Aviation University of China 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論文 ) 專 業(yè)： 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力工程 學(xué) 號(hào)： XXXXXXXX 學(xué)生姓名： XXX 所屬學(xué)院： 中國民航大學(xué) 指導(dǎo)教師： XXX 二 〇一一 年 十 月 中國民航大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 渦輪葉片斷裂故障的分析與預(yù)防措施 THE ANALYZING AND PREVENTIVE MEASURE OF TURBINE BLADE CRACK FAULT 專 業(yè) ： 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力工程 學(xué)生姓名 ： XXX 學(xué) 號(hào) ： XXXXXXX 學(xué) 院 ：中國民航大學(xué) 指導(dǎo)教師 ： XXXX 2021 年 10月 中國民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 創(chuàng)見性聲明 本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的工作和取得的成果，論文中所引用的他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，均加以特別標(biāo)注并在此表示致謝。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明并表示謝意。特授權(quán)中國民航大學(xué)可以將畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。 （保密的畢業(yè)論文在解密后適用本授權(quán)說明） 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。渦輪葉片斷裂故障的 研究分析對(duì)于渦輪機(jī)耐用性的有效管理是非常必要的。 關(guān)鍵詞 ： 渦輪葉片 高溫 斷裂 耐用性 中國民航大學(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。 and then the failure of turbine blades made mon overview。 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。葉片在工作中承受著許多很大交變載荷如，氣動(dòng)載荷，離心載荷，熱載荷等。渦輪轉(zhuǎn)子葉片主要由葉身和榫頭兩個(gè)基本部分組成。在葉尖部分（包括葉身上部與頂端）通常一些特殊的結(jié)構(gòu)。即在葉尖排氣邊緣削掉一部分材料。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“葉尖切角”。如 (圖 11a)所示。 Ⅰ級(jí)渦輪葉片的修頻 圖 11 中國民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 7 (2)“葉頂帶冠”。 (3)“環(huán)行護(hù)圈”。這樣不僅可以把所有葉片聯(lián)接起來，使它們之間相互牽制，而且可以自由膨脹。葉身和榫頭之間可以借助底座進(jìn)行連接 [見圖 12]。 帶中間葉根 圖 12 ：葉片型面部分與榫頭的聯(lián)結(jié) 中國民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 第 2 章 渦輪葉片的 工作原理 在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，有兩個(gè)主要部件由大量旋轉(zhuǎn)的靜止葉片組成。另一個(gè)則是渦輪。渦輪效率提高只要靠渦輪的級(jí)，級(jí)數(shù)越多渦輪的效率在一定范圍內(nèi)越高。 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。在渦輪中卻把靜止的 噴嘴環(huán)放在級(jí)前面，如圖 21 所示。渦輪的任務(wù)在于把來自 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。以這樣大的速度去沖擊工作輪，就可使渦輪發(fā)出大的功率。 和壓氣機(jī)中一樣，渦輪級(jí)也是由無窮多的“基元級(jí)”組成的。從圖 22 中可以看到噴嘴環(huán)的進(jìn)口截面 A2大于氣流出口截 A1nb同時(shí)，工作輪的進(jìn)口截面 A1w也是比氣流的出口截面 A2 大，一般來說，流出燃燒室的燃?xì)馑俣仁呛艿偷募s每秒一百多米， M 數(shù)遠(yuǎn)小于 1。 中國民航大學(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)。 （ 2）通道的性質(zhì) 為完成上面的任務(wù)，根據(jù)氣體 動(dòng)力學(xué)的原理，亞音速壓氣機(jī) 的氣流通道必須做成擴(kuò)散式，而亞音速渦 輪的氣流通道則做成收斂式。 （ 4）氣流的折轉(zhuǎn)角 氣流的折轉(zhuǎn)角決定通道的性質(zhì)。 （ 5）滯止絕熱效率 單級(jí)壓氣機(jī)的 滯止絕熱效率 n*k=~（多級(jí)為 n*k=~）而單級(jí)渦輪的 滯止絕熱效率 n*T=~（多級(jí)渦輪的 n*T=~）。 （ 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。至于葉片的厚薄，則決定于葉型進(jìn)口的 M 數(shù)。渦輪進(jìn)口的 M 數(shù)一般都較低。 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，下列是一些常見的渦輪轉(zhuǎn)子葉片的典型故障 。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，滲鉛層開裂等。 b. 渦輪葉片燃?xì)?溫度 過高， 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速或連續(xù)使用最大轉(zhuǎn)速的時(shí)間超過規(guī)定。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。 或冷卻氣流壓力超過規(guī)定值而導(dǎo)致葉片的損傷斷裂。如轉(zhuǎn)速載荷、應(yīng)力載荷、氣動(dòng)載荷等。如人工絞形不 合 規(guī)定、葉片在裝配時(shí)榫頭與榫鑿的安裝不當(dāng)導(dǎo)致的局部應(yīng)力集中等。主要原因?yàn)榫植砍瑴胤纸馀鰝蛲?來 物打傷。主要原因?yàn)橐苯鹑毕萜凇? ， 葉身有明顯超溫?zé)铺卣鳌? 中國民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 冠 磨損 ， 如葉冠磨損嚴(yán)重?zé)o法修復(fù)。 中國民航大學(xué)本科畢業(yè)論文 13 第 4 章 渦輪葉片常見斷裂故障分析及預(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：一、非疲勞斷裂。二、疲勞斷裂。腐蝕應(yīng)力導(dǎo)致的疲勞斷裂等。 渦輪葉片非疲勞斷裂故障分析及預(yù)防措施 在非疲勞斷裂故障中，渦輪 葉片的共振損壞斷裂和外來物打傷葉片斷裂故障是最常見的也是最主要的故障。 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 。 假設(shè)有一鋼片，處于平衡位置 OO（見圖 41）， 扳 動(dòng)剛片使 其 達(dá) 到 位置 OA后放開剛片，由于剛片本身具有彈性，就會(huì)發(fā)生振動(dòng)。 中國民航大學(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)。因此可以說，當(dāng)自由振動(dòng)頻率等于強(qiáng)迫振動(dòng)頻率 或?yàn)閺?qiáng)迫振動(dòng)頻率的整數(shù)倍數(shù)時(shí)，即發(fā)生共振現(xiàn)象。由于渦輪前燃?xì)鉁囟群蛪毫Σ痪鶆颍細(xì)獾慕蛔兞?huì)使葉片發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)。渦輪葉片共振時(shí)，振動(dòng)幅度增大，葉片內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力 增大 ，當(dāng)應(yīng)力超過其 強(qiáng)度極限時(shí)，葉片就會(huì)斷裂。 中國民航大學(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)。 這個(gè)轉(zhuǎn)速稱為渦輪葉片的共振轉(zhuǎn)速。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。如圖 43 所示。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)果和通過對(duì)故障葉片的檢查和分析看出，嚴(yán)格 控制 葉冠幾何尺寸，控制葉冠之間的間隙，減少葉片伸根段部位的應(yīng)力集中是十分重要的，通過控制轉(zhuǎn)子組裝后葉冠間間隙，控制單個(gè)葉片的葉冠， 緣 板側(cè)面對(duì)榫頭中心線的偏移量，和葉片切線活動(dòng)量，并且嚴(yán)格控制葉片伸根段的光度和孔邊的倒圓質(zhì)量，在 50h 特種試 車的發(fā)動(dòng)機(jī)上，葉片