Lamele de turbină sunt o parte importantă a motoarelor aeronavei, cu temperaturi ridicate, sarcină grea și structură complexă. Calitatea inspecției și întreținerii este strâns legată de durabilitatea și durata de viață a muncii. Această lucrare studiază inspecția și întreținerea lamelor motorului aeronavei, analizează modul de eșec al lamelor motorului aeronavei și rezumă tehnologia de detectare a eșecului și tehnologia de întreținere a lamelor motorului aeronavei.

În proiectarea lamelor de turbină, se folosesc deseori materiale cu o calitate superioară, iar marja de lucru este redusă prin îmbunătățirea structurii și a tehnologiei de procesare, astfel încât să îmbunătățească raportul de tracțiune-greutate a motorului. Lama de turbină este un aer aerodinamic care poate realiza lucrări echivalente pe întreaga lungime a lamei, asigurând astfel că fluxul de aer are un unghi de rotație între rădăcina lamei și vârful lamei, iar unghiul de rotație la vârful lamei este mai mare decât cel de la rădăcina lamei. Este foarte important să instalați lama rotorului de turbină pe discul turbinei. Tenonul „în formă de brad” este rotorul turbinei cu gaz modern. A fost prelucrat precis și conceput pentru a se asigura că toate flanșele pot suporta sarcina uniform. Când turbina este staționară, lama are o mișcare tangențială la canelura dinților, iar când turbina se rotește, rădăcina lamei este strânsă pe disc din cauza efectului centrifugal. Materialul rotorului este un factor important în asigurarea performanței și fiabilității turbinei. În primele zile, au fost utilizate și fabricate aliaje de temperatură înaltă deformată prin forjare. Odată cu avansarea continuă a proiectării motorului și a tehnologiei de turnare a preciziei, lamele de turbină s -au schimbat de la aliaje deformate la gol, policristaline la un singur cristal, iar rezistența la căldură a lamelor a fost mult îmbunătățită. Superalloy-uri cu un singur cristal pe bază de nichel sunt utilizate pe scară largă la producerea unor părți finale la cald ale motoarelor de aviație, datorită proprietăților lor excelente de fluaj de temperatură ridicată. Prin urmare, cercetările aprofundate privind inspecția și întreținerea lamelor de turbină au o semnificație deosebită pentru îmbunătățirea siguranței funcționării motorului și evaluarea cu exactitate a morfologiei daunelor și a gradului de deteriorare a lamelor.

Moduri de eșec ale lamelor motorului aeronavei

Eșecul fracturii de oboseală cu ciclu scăzut lamă

În lucrările reale, fractura de oboseală cu ciclu scăzut de lame ale rotorului nu este de obicei ușor de avut loc, dar în următoarele trei condiții, va apărea o fractură de oboseală cu ciclu scăzut. Figura 1 este o diagramă schematică a fracturii lamei.

(1) Deși stresul de lucru pe secțiunea periculoasă este mai mic decât rezistența la randament a materialului, există defecte locale mari la secțiunea periculoasă. În această zonă, datorită existenței unor defecte, suprafața mai mare din apropiere depășește rezistența la randament a materialului, rezultând o cantitate mare de deformare plastică, ceea ce duce la o fractură de oboseală cu ciclu scăzut.

(2) Datorită considerațiilor slabe de proiectare, stresul de lucru al lamei pe secțiunea periculoasă este apropiat sau depășește rezistența la randament a materialului. Când există defecte suplimentare în partea periculoasă, lama va suferi o fractură de oboseală cu ciclu scăzut.

(3) Când lama are condiții anormale, cum ar fi flutterul, rezonanța și supraîncălzirea, valoarea totală de stres a secțiunii sale periculoase este mai mare decât rezistența la randament, ceea ce duce la o fractură de oboseală cu ciclu scăzut a lamei. Fractura de oboseală cu ciclu scăzut este cauzată în principal de motive de proiectare, iar cea mai mare parte a acesteia apare în jurul rădăcinii lamei. Nu există un arc de oboseală evident la fractura tipică cu ciclu scăzut.

