ULTRASONIC INSPECTION OF V2500 ENGINE HIGH

PRESSURE COMPRESSOR BLADE FOR DAMAGE

CUI Zong-hui,SU Jin-bo

(Taikoo [Shandong] Aircraft Engineering Co.Ltd, Jinan 250107, China)

                           ZHENG Pang-zhong

(GE Measurement & Control, Shanghai 201203,China )

Abstract: Compressor vanes are the important parts of the aero-engine. Erosion, fatigue cracking and even fracture might be found on compressor vanes frequently. If cannot be detected adequately, the damage could lead to in-flight shut down and affect the flight safety of the aircraft. The ultrasonic inspection of HPC stage 4 blade roots was introduced. It is an effective method for preventive safety events.

Keywords: Ultrasonic testing; Blades; Cracks; Defect analysis ; GE USN52

V2500發(fā)動(dòng)機(jī)是IAE公司研制的軸流式、雙轉(zhuǎn)子、高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，它有A5/D5兩大系列，該發(fā)動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于A321、A320、A319和MD90等中型民用飛機(jī)上。由于設(shè)計(jì)原因，其4級(jí)高壓壓氣機(jī)葉片在服役過程中出現(xiàn)了一些問題，根據(jù)IAE資料,在故障葉片后緣根部的榫頭區(qū)域發(fā)現(xiàn)裂紋，在交變負(fù)荷作用下,裂紋會(huì)迅速擴(kuò)展,造成葉片斷裂并引起發(fā)動(dòng)機(jī)中斷起飛或空中停車。2005年，國(guó)內(nèi)某航空公司一架A320飛機(jī)，就發(fā)生了一起由該故障引起的發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車。

為預(yù)防此故障的發(fā)生，IAE發(fā)布服務(wù)通告SB72-0295，要求運(yùn)營(yíng)商對(duì)該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)4級(jí)HPC葉片進(jìn)行在役無損檢測(cè)。

1  檢測(cè)系統(tǒng)

執(zhí)行SB72-0295,需要借助孔探儀來觀察葉片位置，通過IAE提供的專用超聲波工具包進(jìn)行檢查。如下圖所示，該工具包有三部分組成:

 (1)超聲波探傷儀:  GE USN52

 (2)超聲波探頭驅(qū)動(dòng)凸輪

 (3)校驗(yàn)平臺(tái)

            超聲波探頭驅(qū)動(dòng)凸輪                GE USN52 超聲波探傷儀

如下圖2所示超聲波探頭被固定在操縱臂上，探頭導(dǎo)線和耦合劑導(dǎo)管均安裝在臂管內(nèi)，操做凸輪手柄，操縱臂可彎曲伸展，下圖2為凸輪非工作位。

如下圖1所示校驗(yàn)平臺(tái)工作圖，探頭驅(qū)動(dòng)凸輪固定在校驗(yàn)平臺(tái)并處于工作位。收縮后的操縱臂在鋼制活動(dòng)結(jié)的作用下，彎成特殊形狀和角度，此時(shí)探頭剛好貼覆于4級(jí)HPC葉片葉盆一側(cè)平臺(tái)。校驗(yàn)平臺(tái)上，分別裝有無缺陷和缺陷葉片，在凸輪非工作位下(操縱臂伸展)，松開黑色手柄，可調(diào)整葉片位置，用以校驗(yàn)儀器。

2  工作應(yīng)用

2.1 GE USN52探傷儀器校驗(yàn)   

(1)安裝超聲探頭凸輪裝置到校驗(yàn)平臺(tái)、連接GE超聲儀，確保耦合管路通暢。

(2)推動(dòng)無缺陷葉片至工作位并鎖緊，轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪手柄到工作位，輕輕向前推動(dòng)手柄，此時(shí)探頭將貼緊葉片平臺(tái)。調(diào)整儀器相關(guān)參數(shù)如：RANGE（聲程）、DELAY(延遲) 、GAIN（增益）等，使葉片根部回波信號(hào)位于80%水平位置并不低于100%波高。(圖4)

(3)轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪手柄到非工作位，將缺陷葉片推至工作位并鎖緊。重復(fù)步驟(2)將缺陷回波調(diào)至65%水平位置 、100%波高，在61～70%間設(shè)置報(bào)警閘門,門限40%高。(圖3)

