[发明专利]航空涡轮发动机涡轮盘无损探伤方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机涡轮盘材料可靠性检查技术，更为具体地说，涉及航空涡轮发动机涡轮盘材料无损探伤的一种方法。

背景技术

航空涡轮发动机涡轮盘工作在高温、高转速的恶劣环境下，承受极高的机械、热负荷，是对发动机安全性影响极大的关键零件，因此在设计、制造中对于其质量的检查至关重要。

涡轮发动机涡轮盘材料可靠性无损探伤的方法，目前主要有渗透检查、磁粉检查和涡流检查，渗透检查是通过先在零件表面涂饰渗透液，待渗透液渗入之后再涂饰显像剂，以显示涡轮盘材料表面的缺陷；磁粉检查是利用铁磁性材料或工件磁化后，在表面和近表面的缺陷处磁力线发生变形的方法检查铁磁性材料表面或浅表面缺陷；涡流检查是利用电磁感应原理测定检验线圈阻抗的变化检查导电材料表面或近表面缺陷等。现有技术的涡轮盘材料可靠性无损探伤的检查手段，检查范围主要集中于轮盘表层厚度范围，不能有效反映表层一定厚度以内的材料内部缺陷，而航空涡轮发动机涡轮盘在高温、高转速的载荷状态下运行，其表层下一定深度的内部缺陷可能在高载荷张力状态下扩展形成危险源，或者甚至扩展至表层导致表面开口破坏，严重威胁飞机的安全。

鉴于涡轮盘是影响涡轮发动机运行安全极为关键的零件，现有检查涡轮盘材料可靠性的方法只能检查涡轮盘表层厚度一定范围内的缺陷，而涡轮盘材料内部缺陷在高载荷张力状态下很可能扩展形成危险源，以及航空涡轮发动机使用环境的特殊性，涡轮发动机的生产实践急需提供一种使涡轮盘内部缺陷得到提前暴露的一种检查方法，以进一步保证涡轮盘的使用可靠性，避免航空安全事故发生。

发明内容

针对现有技术的涡轮盘材料可靠性检查方法存在的不足，本发明的目的旨在提供一种新的航空发动机涡轮盘无损探伤的方法，以克服现有技术无损探伤方法存在的只能检查涡轮盘表层厚度一定范围内材料存在的缺陷，不能检查涡轮盘材料内部存在的缺陷问题。

本发明的基本思想是通过常温超转试验模拟等效发动机工作状态下涡轮盘中的应力状态，即在常温下通过超转(即在超过发动机最大工作转速的合适转速下)模拟涡轮盘在发动机最大工作载荷状态下，由于高速旋转离心力和高温共同影响在盘身产生的应力分布和应力水平，且通过在试验转速下驻留适当的时间使涡轮盘材料内的缺陷充分暴露，从而达到检查涡轮盘材料内部是否存在安全缺陷的目的。同时为了消除超转时带来的与工作状态不同所致的变形问题，在试验时使试验装配状态与发动机工作状态尽量保持一致，并考虑将试验安排在涡轮盘加工工艺过程中来进行(轮盘留有适当余量，不加工榫槽等)，在试验后通过补充加工消除变形影响。

本发明提供的航空涡轮发动机涡轮盘无损探伤方法，主要步骤包括试验转速确定、试验数据实测、转速修正、判断是否进行补充试验、试验后检查，其具体技术方案如下：

(1)试验转速确定：根据涡轮盘在涡轮机最大工作载荷状态下的应力分布和最大应力水平确定涡轮盘的试验检查区，计算出涡轮盘在常温试验装配状态下试验检查区达到最大工作载荷状态下的最大应力水平的试验目标转速。

(2)试验数据实测：在试验涡轮盘的实验检查区布设应变片，将涡轮盘安装在轮盘旋转试验器上启动试验，试验过程在目标转速驻留至少5秒，利用涡轮盘上的应变片实时监控试验的进行，记录应力应变测量结果。试验过程在目标转速驻留的时间也不宜过长，一般在目标转速驻留10～20秒即可达到使涡轮盘内部缺陷充分暴露的目的。

(3)试验数据分析：对试验实测应力水平数据和计算应力水平数据进行对比分析，判断试验实测应力水平和计算应力水平的一致性。通常当试验实测应力水平与计算应力水平不一致，特别是当低于计算应力水平时，需修正试验目标转速进行再一次试验。

(4)试验后检查：检查涡轮盘材料情况，排除材料有缺陷的涡轮盘。

在上述技术方案中，涡轮盘在涡轮机最大工作载荷状态下的应力分布和最大应力水平可采用有限元方法通过有限元程序来分析确定。当然也可以采用其他的方法与手段来确定。任何可以确定涡轮盘在高旋转离心力和高温共同作用下的应力分布和最大应力水平的方法和手段都可以。

在上述技术方案中，试验目标转速的确定，可采取通过调整计算转速，计算常温、试验装配状态下涡轮盘检查区的应力，即计算涡轮盘在试验状态下于不同转速产生的应力，直至应力水平与最大工作载荷状态下的计算值一致，该计算转速即为试验目标转速。