摘要
燃气涡轮是航空燃气涡轮发动机的重要部件之一。涡轮叶片分为涡轮转子叶片和导向叶片。涡轮转子叶片是把高温燃气的能量转变为转子的机械功的重要零件。工作时，它不仅被经常变化着的高温燃气所包围，并且还承受着高速旋转产生的巨大离心力、气体力和震动符合，可见涡轮转子叶片的工作条件十分恶劣。导向叶片使燃气在通过其的过程中速度增加，压力及温度下降，气流方向改变。虽然导向叶片是静止件，但是工作条件十分恶劣，除了受较大的气动力与不稳定的脉动符合外还处于高温燃气的包围之中，温度高，冷热变化大，温度不均匀严重。它们的工作环境都十分恶劣，但是它们都是燃气涡轮发动机的重要组成，涡轮转子叶片还是发动机寿命的主要零件之一。因此，对涡轮叶片的故障的研究是十分必要的，对涡轮叶片的维护是必不可少的。
关键词：燃气涡轮，叶片维护
Analysis and repair the fault of aero engine
turbine blade
Abstract
Gas turbine is one of the important components of aero gas turbine engine. Turbine blade for turbine rotor blades and guide vanes. Turbine rotor blade is the important part of high temperature gas energy into mechanical work of the rotor. When working, surrounded by high temperature gas not only is constantly changing, and it also bear huge centrifugal force, the high-speed rotation of the gas force and vibration with visible turbine rotor blades, the poor working conditions. Guide vane gas increased faster in the process, the pressure and the temperature drop, change of flow direction. Although the guide vane is stationary, but the work condition is very bad, in addition to theaerodynamic force large and unstable pulsation meet is in high temperature gas surrounded, high temperature, hot and cold changes, uneven temperature seriously. Their working conditions are very bad, but they are an important component of gas turbine engine, one of the main parts of turbine rotor blades or engine life. Therefore, research on fault of turbine blades is very necessary, maintenance of turbine blade is essential.涡轮发动机
Key Words：Gas turbine，Blade maintenance
目录
摘要 (3)
第一章涡轮叶片的故障分析 (6)
1.1 转子叶片的振动类型及其特征 (6)
1.1.1 转子叶片的震动分类与基本振型 (6)
1.2 涡轮叶片的常见裂纹 (7)
1.3涡轮叶片的常见裂纹 (7)
1.3.1 蠕变断裂 (7)
1.3.2热疲劳断裂 (8)
1.3.3 疲劳断裂 (9)
第二章飞机发动机叶片的维修技术 (11)
2.1 修理前的处理与检测 (11)
2.1.1 清洗 (11)
2.1.2 无损检测 (11)
2.1.3 叶型的精确检测 (12)
2.3叶片修理技术 (12)
2.2.1 焊接修理 (12)
2.2.2热喷涂技术 (13)
2.2.3 喷丸强化 (14)
2.2.4 涂层修复 (15)
结束语 (16)
参考文献 (17)
致谢 (18)
第一章涡轮叶片的故障分析
涡轮叶片是航空发动机最主要的部件之一，是高温、高负荷、结构复杂的典型热端构件，它的设计制造性能和可靠性直接关系到整台发动机的性能水平耐久性和寿命。为了提高发动机的推重比，叶片设计时常采用比强度高的新材料；采用先进复杂的冷却结构及工艺等措施来实现。因此，研究涡轮叶片故障对提高发动机工作安全及正确评估叶片的损伤形式和损伤程度有重要意义。
分析叶片产生损伤的主要原因，归纳起来主要包括：热疲劳在内的低循环疲劳。振动引起的高循环疲劳，高温长时间载荷作用下的蠕变变形和蠕变应力断裂，高温燃气冲刷腐蚀和氧化、以及外物损伤等。转子叶片的失效模式随工作条件的不同而有所不同，主要是外物损伤、变形伸长和断裂三种失效形式。
叶片的外物损伤主要表现为凹坑、掉块、表层剥落、弯曲变形、裂纹和折断等。其中凹坑、裂纹等损伤往往会成为腐蚀和疲劳断裂的初因。
转子叶片变形伸长的直接后果是叶身与机匣相磨，降低发动机的使用可靠性。其主要原因有：材料选用不当或热处理工艺不当使叶片的屈服强度偏低；叶片工作温度过高，是叶片强度降低；或者发动机超转，造成离心力过高。叶片变形在实际使用中出现的概率较低。判断叶片是否发生变形伸长的主要依据是检查机匣有无磨损的痕迹或检查叶片是否由于使用温度过高而发生蠕变。
转子叶片出现断裂的概率最高，其危害性也最大，往往是一个叶片折断而打坏其他叶片，乃至使整台发动机无法工作而危及飞行安全。除因外物撞击造成叶片瞬时过载断裂外，绝大多数是由于各种原因引起
的不同类型的疲劳断裂失效。叶片疲劳断裂主要是因为离心力叠加弯曲应力引起的疲劳断裂、由振动环境引起的颤振，扭转共振、弯曲振动疲劳断裂以及由环境介质以及接触状态引起的高温疲劳、微动疲劳和腐蚀损伤导致的疲劳断裂。但由于叶片工作环境的复杂性，叶片实际的疲劳断裂往往并非上述某一模式。而是多种情况的叠加。
1.1转子叶片的振动类型及其特征
转子叶片在工作状态下要承受大的离心应力载荷，如果再叠加上非正常工作情况下引起的振动交变载荷则极有可能导致叶片早起疲劳断裂失效。大部分转子叶片的疲劳断裂失效均与各种类型的振动有关。
1.1.1转子叶片的震动分类与基本振型
涡轮叶片在实际工作中出现振动，按振动的表现形式分，主要有强迫振动、颤振、旋转失速和随机振动四种；按照叶片振动里的来源分，有强迫振动和自激振动；按作用在叶片上的应力分有振动弯曲应力和扭转应力。
对于实际叶片振动分析，主要是自振频率、振型、振动应力和激振力的来源四个因素。在一般清快下，频率越高，振幅越小，危险性也就越小，大幅低频振动最为危险。
振型是指叶片以某阶自振频率振动时，叶片各部分的相对振动关系。典型的振型有一弯、二弯、三弯和
一扭、二扭等。对于涡轮转子来说，主要是一弯和一扭振型。
（1）尾流激振
在发动机环形气流通道中存在障碍物，当叶片转子经过这些障碍物时，叶片所受的气动力将有所改变，会引起激振力。火焰筒出口流场分布是不均匀的，对于涡轮转子会产生类似于均布障碍物的影响也会引起激振力。
（2）颤振
颤振属于自激振动，叶片的振型与频率都与尾流激振大致相同，它与强迫振动不同之处在于它不伴有任何带频率的激振力。颤振的频率基本上由叶片本身的几何尺寸和材料性质所决定，因而称为“自激振动”。
颤振有亚音速失速、亚音速非失速、超音速失速、超音速非失速及堵塞颤振等。叶片自激振动时必然要从气流中吸取能量，以补偿震动的阻尼场。发生颤振的必要条件是气流攻角大于临界攻角，叶背气流分离引起升力变化，导致颤振。
颤振多发生在压气机转子叶片，而涡轮转子叶片很少见到颤振。颤振的危害性很大，可在极短时间内使叶片发生断裂失效，而且往往使一个扇形面内的多个叶片断裂。
（3）随机振动
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