某改型航空发动机涡轮叶片碰磨分析与质量改进研究

摘要

航空发动机是一种承受严酷的气动负荷和机械负荷，且要求长期可靠工作的热动机械，是由许多零部件和附件组成的复杂系统，其可靠性直接影响着飞行安全，其寿命长短不仅影响发动机的使用，也影响发动机的维修费用和后勤保障等。而涡轮叶片是影响航空发动机可靠性和寿命的主要零部件之一，其结构和承载情况十分复杂，工作环境十分恶劣，除承受转动产生的离心力、离心弯矩和离心扭矩，气动力产生的弯矩、扭矩和轴向力外，还要承受温度不均匀引起的热应力，以及振动负荷等。本文以某改型航空发动机涡轮转静子叶片碰磨为对象，开展了故障机理分析和质量改进研究，主要研究工作如下：
　　（1）系统地描述了某改型航空发动机涡轮转静子叶片碰磨现状，从涡轮叶片碰磨故障现象入手采用不同的检查分析方法，并应用UG建模和线弹性有限元应力计算对故障件进行了强度校核，通过对故障件及关联件进行双目放大镜检查、微分计量等分析工作，对故障产生的危害进行了分析。
　　（2）在分析故障部位冶金检查结果和结构的基础上，对化学成分、硬度、金相、能谱和断口等冶金理化结果进行了分析研究，排除了外物掉落其中卡滞磨损，对某改型发动机改进前后结构的对比及冷热状态尺寸进行了详细分析及计算，并根据试验涡轮部件壁温测量结果提出导叶下缘板与工作叶片前缘碰磨的原因是某改型涡轮机匣冷却流路存在设计缺陷所致。
　　（3）针对某改型航空发动机涡轮冷却流路的设计缺陷，制定了三套质量改进方案，并从实施的工作量、难易程度、经济性、对外场使用影响程度逐一进行了优劣分析，最终选择了第二、三套方案组合实施，解决了这一重大故障，保证了外场发动机的安全使用。
　　本文通过故障案例分析、理论计算及质量改进验证试验，对航空发动机涡轮转静子叶片碰磨进行了初步探索，为航空发动机质量改进及研制改型提供了方向。

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第1章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4本章小结

第2章 某改型发动机涡轮叶片碰磨分析

2.1问题现状描述

2.2检测结果

2.3危害性分析

2.4本章小结

第3章 碰磨原因分析

3.1冶金分析

3.2结构分析

3.3本章小结

第4章 质量改进研究

4.1涡轮机匣冷却系统改进研究

4.2导向叶片下缘板结构改进研究

4.3涡轮部件改进方案研究

4.4本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