涡轴发动机燃气涡轮叶片断裂原因

某涡轴发动机在厂内试验运行至656.4 h时,一件燃气涡轮叶片在榫头伸根段断裂。通过研究叶片裂纹分布、断口宏观和微观形貌以及开裂部位的应力状态,分析了该叶片断裂原因。结果表明:叶片失效性质为疲劳,疲劳裂纹起源于榫头伸根段排气侧内部第1冷却腔内表面;该型叶片榫头冷却结构设计未考虑应力集中,冷却通道出现较大转角,产生较高水平应力,最终导致叶片断裂和开裂。

舰船燃气涡轮叶片三维热流固耦合应力应变分析及寿命预测

为提高燃气轮机的可靠性、可用性以及可维护性而进行的寿命预估与减损控制研究,需要对燃气轮机的关键零部件进行结构特性分析。对舰船燃气轮机涡轮叶片在紧急升工况载荷谱下的应力应变状态进行了三维热流固耦合有限元分析,针对典型载荷谱计算了涡轮叶片应力应变的变化规律,对涡轮叶片材料进行了控制应变试验,为叶片寿命预测提供了必要的参数。根据应力应变分析结果利用Basquin公式和Manson-Coffin公式计算了2个危险点处的疲劳裂纹起始寿命。并根据分析结果对涡轮叶片进行了寿命预测,预测结果可以作为燃气轮机使用维修的参考依据。

舰用燃气涡轮叶片常见失效分析

针对舰用燃气轮机使用环境、运行状态及运行失效数据,全面分析了影响舰用燃气轮机涡轮叶片工作寿命的常见失效模式及其失效机理,为舰用燃气轮机涡轮叶片剩余寿命预测模型的建立提供了可靠的依据。

舰用燃气涡轮叶片材料的蠕变寿命模型研究

本文在金属材料典型蠕变过程的基础上,分别研究了蠕变各个阶段的本构模型。针对金属材料在较高应力下没有蠕变稳定阶段的现象,提出了金属材料高低应力值的判定准则并根据高低应力的不同特点推导了不同的耦合损伤本构模型。通过对舰用燃气轮机涡轮叶片材料的蠕变试验结果与模型预测结果进行比较可以看出:本文提出的蠕变模型近似地模拟金属材料的蠕变全过程,准确地预测金属材料的蠕变寿命。

发动机燃气涡轮叶片断裂分析

某飞机在起飞时尾喷管发生喷火,其燃气涡轮一、二级叶片断裂,在尾喷管及相关机匣内表面存在大量的金属附着物。对断裂的叶片进行断口宏微观观察、金相组织检验。结果表明:燃气涡轮一、二级叶片断口为沿晶脆性断口,高温区组织出现过热,局部过烧,导致叶片断裂的原因是发动机在超温状态下工作。

涡轴发动机燃气涡轮叶片动应力测试技术研究及验证

针对涡轴发动机高转速燃气涡轮叶片动应力测试中出现的应变计短路、高温导线断裂和线芯窜动问题,开展了动应力测试技术研究。提出了加宽基底喷涂固定应变计、优化高温导线布线、改进高温导线等工艺方法,并进行了试验验证。试验结果表明,共振转速试验测试值与计算值基本一致,共振转速测试结果准确有效。通过研究,获得了具有实际应用价值的涡轴发动机燃气涡轮叶片动应力测试技术,可为同类测量提供参考。

单晶燃气涡轮叶片为何如此重要

最近美国机械工程协会（ASME）将普拉特惠特尼（Pratt ＆ Whitney，简称普惠）单晶燃气轮机叶片定位为机械工程一个历史性的里程碑。这些在许多现代高性能燃气涡轮机和大型发电燃气涡轮机中应用的叶片，是从高温合金真空铸造炉成长出来的。这些叶片使用寿命长，提高了燃气涡轮机的效率，同时具有很好的高温蠕变和疲劳抗力。

基于等效等时应力应变曲线的燃气涡轮叶片多工况蠕变计算

基于等时应力应变曲线理论,提出了一种可用于计算多工况的等效等时应力应变曲线蠕变计算方法。运用该方法计算了某航空发动机燃气涡轮工作叶片,在先后经历4个状态(共150 h)持久试车工作状态后的残余变形,并将变形结果与其他蠕变计算方法以及真实发动机叶片经过150 h持久试车后的计量结果进行了对比分析。分析结果表明,与其他蠕变方法相比,本文作者提出的基于等效等时应力应变曲线蠕变计算方法在保持计算精度的同时,进一步提高了计算效率,更具有工程实用价值。

涡轴发动机燃气涡轮叶片动应力分析

针对涡轴发动机燃气涡轮叶片动应力试验测点位置选取、动应力测试结果开展了系统的分析研究。采用有限元方法对燃气涡轮叶片进行振动分析,结合测点敏感性、叶片模态试验和不平衡量分析对燃气涡轮叶片动应力试验测点位置进行了优化,根据优化后的测点位置方案开展了动应力试验,并从共振转速、激振源、危险模态、高周疲劳评估等方面对动应力试验结果进行了分析。研究表明:非明确结构激振可导致燃气涡轮叶片1阶共振;对于在工作转速范围内存在共振的燃气涡轮叶片,若高周疲劳评估满足要求,也可安全使用。研究工作可为燃气涡轮叶片振动设计提供参考。

