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1、西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文）论文题目： 压气机叶片的故障分析所属系部： 航空维修工程系指导老师： 马康明 职 称： 教授 学生姓名： 朱景辉 班级、学号: 135045-35专 业： 航空机电设备维修西安航空职业技术学院制2015年11月01日西安航空职业技术学院 毕业设计（论文）任务书题目： 压气机叶片的故障分析任务与要求： 在基本了解压气机叶片的基本概念的基础上，重点分析了压气叶片的 一些常见故障模式及应对的修理方法，以确保航空发动机压气机叶片的 工作效率的完好，为今后工作做好准备。时间： 2015 年10月 12日 至 2015 年 12 月 06日 共 8 周二级学院：
2、 航空维修工程系学生姓名： 朱景辉 学 号： 135045-35专业： 航空机电设备维修指导单位或教研室： 西安航空职业技术学院指导教师：马康民 职 称： 教授 西安航空职业技术学院制2015年12月06日毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字2015.11.1-2015.11.7选定分析研究课题2015.11.8-2015.11.14制定大纲2015.11.15-2015.11.21查阅资料2015.11.22-2015.11.28修改论文2015.11.29-2015.12.5继续修改论文并输电子稿2015.12.6-2015.12.12提交指导老师审定
3、2015.12.13-2015.12.19打印提交论文教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 压气机叶片的故障分析【摘要】本论文主要阐述了压气机叶片的故障分析。首先介绍了压气机叶片的分类及其特点；其次对压气机叶片的故障与故障模式作了说明；最后列举例子（涡喷八发动机压气机叶片折断故障、涡喷七发动机压气机二级整流叶片裂纹故障、涡喷七发动机压气机二级叶片叶尖掉块故障）对叶片的故障作了具体分析。关键词：故障模式 故障现象 故障原因Abstract:The present paper mainly elaborated com
4、pressor blades fault analysis.First introduced compressor blades classification and the characteristic; Next has given the explanation to compressor blades breakdown and the breakdown pattern; Finally enumerated the example (turbojet eight engine air compressor aluminum sheet to break off breakdown,
5、 turbojet seven engine air compressor two level of rectification leaf blade crack breakdown, turbojet seven engine air compressor two level of leaf blade apexes falls block breakdown) to make the concrete analysis to leaf blades breakdown。Key words: failure mode failure phenomenon failure cause 目 录1
6、压气机叶片及其故障模式11.1压气机叶片的概述11.1.1压气机的工作叶片11.1.2整流叶片11.2压气机叶片的故障模式12涡喷八发动机压气机铝片折断故障32.1故障现象32.1.1压气机叶片各级故障32.1.2断裂特征32.2材质与金相检查42.2.1叶片材质检验42.2.2断口金相分析42.3试验研究52.3.1一，六级叶片静频测量52.3.2一级叶片共振分析62.3.3六级叶片气体激振疲劳试验72.4结论72.5排故措施与效果73涡喷七发动机压气机二级整流叶片裂纹故障93.1故障分析93.2金相检查103.3动应力试验103.3.1动应力试验贴有应变片试件113.3.2动应力试验结果分
7、析113.4共振特性分析123.5结果分析123.6改进及措施134涡喷七发动机压气机二级叶片叶尖掉块故障144.1 故障现象144.1.1故障叶片的分布144.1.2故障特点144.2实验研究154.2.1叶片静频率测量154.2.2叶片振动应力测量154.2.3故障部位应力值判断试验164.2.4梁式振动台上的疲劳试验174.2.5疲劳极限与疲劳寿命试验174.3断口金相检查184.3.1故障叶片断口184.3.2故障叶片再现断口194.4叶片振动特性计算与分析194.4.1叶片的静动频计算194.4.2叶片振型最大振动应力截面204.5叶片共振特性分析214.5.1激振力频谱计算与分析2
