Čepele turbíny sú dôležitou súčasťou motorov lietadiel s vysokou teplotou, ťažkým zaťažením a komplexnou štruktúrou. Kvalita kontroly a údržby úzko súvisí s trvanlivosťou a životnosťou práce. Tento dokument študuje kontrolu a údržbu lopatiek lietadlových motorov, analyzuje režim zlyhania lopatiek leteckých motorov a sumarizuje technológiu detekcie zlyhania a technológiu údržby lopatiek loptičiek.
Pri návrhu lopatiek turbíny sa často používajú nové materiály s vyššou kvalitou a pracovná hrana sa znižuje zlepšením technológie štruktúry a spracovania, aby sa zlepšil pomer motora k hmotnosti. Čepeľ turbíny je aerodynamický profil, ktorý dokáže dosiahnuť ekvivalentnú prácu po celej dĺžke čepele, čím sa zabezpečí, že prúd vzduchu má uhol rotácie medzi koreňom čepele a špičkou čepele, a uhlom rotácie na špičke čepele je väčší ako pri koreni čepele. Je veľmi dôležité nainštalovať čepeľ rotora turbíny na disk turbíny. Tenón „v tvare jedle“ je rotor modernej plynovej turbíny. Bol presne spracovaný a navrhnutý tak, aby zabezpečil, že všetky príruby môžu zaťažiť rovnomerne. Keď je turbína stacionárna, čepeľ má tangenciálny pohyb pri zubnej drážke a keď sa turbína otáča, koreň čepele sa utiahne na disk v dôsledku odstredivého účinku. Materiál obežného kolesa je dôležitým faktorom pri zabezpečovaní výkonnosti a spoľahlivosti turbíny. V prvých dňoch sa pomocou kovania a vyrábali deformované zliatiny s vysokou teplotou. Vďaka nepretržitému pokroku v oblasti dizajnu motora a technológie presného odlievania sa lopatky turbíny zmenili z deformovaných zliatin na dutinu, polykryštalické na jedno kryštál a tepelná odolnosť čepelí sa výrazne zlepšila. Jednozrnné super zliatiny na báze niklu sa široko používajú pri výrobe horúcich častí leteckých motorov kvôli ich vynikajúcim vlastnostiam s vysokou teplotou tečenia. Preto má hĺbkový výskum inšpekcie a údržby lopatiek turbíny veľký význam na zlepšenie bezpečnosti prevádzky motora a na presné vyhodnotenie morfológie poškodenia a stupňa poškodenia čepelí.
Režimy porúch lopatiek lopatiek
Čepeľ zlyhania zlomenín únavy s nízkym cyklom
V skutočnej práci nie je ľahké sa vyskytnúť zlomenina únavovej únavy s nízkym cyklom, ale za nasledujúcich troch podmienok dôjde k zlomeninám únavy s nízkym cyklom. Obrázok 1 je schematický diagram zlomeniny čepele.
(1) Aj keď je pracovný stres na nebezpečnej časti menší ako výnosová pevnosť materiálu, v nebezpečnej časti sú veľké miestne defekty. V tejto oblasti, v dôsledku existencie defektov, väčšia plocha v okolí presahuje pevnosť materiálu výťažku, čo vedie k veľkému množstvu plastickej deformácie, čo vedie k zlomenine únavy s nízkym cyklom čepele.
(2) V dôsledku zlých úvah o návrhu je pracovný stres z čepele na nebezpečnej časti blízko alebo prekračuje výnosovú pevnosť materiálu. Ak sú v nebezpečnej časti ďalšie defekty, čepeľ podstúpi zlomeninu únavy s nízkym cyklom.
(3) Ak má čepeľ abnormálne podmienky, ako je flutter, rezonancia a prehrievanie, celková hodnota napätia v nebezpečnej časti je vyššia ako jej pevnosť výťažku, čo vedie k zlomenine únavy s nízkym cyklom čepele. Zlomenina únavy s nízkym cyklom je spôsobená hlavne dôvodmi dizajnu a väčšina sa vyskytuje okolo koreňa čepele. Pri typickej zlomenine s nízkym cyklom nie je zjavný únava.