2.2 檢查程序 

工作準(zhǔn)備   依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)手冊(cè)，通過接近孔安裝孔探探頭。如圖5所示，孔探頭通過接近口進(jìn)入3級(jí)VSV葉片間，注意此時(shí)VSV應(yīng)在全開位，否則會(huì)損傷孔探頭。VSV全開位會(huì)使VSV葉片后緣處于合適的觀察位置，這一點(diǎn)是非常重要的。將超聲探頭操縱臂緩慢放入接近口并鎖緊安裝座螺釘，超聲探頭凸輪裝置通過安裝座固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上，在凸輪非工作位時(shí)，操縱臂位于VSV與4級(jí)HPC葉片之間。

 檢查   壓氣機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)方式，這里采用人工轉(zhuǎn)動(dòng)。需要強(qiáng)調(diào)的是:轉(zhuǎn)動(dòng)葉片前，凸輪裝置一定要在非工作位，否則會(huì)損傷超聲探頭。緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)葉片，如圖6示,當(dāng)VSV后緣與4級(jí)HPC葉片平臺(tái)邊緣重合時(shí)，此位置為*佳檢查位。轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪手柄使超聲探頭伸至葉片平臺(tái)表面，仔細(xì)觀察超聲儀，如果葉片回波沒有出現(xiàn)，可緩慢沿箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)葉片1～2mm，直至出現(xiàn)與校驗(yàn)一致的回波信號(hào),仔細(xì)觀察波形變化。重復(fù)以上步驟，檢查下一葉片。

3  缺陷評(píng)估

超聲波檢測(cè)信號(hào)的評(píng)判對(duì)于檢查結(jié)果的正確性很關(guān)鍵，正常葉片根部回波應(yīng)出現(xiàn)在80%水平位置且幅度不小于100%，在報(bào)警門附近無信號(hào)波，這種情況，我們可判定該葉片合格。如果回波信號(hào)小于100%波高，首先要通過孔探儀確認(rèn)葉片的旋轉(zhuǎn)位置是否*佳，耦合劑的施加是否到位，超聲儀參數(shù)有無變動(dòng)，排除以上因素后，再次對(duì)葉片檢查。假使回波信號(hào)幅度仍低于100%，應(yīng)從發(fā)動(dòng)機(jī)上拆下超聲波探頭驅(qū)動(dòng)裝置，在校驗(yàn)平臺(tái)上重新校驗(yàn)系統(tǒng)。如果信號(hào)仍小于100%FSH，超聲波探頭可能存有故障，應(yīng)更換探頭。若校驗(yàn)結(jié)果滿足手冊(cè)要求，而在發(fā)動(dòng)機(jī)上檢測(cè)時(shí)，葉片回波信號(hào)還是小于100%波高，那么該葉片存在缺陷，其裂紋走向可能偏離于超聲波主聲束垂直方向，超聲探頭沒有接收到*大的反射回波。

另外，如果回波信號(hào)在61～70%水平范圍間且幅度大于40%波高，此信號(hào)為缺陷指示，該葉片不滿足使用要求,對(duì)于發(fā)現(xiàn)的缺陷葉片做好定位和記錄。

4  影響因素

      實(shí)際檢測(cè)中，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面，否則會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成干擾：

(1) 不能使用常規(guī)耦合劑，它會(huì)堵塞耦合劑導(dǎo)管，必須使用非礦物質(zhì)水作為耦合介質(zhì)；

(2) 耦合劑瓶應(yīng)置于高出探頭的位置，以便水耦合劑順暢的流動(dòng)；

(3) 檢測(cè)過程中，注意觀察水平基線上有否草狀雜波出現(xiàn)，如果沒有，可能耦合有問題。反復(fù)按壓凸輪幾次，確保水耦合劑充分潤(rùn)濕檢查面；

(4) 轉(zhuǎn)動(dòng)葉片時(shí)，凸輪操縱臂應(yīng)處于非工作位，否則會(huì)損傷超聲探頭；

(5) 4級(jí)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)位置很關(guān)鍵，一定要使其平臺(tái)邊緣與VSV后緣重合時(shí)，再進(jìn)行檢測(cè)；

5   小結(jié)

這項(xiàng)工作的難點(diǎn)在于檢測(cè)時(shí)機(jī)的把握和對(duì)超聲回波信號(hào)的分析判斷上。這就要求操作人員具有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，充分理解IAE 服務(wù)通告的內(nèi)容，嚴(yán)格按工作單操作，對(duì)檢查結(jié)果做出客觀、準(zhǔn)確的評(píng)判。

［1］ IAE SERVICE BULLETIN 72-0295  NOV.26.2007

［2］ 民航無損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證委員會(huì)．航空器超聲檢測(cè)．中國(guó)民航出版社．2009