涡扇发动机性能恢复技术与应用PPT

家里蹲大学系别专业班级学生姓名学号指导教师大型涡扇发动机性能恢复技术研究与应用目录•第一章绪论•第二章涡扇发动机常见性能故障分析•第三章涡扇发动机性能恢复技术•第四章涡扇发动机性能恢复技术应用•第五章总结•涡轮风扇发动机简介•涡扇发动机全称为涡轮风扇发动机（Turbofan）是飞机发动机的一种，由涡轮喷气发动机（Turbojet）发展而成。与涡轮喷气发动机比较，涡扇发动机的主要特点是首级压缩机的面积大很多，同时被用作为空气螺旋桨（扇），将部分吸入的空气通过喷射引擎的外围向後推。发动机核心空气经过的部分称为内涵道，仅有风扇空气经过的核心机外侧部分称为外涵道。涡扇引擎最适合飞行速度400至1,000公里时使用，因此现在多数的飞机引擎都采用涡扇作为动力来源。•实际应用中，对于涡扇发动机常见故障以及发动机基本的性能恢复进行研究，本文从基本的发动机结构出发，分析发动机可能出现的影响性能的因素，并找出可行的解决方法。本文有以下几项重点研究内容：•1.涡扇发动机的基本工作原理。•2.阐述涡扇发动机主要性能参数，以此说明涡扇发动机与其他发动机所具有的不同性能特点。•3.分析影响涡扇发动机工作性能的因素，阐明总结发动机推力调节和转速、高度、速度特性，进而找到发动机性能恢复的方法。•4.简介涡扇发动机热效率计算、推进效率计算、内外涵道分开排气气动热力计算，找出涵道比对涡扇发动机性能影响。•5.涡扇发动机使用中出现的常见故障或特情的产生原因、伴随出现的现象及正确处置方法，说明使用中的注意事项。涡扇发动机常见性能故障分析•涡轮发动机作为飞机的动力装置，在工作时连续不断地吸入空气，空气在发动机中经过压缩、燃烧和膨胀过程产生高温燃气从尾喷口喷出，流过发动机的气体动量增加，时发动机产生发作用推力。发动机作为一个热机，它将燃料的热能转变为机械能。涡轮发动机同时又作为一个推进器，利用产生的机械能使发动机获得动力。常见的典型涡扇发动机组成如下图。风扇压气机燃烧室涡轮喷管内涵外涵•涡扇发动机的涵道比•当空气流过涡扇发动机前端的风扇后，分为两个部分：一部分气流通过内涵道进入燃气发生器；另一部分从燃气发生器的外围通过，叫做外涵道。空气在外涵道与内涵道的流量之比，叫做涵道比，也叫流量比。影响涡扇发动机工作性能的因素•1.压气机喘振•2.异物进入与发动机维护质量不当•3.涵道比对涡扇发动机性能影响•4.飞行马赫数•涡扇发动机常见性能故障分类从总体结构上将故障分为：性能故障结构强度故障附件系统故障。涡扇发动机性能恢复技术•涡轮叶片故障修复技术•涡扇发动机的叶片有压气机转子叶片、静子叶片和发动机涡轮叶片等，是对气动性能要求最严格的机件之一，叶片的工作环境恶劣，故障发生率也相对较高，报废率也较高。主要故障类型有：打伤、划伤、变形，裂纹、折断、腐蚀等。发动机叶片的浅表面故障，修理主要方法有打磨抛光，去除打伤、划伤和腐蚀。而对于叶片深度较大的等故障一般不修理，采取报废换新叶片的方法。•产生叶片裂纹的主要因素是叶片的振动疲劳应力，对于这种故障，应控制叶片自振频率，改变叶片的震动激励因素；避免叶片发生共振，这是预防叶片出现裂纹的重要方法。所以在叶片出现裂纹之前，将每种叶片的自振频率控制在设计范围内。避免叶片在发动机进入工作状态时发生共振。叶片振动根据情况不同可分为以下几种类型：•1.弯曲振动弯曲振动是叶片沿着最小惯性轴或最大惯性轴产生扭矩的弯曲变形。叶片以绕最小惯性轴弯曲最易出现振动，故称其为弯曲振动。一阶弯曲振动也叫基本阶振动。特点是尖端振动应力在叶片节线靠近叶片根部最大，靠近节线的位置。一阶弯曲自振频率是所有弯曲自振阶级中最低的。因此一阶弯曲振动最危险。涡扇发动机叶片易出现一阶弯曲振动。弯曲振动会使涡轮叶片的工作性能下降，为了避免弯曲振动，应在维护中保持发动机涡轮叶片扭矩保持在正常范围内，并且在涡轮工作时各叶片的应力相等。•2.扭转振动•围绕叶片中心出现的带有纵向振动形式的振动为扭转振动。纵向节线的振动形式称为一阶扭转振动，其频率成为一阶扭转振动频率称，用Fl表示。一条纵向节线和两条横向节线的组合振形叫做二阶扭转振动，其频率称为二阶扭转自振频率。三条横向节线类型叫做三阶扭振，以此类推。一阶扭转自振频率为最低也最危险，叶尖两端边缘的振幅最大。中等长度的叶片，通常一阶扭转振动自振频率高于一阶弯曲自振频率。扭转振动会造成叶片的永久变形，应及时检测并及时更换扭转变形过大的叶片。•3.复合振动•复合振动为弯曲振动与扭转振动的合成振动。复合振动的形式比较复杂，自振频率较高，复合振动常常引发靠近叶尖部疲劳损坏的故障。