Čepeľ zlyhanie zlomenín zlyhania únavy z únavy
Zlomenie únavy s vysokým cyklom sa vzťahuje na zlomeninu, ktorá sa vyskytuje pod torznou rezonanciou čepele, a má nasledujúce reprezentatívne charakteristiky:
(1) Kvapka rohu sa vyskytuje v torznom rezonančnom uzle.
(2) Pri únavovej zlomenine čepele je možné vidieť zjavnú krivku únavy, ale krivka únavy je veľmi tenká.
(3) Zlomenina sa zvyčajne začína zo zadnej časti čepele a siaha do povodia čepele a únavová zóna zaberá hlavnú plochu povrchu zlomenín.
Existujú dva hlavné dôvody pre torzné únavové trhliny čepele: jednou je torzná rezonancia a druhá je rozsiahla hrdza na povrchu čepele alebo dopad vonkajšej sily.
Čepeľ Vysoko teplotná únava a zlyhanie zlomeniny únavy z únavy tepelného poškodenia
Čepele rotora turbíny fungujú v prostredí s vysokou teplotou a sú vystavené zmenám teploty a striedavým napätiam, ktoré vedú k poškodeniu čepelí a únavou (pozri obrázok 2). Pre zlomeninu únavy s vysokou teplotou čepelí musia byť splnené nasledujúce tri podmienky:
(1) zlomenina únavy čepele ukazuje hlavne charakteristiky intergranulárnej zlomeniny.
(2) teplota v lokalite zlomenín čepele je vyššia ako limitná teplota tečenia materiálu;
(3) Miesto zlomenín únavy čepele môže odolávať iba odstredivému ťahu v ťahu štvorcovej vlny, ktoré pri tejto teplote presahuje limit tečenia alebo únavu.
Všeobecne je únavová zlomenina lopatiek rotora pri vysokých teplotách mimoriadne zriedkavá, ale pri skutočnom použití je zlomenina únavy spôsobená tepelným poškodením rotora relatívne častá. Počas prevádzky motora sa prehriatie alebo prepávanie komponentov v dôsledku krátkodobej nadpriprácie za neobvyklých pracovných podmienok nazýva poškodenie prehriatia. Pri vysokých teplotách sú únavové trhliny náchylné na čepele. Zlomenina únavy spôsobená vysokým poškodením teploty má nasledujúce hlavné charakteristiky:
(1) Poloha zlomenín sa zvyčajne nachádza v oblasti najvyššej teploty čepele, kolmá na os čepele.
(2) Zlomenina pochádza z vstupného okraja oblasti zdroja a jej prierez je tmavý a má vysoký stupeň oxidácie. Prierez v sekcii predĺženia je relatívne plochý a farba nie je taká tmavá ako oblasť zdroja.
Technológia opravy zlyhania čepeľou lietadla
Palubná kontrola boreskopu
Inšpekcia palubného boreskopu je vizuálne skontrolovať lopatky turbíny cez sondu v skrinke na turbínu motora. Táto technológia nevyžaduje demontáž motora a môže byť dokončená priamo na lietadle, čo je pohodlné a rýchle. Inšpekcia boreskopu môže lepšie zistiť pálenie, koróziu a demontáž lopatiek turbíny, ktoré môžu pomôcť porozumieť a zvládnuť technológiu a zdravie turbíny, aby vykonali komplexnú kontrolu čepelí turbín a zabezpečili normálnu prevádzku motora. Obrázok 3 zobrazuje kontrolu boreskopov.
Predbežné ošetrenie pred kontrolou v opravárenskom workshope
Povrch lopatiek turbíny je pokrytý usadeninami po spaľovaní, povlakoch a vrstvách tepelnej korózie tvorené oxidačnou koróziou s vysokou teplotou. Ukladanie uhlíka zvýši hrúbku steny čepelí, čo spôsobí zmeny v pôvodnej dráhe prúdenia vzduchu, čím sa zníži účinnosť turbíny; Tepelná korózia zníži mechanické vlastnosti čepelí; A v dôsledku prítomnosti ložisiek uhlíka je poškodenie povrchu čepele zakryté, čo sťažuje detekciu. Preto sa musia pred monitorovaním a opravou čepelí vyčistiť ložiská uhlíka.
