《航空发动机维修技术》-课件：压气机段零部件的故检与维修

压气机段零部件的故障检查《航空发动机修理技术》航空维修工程学院压气机段零部件的检查航空燃气涡轮发动机的压气机段零部件较多，检验通常包括压气机进口导向叶片、转子叶片、静子叶片、转动轴和机匣等的检验。大型涡扇发动机压气机段的检验通常包括整流锥、风扇转子叶片和轮盘、风扇出口导向叶片、压气机进口导向叶片、压气机转子叶片、压气机静子叶片、转动轴和机匣等的检验。压气机段零部件的检查压气机和风扇零部件的航线检查方法以常规的目视检查、孔探检查为主。在大修车间，其压气机段零部件，如叶片、压气机盘、榫槽倒角区域等，目视检查难以发现细微损伤如裂纹等，采用如荧光渗透、涡流、磁粉、超声波和射线等无损检测（NDT）方法进行检验，以发现零部件表面或者内部难以发现的损伤。压气机盘着色探伤压气机盘超声波测厚度3D激光检查压气机叶片型面尺寸压气机段零部件的故障模式压气机的转子叶片和静子叶片经常会遭受侵蚀，主要原因是由于运行中的发动机吸入了沙石、尘土及空气中的其他飘浮物后引起的。这些外来物源源不断地进入发动机后会严重损伤零部件。本节主要分析压气机转子叶片和静子的故障模式。压气机转子压气机后机匣压气机静子机匣（后段）压气机静子机匣（前段）压气机转子叶片的故障模式含有灰尘、砂石和鸟虫等异物的高速气流冲击叶片，使叶片表面产生缺口、压痕、划伤、裂纹、掉块或防护层损伤，造成叶片局部区域应力集中、振动应力增大，损伤部位疲劳强度降低。外来物损伤主要威胁着压气机叶片的前几级，常发生在叶片的前缘附近。1.转子叶片外来物击伤压气机叶片打伤压气机转子叶片的故障模式外物击伤变弯掉块腐蚀进气边弯曲叶型改变刻痕裂纹压气机转子叶片的故障模式压气机叶片的表面腐蚀主要是化学腐蚀，尤其是沿海地区的气候环境，对叶片具有强烈的腐蚀性，易使叶片表面产生腐蚀现象。腐蚀严重的叶片，表面生成疏松的腐蚀物和有一定深度的疏松孔，叶片的表面强度和疲劳寿命大大降低。以某铝叶片为例，在中等腐蚀情况下，其疲劳寿命较未腐蚀的叶片下降一半以上。2.表面腐蚀压气机叶片表面腐蚀压气机转子叶片的故障模式压气机叶片进气边叶尖裂纹掉块或裂纹故障国内已发生多起，这些叶片故障特征相似，均发生在叶片减振凸台以上部位，呈弧形扩展，断口上有明显的疲劳特征。而一级叶片裂纹基本上从打伤凹坑处起始，说明进气边打伤凹坑是引发叶片疲劳裂纹的主要原因。3.叶片裂纹压气机叶片裂纹区域压气机叶片进气边裂纹打伤凹陷区域压气机转子叶片的故障模式某型系列发动机在使用中，先后出现过多起低压转子二级叶片掉角故障。若低压转子叶片掉角或断裂，掉下的金属块会打伤其后的压气机转子和静子叶片，对发动机损伤较大，该故障在首翻期内的新发动机和大修后的发动机中均出现过，且该类故障(外来物打伤除外)均发生在低压转子叶片的进、排气边叶尖部位以及减振凸台附近区域。4.叶片掉块和断裂压气机叶片断口及疲劳区压气机转子叶片的故障模式4.叶片掉块和断裂分析源区断口形貌把断口切下用扫描电镜观察，断口低倍形貌如右上图。断口上疲劳弧线清晰、疲劳放射线汇聚于转接处，扩展区较平坦。源区位于转接处。进一步放大观察疲劳源区，可见转接处有一浅沟状缺陷，如右下图。放射线起始于该浅沟状缺陷底部，说明疲劳起始与该缺陷有关。综合分析，二级叶片掉角、断裂故障均由高周疲劳裂纹引起。月牙形掉块和减振凸台断裂疲劳源区静应力较高，在使用中叠加较大振动应力后故障发生。疲劳源区形貌压气机转子叶片的故障模式某型发动机工作时，一至三级凸台叶片会因发动机振动而相互磨损，并通过这种接触摩擦来降低叶片振动幅度，但这种接触摩擦也导致了叶片凸台宽度尺寸在工作过程中因摩擦而持续减小。