涡扇发动机性能恢复技术应用•本章将通过对波音737-800型号飞机的涡扇发动机CFM56-7B涡轮叶片故障为例，分析故障类型和严重程度后进行排故，并对其他发生率较高的故障进行分析，进行对其性能恢复的研究。CFM56—7B发动机的排故工作是一项相当具有挑战性的工作，但只要熟悉发动机系统的工作以及采取了正确的排故方法可以使排故工作具有更高的效率。•1.热气流的吸入•在发动机高压涡轮冷却过程中，引入转子叶片冷却小孔的冷却气流中可能会混入高温气体，从而在叶片内部形成了一种高温燃气的冲击，时间长了的话就会产生热疲劳，造成裂纹。•2.压差的形成•高压涡轮部件是通过气体封严的，在发动机的工作过程中，当发动机过度震动或者封严气体压力压力达不到，导致燃气进入转子叶片的冷却腔体。由于其自身高压的作用，就会在叶片身上形成一种内外压差，产生压应力的造成损伤。•3.弯扭矩的产生•为了提高涡轮的效率，将转子叶片的后缘做的较宽，由此而产生的副作用就是较宽的叶片在受到高速气流冲击的时候，就会产生很大的弯矩和扭矩，这样在后缘部分就会形成应力集中，造成损伤。•在高压涡轮工作过程中，涡轮叶片出现裂纹或被高温烧伤都是很严重的损伤，在实际航线工作中往往因为叶片出现裂纹而需要进行维护的工作也是很多的。如果未加以注意的话，会造成涡轮叶片断裂等严重后果，威胁发动机的使用安全。其中容易出现裂纹的部位为导向器的前缘和叶盆，转子叶片的前后缘，过渡区和榫头。经观测，本次故障发生在高压涡轮叶片后缘。图4-3涡轮叶片烧蚀现象•根据故障现象分析，决定对CFM56-7B高压涡轮进行孔探探伤。•发动机的孔探检查是目前监控和维护发动机的重要方法之一，通过孔探，可以了解发动机各内部部件是否有裂痕、腐蚀等各种情况。•高压涡轮导向器、叶片检查的内窥镜可以分为刚性内窥镜和柔性内窥镜。经孔探仪检查，发现故障发动机的高压涡轮叶片等部件有缺陷，必须对整个高压涡轮进行检查。刚性内窥镜和柔性内窥镜检查示意图分别如图所示。图4-5高压涡轮孔探孔位置分布图4-6刚性内窥镜检查示意图图4-7柔性内窥镜检查示意图有关叶片的容限分析•高压涡轮导向器的孔探是和燃烧室一起在第14号和第15号孔探孔进行的，在孔探过程中先进行刚性孔探，然后进行柔性孔探。检测到导向器上面出现裂纹或者烧伤，根据规定对叶片的损伤有以下限制：2.当叶片出现裂纹或者掉块时，满足以下条件还可以继续使用：•(1).叶身上的损伤直径不超过0.25inch（6.4mm）；•(2).损伤直径不超过0.5inch（12.7mm）•(3).没有最大限制的材料烧伤。•叶尖部分的损伤限制：•（1）叶尖磨损、丢失、弯曲或者卷曲•1）如果叶片内部的冷却通道没有被损伤的话，还可以继续使用；•2）出现裂纹或者丢失满足以下情况，是不受限制的：•3）丢失或者出现裂纹的部分在叶片尖部一下最多0.3inch（7.6mm）处，并且不再继续扩展；•4）丢失的叶片部分没有损坏后面的叶片，即低压涡轮导向器叶片。•（2）叶尖背部的径向裂纹•1）如果裂纹的长度小于0.2inch（5.1mm），叶片还可以继续使用；•2）如果裂纹在0.2-0.35inch（5.1-8.9mm）范围之内，必须每800个循环进行一次孔探；•3）如果裂纹在0.35-0.5inch（8.9-12.7mm）范围之内。•（3）叶尖腹部的径向裂纹•1）如果径向长度小于0.5inch（12.7mm）的话，叶片还可以继续使用；•叶背损伤的限制•（1）如果A区域的裂纹长度最多不超过0.25inch（6.4mm）时，叶片还可以继续使用；•（2）如果B区域的裂纹长度最多不超过0.1inch（2.54mm）时，叶片还可以继续使用；•（3）如果叶片背部的裂纹没有扩展到叶身上，就不会受到限制。•叶盆损伤的限制•（1）如果叶片的轴向裂纹从叶片后缘算起0.7inch（17.8mm）的范围以内的话，叶片还可以继续使用；•（2）A区域的裂纹直径不超过0.125inch（3.18mm）时，叶片还可以继续使用；•（3）B区域的裂纹直径不超过0.1inch（2.54mm）时，叶片还可以继续使用；•（4）C区域出现的裂纹，三条或者以上，有如下限制：•1）他们的直径必须小于0.05inch（1.27mm）；•2）裂纹间的间距最多是0.125inch（3.2mm）；•（5）除了A、B、C三个区域之外，其他区域出现裂纹是不被允许的。•修复后检测结果•根据测试结果和发动机叶片损伤的容限数据，故障发动机涡轮第一级转子出现裂纹的叶片，有两片的叶尖出现了7.8mm和8.1mm的裂纹损伤，超出了容许极限，需要立即更换新的叶片。在涡轮进口处，多个叶片出现烧伤痕迹，也对此进行了更换。维修后的发动机进行试车，测试后平均EGT（排气温度）裕度为78.6℃，N1为92.7%，属于正常范围之内，整个维护过程完毕。谢谢各位老师欢迎指导和批评