當(dāng)前，裝載在波音 777 飛機(jī)上的 PW4000-112“ 發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪二級轉(zhuǎn)子葉片硫化腐蝕問題是該機(jī)隊(duì)存在的主要技術(shù)問題之一。在世界范圍內(nèi)，高壓渦輪二級轉(zhuǎn)子葉片化已導(dǎo)致 42 起葉片斷裂故障，其中造成7起空停事故。到目前為止，國航機(jī)隊(duì)已發(fā)現(xiàn) 11 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)有硫化現(xiàn)象，2009年還發(fā)生一起因葉片硫化而導(dǎo)致的空停事件。
 

圖1 渦輪葉片硫化腐蝕

   （一） 硫化腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理及特點(diǎn)

   1、硫化腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理

   硫化腐蝕是指金屬葉片在高溫環(huán)境下與含硫介質(zhì) （ 硫、硫化氫等 ） 作用，生成硫化物而損壞的過程，其產(chǎn)生條件是高溫和含硫介質(zhì)。硫化腐蝕后葉片內(nèi)壁變薄，機(jī)械強(qiáng)度顯著下降，遇到大應(yīng)力作用時(shí)極易發(fā)生斷裂。發(fā)動(dòng)機(jī)的制造廠家普惠公司對于硫化腐蝕給出的官方解釋是 ：制造過程中部分批次的葉片內(nèi)部腔室中殘留了含硫的清洗液，該清洗液會(huì)弱化防腐涂層，同時(shí)與基體材料發(fā)生硫化反應(yīng)，使得葉片內(nèi)部產(chǎn)生硫化腐蝕。如圖 2所示，高壓渦輪二級轉(zhuǎn)子葉片硫化腐蝕主要有四種表現(xiàn)形式 ：

   a. 葉片后緣冷卻孔堵塞 ；

   b. 涂層脫落、葉片彎曲和邊緣裂紋 ；

   c. 葉面白斑 ；

   d. 葉片條紋狀凹陷。這四種現(xiàn)象均可以通過孔探檢查發(fā)現(xiàn)。
 

圖 2 高壓渦輪二級轉(zhuǎn)子葉片硫化腐蝕四種主要形式

   2、硫化腐蝕主要的特點(diǎn)有 ：

   （1）影響范圍廣。目前國航近半數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過硫化或疑似硫化問題；

   （2）擴(kuò)展速度快。從發(fā)現(xiàn)葉片硫化到超標(biāo)下發(fā)往往僅持續(xù)一個(gè)月左右的時(shí)間；

   （3）故障較為隱蔽。硫化從葉片內(nèi)部開始產(chǎn)生，可以通過孔探發(fā)現(xiàn)時(shí)往往已經(jīng)到了硫化的后期；

   （4）后果較為嚴(yán)重。硫化問題的直接后果是葉片斷裂，進(jìn)一步的后果可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)空停。

   （二） 硫化腐蝕典型事例及分析

   為了控制此問題的進(jìn)一步發(fā)展，普惠公司建議對未排除硫化影響的在翼發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行60 循環(huán)間隔孔探檢查，同時(shí)對進(jìn)廠的發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行1.02標(biāo)準(zhǔn)的磁力探傷檢查，或?qū)⑦@些葉片更換為不受硫化影響的新型葉片以排除硫化的風(fēng)險(xiǎn)。但是在執(zhí)行完磁探檢查后，航機(jī)隊(duì)又相繼有4 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)了硫化問題，其中三起造成非計(jì)劃拆發(fā)，一起造成空停。同時(shí)，另有一臺(tái)已經(jīng)更換整套新型葉片的發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行磁探檢查時(shí)仍然發(fā)現(xiàn)葉片腐蝕超標(biāo)。針對上述三起硫化腐蝕事件進(jìn)行分析，以尋找控制葉片硫化風(fēng)險(xiǎn)的有效方法。

   1、2009 年 8 月，國航 B-2069 飛機(jī)執(zhí)行航班，起飛大約 13min 后 右發(fā) 222153 空停。空停時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的總使用小時(shí)為25399h，總使用循環(huán)為7995C ；修后使用小時(shí)為 11598h，修后使用循環(huán)為 3435C。