叶片凸台形成的封闭圆环支承力会因凸台宽度尺寸的磨损而减弱，同时在气流作用力、振动或外来物等因素影响下，会出现叶片凸台错位、错位搭接(见图所示)。错位最终导致整级转子叶片相互间失去阻尼作用，降低转子工作可靠性。5.低压转子减振凸台错位低压转子减振凸台错位压气机静子的故障模式压气机静子由静子叶片、整流环和封严装置等组成，也把压气机静子组件称为整流器组件，如图所示。静子叶片主要有可调节静子叶片和不可调节静子叶片。进口导流叶片第1、2、3级可调静子叶片4、5级固定静子可调静子叶片动作筒前安装边下半机匣

VSV作动器上半机匣

1.压气机静子结构压气机静子的故障模式带摇臂静子叶片的主要故障有磨损、涂层损伤、叶片表面损伤、变形、摇臂轴承内圈旋转不灵活和摇臂轴承外圈松动。轴颈磨损，允许直径在90°减小至一定尺寸;轴颈涂层磨损时恢复涂层，恢复涂层后轴颈尺寸应不大于规定值。进排气边的损伤允许打磨，进、排气边边缘和叶尖处弯曲时校正，校正后探伤无裂纹可用。2.可调静子叶片故障模式静子叶片尖角掉块、裂纹、叶身变形。叶身变形压气机静子的故障模式不可调节静子叶片的常见故障有腐蚀、磨损、防护层损伤、变形、表面损伤尺寸超差和叶片折断等。图示为静子叶片变形和腐蚀。整流器壳体表面有锈迹时，清洗去除腐蚀物。叶片表面轻微腐蚀，清洗和抛光，恢复涂层。轻微外来物打伤、碰伤和压痕，抛光圆滑过渡到基体金属表面。3.不可调静子叶片故障低压进口导流器叶片损伤压气机静子的故障模式某台A型发动机低压转子叶片过程中发现，低压机匣涂层大面积脱落，如图所示，最大脱落面积达到130mmx50mm。涂层无打伤痕迹。故障原因：低压机匣在喷涂涂层的位置有深0.5mm左右锯齿形篦齿，通过增大接触面积防止涂层脱落。当篦齿的深度过浅时，必然会一定程度影响涂层的结合力，造成涂层大面积脱落。涂层重新喷涂中，如果某个环节出错，叶可能造成涂层脱落。4.低压机匣涂层掉落低压机匣涂层脱落、掉块压气机段零部件的修理《航空发动机修理技术》航空维修工程学院压气机段零部件的修理叶片的修理和更换小而轻的外来物可能会引起压气机段零部件的轻微损伤。只要符合维修手册中的规定，一般情况下只需要对零部件受轻微损伤的区域进行打磨修理，然后再对其外形进行修整即可。修理排气边轻微腐蚀叶尖轻微腐蚀压气机段零部件的修理叶片的修和换大而重的外来物引起的严重损伤或者损伤区域位于压气机转子叶片的根部，一般情况下叶片不允许进行打磨修理，而是更换叶片。换压气机段零部件的修理叶片的修和换叶片的常规修理方法有锉修、打磨、抛光、喷涂、焊接和校正等。打磨、抛光去除划伤、腐蚀等浅表面故障，喷涂修复涂层，校正轻微变形。转子叶片有裂纹一般报废或停修，叶片的修理应以去除最少的材料，达到修理工艺要求，始终保持叶型的弦长、厚度等基本尺寸范围最优为原则。叶尖磨削去除损伤激光熔覆/堆焊焊后磨削去除焊料焊后型面恢复压气机叶尖损伤，采用激光熔覆恢复叶尖压气机段零部件的修理压气机叶片的打磨修理基本步骤打磨就是利用手动工具来去除金属的方法来使转子叶片和静子叶片上的粗糙毛边或区域变得平滑，从而恢复叶片原有的气动外形。打磨叶片通常都是在平行于叶片的长度方向上沿着光滑的轮廓面进行，以便使应力点尽可能的最少。压气机段零部件的修理压气机叶片的打磨修理基本步骤锉刀、金刚砂布或细砂布、金刚砂磨石等手动器材通常都被用来进行打磨修理。一般情况下不允许使用手持式砂轮机动力工具进行打磨修理，因为动力砂轮打磨时可能会引起热应力增加，而且还会造成损伤区域附近完好的表面区域出现意外损伤。压气机段零部件的修理通常情况下，打磨修理区域的长度与深度之比大约等于4：1,打磨修理分为下面几个步骤：锉削损坏区域成圆弧形或马鞍形的形状。金刚石或细锉刀磨平划伤的表面、圆整区域的边缘。