Blade Torsional Resonance Oboserie Eșec la fractură

Fractura de oboseală cu ciclu ridicat se referă la fractura care apare sub rezonanța torsională a lamei și are următoarele caracteristici reprezentative:

(1) Căderea de colț are loc la nodul de rezonanță torsională.

(2) O curbă de oboseală evidentă poate fi observată la fractura de oboseală a lamei, dar curba de oboseală este foarte subțire.

(3) Fractura pornește de obicei din spatele lamei și se extinde în bazinul lamei, iar zona de oboseală ocupă zona principală a suprafeței fracturii.

Există două motive principale pentru fisurile de oboseală torsională ale lamei: unul este rezonanța torsională, iar cealaltă este rugina extinsă pe suprafața lamei sau impactul forței externe.

Blade oboseala la temperaturi ridicate și deteriorarea termică a oboselii Eșecul fracturii

Lamele rotorului de turbină funcționează într -un mediu de temperatură ridicată și sunt supuse modificărilor de temperatură și a tensiunilor alternative, ceea ce duc la deteriorarea fluajului și a oboselii lamelor (a se vedea figura 2). Pentru fractura de oboseală la temperatură ridicată a lamelor, trebuie îndeplinite următoarele trei condiții:

(1) Fractura de oboseală a lamei arată în principal caracteristicile fracturii intergranulare.

(2) Temperatura la locul de fractură al lamei este mai mare decât temperatura limită de fluier a materialului;

(3) Situl de fractură de oboseală a lamei nu poate rezista decât la stresul de tracțiune centrifugal al formei de undă pătrate, care depășește limita de fluier sau limita de oboseală la această temperatură.

În general, fractura de oboseală a lamelor rotorului la temperaturi ridicate este extrem de rară, dar, în utilizare reală, fractura de oboseală cauzată de deteriorarea termică a rotorului este relativ frecventă. În timpul funcționării motorului, supraîncălzirea sau suprasolicitarea componentelor din cauza supraemperaturii pe termen scurt în condiții de muncă anormale se numește deteriorarea supraîncălzirii. La temperaturi ridicate, fisurile de oboseală sunt predispuse să apară în lame. Fractura de oboseală cauzată de deteriorarea temperaturii ridicate are următoarele caracteristici principale:

(1) Poziția fracturii este în general localizată în cea mai înaltă zonă de temperatură a lamei, perpendiculară pe axa lamei.

(2) Fractura provine din marginea de intrare a zonei sursă, iar secțiunea sa transversală este întunecată și are un grad ridicat de oxidare. Secțiunea transversală a secțiunii de extensie este relativ plană, iar culoarea nu este la fel de întunecată ca zona sursă.

Tehnologia de reparare a eșecului la lamele motorului aeronavei

Inspecție la borescope la bord

Inspecția la borescope la bord este de a inspecta vizual lamele turbinei printr-o sondă în cutia de turbină a motorului. Această tehnologie nu necesită demontarea motorului și poate fi completată direct pe aeronavă, ceea ce este convenabil și rapid. Inspecția Borescope poate detecta mai bine arderea, coroziunea și deconectarea lamelor de turbină, ceea ce poate ajuta la înțelegerea și stăpânirea tehnologiei și sănătății turbinei, astfel încât să efectueze o inspecție cuprinzătoare a lamelor turbinei și să asigure funcționarea normală a motorului. Figura 3 prezintă inspecția borescopului.

Tratament pre-curățare înainte de inspecție în atelierul de reparații

Suprafața lamelor turbinei este acoperită cu depozite după combustie, acoperiri și straturi de coroziune termică formate prin coroziune de oxidare la temperaturi ridicate. Depunerea de carbon va crește grosimea peretelui lamelor, provocând modificări ale căii inițiale ale fluxului de aer, reducând astfel eficiența turbinei; Coroziunea termică va reduce proprietățile mecanice ale lamelor; Și datorită prezenței depozitelor de carbon, deteriorarea suprafeței lamei este întunecată, ceea ce face dificilă detectarea. Prin urmare, înainte de monitorizarea și repararea lamelor, depozitele de carbon trebuie curățate.