Testovanie integrity čepele
V minulosti sa na detekciu priemeru motorov lietadiel použili „tvrdé“ meracie nástroje, ako sú uhlové meradlá a strmene. Táto metóda je jednoduchá, ale je ľahko ovplyvnená ľudskou interferenciou a má defekty, ako je nízka presnosť a pomalá rýchlosť detekcie. Následne, na základe súradníckeho meracích strojov, bola napísaná aplikácia pre automatické ovládanie mikropočítačov a bol vyvinutý merací systém pre geometrické rozmery čepele. Automatickou detekciou čepele a jej porovnaním so štandardným tvarom čepele sa výsledky testov chýb automaticky uvádzajú na určenie dostupnosti čepele a požadovanej metódy údržby. Aj keď sú koordinované nástroje na meranie rôznych výrobcov rozdiely v konkrétnych technológiách, majú nasledujúce spoločné znaky: vysoká úroveň automatizácie, rýchla detekcia, spravidla je možné zistiť jednu čepeľ za 1 minútu a mať dobré expanzné schopnosti. Úpravou štandardnej databázy tvaru čepele je možné zistiť rôzne typy čepelí. Obrázok 4 zobrazuje test integrity.
Údržba čepele lietadla
Technológia tepelného spreja
Technológia tepelného postrekovania je spaľovanie vlákien alebo práškových materiálov do roztaveného stavu, ďalej ich rozprašovať a potom ich uložiť na striekanie častí alebo substrátov.
(1) povlaky odolné voči opotrebeniu
Povlaky odolné voči opotrebeniu, ako sú povlaky na báze kobaltov, niklu a volfrámu karbidu, sa v častiach leteckých motorov široko používajú na zníženie trenia spôsobeného vibráciami, kĺzaním, kolíziou, trením a iným trením počas prevádzky motorov lietadiel, čím sa zlepšuje výkonnosť a životnosť servisu.
(2) povlaky odolné voči teplu
Aby sa zvýšili ťah, moderné lietadlá musia zvýšiť teplotu pred turbínou na maximum. Týmto spôsobom sa zodpovedajúcim spôsobom zvýši prevádzková teplota lopatiek turbíny. Aj keď sa používajú materiály odolné voči teplu, stále je ťažké splniť požiadavky používania. Výsledky testov ukazujú, že nanášanie tepelne odolných povlakov na povrch čepelí turbíny môže zlepšiť tepelný odpor častí a vyhnúť sa deformácii a praskaniu častí.
(3) Zvratné povlaky
V moderných motoroch lietadiel je turbína zložená z puzdra zloženého z viacerých horizontálnych čepelí statora a čepele rotora pripevneného na disku. Aby sa zlepšila účinnosť motora, by sa mala čo najviac znížiť vzdialenosť medzi dvoma zložkami statora a rotora. Táto medzera obsahuje „medzeru“ medzi špičkou rotora a pevným vonkajším krúžkom a „javisková medzera“ medzi každou fázou rotora a puzdra. Aby sa znížil únik vzduchu spôsobený nadmernou medzerou, sú medzery teoreticky potrebné, aby boli čo najviac nulové, pretože skutočná chyba chyby a chyba inštalácie výrobných častí je ťažké dosiahnuť; Okrem toho sa koleso pod vysokou teplotou a vysokou rýchlosťou tiež pohybuje pozdĺžne, čo spôsobí, že čepele radiálne „rastú“. V dôsledku deformácie ohybu, tepelnej expanzie a kontrakcie obrobku sa postrekovacie povlaky používajú na to, aby mali najmenšiu vedomú medzeru, tj postrekovanie rôznych povlakov na povrch blízko hornej časti čepele; Keď sa rotujúce časti otria, povlak spôsobí obetné opotrebenie, čím sa medzera zníži na minimum. Obrázok 5 zobrazuje technológiu tepelného postrekovania.
