叶片共振频率测试仪在叶轮维修中的应用探讨

　　0　引言

　　辅助动力装置(APU)是飞机上的一个重要部件。其主要作用是:①提供飞机起飞时的气源;②提供飞机的地面电源;③提供空调系统的压缩空气;④启动主发动机;⑤当主发动机发生故障时提供应急电源;⑥提供各种气动液压马达和气动液压泵所需的动力。

　　APU安装在机尾的不加压部分,位于垂直稳定器的下部,其周围有防火墙以保护周边的重要结构和设备。APU主要由压气机、燃烧室、涡轮机、负载压气机和齿轮箱等组成,如图1所示[1]。

　　启动电机通过齿轮箱带动涡轮机转动,压气机从外界吸入大量空气并将其压入燃烧室,在燃烧室中空气与燃油混合点燃后产生剧烈的膨胀,被加热后的空气高速流过涡轮机后由尾喷管排入大气,推动涡轮机转动并带动压气机、负载压气机、齿轮箱和发电机等部件高速运转。旧式的APU向飞机提供气源时是从动力部分(压气机)分流气体的,这样就减少了涡轮机的冷却气流量,从而导致涡轮机温度升高,使用寿命降低。新式APU增加了负载压气机,专门用于向飞机提供充足的压缩空气,而不必挪用动力部分的冷却气体。

　　当叶轮旋转时,离心力的作用使叶片间的空气流向叶片末端,这样在轮毂区域就形成负压,外界空气便源源不断地流入,这一作用使从叶片甩出的气体获得极高的流速,此高速气体进入扩压器后流速降低,压力上升。从而获得高压气体供飞机使用。负载压气机叶轮由钛合金制成,因此抵抗外来物破坏的能力极强。其叶片共有17片,沿径向排列,呈向后式的曲面形状,如图2所示。

　　负载压气机叶轮负责吸入外界空气并将其压入APU内部,叶片在工作过程中的主要外力有外来物撞击力F1、高速气流的摩擦力F2、机体的剧烈振动力F3等,对其单一叶片在工作过程中的主要外力做出受力分析如图3所示,由上述的主要外力及高温所引起的叶片损坏形式一般有磨损、裂纹、缺口、崩边、折断等。

　　针对这些损坏,叶轮的主要维修步骤如下[2]:金属喷涂内圆孔→磨削内圆孔及各端面至规定尺寸→动平衡叶轮→熔池焊联轴器→机加工联轴器齿至规定尺寸→联轴器齿荧光剂渗透探伤→动平衡叶轮→维修叶轮叶片。

　　叶轮叶片的维修工艺按叶片损伤程度的不同分为以下3种:

　　(1)细微损坏。

　　(2)中等损坏。检查堆焊过的每个叶片的共振频率(必须大于2 680 Hz,否则叶轮报废)。

　　(3)严重损坏。如果叶片缺口过大,甚至整片崩断,超过了堆焊的许可极限,则叶轮报废。

　　由此可见,中等损坏程度的叶片维修之后,共振频率的测试是决定叶轮是否报废的关键。维修的APU其负载压气机叶轮叶片有相当一部分属于中等程度的损坏,由于没有共振频率测试仪,只好作报废处理,造成了大量不必要的损失。