Testarea integrității lamei

În trecut, instrumentele de măsurare „dure”, cum ar fi manometrele unghiulare și etrierile au fost utilizate pentru a detecta diametrul lamei motoarelor aeronavei. Această metodă este simplă, dar este ușor afectată de interferența umană și are defecte precum o precizie scăzută și viteza de detectare lentă. Ulterior, pe baza mașinii de măsurare a coordonatelor, a fost scrisă o aplicație pentru controlul automat al microcomputerului și a fost dezvoltat un sistem de măsurare pentru dimensiunile geometrice ale lamei. Prin detectarea automată a lamei și compararea acesteia cu forma standard a lamei, rezultatele testelor de eroare sunt date automat pentru a determina disponibilitatea lamei și metoda de întreținere necesară. Deși instrumentele de măsurare a coordonatelor diferitelor producătorilor au diferențe în tehnologii specifice, acestea au următoarele comunități: nivel de automatizare ridicat, detectare rapidă, în general o lamă poate fi detectată în 1 minut și au capacități de expansiune bune. Prin modificarea unei baze de date standard de formă lame, se pot detecta diverse tipuri de lame. Figura 4 prezintă testul de integritate.

Întreținerea lamei motorului aeronavei

Tehnologie prin pulverizare termică

Tehnologia de pulverizare termică este de a arde fibre sau materiale pudră într -o stare topită, atomizează -le în continuare, apoi le depune pe piese sau substraturi pentru a fi pulverizate.

(1) Acoperiri rezistente la uzură

Acoperirile rezistente la uzură, cum ar fi acoperirile pe bază de cobalt, pe bază de nichel și pe bază de carbură de tungsten, sunt utilizate pe scară largă în piesele motorului aeronavei pentru a reduce frecarea cauzată de vibrații, alunecare, coliziune, frecare și alte frecări în timpul funcționării motoarelor aeronavei, îmbunătățind astfel performanța și durata de viață a serviciilor.

(2) Acoperiri rezistente la căldură

Pentru a crește tracțiunea, motoarele aeronavelor moderne trebuie să crească temperatura înainte de turbină la maxim. În acest fel, temperatura de funcționare a lamelor turbinei va crește în consecință. Deși sunt utilizate materiale rezistente la căldură, este totuși dificil să îndeplinești cerințele de utilizare. Rezultatele testelor arată că aplicarea acoperirilor rezistente la căldură pe suprafața lamelor turbinei poate îmbunătăți rezistența la căldură a pieselor și poate evita deformarea și fisurarea pieselor.

(3) Acoperiri abradabile

În motoarele aeronave moderne, turbina este compusă dintr -o carcasă compusă din mai multe lame orizontale statorice și o lamă rotorului fixată pe un disc. Pentru a îmbunătăți eficiența motorului, distanța dintre cele două componente ale statorului și rotor trebuie redusă pe cât posibil. Acest decalaj include „decalajul vârfului” dintre vârful rotorului și inelul exterior fix și „decalajul de scenă” între fiecare etapă a rotorului și carcasă. Pentru a reduce scurgerea de aer cauzată de decalajul excesiv, lacunele sunt teoretic necesare pentru a fi zero cât mai mult posibil, deoarece eroarea reală și eroarea de instalare a pieselor de producție sunt dificil de realizat; În plus, sub temperatură ridicată și viteză mare, roata se va mișca longitudinal, ceea ce face ca lamele să „crească” radial. Datorită deformării de îndoire, expansiunii termice și contracției piesei de prelucrare, acoperirile de uzură prin pulverizare sunt utilizate pentru a face ca acesta să aibă cel mai mic decalaj conștient, adică pulverizarea diverselor acoperiri pe suprafața de lângă vârful lamei; Când părțile rotative se freacă împotriva ei, acoperirea va produce uzură de sacrificiu, reducând astfel decalajul la minimum. Figura 5 prezintă tehnologia de pulverizare termică.

