Page 79 - 理化检验-物理分册2023年第二期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202302017

某发动机压气机三级转子叶片断裂原因

田 浩 , 李 权 , 傅国如 , 陈 荣 , 刘国良 2

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[ 1. 北京航空工程技术研究中心, 北京 100076 ;

2. 西安航空发动机( 集团) 有限公司, 西安 710021 ]
摘 要: 某发动机压气机三级转子叶片发生断裂, 采用宏观观察、 化学成分分析、 扫描电镜和能
谱分析、 金相检验、 硬度测试等方法, 并结合叶片振动模态分析, 对其断裂原因进行分析。结果表
明: 叶片的断裂性质为疲劳断裂, 疲劳起源于叶片叶盆面距离进气边约0.8mm 的腐蚀坑处; 腐蚀

坑降低了叶片的抗疲劳能力, 是叶片发生疲劳断裂的主要原因; 叶片在工作转速范围内存在11阶
共振, 引起叶片疲劳裂纹的萌生和扩展。
关键词: 叶片; 疲劳断裂; 腐蚀; 振动模态

中图分类号: TB303 ; TG115.2 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2023 ) 02-0063-04

Fracturereasonsofthreesta g erotorbladeofen g inecom p ressor

TIANHao , LIQ uan , FUGuoru , CHENRon g LIUGuolian g 2
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[ 1.Bei j in gAeronauticalTechnolo gyResearchCenter , Bei j in g 100076 , China ;

2.Xi ’ anAero-En g ine ( Grou p ) Co. , Ltd. , Xi ’ an710021 , China ]

Abstract : Thebladeofcom p ressorthreesta g erotorofanen g inefractured.Thefracturereasonswere

anal y zedb ymeansofmacrosco p icobservation , chemicalcom p ositionanal y sis , scannin gelectronmicrosco p eand

ener gys p ectrum anal y sis , metallo g ra p hicexamination , hardnesstestandbladevibration modalanal y sis.The

resultsshowthatthefracturep ro p ert yofthebladewasfati g uefracture , andthefati g ueori g inatedfromthe

corrosionp itabout0.8 mmfromtheinletsideofthevaneconcavesurface.Corrosionp itsreducedthefati g ue

resistanceofblades , whichwasthemainreasonforfati g uefractureofblades.Thebladehad11orderresonancein

theworkin g s p eedran g e , whichcausedtheinitiationandp ro p a g ationoffati g uecracksintheblade.

Ke y words : blade ; fati g uefracture ; corrosion ; vibrationmode
航空发动机转子叶片是发动机结构件中的关键 理, 用于预防腐蚀。为查明该叶片的断裂原因, 笔者
零部件之一, 叶片为高速旋转的动部件, 转子叶片不 对其进行了一系列理化检验, 以防止该类故障再次
仅数量多、 形体单薄, 而且工作环境复杂, 是发动机 发生。
使用和试验中故障率最高的零部件之一。据统计, 1 理化检验
在航空发动机中, 叶片故障可占到总故障的40%以
上, 而且转子叶片的损伤对发动机的性能影响很大, 1.1 宏观观察
有的甚至导致严重的事故 [ 1-2 ] 。发动机转子叶片发 断裂压气机三级转子叶片的宏观形貌如图1所
生故障的原因较多, 通常有共振疲劳、 颤振疲劳、 外 示。完整的三级转子叶片进气边叶尖距离缘板长约

物打伤、 腐蚀、 材料缺陷以及微动磨损等 [ 3-6 ] 。 175mm , 排气边叶尖距离缘板长约151mm 。断裂
某型发动机压气机三级转子叶片发生断裂, 叶 位置在叶身上部。叶片断裂部位的排气边侧可见尺

片材料为 LY2 铝合金, 叶片表面进行了阳极化处 寸约为5mm×5mm ( 长×宽) 的塑性变形, 叶片其
他部位未见异常机械损伤。
收稿日期: 2022-04-24
对叶片断口进行宏观观察, 结果如图2所示, 根
作者简介: 田 浩( 1986- ), 男, 博士, 工程师, 主要从事航空装
据断口形貌可知: 叶片断口大致分为两部分, 靠近进
备失效分析和材料研究工作, tianhao86@ y eah.net
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