البحث والتطبيق للتكنولوجيا التكيفية في صناعة إصلاح الأضرار في أطراف شفرات توربين المحركات النفاثة

إعادة إصلاح الشفرات المتضررة من التوربينات لها أهمية كبيرة في صيانة وتمديد عمر محركات الطائرات. يراجع هذا البحث تقدم تقنية إصلاح لشفرة عمل سبيكة نيكلية قاعدية ذات درجة انصهار عالي، مع التركيز على طريقة الإصلاح باستخدام التشغيل التكيفي عند طرف الشفرة، ويشرح بعمق عملية المعالجة التجريبية والنتائج التحققية، وينظر إلى آفاق تطوير تقنية إصلاح شفرات التوربين.

يعتبر محرك الطائرة النواة الرئيسية للطاقة في الطائرة. بين المكونات المختلفة لمحرك الطائرة، فإن المهمة الوظيفية وخواص التشغيل لتوربينات الشفرات تحدد أنها واحدة من الأجزاء الدوارة التي تعاني من أسوأ الإجهادات وتتحمل أكبر الحمولات في محرك الطائرة، مما يؤدي أيضًا إلى الفشل والضرر الشائعين في شفرات التوربين. من بينها، يعتبر فشل الشقوق الأكثر احتمالاً للحدوث والأكثر ضررًا، حيث تكون الشقوق الناتجة عن الإجهاد التعبي نتيجة قوة الطرد المركزي المضافة إلى إجهاد الانحناء، والشقوق الناتجة عن التعب بسبب الاهتزاز البيئي، والشقوق الناتجة عن التعب العالي الناتج عن التآكل الناتج عن وسائل الإعلام البيئية. وفي هذه المرحلة، ومن أجل تقليل تكلفة استخدام المحرك، فإن إعادة التصنيع وإصلاح الشفرات التالفة للتوربين لها أهمية كبيرة.

من بين التكنولوجيات الرئيسية لإصلاح شفرات التوربينات، جذب تقنية المعالجة التكيفية اهتمام العديد من الباحثين كوسيلة فعالة لتحقيق تداخل ناعم للحدود التالفة وتشكيل دقيق للمناطق المُصَلحة. تحصل TTL، وهي شركة بريطانية، على معلومات حول خطوط العرض العرضي للشفرة من خلال طرق القياس بالاتصال، وتستخدم المعلومات المُقاسة لملف تعريف الخط العرضي لإكمال إعادة بناء النموذج لمنطقة ارتداء الطرف عن طريق التعويض في اتجاه المحور Z، وتوليد أكواد معالجة لإزالة الطبقة الملحومة. اقترحت شركة Delcam البريطانية طريقة إعادة بناء النموذج لإصلاح طرف شفرة التوربين باستخدام القياس المباشر على الجهاز، مما قلل من مشكلة تراكم أخطاء التوضع من خلال القياس المباشر؛ تم الحصول على بيانات عرضيتين بالقرب من الطبقة الملحومة بواسطة القياس بالاتصال، وتم حساب النموذج الهندسي الذي سيتم إصلاحه لطرف الشفرة المستوية ذات الحبيبات المستقيمة للتاليت، وذلك لإكمال عملية الإصلاح بأكملها عن طريق الطحن. استنادًا إلى نظرية النظام الرمادي، تنبأ دينغ هوا بينغ بالخط الدائري والسماكة لملف تعريف الشفرة في المنطقة التالفة، ثم أعاد بناء النموذج الكامل للشفرة، ومن ثم حصل على نموذج العيب المُصَلح من خلال الفرق البولي، مما حقق تأثير إصلاح معين. اقترح هو فو وآخرون طريقة إصلاح تكيفية لجسم الشفرة، تشمل نمذجة سطح اللحام ونمذجة الهدف الأمثل للسطح المراد إصلاحه، وأخيرًا استخدموا المحاكاة لإثبات فعالية طريقة الإصلاح. اقترح تشانغ شي وآخرون خطة إصلاح آلي للمناطق التالفة من شفرات المحرك، والتي يتم تشكيلها مباشرة بواسطة تراكب المواد. مقارنةً بالطرق التقليدية للإصلاح، فهي مبتكرة إلى حد ما، لكن من الصعب إصلاح شفرات التوربينات ذات الأسطح المعقدة.

تُظهر البحوث أعلاه أن إصلاح شفرات محرك الطائرة هو موضوع ساخن في مجال الطيران داخل وخارج البلاد. وفي مجال المعالجة الإصلاحية، يركز البحث على تحقيق انصهار ناعم بين منطقة الإصلاح والمنطقة غير المتضررة، وكذلك التشكيل بدقة عالية بعد الإصلاح. لذلك، بناءً على الأبحاث الإصلاحية المذكورة أعلاه، تتناول هذه الورقة حالة الشفرة العاملة للتوربين التالف كمثال لإجراء دراسة تطبيقية حول تقنية المعالجة التكيفية لإصلاح أضرار طرف الشفرة، مما يضمن تحقيق انصهار ناعم بين مناطق المعالجة وغير المعالجة للشفرة المُصلحة، مع توافق سطح الإصلاح الكلي مع متطلبات التسامح النهائية للشفرة المُصلحة.

