进口高清内窥镜在高压涡轮转子叶片前缘检查中的应用-发现并识别缺陷

2021-03-11 08:42:37

航空发动机在服役期间,高压涡轮转子叶片发生裂纹甚至断裂导致意外停车,是可能遇到的问题之一,对飞行安全性带来极大的隐患,因此对于发动机高压涡轮转子叶片裂纹的孔探检查更外重要。本文以CFM56系列发动机的叶片前缘检测为例,介绍进口高清内窥镜在这一领域中的应用。

航空发动机高压涡轮转子叶片

在孔探之前,首先要选择合适的孔探设备,根据CFM56系列发动机预留的孔探口以及叶片前缘的结构,检测路径并非直通路,因此选择柔性内窥镜。由于光纤内窥镜采用一组光纤共同传导图像,导致图像有蜂窝状并不清晰,因此更多的时候选择柔性的视频内窥镜。特别是成像及各方面性能优越的进口高清视频内窥镜,例如美国韦林旗舰产品MViQ,是执行孔探检测的首选仪器。

开始孔探工作,即通过设置在燃烧室上的孔探口或点火电嘴安装口,将高清视频内窥镜MViQ的探头向后,穿过燃烧室和高压涡轮导向叶片,对高压涡轮的转子叶片前缘进行孔探检查。在检查过程中,可以利用MViQ的360度全方位探头导向能力,对前缘做细致的检查。一旦发现缺陷,需要根据缺陷的种类以及所处的位置做出判断。

叶片前缘的缺陷包括涂层脱落、氧化、裂纹等,而高压涡轮转子叶片通常分为A、B、C三个区,C靠近叶根区、A离叶根区最远,发生于C区的缺陷,安全隐患尤为严重。根据发动机孔探检测维护手册的要求,对于外表涂层脱落和氧化/变色这两种缺陷,通常可以放行,但要视具体情况缩短检查间隔;对于裂纹这种缺陷,如果出现在A或B区可以放行,否则不能放行,需要更换送修。

上面的检测过程说起来容易,但是在实际检测中,发现缺陷后如何识别缺陷的类型,有时并非易事。为了起到保护的作用,高压涡轮转子叶片外表通常都有涂层,一般情况下涂层表面先出现破损,也有可能是叶片基层裂纹,因为涂层的存在,当发现形似裂纹的缺陷时,不容易分辨是涂层脱落或基材剥落的痕迹,还是真实的裂纹。而这一决策,特别是对于C区的疑似裂纹,任何误判都可能带来不小的损失,要么需要担负不必要的高额换发和维修费用,要么需要担负空中停车的风险。

使用进口高清内窥镜发现裂纹并识别裂纹

针对这一问题,进口高清内窥镜MViQ可以充分发挥旗舰产品的优势。一方面,百万高清的像素数,以及逼真的色彩还原能力,可以提供大量的图像细节帮助用户识别裂纹的性质;另一方面,MViQ的相位扫描三维立体测量功能,可以生成缺陷部位的3D云图,并且可以实现三维旋转和放大从不同角度观察判别缺陷形貌,图像中如果是涂层脱落或基材剥落痕迹线两侧形成一个尺寸很小的台阶,而真实裂纹在痕迹线上会有一个表面深度尺寸较大的突变。此外,还可以利用深度图的不同颜色变化,帮助判断是否为叶片基层裂纹。

本文以叶片前缘为例,介绍了进口高清内窥镜的发现以及识别缺陷的检测应用,实际上高压涡轮转子叶片的后缘也是类似的检测思路,在具体实践中,往往是先检测后缘,后检测前缘,而且不论是否发现了缺陷,都要做全面的检查。1997年交付使用的CFM56-7,就有过因局部热应力集中产生裂纹、并导致叶片失效的案例,定期执行专业、细致、全面的孔探检查非常有必要,因为安全重于泰山。


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