发动机发动机典型故障的统计分析 毕业论文.doc

发动机典型故障的统计分析毕业论文

中国民航飞行学院航空工程学院毕业论文

分类号编号U D C密级

中国民航飞行学院

发动机典型故障的统计分析

题目 Statistical analysis of typical faults of enginengin? Fault analysis and maint?nanc? of

作者姓名Aircraft专业名称航空工程学院指导教师姓名及职称

提交日期答辩日期2013年6月08日 2013年7月15日答辩委员会主任评阅人

年月 日 2013 6 08

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发动机典型故障的统计分析

摘要

航空发动机属于高速旋转式机械处于高转速)高负荷(高应力)和高温的环境下工作;发动机又由许多零组件构成 即其本身工作状况和外界环境都十分复杂使发动机容易出现故障 因此航空发动机属于多发性故障的机械。 由于航空发动机本身所具有的特点其故障模式与排除故障的方法也都具有了一定的特殊性。本论文第一章介绍了航空发动机故障与可靠性及故障分析与排故的一般方法后面四章分别列举分析了四个故障(发动机喘振故障分析)压气机转子叶片故障分析)管路系统振动机制及故障分析、某发动机?级涡轮盘篦齿裂纹故障分析) 这些都是发动机的最典型的故障也是比较容易发生故障的部分。

关键词:航空发动机可靠性故障喘振叶片管路系统涡轮盘篦齿裂纹

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Statistical analysis of typical faults of engine

Abstract:

Aviation engine belongs to the high-speed rotary machinery  in thehigh speed highload (high stress) and high temperature environment; The engine iscomposed of manycomponents the working condition and the external environment arevery complex the engineis prone to failure Mechanical therefore engine belongs tomultiple faults. Due to the characteristics of aviation engine itselfhas So failure mode and troubleshooting method has certainparticularity. The first chapter of the thesis introduces the aeroenginefault and reliability and the general method of fault analysis andtroubleshooting the last four chaptersanalyze four fault(Analysis of engine fault diagnosis Analysis ofcompressor rotor bladefailure Analysis of vibration mechanism and fault systempipeline Analysis of an engine ofturbine disk labyrinth crack fault)  these are the most typicalbreakdown of engine Is moreprone to failure of the part.

Key Words: Engin Reliability Fault Surge Blade Pipelinesystem Turbine disclabyrinth Crack

目录

摘

要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . ?

Abstract. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . ?

第1章绪论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

错误未定义书签。 1 1. 1发动机概

述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .错误未定义书签。

1 1.2可靠性和故

障. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

1.2. 1可靠

性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

1.2.2故

障. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 1.3故障分析与排故方

法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

第2章压气机喘振故障分

析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 2. 1喘振概

述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 2.2喘振时的现

象. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

2.3喘振的根本原因分

析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 2.4防

喘措施及其优缺点分

析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

2.4. 1压气机中间级放

气. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

2.4.2可调进口导流叶片和静叶

片. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

2.4.3双转子轴流压气

机. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

2.4.4气缸(机匣)处理技

术. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

第3章压气机转子叶片故障分

析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 3. 1概

述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . 18 3.2压气机转子叶片受环境影响的损伤特征和有关安全准则与标准. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 3.3压气机转子叶片断裂失效分

析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

3.3. 1压气机叶片断裂故障分

析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

3.3.2预防和排除叶片断裂故障的措

施. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

第4章液压管路系统振动故障分

析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 4. 1发动机管路振动的危

害. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 4.2管路

系统振动机制及故障诊

断. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

4.2. 1管路振动的分

类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

4.2.2转子不平衡力和流体的脉动压力引起的振

动. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

4.2.3卡门旋涡引起的振

动. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

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4.2.4液压管路系统的耦合振

动. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32 4.3故障诊断及其

研究方向. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

4.4结

论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . 35

第5章涡轮盘篦齿裂纹故障分

析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36 5. 1概

述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . 36 5.2某发动机?级涡轮盘篦齿裂纹故障分

析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

5.2. 1篦齿应力分

析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

5.2.2篦齿残余应力测

量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

5.2.3带篦齿裂纹?级涡轮盘的低循环疲劳试

验. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38

5.2.4篦齿裂纹萌生与扩展分

析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

5.2.5带篦齿裂纹?级涡轮盘超转储备系数估

算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

5.2.6篦齿裂纹断口分

析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

5.2. 7该发动机的相关故

障. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 5.3预防与

对策. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

42

结

论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 45致

谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 46参考文

献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . 47

II

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第1章绪论

现代航空发动机要求我们必须满足“三性”  即适应性可靠性和维修性。航空发动机作为飞机的心脏其安全性和可靠性最为重要。没有一个强健的心脏就无法为飞机这个庞大的身躯提供新鲜的血液就无法支撑它遨游于天空。现代航空发动机在“三性”指标下采取了很多的措施其中最重要的环节就是减少故障率。发动机的故障与可靠性是矛盾的两个方面要想提高可靠性就必须减少故障和故障率。因此研究故障问题有利于确保航空发动机的可靠的工作有利于指导航空维修工作有利于总结改进航空发动机的性能对我们意义重大。

