某低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片故障再現(xiàn)疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證

范秀杰　劉濤　經(jīng)留洋

摘 要：某低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片在外場(chǎng)使用過(guò)程中出現(xiàn)斷裂故障，為了驗(yàn)證故障原因及斷裂部位，根據(jù)試驗(yàn)技術(shù)文件，進(jìn)行了故障再現(xiàn)疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：低壓渦輪葉片；疲勞試驗(yàn)；驗(yàn)證

1 概述

渦輪轉(zhuǎn)子葉片是決定發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的主要零件之一，是將高溫燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能量的重要零件。工作時(shí)它不僅被經(jīng)常變化的高溫燃?xì)馑鼑⑶疫€承受著巨大的離心力、氣動(dòng)載荷、振動(dòng)負(fù)荷及高溫燃?xì)獾那治g，因而渦輪轉(zhuǎn)子葉片的工作環(huán)境非常惡劣。

某低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片在外場(chǎng)使用過(guò)程中出現(xiàn)斷裂故障，為了驗(yàn)證故障原因及斷裂部位，我們進(jìn)行了故障再現(xiàn)疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證。

2 測(cè)試系統(tǒng)

測(cè)試系統(tǒng)由電磁振動(dòng)臺(tái)、應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)、振幅測(cè)量系統(tǒng)等組成。

3 試驗(yàn)件及試驗(yàn)狀態(tài)

（1）試驗(yàn)件由葉片使用單位提供，為故障機(jī)葉片，共計(jì)6件。

（2）疲勞試驗(yàn)的振動(dòng)載荷：180MPa。

（3）疲勞試驗(yàn)的循環(huán)次數(shù)：2×107。

（4）邊界條件：葉片榫頭處夾緊。

（5）試驗(yàn)溫度：室溫。

4 試驗(yàn)方法

疲勞試驗(yàn)根據(jù)《XX渦輪葉片疲勞強(qiáng)度檢查技術(shù)要求》進(jìn)行，即在180MPa應(yīng)力載荷下進(jìn)行基數(shù)為2×107循環(huán)次數(shù)的疲勞試驗(yàn)，驗(yàn)證葉片的疲勞壽命。

4.1 應(yīng)力分布試驗(yàn)

在一階彎曲頻率下測(cè)量葉片表面的應(yīng)力分布，確定最大應(yīng)力點(diǎn)，經(jīng)測(cè)試最大應(yīng)力點(diǎn)為應(yīng)變片1號(hào)位置，位于葉根R處。應(yīng)變片粘貼位置見(jiàn)圖1。

4.2 振動(dòng)型態(tài)試驗(yàn)

葉片振型示意圖見(jiàn)圖2。

4.3 幅值-應(yīng)力對(duì)應(yīng)關(guān)系試驗(yàn)

幅值-應(yīng)力對(duì)應(yīng)關(guān)系標(biāo)定試驗(yàn)，即葉片在一彎共振下，調(diào)整振動(dòng)臺(tái)的激振力，讀取不同激振力下葉尖的振動(dòng)幅值和應(yīng)力值，利用最小二乘法進(jìn)行直線擬合，求出直線方程，確定幅值與應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

此次標(biāo)定試驗(yàn)隨機(jī)抽取三片葉片，標(biāo)定結(jié)果為在180MPa下AfCP=1640，其中材料彈性模量E=207.76GPa，應(yīng)變片靈敏度系數(shù)K=2.22。

5 疲勞試驗(yàn)結(jié)果及分析

5.1 低渦葉片疲勞試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

5.2 結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)6件葉片熒光檢測(cè)，判斷，通過(guò)2×107的3件葉片狀態(tài)完好，無(wú)裂紋；未通過(guò)2×107的3件葉片均在葉片的延伸段處出現(xiàn)不同程度的裂紋。

通過(guò)故障件與試驗(yàn)件的裂紋對(duì)比，確認(rèn)兩種斷裂位置基本一致。因此可以判斷故障葉片的斷裂原因?yàn)槠跀嗔选?