某航空发动机GH4033镍基合金结合环的失效分析

在某航空发动机大修分解检查时发现,其Ⅱ级涡轮导向器结合环出现了严重变形及开裂现象,采用宏观和微观形貌观察、断口分析、化学成分分析、硬度测试等方法对其变形及开裂原因进行分析。结果表明:结合环安装孔内表面裂纹为高周疲劳裂纹;导向叶片轴颈和结合环安装孔的配合间隙及导向叶片下缘板间的间隙偏小,且导向叶片和结合环的线膨胀系数不同,使得在高温工况下轴颈不能在安装孔内自由移动,在热应力作用下,结合环向中心挤压而发生变形并形成疲劳裂纹源;由温度变化引起的间隙周期性变化是导致疲劳裂纹扩展的主要原因;适当减小Ⅱ级涡轮导向叶片轴颈尺寸,以增大其与结合环安装孔的配合间隙并适当增大导向叶片下缘板间的间隙,可避免此类故障的产生。     

航空发动机压气机3级转子叶片榫头断裂故障分析及预防措施

针对航空发动机压气机3级转子叶片存在的疲劳断裂问题,通过观察断裂叶片微观形貌和分析其榫头工作面及相配合的压气机盘榫头工作状态,运用ANSYS软件对3级转子叶片、销钉、衬套的应力进行了计算,并结合硬度检测、工艺与结构分析指出了叶片断裂的原因和危害性,提出了相应的预防措施。结果表明:故障叶片榫头销钉孔萌生裂纹的主要原因是裂纹源区附近存在机械擦伤,引起应力集中,导致叶片榫头疲劳断裂;通过改进叶片与衬套机械加工工艺和装配工序,提高其配合的接触面积,改善叶片工作时的应力状态,可以有效地控制叶片榫头疲劳裂纹的出现。     

大型混流式水轮机转轮叶片裂纹及其成因分析

大型混流式水轮机转轮计片裂纹故障是水电站普遍存在的问题，它严重影响了水电站的安全稳定运行。转轮叶片裂纹是多种因素综合作用造成叶片材料疲劳．导致叶片疲劳开裂。叶片的各种制造缺陷是裂纹萌生的始点，而各种水力激振因素引发的流固耦合共振是转轮叶片疲劳开裂的根本诱因。     

航空发动机带凸肩风扇转子叶片裂纹产生原因

某航空发动机TC4合金风扇转子叶片凸肩根部转接部位过早产生裂纹,通过宏观形貌观察、断口分析以及接触放电试验,分析了裂纹产生原因.结果表明:失效风扇转子叶片裂纹为疲劳裂纹,裂纹萌生于叶片叶盆侧凸肩根部至排气边的转接区域表面;在叶片凸肩耐磨层钎焊过程中,感应线圈靠近或接触叶片基体而发生接触放电,导致叶片基体局部熔化烧伤和阻流剂熔化,是叶片萌生疲劳裂纹的原因.建议采用绝缘胶布对感应线圈进行绝缘处理,选取合适的感应电流和焊接距离,以防止线圈与叶片之间发生接触放电.     

复杂结构单晶涡轮叶片气膜孔制孔质量控制及改进研究

现代高性能发动机涡轮前温度高,涡轮叶片采用在单晶高温材料基础上设计多腔内冷结构,叶身表面排布呈众多空间分布的气膜孔。气膜孔加工是叶片制造的关键环节,对叶片的冷却效果和工作可靠性有直接影响。本文针对某高压涡轮转子叶片,基于某批次叶片的高周疲劳试验结果,对其进行了打孔质量分析,并对打孔质量的控制和改进方法进行了研究,研究表明通过过程控制可以有效避免孔相交,满足疲劳寿命要求。     

不同前缘气膜冷气流下某涡轮叶栅流场分析

针对引入前缘气膜冷却的某高压涡轮转子叶片，运用NUMECA进行建模，对引入气膜冷却后的涡轮叶栅流场进行分析，得到了加入前缘气冷后温度、速度、总压等参数的变化。再改变前缘气膜冷气流量，得到了不同流量工况下涡轮叶栅流场的变化情况。通过计算得到结论，冷气流量增大，气膜与叶片壁面分离位置提前，整体流速更快到达最大值且沿着壁面下降更快。冷气流量减小，冷却效率降低；吹风比越大，不同冷气流下冷却效率的变化更为集中；但随着冷气流的改变，总压恢复系数没有发生本质变化。     

