某低压涡轮转子叶片故障再现疲劳试验验证

范秀杰　刘涛　经留洋

摘 要：某低压涡轮转子叶片在外场使用过程中出现断裂故障，为了验证故障原因及断裂部位，根据试验技术文件，进行了故障再现疲劳试验验证。

关键词：低压涡轮叶片；疲劳试验；验证

1 概述

涡轮转子叶片是决定发动机寿命的主要零件之一，是将高温燃气的能量转变为机械能量的重要零件。工作时它不仅被经常变化的高温燃气所包围，并且还承受着巨大的离心力、气动载荷、振动负荷及高温燃气的侵蚀，因而涡轮转子叶片的工作环境非常恶劣。

某低压涡轮转子叶片在外场使用过程中出现断裂故障，为了验证故障原因及断裂部位，我们进行了故障再现疲劳试验验证。

2 测试系统

测试系统由电磁振动臺、应力测量系统、振幅测量系统等组成。

3 试验件及试验状态

（1）试验件由叶片使用单位提供，为故障机叶片，共计6件。

（2）疲劳试验的振动载荷：180MPa。

（3）疲劳试验的循环次数：2×107。

（4）边界条件：叶片榫头处夹紧。

（5）试验温度：室温。

4 试验方法

疲劳试验根据《XX涡轮叶片疲劳强度检查技术要求》进行，即在180MPa应力载荷下进行基数为2×107循环次数的疲劳试验，验证叶片的疲劳寿命。

4.1 应力分布试验

在一阶弯曲频率下测量叶片表面的应力分布，确定最大应力点，经测试最大应力点为应变片1号位置，位于叶根R处。应变片粘贴位置见图1。

4.2 振动型态试验

叶片振型示意图见图2。

4.3 幅值-应力对应关系试验

幅值-应力对应关系标定试验，即叶片在一弯共振下，调整振动台的激振力，读取不同激振力下叶尖的振动幅值和应力值，利用最小二乘法进行直线拟合，求出直线方程，确定幅值与应力的对应关系。

此次标定试验随机抽取三片叶片，标定结果为在180MPa下AfCP=1640，其中材料弹性模量E=207.76GPa，应变片灵敏度系数K=2.22。

5 疲劳试验结果及分析

5.1 低涡叶片疲劳试验结果见表1。

5.2 结果分析

通过对6件叶片荧光检测，判断，通过2×107的3件叶片状态完好，无裂纹；未通过2×107的3件叶片均在叶片的延伸段处出现不同程度的裂纹。

通过故障件与试验件的裂纹对比，确认两种断裂位置基本一致。因此可以判断故障叶片的断裂原因为疲劳断裂。