2024年5月22日发(作者：黎飞兰)
WP8发动机压气机叶片故障分析及预防措施
摘要:WP8发动机压气机叶片多发折断、裂纹、腐蚀掉块等故障,
对部队的训练和任务的完成造成很大影响,为能较好的解决这些问题,
有效地遏制目前这种被动局面,本文针对近几年来WP8发动机压气机
叶片故障情况作以简要分析,并就如何防范提几点建议及预防措施。
关键词:WP8发动机 压气机叶片 故障分析
引言
WP8发动机自装备海航某团以来,质量问题较多,多年来共发生了
40余起压气机叶片折断、裂纹、腐蚀掉块等故障,造成多台发动机提
前返厂,因叶片故障发动机空中停车飞行事故征候1起,严重危及飞行
安全,影响了飞机的完好率和使用率。发动机提前返厂造成了较大的
经济损失和使用时间浪费。针对此情况,虽采取了许多措施,如对发动
机舱上口盖进行了密封防水处理,强化了对发动机的检查力度等。但
发动机压气机叶片故障率依然居高不下,2003年因叶片故障提前返厂
6台,呈明显上升趋势。为能从根本上解决此故障,有效地遏制目前这
种被动局面,针对近几年来WP8发动机压气机叶片故障情况作以简要
分析,并就如何防范提几点建议及预防措施。
1 故障特点
根据有关资料统计分析,可以得出WP8发动机压气机叶片故障有
如下特点:
(1)随着使用时间的增长,呈逐年递增趋势。
(2)故障类型主要以第五级叶片腐蚀掉块为主。表现在叶尖或距
叶尖附近排气边掉块故障较多,叶片表面有腐蚀现象。
(3)故障部位主要集中在压气机放气带后第四、第五、第六级铝
叶片上,其中以第五级叶片故障后掉块打伤同级或后面的叶片居多。
检查一级叶片无明显的吸入外来物打伤痕迹。因损伤级叶片为铝叶片,
在发动机尾喷口有明显挂铝现象。
(4)首翻期内的发动机故障数最多,且故障发生的时机大多在给定
寿命的中后期,以使用到600h～800h故障发生率最高,接近发动机的
首翻给定寿命。
(5)首翻期内的发动机使用年限太长,从生产出厂到故障发生最多
的为20年,最少的为2年,平均11.6年。
2 原因分析
根据发生故障的特点、规律及现象分析,引起发动机压气机叶片
故障高的主要因素有以下方面。
2.1 叶片抗疲劳性和热应力变化低
从压气机叶片制造材料分析,压气机第一至第六级转子叶片为
LY2铝合金制成,而第七至第八级转子叶片是采用不锈钢制成的。在
前6级压气机叶片中,从前向后第四、五、六级转子叶片处的温度相
对较高,且第六级之前压气机机匣设有放气带和减荷腔,后面机匣有座
舱增压加温、机翼防冰引出的气路等。LY2材料叶片在温度、压力变
化下经过长期使用性能下降,叶片的抗疲劳强度相对减弱。
在正常情况下压气机第五级叶片处的工作温度应该不超过165℃,
但实际上由于大气温度、飞行速度等因素的影响,温度常常要超过
165℃,造成第四、五、六级转子叶片的材料强度和抗疲劳性能降低,
严重时产生裂纹、掉块或折断。
2.2 工作环境恶劣
某团驻地年降雨量较大,常年雨水较多,湿度较大,且附近工厂较
多,空气中含有一定量的工业粉尘,而该型发动机由于设计上的缺陷,
发动机上口盖密封性比较差,含有工业粉尘的潮湿气体极易进入发动
机内部,在压气机铝叶片表面形成电化腐蚀,大大降低了叶片的材料强
度。
2.3 日历使用时间长
现役WP8发动机使用寿命只规定了飞行时间,没有确定日历期限,
造成使用年限时间偏长。在长期恶劣工作环境中,发动机腐蚀叶片不
能得到及时检修或更换,抗疲劳、抗腐蚀性能逐渐降低。
2.4 其它
在使用中发动机若起动次数多,叶片受加载应力循环次数变化将
加大,且在3800 r/min分附近反复推、收油门将引起发动机进气供需
不匹配,压气机内的气流产生脉动,甚至使发动机产生喘振,对压气机
叶片的影响较大;砂石或进气道铆钉脱落进入压气机打伤叶片。
研究认为目前减少WP8发动机故障最直接、最经济的方法是:一
是提高叶片的防护性能;二是改善叶片的抗疲劳性能。某工厂军厂双
方成立的海军防腐型WP8发动机课题组,在对原苏联WP81500小时
发动机压气机叶片测绘时,发现第四、五、六级铝叶片(LY2)有喷丸痕
迹,查档案得知:第四、五、六级铝叶片进行过喷丸处理。课题组根据
英国R.R公司喷丸说明书RPS428叙述的压气机铝叶片采用干喷或湿