   發(fā)動(dòng)機(jī)分解后，確認(rèn)初始斷裂葉片件號為 PN52L472， 序 號 為 CKLBFC2311。 核 實(shí) 該發(fā)上次大修時(shí)葉片裝機(jī)記錄后確認(rèn)該葉片是22153 原裝葉片，在使用循環(huán) 4560C / 使用小時(shí) 13801h 時(shí)進(jìn)行了葉片大修，大修時(shí)完成了排除硫化風(fēng)險(xiǎn)的磁力探傷檢查，當(dāng)時(shí)的磁探檢查數(shù)值為1.002，低于硫化門檻值 1.02，該葉片通過了防硫化的磁探檢查后，確認(rèn)可以裝機(jī)使用。對初始斷裂葉片進(jìn)行目視檢查發(fā)現(xiàn)，后緣冷卻孔有一處貫穿裂紋；內(nèi)部腔室的加強(qiáng)筋有明顯的腐蝕現(xiàn)象，內(nèi)壁變薄 ；后緣葉盆處有明顯的條紋狀凹陷現(xiàn)象，此現(xiàn)象為葉片硫化的顯著特征。如下圖 3所示。
 

圖 3  硫化腐蝕葉片顯著特征

   由此可以判斷高壓渦輪二級轉(zhuǎn)子葉片硫化斷裂是 222153 發(fā)動(dòng)機(jī)空停的根本原因。實(shí)際情況表明，磁探檢查通過后葉片的安全裕度（即葉片側(cè)壁的厚度）并不能保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全使用到下一次進(jìn)廠維修。

   2、2009 年 9 月 10 日 B-2061 飛機(jī)在執(zhí)行定檢工作時(shí)，孔探發(fā)現(xiàn)一發(fā) 222147 高壓渦輪二級轉(zhuǎn)子葉片有 19 片后緣出現(xiàn)白斑，判斷為葉片硫化。

   該發(fā)動(dòng)機(jī)于2009 年 5 月 26 日執(zhí)行了一次高壓渦輪孔探檢查，當(dāng)時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)葉片硫化現(xiàn)象，截至本次檢查共使用了 700h/348C。于 2006 年 6 月在發(fā)動(dòng)機(jī)原廠（普惠公司）執(zhí)行了核心機(jī)翻修，高壓渦輪二級轉(zhuǎn)子葉片通過了磁探檢查，當(dāng)時(shí)確認(rèn)無硫化風(fēng)險(xiǎn)。

   3、2010 年 12 月 16 日，發(fā)動(dòng)機(jī)222098 因高壓渦輪葉片燒蝕被拆下，送至普惠發(fā)動(dòng)機(jī)修理廠進(jìn)行高壓渦輪葉片修理。拆下時(shí)該發(fā)動(dòng)機(jī)自新發(fā)裝機(jī)使用了 28221h/9770C，自上次翻修使用了 8410h/2729C。該發(fā)動(dòng)機(jī)前一次修理時(shí)更換了整套全新構(gòu)型的高壓渦輪二級轉(zhuǎn)子葉片。本次發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)廠后對葉片進(jìn)行了磁探檢查，其中有一片未通過檢查，但不能確認(rèn)為硫化，其他葉片檢查正常。該情況說明，新構(gòu)型的葉片在使用一段時(shí)間后也會(huì)出現(xiàn)葉片內(nèi)部腐蝕的現(xiàn)象。

   （三 ）典型事例分析結(jié)論

   由以上事例可以推斷，廠家推薦的磁探檢查并不能排除葉片的硫化風(fēng)險(xiǎn)，該檢查只是對葉片硫化程度進(jìn)行量化評估，以確認(rèn)該葉片是否能夠安全使用到發(fā)動(dòng)機(jī)下一次進(jìn)廠。但從以上空停發(fā)動(dòng)機(jī)222153 的事件可以看出，廠家磁探檢查留出的安全裕度并不能保證葉片繼續(xù)安全使用，從另一方面也可以說廠家對葉片硫化的發(fā)展速度有誤判。以上事例中，222098 發(fā)動(dòng)機(jī)安裝的新構(gòu)型葉片在磁探檢查時(shí)也查出了腐蝕超標(biāo)的情況，目前還沒有足夠的數(shù)據(jù)證明這種腐蝕為硫化腐蝕，但由于無法準(zhǔn)確了解這種腐蝕的發(fā)展速度，因此也就無法確認(rèn)葉片的安全使用間隔。

   考慮到廠家提供的終止措施并不能避免硫化腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，國航機(jī)隊(duì)將繼續(xù)采用60 循環(huán)間隔孔探的方式監(jiān)控葉片的硫化風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)該措施檢測到了多起葉片硫化損傷，有效地保證了機(jī)隊(duì)的安全運(yùn)營。同時(shí)，因葉片硫化腐蝕的程度與使用時(shí)間成正比，國航將對葉片的使用時(shí)間和修理次數(shù)進(jìn)行更為嚴(yán)格的控制。

責(zé)任編輯：周婭

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