8、14.5.2共振特性分析224.6 叶片颤振发作计算与分析234.7 排故措施与方案244.7.1叶片调频244.7.2 改变激振力频率或减弱激振能量244.8 结论25结束语26谢辞27文献281压气机叶片及其故障模式1.1压气机叶片的概述通常将转动叶片称为转子叶片或工作叶片，将静子叶片称为整流叶片。一排工作叶片后紧跟一排整流叶片 ，气流在整流叶片中将速度降低以进一步提高压力同时按一定的方向流入下一排工作叶片。1.1.1压气机的工作叶片工作叶片主要由叶身和榫头两部分组成。(1)工作叶片的叶身为了满足气动和强度的要求，压气机工作叶片的叶身一般都由适应亚声速或超声速工作的叶片型片按一定的扭向规律
9、及重心分布规律 ，沿叶高重叠而成，为了尽量减轻重量，叶尖的旋长比根部的窄，厚度比根部的薄。叶片的叶身沿叶高是扭转的,较长的叶片在叶身中部常常有一个减振凸台,作用是为了避免发生危险的共振或颤振。(2)榫头工作叶片榫头的形式有燕尾式,销钉式和枞树式。由于振动而损坏,是压气机的常见故障,为此在榫头结构设计时,要保证叶片在轮盘上的固定具有适宜的刚性避免在发动机常用转速范围内出现危险共振。榫头的形式和尺寸要避免存在过大的应力集中,榫头应便于安装,以保证叶片的修理和更换。叶片榫头必须槽向固定,防止叶片在气体力和离心力的槽向分力作用下在槽内移动,保证压气机可靠工作,保持整个转子的平衡。1.1.2整流叶片整流
10、叶片型面简单,数量多。在铸造的分机匣内,由于机匣壁较厚,整流叶片可用各种形式的榫头直接固定在机匣内壁机械加工成的特形环槽内。它与机匣的联接要保证可靠传力、定位和足够刚性，整流叶片与内环的联接要保证良好定位，密封和热补偿。1.2压气机叶片的故障模式叶片的故障和故障模式随不同的工作环境有所不同，常见的故障有：外物损伤，强度不足和高低疲劳损伤，其中疲劳损伤较多。(1)强度不足及其故障模式叶片受外物冲击而导致的损伤称为外来物损伤。外物损伤也扩展为环境损伤，其故障模式：外来物打伤导致的压痕、划道、掉快、凹坑、翘曲、倒状和裂纹，环境因素导致的麻点、腐蚀、斑点、剥落和表面积尘等。(2)强度不足及其故障模式叶
11、片的强度不足故障是指工作时叶片某一断面或部位的应力超过材料的断裂应力而导致损伤。这种故障多数是因叶片设计时裕度不足，受瞬态冲击载荷或者叶片截面内部留有残缺隐患所造成。如叶片材质不良，工艺缺陷和环境影响等因素。强度不足的故障模式有：挠曲，变形，裂纹和断裂等。(3)高周期疲劳损伤及其故障模式叶片高周疲劳损伤即通常说的高循环应力疲劳损伤，其疲劳取决于两个因素，即叶片的疲劳应力水平和叶片的应力循环次数。它是由于叶片处于共振条件产生的变交（疲劳）应力。压气机转子叶片一般在循环次数N106107,其还要取决于叶片振动应力水平的高低，应力高，循环次数自然要降低。叶片的高周疲劳断裂部位多位于叶片的最大应力截面
12、，叶片的最大应力截面与振型有关。对于一阶弯曲振动，最大应力截面向叶尖上移，其断口走向通常是一条直线。对于扭转振型与复合振型，其最大应力截面也随振型不同而不同。对于高阶振型，最大应力截面也随阶次的增高向叶尖上移，其断口走向是先平后翘。因此研究叶片的断裂部位与断口走向，都可以判断叶片属于何种振型的振动故障。叶片的高周疲劳大都属于共振疲劳损伤，其排除方法不外乎是避开共振，即一是改变激振频率；二是改变叶片的固有频率（叶片调频）。高周疲劳故障模式通常表现为裂纹和断裂。(4)低周疲劳损伤及故障模式叶片低周疲劳损伤也就是大应变疲劳损伤。由于应力水平比较高，其损伤的疲劳循环次数比较低，一般循环次数N103。低
13、周疲劳损伤多是由于叶片气弹失稳现象或叶片颤振现象所导致，故也称为颤振故障，它主要由气动力特性在特定条件下与叶片弹性耦合所确定。叶片的低周疲劳损伤，其断口特征往往也有三个区域，裂纹的形成区与扩展区交织在一起，疲劳弧线比较粗糙，疲劳条带间距较大，表面粗糙。这与高周疲劳断口有较明显的不同。低周疲劳故障模式通常也表现为裂纹和断裂。总之，叶片振动故障是发动机中属于多发性的具有极大危险程度的故障，其发作机理有时是比较复杂的，排故的方法也是多种多样的，是从事于发动机研究、设计、生产和维护者们应注意的问题。2涡喷八发动机压气机铝片折断故障2.1故障现象涡喷八发动机转子共八级，前六级叶片为高强度铝合金制造，工作时间约53h到673h不等。在投产的近千台发动机中，仅叶片断裂的故障返厂的约51台，故障比率为5。2.1.1压气机叶片各级故障表2-1给出压气机前六级叶片的断裂故障数表2-1 各级叶片断裂故障数级数裂纹台数叶尖掉快台数叶根断裂台数叶身处断裂台数合计台数一538二22三11四268五718六6
