电子科技大学成都学院本科毕业设计论文

是不均匀的，进而造成燃气作用在涡轮叶片上的力各不相同。随着涡轮旋转，涡轮叶片将受到燃气周期性变化的交变力作用，这种交变力会使涡轮叶片发生振动，引起叶片内部产生附加应力，容易是叶片发生疲劳而失效。

所以了解涡轮的工作特点是我们预防和排除故障的前提和关键。

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第3章 涡轮工作叶片裂纹故障

第3章 涡轮工作叶片裂纹故障

3.1故障现象

叶片裂纹问题在发动机涡轮叶片毛病中属于频发和恼火的问题，在某型号发动机大修过程中，其高压涡轮叶片裂纹统查结果中叶片裂纹过多叶片占叶片总量的5%-6%。表3-1给出了WP7和WP13两类发动机一级涡轮工作叶片裂纹统查表。 表3-1 WP7和WP13系列发动机一级涡轮工作叶片裂纹统计表 发动机工作 发现裂 裂纹叶片 裂纹类型 发动机号 时间（h:min） 纹时间 数量及特征 32P7B402087 99:57/200:20 1989年4月 94片单片裂纹 32P7B402013 99:57/195:25 1990年6月 61片有裂纹 P7830163 34:02 1988年 87片进气边裂纹 叶片过热 94片全部有裂纹，过烧裂纹 P13AⅡ9043 33:10 1992年 单片2-5条裂纹 5、7、29、36、8815ⅡP72087 199:17 1990年 号叶片有裂纹 P7850426 98::30 1988年3月 2片叶片有裂纹 把号叶片进气边P7830175 104:05 1988年 有裂纹，全级报废 叶片冶金缺 5号叶片有铸造缺P7820103 299:46 1998年 陷诱发裂纹 陷 P7840326 95:57 1987年 83号叶片有裂纹 60号叶片进气边15ⅡP7872 199:29 1990年 横向裂纹 涡轮工作叶片叶身上的裂纹故障属于频发性的，这一点在统计表中清晰可见，这在各种发动机上都发生过，是一种严重的质量恶根，故障中通常有: 叶片过热过烧裂纹和叶片冶金缺陷所诱发的裂纹。

3.2故障原因分析

初期剖析，叶片所处的恶劣工作环境和性质是涡轮叶片产生裂纹故障的主要

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决定因素：

(1)叶片处在高温、高转速的工作环境之中，承受很大的运转过程中的离心力和气动力作用，出现拉伸应力与弯曲应力。

(2)叶片受振动力是由于高速燃气流的脉冲作用。 (3)温度分布的不同导致了叶片上的温差应力。

(4)发动机启动或停车使叶片上的温度剧烈变化，进而造成叶片的热疲劳。 (5)叶片产生腐蚀是由于燃气中有杂质的存在。 3.2.1叶片叶尖裂纹状态

（1）叶尖裂纹故障的形貌分析

叶片叶尖裂纹展开着色显示和放大镜的观察和记录后，高压涡轮叶片叶尖裂纹的分布是叶背裂纹数量显然少于叶盆面，并且曲率半径嘴大处是叶盆裂纹的主要集中地。裂纹在通常情形下最短0.2mm，最长4.4mm。

研究对象取随机抽取的一片叶片，在扫描电镜的观察下，叶尖端面存在有明暗相间的磨损条带是清晰可见的（见图2-1），如图3-2，通过能谱分析（见图3-3、3-4），可以看到有氯、氧、碳元素存在，证明叶尖经历了相当复杂的热腐蚀过程。

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第3章 涡轮工作叶片裂纹故障

图3-1 叶尖端面磨损形态 图3-2 磨损带的明暗区

图3-3 暗区能谱分析 图3-4 明区能谱分析 （2）叶尖裂纹的形态分析

依旧研究对象取这一片叶片，将其分解后，可以看到叶尖叶盆一侧存在一条裂纹，有三条裂纹存在于叶背一侧，用线切割将叶片按图2-5所示部位切下的目的为了确定在大裂纹周围是否还存在小裂纹制成金属试样，裂纹直线距离最长为3mm，最短为60μm，裂纹间距在250μm-1500μm范围内。有两次向上分叉发生于最长的裂纹1处，裂纹编码、布局以及直线的长度如图2-5所示。

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图3-5 叶片切片部位及裂纹分布示意图

在扫描电镜观察下发现，不管是大裂纹扩展路径均很平直而无分叉（图3-6和图3-7），端口较光滑（图3-8），穿晶发展的特征清晰可见，裂纹在定限度，氧化以及塑性变形累计损伤很大的情况下，分叉便会出现于裂纹（图3-9）。腐蚀产物存在于裂纹内部（图3-10）

图3-6 平直无分叉大裂纹 图3-7 平直无分叉小裂纹

图3-8 主裂纹开口段平直 图3-9 有两个分叉的主裂纹

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