孙远伟

(中国航发燃气轮机有限公司，沈阳 110179)

叶片断裂故障一直是困扰燃气轮机及航空发动机可靠运行的技术瓶颈之一。针对涡轮叶片断裂研究难度较大，原因涉及温度载荷、气动载荷、机械连接及机械加工等多个方面。

燃气轮机的涡轮转子工作叶片在高温、高压、高速的气流环境中工作，作用在工作叶片上的载荷主要有以下几种：离心载荷、气动载荷、温度载荷和各种振动载荷。涡轮工作叶片常见的失效模式有：疲劳相关的断裂失效(包括高周疲劳、低周疲劳、热疲劳、蠕变/疲劳、高低周复合疲劳等)，蠕变失效，外物打伤，高温损伤，制造工艺和材料缺陷，等[1]。

转子叶片断裂失效出现的概率最高，其危害性也最大。往往是一个叶片折断而打坏其他叶片，至整台发动机无法工作而影响安全运行。除因外物撞击造成叶片瞬时过载断裂外，绝大多数是由各种原因引起的不同类型的疲劳断裂失效。

叶片疲劳断裂主要包括离心力叠加弯曲应力引起的疲劳断裂,由颤振、扭转共振、弯曲振动引起的疲劳断裂,以及由环境介质和接触状态引起的高温疲劳、微动疲劳和腐蚀损伤导致的疲劳断裂。由于叶片工作环境的复杂性，叶片实际的疲劳断裂往往并非上述某一模式，而是两种甚至两种以上模式的叠加，即由复合原因导致的“复合”疲劳断裂失效[2]。

高周疲劳又称高循环疲劳或应力疲劳，指循环应力水平低、不产生塑性应变、循环次数(一般在104～105以上)较高的疲劳。……