Împușcat peening

Tehnologia de peening de împușcare folosește proiectile de mare viteză pentru a avea impact asupra suprafeței piesei de lucru, generând un stres de compresie rezidual pe suprafața piesei de lucru și formând un material de întărire într-o anumită măsură pentru a îmbunătăți rezistența la oboseală a produsului și a reduce performanța de coroziune a stresului materialului. Figura 6 prezintă lama după împușcare.

(1) Peeningul uscat

Tehnologia de peening de împușcare uscată folosește forța centrifugă pentru a forma un strat de întărire a suprafeței cu o anumită grosime pe suprafața piesei de lucru. Deși tehnologia de peening de împușcare uscată are echipamente simple și eficiență ridicată, aceasta are încă probleme precum poluarea prafului, zgomotul ridicat și consumul ridicat de lovituri în timpul producției în masă.

(2) împușcat cu apă peening

Apa de apă peening are același mecanism de întărire ca și peeningul uscat. Diferența este că folosește particule de lichid cu mișcare rapidă în loc de împușcare, reducând astfel impactul prafului asupra mediului în timpul împușcăturii uscate, îmbunătățind astfel mediul de lucru.

(3) întărirea plăcii rotative

Compania americană 3M a dezvoltat un nou tip de proces de întărire a împușcăturilor. Metoda sa de întărire este de a utiliza o placă rotativă cu filmare pentru a lovi continuu suprafața metalică la viteză mare pentru a forma un strat de întărire a suprafeței. În comparație cu peeningul împușcat, are avantajele echipamentelor simple, utilizarea ușoară, eficiența ridicată, economia și durabilitatea. Întărirea plăcii rotative înseamnă că atunci când o lovitură de mare viteză lovește lama, suprafața lamei se va extinde rapid, determinând să sufere o deformare din plastic la o anumită adâncime. Grosimea stratului de deformare este legată de rezistența la impact a proiectilului și de proprietățile mecanice ale materialului piesei de prelucrat și poate ajunge în general la 0. 12 până la 0. 75 mm. Prin reglarea procesului de împușcare, se poate obține grosimea corespunzătoare a stratului de deformare. În cadrul acțiunii de peening, atunci când are loc deformarea plastică pe suprafața lamei, subsolul adiacent se va deforma. Cu toate acestea, în comparație cu suprafața, deformarea subsolului este mai mică. Fără a ajunge la punctul de randament, acesta este încă în stadiul de deformare elastică, astfel încât plastifierea neuniformă între suprafață și stratul inferior este inegală, ceea ce poate provoca modificări de tensiune reziduală în material după pulverizare. Rezultatele testelor arată că există o tensiune de compresie reziduală pe suprafață după ce a împușcat peening, iar la o anumită adâncime, stresul de tracțiune apare la subteran. Stresul de compresie reziduală pe suprafață este de mai multe ori decât cea a subteranului. Această distribuție a stresului rezidual este foarte benefică pentru a îmbunătăți rezistența la oboseală și rezistența la coroziune. Prin urmare, tehnologia Shot Peening joacă un rol foarte important în extinderea duratei de viață a produselor și îmbunătățirea calității produselor.

Repararea acoperirii

În motoarele aeronavelor, multe lame avansate de turbină folosesc tehnologie de acoperire pentru a-și îmbunătăți proprietățile anti-oxidare, anticorroziune și rezistente la uzură; Cu toate acestea, din moment ce lamele vor fi deteriorate în grade diferite în timpul utilizării, acestea trebuie reparate în timpul întreținerii lamei, de obicei prin dezbrăcarea acoperirii inițiale și apoi aplicând un nou strat de acoperire.