喷玻璃丸工艺方法进行了试验,结果表明:压气机第四、五、六级叶片
经过铬酸阳极化—喷丸—铬酸阳极化—涂漆工序,进行盐雾试验,结果
在1000h内未出现腐蚀现象;在温度80℃,压力0.03MPa,砂重30g下进
行了耐风沙性能试验,喷丸涂漆表面状况良好;在电涡流激振台上进行
振动疲劳寿命对比试验,结果在105～106的寿命段内,喷丸叶片的寿
命是未喷丸叶片的3倍以上(3.5～4.9),且喷丸叶片的寿命分散度和裂
纹扩展速率都明显低于未喷丸叶片。
若采用新研制喷丸强化工艺技术,预计发动机提前换发率可由目
前的45%,降低到10%左右。按每年返厂排故发动机减少4～5台计,
可减少部队每年排故费用160～200万元。
3 结论
生产制造时未采用有效的防护,在恶劣工作环境下,发动机压气机
铝制叶片因应力腐蚀,导致第四、五、六级叶片在使用中折断、掉块
和裂纹。
4 建议和措施
鉴于某工厂军厂课题组研制的海军防腐型WP8发动机新技术试
验效果明显,具有较大的军事意义和一定的经济效益。为此,建议:
(1)新产发动机在出厂前应全部贯彻海军防腐型WP8发动机改进
新技术,提高发动机的可靠性。
(2)凡是返厂大修的发动机应重点对第四、五、六级铝工作叶片
贯彻喷丸强化和防护技术,从根本上排除因叶片应力腐蚀而产生的掉
块、裂纹、断裂故障。
(3)由于发动机无日历期限控制规定,经过统计:首翻期内的发动
机故障平均年限为11.6年。因此,建议请上级机关协调有关厂、所研
究确定日历期限控制,首翻和翻修间隔日历期限控制最好不要超过10
年。
(4)部队在发动机未贯彻落实新研制工艺技术之前,应采取如下预
防措施:一是教育空地勤人员严格按规程、规定正确操作使用发动机。
二是加强对压气机叶片重点部位的检查。三是防止外来物吸入打坏压
气机。四是做好雨后排水和通风凉晒工作。
参考文献
[1] 汪兴谦主编.VRML虚拟造型实战演练[M].北京:中国水利水
电出版社,2001.
[2] 宗志方译.VRML资源手册[M].北京:电子工业出版社,1998.
[3] 朱建山.异步电机故障诊断方法研究与应用.上海海事大
学,2007.
2024年5月22日发(作者：黎飞兰)
WP8发动机压气机叶片故障分析及预防措施
摘要:WP8发动机压气机叶片多发折断、裂纹、腐蚀掉块等故障,
对部队的训练和任务的完成造成很大影响,为能较好的解决这些问题,
有效地遏制目前这种被动局面,本文针对近几年来WP8发动机压气机
叶片故障情况作以简要分析,并就如何防范提几点建议及预防措施。
关键词:WP8发动机 压气机叶片 故障分析
引言
WP8发动机自装备海航某团以来,质量问题较多,多年来共发生了
40余起压气机叶片折断、裂纹、腐蚀掉块等故障,造成多台发动机提
前返厂,因叶片故障发动机空中停车飞行事故征候1起,严重危及飞行
安全,影响了飞机的完好率和使用率。发动机提前返厂造成了较大的
经济损失和使用时间浪费。针对此情况,虽采取了许多措施,如对发动
机舱上口盖进行了密封防水处理,强化了对发动机的检查力度等。但
发动机压气机叶片故障率依然居高不下,2003年因叶片故障提前返厂
6台,呈明显上升趋势。为能从根本上解决此故障,有效地遏制目前这
种被动局面,针对近几年来WP8发动机压气机叶片故障情况作以简要
分析,并就如何防范提几点建议及预防措施。
1 故障特点
根据有关资料统计分析,可以得出WP8发动机压气机叶片故障有
如下特点:
(1)随着使用时间的增长,呈逐年递增趋势。
(2)故障类型主要以第五级叶片腐蚀掉块为主。表现在叶尖或距
叶尖附近排气边掉块故障较多,叶片表面有腐蚀现象。
(3)故障部位主要集中在压气机放气带后第四、第五、第六级铝
叶片上,其中以第五级叶片故障后掉块打伤同级或后面的叶片居多。
检查一级叶片无明显的吸入外来物打伤痕迹。因损伤级叶片为铝叶片,
在发动机尾喷口有明显挂铝现象。
(4)首翻期内的发动机故障数最多,且故障发生的时机大多在给定
寿命的中后期,以使用到600h～800h故障发生率最高,接近发动机的
首翻给定寿命。
(5)首翻期内的发动机使用年限太长,从生产出厂到故障发生最多
的为20年,最少的为2年,平均11.6年。
2 原因分析
根据发生故障的特点、规律及现象分析,引起发动机压气机叶片