技术突破 西门子3D打印出燃气涡轮叶片

德国西门子公司利用3D打印技术制造出燃气涡轮叶片，并于近日首次进行了满负荷运行测试。试验结果显示，3D打印涡轮叶片完全符合燃气轮机工作要求，这是增材制造技术生产大型部件的新突破。3D打印制造的燃气涡轮叶片将安装在西门子制造的13MW SGT-400型工业燃气轮机上，新的涡轮叶片采用粉末状的耐高温多晶镍高温合金生产，具有耐高温、高压和强离心力性能。

不同内部冷却结构的燃气涡轮叶片试验和数值分析

《ASME Journal of Turbomachinery》2011年1月刊报道，将油漆喷入水中，利用流动显像试验完成了流动分析，以评定主要的几何结构修改对气膜冷却燃气涡轮转子叶片内部传热的影响。

燃气涡轮叶片前后缘的自适应仿型加工

缩小燃气涡轮叶片前后缘的加工公差以及获得更为复杂的椭圆形三维气动外形部是改善涡轮叶片和导向器气动性能的手段。 为了满足这一需求，AV＆R航宇公司与发动机制造商开展了紧密合作，研发了一套自适应仿型和抛光系统，能够按照发动机新的设计要求在涡轮叶片和导向器上加工出高精度的椭圆形外形，并获得更为理想的加工公差。目前，该系统已在航空航天和能源领域获得了广泛膨用，主要用于燃气涡轮转动关键件的制造和修理。

基于光固化原型的燃气轮机涡轮叶片整体式陶瓷铸型设计与制备

高质量的陶瓷铸型是精密铸造中获得燃气轮机涡轮叶片的基础,而传统的陶瓷铸型制备工艺存在型芯型壳组合的装配误差和无法制造叶片内部细小冲击孔的缺点。因此,提出了一种基于光固化原型的燃气轮机涡轮叶片整体式陶瓷铸型制备工艺。首先,在分析新工艺对光固化树脂原型功能要求的基础上,确定其结构组成;其次,利用ProCAST软件模拟了燃气轮机涡轮叶片浇注过程,避免了缩松缩孔缺陷的产生,完成了光固化树脂原型的详细设计;最后,制备出了整体式陶瓷铸型,并快速铸造出燃气轮机涡轮叶片。

重型燃气轮机涡轮叶片材料及制造技术研究进展

从重型燃气轮机涡轮叶片的研制发展史出发,综述了用于重型燃气轮机涡轮叶片高温合金材料的典型化学成分、叶片制备工艺技术、冷却技术和热障涂层设计。通过分析重型燃气轮机涡轮叶片服役特点,总结了重型燃气轮机用高温合金材料的设计原则。结合国内外燃气轮机涡轮叶片关键成型技术的发展和现状,归纳总结了涡轮叶片的研制工艺难点,并对未来燃气轮机涡轮叶片发展和制造工艺革新进行了展望。

气膜冷却对涡轮叶片表面压力分布影响的试验研究

本文在中温，中压条件下，对有气膜冷却的复合式涡轮叶片的表面压力分布进行了试验研究。探讨叶片冷气流量比，气膜孔开设位置，燃气与冷气的绝对温度比对表面压力分布的影响。介绍了在中温，中压条件下，各冷却参数对涡轮叶片表面压力分布综合影响的试验研究结果。

怎样消除熔模精铸Ⅰ级导向叶片壳型上的绒毛

本文对引起熔模精铸Ⅰ级导向叶片壳型上产生“绒毛”缺陷的两个主要方面硅酸乙脂水解液的水解不完全和壳型干燥的不稳底，进行了全面分析，找出了产生该缺陷的原因，采取了有效措施和制定了合理的工艺，从而消除了“绒毛”。

燃气轮机用一级涡轮叶片裂纹失效分析

燃气轮机用一级涡轮叶片在长期服役过程中发生了裂纹失效,运用体视显微镜、金相显微镜和扫描电镜对叶片进行了宏观形貌、裂纹断口宏观、微观形貌及显微组织分析,确定了裂纹失效的性质,并对失效原因进行了分析探讨。结果表明,裂纹呈垂直叶高方向平行分布于尾缘,呈多线源特征,性质为疲劳裂纹;主要原因是叶片长时服役过程中,服役高温引起的γ′相粗化、笩排,TCP相析出等组织劣化行为,导致材料高温持久寿命和疲劳寿命的降低。最终,在工作应力作用下发生了疲劳开裂。

铸造高温合金发展的回顾与展望

回顾了 2 0世纪 4 0年代以来铸造高温合金发展中的若干重大事件 :叶片以铸代锻 ;真空熔炼技术 ;定向凝固及单晶合金 ;合金成分设计 ;Ni3Al基铸造高温合金 ;合金凝固过程数值模拟 ;细晶铸造。展望了铸造高温合金 2 1世纪的发展 :单晶高温合金仍然是最重要的涡轮叶片材料 ;继续靠工艺的发展挖掘合金潜力 ;发展有希望的替代材料。

循环频率对CMSX—3单晶合金高温疲劳行为的影响

利用MTS材料试验系统和光学金相、SEM、TEM等分析手段研究了镍基单晶高温合金CMSX—3的高温疲劳行为 ,重点探讨了循环频率对这种行为的影响。结果表明 ,循环频率的增加会导致合金高温疲劳寿命的下降及不同的变形机制。

改进的Walker应变寿命预测方法研究

研究Walker应变寿命预测模型及其简化的应变寿命预测模型,提出一个新的Walker应变寿命预测简化模型。将改进后的Walker应变寿命预测模型应用于镍基高温合金GH4133和K435,并进行验证计算,计算结果与试验结果相比,在可接受的范围内,证明该方法行之有效。