Sobel算子在气膜孔图像清晰度评价过程中的研究

对高压涡轮叶片中冷却气膜孔(下简称:气膜孔)视觉测量过程中遇到的气膜孔图像清晰度评价问题展开研究。利用光学成像系统分析了系统离焦对图像清晰度的影响,并提出了一种Sobel算子与阈值相结合的图像清晰度评价方法。针对气膜孔孔径小、单晶材料反光、焦平面的获取困难、气膜孔边缘难识别等问题,进行对比实验,设计了图像清晰度评价函数归一化与阈值选取相结合的测量方法,这确保了评价功能的真实性,同时滤除了高频噪声。实验结果表明,所提出的评价方法可以准确地评价气膜孔图像的清晰度。此方法具有很强的单峰性,无偏性和良好的抗噪性能。     

某型发动机涡轮盘榫齿裂纹分析

发动机涡轮盘榫齿裂纹断裂导致叶片甩出,多次发生等级事故。本文通过对随机抽取经使用后返修发动机的统计分析,得出榫齿裂纹故障分布服从威布尔分布、榫齿裂纹失效大都属于高周疲劳性质的结论,为估算机件可靠性,确定机件最优的维护制度提供理论依据。     

孔边裂纹的旋转涡流检测

将调幅旋转涡流检测技术用于叶片气膜孔边任意方向裂纹的无损检测。首先,开发了调幅旋转涡流检测信号数值模拟方法和程序,计算结果表明调幅旋转涡流方法可有效检测孔边裂纹。其次,开发了旋转涡流检测探头和检测实验系统,对含孔边裂纹的气膜孔模拟试件进行了检测实验。检测实验与理论分析的结果一致,验证了所提数值模拟方法和调幅旋转涡流检测技术对孔边裂纹检测的有效性。     

某直升机旋翼阻尼器安装螺栓断裂研究与试验

某型机喷涂了碳化钨涂层的旋翼阻尼器安装螺栓发生多起断裂或出现裂纹故障,为查明故障原因,对故障件进行了外观观察、断口宏微观观察、金相分析、硬度测试、表面涂层评价等,结果表明:螺栓断裂性质为疲劳,呈线源,裂纹扩展充分;裂纹开裂性质为疲劳.故障原因分析排查结果表明:螺栓提前出现疲劳裂纹或断裂的原因是碳化钨喷涂工艺出现批次性质量问题.对螺栓断裂的影响进行了分析,明确了处置措施,有效的解决了外场故障.     

涡轴发动机燃气涡轮叶片断裂原因

某涡轴发动机在厂内试验运行至656.4 h时,一件燃气涡轮叶片在榫头伸根段断裂。通过研究叶片裂纹分布、断口宏观和微观形貌以及开裂部位的应力状态,分析了该叶片断裂原因。结果表明：叶片失效性质为疲劳,疲劳裂纹起源于榫头伸根段排气侧内部第1冷却腔内表面;该型叶片榫头冷却结构设计未考虑应力集中,冷却通道出现较大转角,产生较高水平应力,最终导致叶片断裂和开裂。     

航空发动机涡轮叶片热冲击试验

某型航空发动机涡轮叶片在使用过程中发生疲劳断裂故障，为避免故障再次发生，对涡轮叶片的材料和结构进行改进，以提高涡轮叶片的振动疲劳强度和热疲劳强度。对改进前后的涡轮叶片进行热冲击试验，论述了试验原理，介绍了试验过程，并分析了试验结果。试验结果表明，改进后涡轮叶片的平均温度比原涡轮叶片低，叶身温度分布更均匀。进气边是涡轮叶片最易产生热疲劳裂纹的部位，改进后涡轮叶片的热疲劳寿命更长。     

孔径对铆接连接件疲劳寿命影响的试验

基于疲劳试验研究了孔径对铆接连接件疲劳寿命的影响。分析试验件破坏形式发现,疲劳破坏存在多个疲劳源,最先发生疲劳裂纹的铆钉位置可通过比较裂纹长度和宽度判定。比较该铆钉孔孔径对应的试验件的疲劳寿命试验结果表明:在较高应力水平作用下,不同孔径对应的疲劳寿命差异较小;在较低的应力水平作用下,对于凸头铆钉铆接件,孔径在4.07~4.08 mm范围内的试验件疲劳寿命较优;对于沉头铆钉铆接件,孔径在4.07~4.10 mm范围内的试验件疲劳寿命较优。为此,建议将5/32 in的铆钉对应的孔径控制在4.07~4.10 mm范围内,通过控制孔径的方法可以达到提高铆接连接件疲劳寿命的目的。     

叶片前缘气膜冷却数值模拟

为了研究叶片前缘区域的换热特性,采用非结构化网格和realizable紊流模型,求解三维N-S方程,对前缘带有一排冷气孔的涡轮叶片进行了换热特性的数值模拟.分析了不同动量比,湍流度,孔间距及径向角下冷气射流的运动规律,换热分布以及冷效分布特点.结果表明,当动量比Ⅰ大于1时,在相同孔型下,动量比越高,冷效越大.在相同动量比下,孔间距越小,冷效越大.但动量比,孔间距及径向角对换热系数影响不大.当湍流度增加时,换热系数增加而冷效降低.沿展向,气膜孔中心区域冷效较高,两孔之间区域较低;而换热系数则相反,气膜孔中心区域换热系数较小,两孔之间区域较大.     

