涡轮盘疲劳裂纹故障分析

摘要

火箭发动机涡轮盘工作在高温、高转速及恶劣的振动环境中 ,并承受着较大气动力作用 ,是发动机的关键组合件 ,涡轮盘的失效破坏将严重影响发动机的正常工作 ,甚至带来灾难性的后果。针对某火箭发动机涡轮盘在热试车中出现的裂纹故障 ,进行全面的分析 ,准确定位故障类型 ,以试验和计算分析给出合理的故障原因 ,重点是在疲劳分析方面所做的工作 ,包括振动模拟试验、疲劳强度计算 ,并根据疲劳强度分析结果提出改进方案。结果表明原结构圆角处应力集中明显 ,静态应力值水平高 ,在发生耦合振动后 ,涡轮盘出现疲劳裂纹 ,最终发生低周大应力破坏。试验和计算表明 ,采用改进方案可有效降低R圆角处的应力集中 ,明显提高疲劳强度。对采用改进方案后的涡轮盘发动机进行了多次热试车 ,证实改进后的结构未发生耦合振动 ,未发现疲劳裂纹 ,改进方案是可行的。