Výstrel
Technológia peeningu Shot využíva vysokorýchlostné projektily na ovplyvnenie povrchu obrobku, vytvára zvyškový kompresívny napätie na povrchu obrobku a do istej miery vytvárajú posilňujúci materiál na zlepšenie únavovej pevnosti produktu a zníženie výkonu materiálu korózie napätia. Obrázok 6 zobrazuje čepeľ po výstrele.
(1) suchý výstrel peening
Technológia peening suchého záberu využíva odstredivú silu na vytvorenie vrstvy posilňujúcej povrchu s určitou hrúbkou na povrchu obrobku. Aj keď technológia peening suchého výstrelu má jednoduché vybavenie a vysokú účinnosť, stále má problémy, ako je znečistenie prachom, vysoký hluk a vysoká spotreba výstrelu počas hromadnej výroby.
(2) Vodný výstrel peening
Voda, ktorý peening má rovnaký posilňovací mechanizmus ako suchý výstrel. Rozdiel je v tom, že namiesto výstrelu používa rýchlo sa pohybujúce tekuté častice, čím sa znižuje vplyv prachu na životné prostredie počas suchého výstrelu, čím sa zlepšuje pracovné prostredie.
(3) Posilnenie rotačnej dosky
Americká spoločnosť 3M vyvinula nový typ procesu posilňovania záberov. Jeho metóda posilňovania je použiť rotačnú dosku s výstrelom na nepretržité údery kovového povrchu pri vysokej rýchlosti, aby sa vytvorila vrstva posilňujúcej povrchu. V porovnaní s peeningom Shot má výhody jednoduchého vybavenia, ľahkého využívania, vysokej účinnosti, hospodárstva a trvanlivosti. Posilnenie rotačnej doštičky znamená, že keď vysokorýchlostný výstrel zasiahne čepeľ, povrch čepele sa rýchlo rozširuje, čo spôsobí, že podstúpi plastickú deformáciu v určitej hĺbke. Hrúbka deformačnej vrstvy súvisí s nárazovou pevnosťou projektilu a mechanickými vlastnosťami materiálu obrobku a môže všeobecne dosiahnuť 0. 12 až 0. 75 mm. Upravením procesu peeningu strely je možné získať primeranú hrúbku deformačnej vrstvy. Pri pôsobení záberového peeningu, keď dôjde k plastickej deformácii na povrchu čepele, bude tiež deformovať susedná pod povrchová plocha. V porovnaní s povrchom je však deformácia podpovrchovej plochy menšia. Bez dosiahnutia bodu výnosu je stále v štádiu elastickej deformácie, takže nejednotná plastifikácia medzi povrchom a spodnou vrstvou je nerovnomerná, čo môže spôsobiť zvyškové zmeny napätia v materiáli po postrekovaní. Výsledky testov ukazujú, že po výstrele sa po výstrele vyskytuje zvyškové kompresívne napätie a v určitej hĺbke sa na podpovrchovom povrchu objavuje ťahové napätie. Zvyškový kompresívny napätie na povrchu je niekoľkokrát pod povrchom. Toto rozdelenie zvyškového stresu je veľmi prospešné na zlepšenie únavovej pevnosti a odolnosti proti korózii. Preto technológia záberu zohráva veľmi dôležitú úlohu pri predĺžení životnosti výrobkov a zlepšovaní kvality výrobkov.
Poťahová oprava
V motoroch lietadiel mnoho pokročilých lopatiek turbíny využíva technológiu poťahovania na zlepšenie ich antioxidácie, proti korózie a vlastností rezistentných na opotrebenie; Keďže však budú čepele poškodené počas používania v rôznej miere, musia sa opraviť počas údržby čepele, zvyčajne odstránením pôvodného povlaku a potom použitím novej vrstvy povlaku.