用金刚石砂布或细砂布，恢复叶片表面光洁度。打磨修理后的叶片表面通常需要进行磁粉检验或着色渗透检验。修理区域通常使用彩色毡尖笔作标记。压气机段零部件的修理风扇叶片的修理维修人员在进行发动机维修之前必须仔细地阅读该型号发动机厂家的有关维修文件或手册。一般来说，涡扇发动机风扇叶片表面上的缺口、压痕、侵蚀和刻痕深度未超过0.030in就不需要修理。另外，允许深度最大的损伤区域位于阻尼凸台上方的叶片前缘部分，损伤的最大允许或不需要修理的损伤深度是0.060in。在叶根圆角区域、凸台与叶片的结合部等区域都不允许有任何损伤。压气机段零部件的修理发动机压气机损坏的转子叶片打磨修理前后对照损伤叶片（1） 修理后的损伤叶片（1） 损伤叶片（2） 修理后的损伤叶片（2）压气机段零部件的修理典型涡扇风扇叶片修理区域位置和尺寸压气机段零部件的修理典型风扇叶片上不同区域允许损伤（不需要修理）叶片区域允许损伤（不需要修理）区域B侵蚀、刻痕、划痕和压坑的最大允许深度0.015in区域C刻痕和压坑的最大允许深度0.030in区域D刻痕和压坑的最大允许深度0.060in区域E不允许有任何损伤，如有必须更换叶片压气机段零部件的修理风扇叶片典型的修理方法及要求只有那些V形缺口或底部较尖锐的损坏区域才需要打磨修理。先通过打磨方法去除掉损坏区域的表面，然后将其底部打磨成半径不小于0.125in的圆角。在区域C和区域D这些位置，只允许进行一次打磨修理，而且修理后必须进行荧光渗透检验或者染色渗透检验。进气变V形缺口等缺陷压气机段零部件的修理压气机导流叶片的修理压气机段经常采用中空的进出口导流叶片。导流叶片上允许损伤的尺寸一般远小于压气机转子叶片和风扇叶片上允许损伤的尺寸，这是因为中空的进出口导流叶片一般都是薄壁结构。如果进行打磨修理时去除的材料稍多，就有可能磨穿静子叶片的薄壁。另外，进出口导流叶片一般不允许进行校形、钎焊、熔焊和软钎焊等修理操作。压气机段零部件的修理压气机导流叶片的修理一般情况下，任何导流叶片上出现尖锐的V形凹坑、裂缝和导流叶片的撕裂等情况就必须更换。但一些小而浅的凹坑如果形状是圆形的、外形平缓，且其位置、尺寸都在手册允许的范围之内，那么这些小的凹坑损伤可以不进行修理。压气机段零部件的修理压气机导流叶片的修理此外，导流叶片的后缘可以进行打磨修理，但打磨去除材料的最大深度不能超过叶片后缘焊缝（如果有焊缝）深度的2/3。对于橡胶填充盒型的导流叶片，如果其凹面一侧有一些裂纹向内延伸，但没有相交且没有表面材料剥落，则叶片可以继续使用。压气机段零部件的修理发动机压气机进口导流叶片打磨修理前后对照压气机段零部件的修理压气机转子叶片的修理轴流式压气机叶片靠叶尖的外半部分经常会出现一些轻微损伤，但这些轻微损伤如果没有超出手册或者发动机厂家的规定范围可以进行修理。有些发动机厂家可能规定只要损伤未超出标准要求可以不进行修理。压气机段零部件的修理压气机转子叶片的修理例如，从压气机叶片两侧都可以看到的叶片前后缘上一些小损伤，如果这些损伤落在叶片靠近叶尖的外半部分，而且损伤区域轮廓较圆滑没有尖锐的或者V形缺口，同时损伤区域尺寸也没有超出手册允许的范围，那么对这些小损伤的叶压气机片可以不进行修理。压气机段零部件的修理假如损伤出现在靠近叶片根部的叶片内侧或内半部分就很容易造成叶片断裂，因此即使这些损伤轻微都有很高的潜在危险性。出现了此类损伤的叶片必须根据损伤的严重程度、维修文件中的规定或发动机厂家要求进行修理或者更换。叶片损伤导致断裂压气机段零部件的修理典型压气机转子叶片的最大允许修理尺寸压气机段零部件的修理

钢叶片钛合金叶片叶片区域*1~4级叶片5~9级叶片1~4级叶片5~9级叶片A