汽轮机低压转子——叶根超声波探伤技术

汽轮机低压末级叶片是现代汽轮机发电机组应力最高的部件之一.弧形枞树型叶根极易发生应力腐蚀裂纹、高周疲劳裂纹或低周高应变疲劳等故障,而且大多发生在叶根的前两个咬合齿部位.文中应用新颖的相控阵技术和独特的检查设计,增加了现场探伤转子弧形枞树型叶根中较小缺陷的灵敏度和综合覆盖率.     

球墨铸铁疲劳裂纹扩展的微观机制

研究了在恒幅拉伸循环载荷作用下球铁的疲劳裂纹扩展的微观机制，分析了石墨形态对铸铁疲劳裂纹萌生及扩展行为的影响。结果表明：铸铁的石墨形态对疲劳裂纹的萌生及扩展有很大影响。灰铁由于在共晶团内石墨片相互连接，疲劳裂纹总是沿着与外应力相垂直的石墨片／基体边界扩展。球铁的疲劳裂纹扩展受基体组织及石墨形态所左右，但在石墨球／基体界面产生的滑移带、塑性区及裂纹尖端钝化区决定着疲劳裂纹萌生及扩展的整个过程。球铁的疲劳裂纹扩展规律是：裂纹连续扩展—急速扩展—裂纹尖端钝化—重新诱发裂纹—连续扩展。     

烟气轮机叶片断裂原因分析

采用化学成分分析、硬度测试、断口形貌观察以及金相检验对某炼油厂烟气轮机叶片断裂原因进行了分析。结果表明:叶片断裂性质为早期疲劳断裂,失效原因是锻造工艺不当;断裂起源于叶片排气边晶界处;叶片材料晶粒粗大并有大量的混晶存在以及沿晶界析出的链状连续碳化物,降低了叶片材料的强度和韧性,促进了裂纹萌生与扩展,导致叶片在交变应力的作用下疲劳断裂。     

压气机整流叶片开裂的原因

某型发动机在厂内试车20h后,其压气机整流叶片在叶身中部出现纵向裂纹。对开裂叶片进行外观检查、显微组织和断口形貌观察、硬度测试,研究了在发动机工作转速下叶片的振动情况,分析了裂纹成因。结果表明:整流叶片的开裂性质为高周疲劳开裂,裂纹是由于在发动机工作转速范围内存在由后排转子激起的旋弯共振而形成的;采取将叶片整体加厚的调频方案,将后排转子叶片激起旋弯共振的转速调至发动机最高转速以上,可以防止压气机整流叶片裂纹的产生。     

某型航空发动机低压泵传动轴磨削裂纹故障排除

某型航空发动机低压泵传动轴修复过程中,磨削后荧光磁粉探伤检查时,频繁出现裂纹故障现象。通过对裂纹故障传动轴进行几何测量和金相检查,从其结构及应用工况、材料及热处理要求、现有修复流程及故障特征等维度综合分析和验证,确定了裂纹产生机理和主要原因。结果表明,因为传动轴渗碳区域与非渗碳区域的组织存在较大差异,在工作过程中承受交变载荷,随着使用寿命增加,基体中的残余奥氏体逐步转变为马氏体;新生的马氏体集中于基体表面,在除铬、镀铬过程中残留的氢离子导致工件表面应力产生裂纹,再加上磨削参数不匹配加大了裂纹出现几率。针对裂纹产生原因,需要制定相应改进措施,优化重组修复流程,改进磨削加工参数,杜绝修复过程中发生裂纹故障。     

绞车主轴裂纹失效分析及其监测

针对绞车主轴的裂纹危害性,同时导致绞车主轴故障失效的疲劳裂纹的故障形式具有周期长、变化缓慢的特点,通过对疲劳失效的机理分析及对几种疲劳裂纹检测方法的分析比较,提出了基于无线的漏磁检测方法,该监测方法实现了对绞车主轴的疲劳裂纹的有效监测,对于保护主轴、安全生产起到了一定的作用.