1. 1发动机概述

二十世纪以来特别是第二次世界大战之后航空和空间技术出现了飞跃式的发展技术更新更是日新月异。现在飞机已经成为一种重要的)不可缺少的作战武器和运输工具。飞机的飞行速度)高度)航程)载重量和机动作战的能力也都已达到了相当高的水平。这些成就的取得在很大程度上取决于动力装置——航空发动机的发展。

航空发动机可分为活塞式发动机和空气发动机 由于活塞发动机的性能已远远达不到人类国防的要求在军用领域已几乎全部被淘汰 因此失去了进一步发展的机会。而在空气发动机中燃气涡轮发动机是目前应用最广泛的发动机它主要由压气机、燃烧室和涡轮组成。空气在压气机中被压缩后进入燃烧室与喷入的燃油混合燃烧生成高温高压燃气。燃气在膨胀过程中驱动涡轮做高速旋转将部分能量转变为涡轮机械能。涡轮带动压气机不断吸入空气并进行压缩使发动机能连续工作。这就是燃气涡轮发动机工作的基本原理。压气机、燃烧室和涡轮这三大部件组成了燃气涡轮发动机的核心机按核心机出口燃气可用能量的利用方式不同

燃气涡轮发动机分为涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺桨发动机、涡轮桨扇发动机、涡轮轴发动机和垂直起落发动机等。

发动机是体现飞机性能的主要部件。然而发动机属于高温、高速)高负荷(高应力)旋转式机械;又由于发动机由许多零组件构成 即本身工作情况和外界环境都十分复杂使发动机容易出现故障 因此航空发动机属于多发性故障的机械。发动机出现故障特别是严重的故障时会造成巨大的经济损失与恶劣的社会影响是一件坏事;但

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是如果能认真对待进行细致分析找出故障原因坏事就能变成好事。这是因为找出故障的根源是对发动机中的某些本质问题的进一步的了解是一种知识财宝不仅能举一反三地将它用于在役发动机的改进中 以提高其可靠性与性能而且将丰富人们对发动机的认识充实研制发动机的能力从而能设计、制造出更好的发动机。 1.2可靠性和故障

航空发动机集热力、气动、燃烧、传热、结构强度、控制与测试等多学科于一身温度、压力、应力、间隙和腐蚀等工作条件非常苛刻且对质量、可靠性、寿命等要求又极高。工作时在高温高压的环境中以高转速运转所受的载荷复杂多变且由于现代大推重比航空发动机的设计性能要求使得其结构日趋单薄。因此航空发动机出现的故障模式多故障出现的几率高故障的危害大使用寿命短。因此航空发动机的可靠性是至关重要 同时也是航空发动机性能能否得到发挥的重要衡量指标。航空发动机的可靠性和故障是发动机用户、维修单位、生产厂、设计研制单位和国家主管部门都十分关心的问题。研究装备的可靠性是为了提高装备的完好性和任务的完成性保障装备和人员的安全减少寿命内的费用。

1.2. 1可靠性

[1]可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。

对航空发动机而言其可靠性是指: “在规定的飞行包线、环境和使用条件下在规定的寿命期内无故障工作的能力” 。可靠性是飞机的一种复杂特性而不是一个孤立特性它还与发动机的安全性维修性寿命经济性和可用性紧密联系并相互影响它是无故障特性、维修性、耐久性和贮存性的综合。无故障性是飞机在完成飞行任务期间能连续保持工作状态的一种特性。维修性是飞机对预报和发现故障与损坏产生的原因并通过维护和修理保持和恢复工作状态的适应性的一种特性。维修性包含在飞机的一个更一般的特性即维修工艺性之中。维修工艺性是飞机对一切形式的维护和修理工作包括加油、充填、装卸等的适应性。耐久性是飞机按规定的维护和修理体制在达到极限状态之前能保持工作状态的一种特性。耐久性表征飞机在达到极限飞行时间和期限之前使用的经济合理性。贮存性是飞机在贮存和运输期间以及之后能保持无故障性耐久性和维修性指标的一种特性。

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1.2.2故障

一台航空发动机发展是伴随着故障的频繁发生、排除、再发生与再排除的过程 即使是比较成熟的航空发动机在使用很长时间与积累了丰富经验后也还会出现故障甚至是严重的故障。航空发动机的故障率很难有一个标准的统计数量故障类型十分复杂总体

[2]上可分为性能故障、结构强度故障及附件系统故障。从我国航空发动机的故障统计中发

现发动机性能故障约占总故障的10%~20%;发动机结构强度故障约占总故障的60%~70%[3] 。