故障高的主要因素有以下方面。
2.1 叶片抗疲劳性和热应力变化低
从压气机叶片制造材料分析,压气机第一至第六级转子叶片为
LY2铝合金制成,而第七至第八级转子叶片是采用不锈钢制成的。在
前6级压气机叶片中,从前向后第四、五、六级转子叶片处的温度相
对较高,且第六级之前压气机机匣设有放气带和减荷腔,后面机匣有座
舱增压加温、机翼防冰引出的气路等。LY2材料叶片在温度、压力变
化下经过长期使用性能下降,叶片的抗疲劳强度相对减弱。
在正常情况下压气机第五级叶片处的工作温度应该不超过165℃,
但实际上由于大气温度、飞行速度等因素的影响,温度常常要超过
165℃,造成第四、五、六级转子叶片的材料强度和抗疲劳性能降低,
严重时产生裂纹、掉块或折断。
2.2 工作环境恶劣
某团驻地年降雨量较大,常年雨水较多,湿度较大,且附近工厂较
多,空气中含有一定量的工业粉尘,而该型发动机由于设计上的缺陷,
发动机上口盖密封性比较差,含有工业粉尘的潮湿气体极易进入发动
机内部,在压气机铝叶片表面形成电化腐蚀,大大降低了叶片的材料强
度。
2.3 日历使用时间长
现役WP8发动机使用寿命只规定了飞行时间,没有确定日历期限,
造成使用年限时间偏长。在长期恶劣工作环境中,发动机腐蚀叶片不
能得到及时检修或更换,抗疲劳、抗腐蚀性能逐渐降低。
2.4 其它
在使用中发动机若起动次数多,叶片受加载应力循环次数变化将
加大,且在3800 r/min分附近反复推、收油门将引起发动机进气供需
不匹配,压气机内的气流产生脉动,甚至使发动机产生喘振,对压气机
叶片的影响较大;砂石或进气道铆钉脱落进入压气机打伤叶片。
研究认为目前减少WP8发动机故障最直接、最经济的方法是:一
是提高叶片的防护性能;二是改善叶片的抗疲劳性能。某工厂军厂双
方成立的海军防腐型WP8发动机课题组,在对原苏联WP81500小时
发动机压气机叶片测绘时,发现第四、五、六级铝叶片(LY2)有喷丸痕
迹,查档案得知:第四、五、六级铝叶片进行过喷丸处理。课题组根据
英国R.R公司喷丸说明书RPS428叙述的压气机铝叶片采用干喷或湿
喷玻璃丸工艺方法进行了试验,结果表明:压气机第四、五、六级叶片
经过铬酸阳极化—喷丸—铬酸阳极化—涂漆工序,进行盐雾试验,结果
在1000h内未出现腐蚀现象;在温度80℃,压力0.03MPa,砂重30g下进
行了耐风沙性能试验,喷丸涂漆表面状况良好;在电涡流激振台上进行
振动疲劳寿命对比试验,结果在105～106的寿命段内,喷丸叶片的寿
命是未喷丸叶片的3倍以上(3.5～4.9),且喷丸叶片的寿命分散度和裂
纹扩展速率都明显低于未喷丸叶片。
若采用新研制喷丸强化工艺技术,预计发动机提前换发率可由目
前的45%,降低到10%左右。按每年返厂排故发动机减少4～5台计,
可减少部队每年排故费用160～200万元。
3 结论
生产制造时未采用有效的防护,在恶劣工作环境下,发动机压气机
铝制叶片因应力腐蚀,导致第四、五、六级叶片在使用中折断、掉块
和裂纹。
4 建议和措施
鉴于某工厂军厂课题组研制的海军防腐型WP8发动机新技术试
验效果明显,具有较大的军事意义和一定的经济效益。为此,建议:
(1)新产发动机在出厂前应全部贯彻海军防腐型WP8发动机改进
新技术,提高发动机的可靠性。
(2)凡是返厂大修的发动机应重点对第四、五、六级铝工作叶片
贯彻喷丸强化和防护技术,从根本上排除因叶片应力腐蚀而产生的掉
块、裂纹、断裂故障。
(3)由于发动机无日历期限控制规定,经过统计:首翻期内的发动
机故障平均年限为11.6年。因此,建议请上级机关协调有关厂、所研
究确定日历期限控制,首翻和翻修间隔日历期限控制最好不要超过10
年。
(4)部队在发动机未贯彻落实新研制工艺技术之前,应采取如下预
防措施:一是教育空地勤人员严格按规程、规定正确操作使用发动机。
二是加强对压气机叶片重点部位的检查。三是防止外来物吸入打坏压
气机。四是做好雨后排水和通风凉晒工作。
参考文献
[1] 汪兴谦主编.VRML虚拟造型实战演练[M].北京:中国水利水
电出版社,2001.
[2] 宗志方译.VRML资源手册[M].北京:电子工业出版社,1998.
[3] 朱建山.异步电机故障诊断方法研究与应用.上海海事大
学,2007.