1、压气机组成及其工作原理
压气机由低压压气机、中介机匣、高压压气机等主要部件组成．它用于提高空气压力，为燃气膨胀做功创造条件，从而提高热效率，增大发动机的推力．此外它还向防冰系统提供热空气。向涡轮冷却系统提供冷却空气，向空气封严装置和座舱调温调压系统和其它系统供气·低压压气机主要由静子和转子组成，用于压缩输往外涵道和内涵道的空气，它与低压涡轮一起构成低压转子．中介机匣将低压压气机出口的空气分为内外涵两股，它是发动机的主要承力部件，其壳体用来固定发动机附件．高压压气机也主要由静子和转子组成，用于进一步压缩低压压气机输来的空气。并把压缩空气送入燃烧室，它与高压涡轮一起构成高压转子。外涵道用于保证低压压气机后的空气以最小的损失流入排气混合器，同时又是发动机承力元件．压气机主要功能部件的系统功能层次框图如图所示，图中省略了部分可靠性高的零部件，低压压气机的功能层次分解与高压压气机基本相同。
2、压气机部件敌障分析
压气机静子是压气机中的不旋转部分，由机匣和静子叶片等组成，它除了承受静子叶片所受的轴向力、扭矩和振动负荷外，还要传递转子支承所受的各种负荷．压气机转予是一个高速旋转的承力件，要承受弯矩、扭矩以及叶片和转子自身的离心力．其中压气机转子叶片是航空发动机中重要零件之一，其所处的工作环境十分恶劣。受有较高的离心负荷、气动负荷以及振动的交变负荷等，有时还受到外来物的冲击，受风沙、潮湿的侵蚀等，因此容易发生故障．通过使用情况来看，压气机的静子叶片和转子叶片最容易发生故障，常见的故障用工业内窥镜检测效果如下：掉块、挠曲、裂纹、断裂和腐蚀等，故障的典型实例如图所示．故障产生的原因为外物损伤、强度不足、高周疲劳损伤和低周疲劳损伤等。
工业内窥镜检测效果图
(1)外物损伤
叶片受外来物冲击而导致的损伤称为外物损伤，也可以广义地称为环境损伤，其故障模式主要有：外来物打伤导致的压痕、掉块、挠曲、变形和裂纹等，环境影响导致的麻点，腐蚀、剥落和表面积尘等．这些故障模式往往成为叶片挠曲、断裂等重大故障的初因。较严重的外物损伤故障会使叶片报废．分析故障统计数据可以得出，压气机一级叶片受外来物冲击而导致叶片掉块和断裂的故障较多．
(2)强度不足
叶片强度不足故障是指工作时叶片某一断面(或部位)的应力超过材料的断裂应力而导致损伤．这种故障多数是因叶片设计时强度裕度不足。受瞬态冲击载荷作用或者叶片截面内部有残缺隐患所造成，如时片材质不良、工艺缺陷和环境影响等因素．发动机中纯属强度不足造成的断裂故障损伤现象发生的并不多，但一旦发生叶片折断其故障后果是十分严重的。叶片强度不足的故障模式通常表现为挠曲、变形、裂纹和断裂等．
(3)高周疲劳损伤
叶片高周疲劳损伤即通常说的应力疲劳损伤，其疲劳损伤取决予两个条件，即叶片的疲劳应力大小和叶片的应力循环次数．叶片高周疲劳损伤的断口一般由三个区域组成，即疲劳源区、疲劳形成区、疲劳扩展和撕裂区。其中疲劳区与疲劳扩展区形成较细密的疲劳弧线，其断口表面比较光滑，撕裂区呈现强度不足而断面较粗糙，从疲劳弧线可以清楚地看到其疲劳现象的形成与发展过程．
叶片的高周疲劳断裂部位多位于叶片的最大应力截面，叶片的最大应力截面与振型有关．对于一阶弯曲振动，最大应力截面接近根部。高阶弯曲振动随阶次增高，最大应力截面向叶尖上移，其断口走向通常是一条直线．对于扭转振型与复合振型，其最大应力截面也随阶次的增高向叶尖上移，其断口走向是先平后翘。观察叶片的断裂部位与断口走向，可以判断叶片属于何种振型的振动故障．
叶片的高周疲劳大都属于共振疲劳损伤，排故方法是避开共振，可以采取改变激振频率或叶片的固有频率的方法．高周疲劳故障模式通常表现为裂纹和断裂等．
(4)低周疲劳损伤
叶片低周疲劳损伤即大应变疲劳损伤，其应力比较大，损伤的疲劳循环次数比较低·低周疲劳损伤多是由于叶片气弹失稳现象或叶片颤振现象所导致，故也称为颤振故障·
叶片低周疲劳损伤的断口特征往往也有三个区域，裂纹的形成区与扩展区交织在一起，疲劳弧线比较粗糙．疲劳条带间距较大，表面粗糙，这与高周疲劳损伤断口相比有些不同．叶片出现颤振时往往都伴随有强烈的颤振声，叶片的颤振故障对于某级转子往往是有多个叶片同时发生，形成一个扇形面，甚至有时某级叶片同时撕裂，其危险性尤其严重。对于长叶片有时也会在叶尖处产生局部的颧振，其危险性也很严重．
叶片颤振大多数是在特定的条件下产生的，排除额振的方法不仅要采用叶片调颓，更有效的方法是改变作用在叶片上的气动力特性，加强气流与叶片形成的气弹耦合作用或采用结构阻尼减振方法．叶片低周疲劳损伤故障模式通常表现为裂纹和断裂．
压气机部件主要故障模式及影响分析表格
|
名称 |
故障
模式 |
故障现象 |
故障原因 |
故障影响 |
检测方式 |
改进措施 |
|
局部 |
系统 |
整机 |
|
叶
片 |
掉块 |
叶身掉块 |
疲劳或
外物撞击 |
需修理
或报废 |
可打伤后面
零部件 |
振动大，
性能下降 |
内窥镜检测 |
防止过烧 |
|
疲劳
损伤 |
叶身有裂纹或断裂 |
振动疲劳
损伤 |
需修理
或报废 |
可打伤后面
零部件 |
性能下降，
危及安全 |
内窥镜检测 |
防止共振 |
|
变形 |
减震凸台位或搭接 |
低周或
高周疲劳 |
需修理
或报废 |
引起叶片
断裂 |
性能下降，
危及安全 |
内窥镜检测 |
排除共振 |
|
压
气
机
轮
盘 |
裂纹 |
裂纹 |
低周疲劳 |
小于规定值时可用 |
引起轮盘
开裂 |
危及安全 |
内窥镜检测 |
排故 |
|
裂纹较大
使轮盘开裂 |
低周疲劳
或共振 |
需翻修
或报废 |
打伤连
接件 |
可打穿
机匣停车 |
内窥镜检测 |
排故 |
压气机部件主要故障模式及影响分析见表2．1
|