1 تحليل قابلية المعالجة لإصلاح أضرار طرف الشفرة

تُظهر الشكل 1 عيب شق نموذجي في طرف شفرة التوربين. بناءً على ذلك، تم اقتراح طريقة لإعادة التصنيع وإصلاح الطرف التالف لشفرة توربين محرك الطائرة. تم إنشاء حل لإعادة التصنيع والإصلاح يتضمن إزالة الجزء التالف من طرف الشفرة - اللحام الذائب وإيداع اللحام (كما هو موضح في الشكل 2) - الحصول على سحابة نقاط الشفرة - إعادة بناء النموذج الرقمي للشفرة - معالجة الشفرة بشكل تكيفي، لتحقيق إصلاح تكيفي لدقة الحجم الهندسي للشفرة واستعادة الأداء. تتوافق جودة وأداء الشفرة المُصلحة مع المتطلبات التصميم ويمكن استخدامها لإصلاح فوري في موقع الإصلاح، مما يوفر حلاً فعالاً لتحقيق معالجة إصلاح دفعة للعناصر التالفة لمحركات الطائرات.

1.1 تحليل صعوبات العملية

بسبب مشكلة دقة الصب، توجد فروقات فردية بين الشفرة النهائية والنموذج التصميمي النظري. يتم تشكيل الحجم الخارجي للشفرة في الحالة الجديدة، وبعد دورة عمل، ستحدث تشوهات وعيوب بدرجات متفاوتة. بسبب خصوصية الكائن المُعالَج، إذا تم إصلاحه ومعالجته وفقًا للأبعاد النظرية لرسم التصميم، فإن الدقة الشكلية للشفرة الأصلية ستتضرر. إذا كان يجب إعادة إنشاء مجموعة من أكواد المعالجة بناءً على نموذج CAD لكل قطعة معالجة، فسيؤثر ذلك بشكل كبير على دورة المعالجة الكاملة للجزء.

لدى طرف الشفرة بنية معقدة، حيث يوجد محور وصفيحة تغطية على بعد 2 إلى 3 مم من طرف الشفرة، وعرض أضيق لخياطة ذيل الحافة الخلفية هو فقط 0.5 مم. الشفرة هي بنية كهف داخلية، وهناك العديد من فتحات فيلم الهواء على سطح جسم الشفرة. يمكن للرقائق أن تدخل بسهولة إلى الكهف الداخلي وفتحات فيلم الهواء، مما يجعل التنظيف صعبًا.

1.2 المتطلبات الفنية الرئيسية

(1) بعد إصلاح الطرف، فإن معالم السطوح المنحنية الداخلية والخارجية تتوافق مع الرسم التصميمي وتتصل بشكل سلس مع شكل الشفرة الأصلية.

(2) سمك الجدار الأدنى على طول الشكل عند الحافة الخلفية للطرف هو 0.41 مم، وسمك الجدار الأدنى على طول الشكل عند الأجزاء الأخرى هو 0.51 مم (كما هو موضح في الشكل 3).

(3) يتم ضمان بُعد الشفرة.

(4) خشونة السطح لا تتجاوز Ra0.8 μm.

(5) لا يُسمح بوجود رقائق أوشوائب أخرى في الكهف الداخلي وفتحات فيلم الهواء.

(6) يتم فحص المنطقة المُرمَمة بالفلورسنت لضمان عدم وجود شقوق أو تراكمات وما إلى ذلك، ويتم الفحص وفقًا لمعايير فحص الفلورسنت ومعايير القبول.

التكنولوجيا 2 التكيفية لتصنيع إصلاح أضرار طرف الشفرة

نظرًا للصعوبات في عملية إصلاح طرف شفرة التوربين العامل، مثل: عدم اتساق تشوه كل شفرة مُصلحة، واختلاف موقع الفك والزاوية، ووجود مشكلات في دقة الصب الأصلي. يمكن اكتشاف هذه المشاكل العملية بسرعة عبر الإنترنت من خلال تقنية المعالجة التكيفية لكل جزء أو جزء سيتم معالجته، مما يسمح بفهم الشكل والتوزيع الموضعي الفعلي. بعد ذلك، تقوم النظام بإعادة بناء النموذج الرقمي المستهدف المتسق مع التصميم باستخدام البيانات المقاسة، وتوليد مسار مميز فريد ليلبي متطلبات تصنيع المنتج، ويتماشى أخيرًا مع التصميم والشيء الفعلي. مسار تقنية المعالجة التكيفية موضح في الشكل 4.

2.2 تقنية تسجيل بيانات نموذج CAD

بسبب الخصائص الشخصية للنموذج الفارغ للمادة المعالجة، يفتقر النموذج CAD إعادة البناء إلى مستوى مرجع منتظم لاكتشاف نظام الإحداثيات الخاص به، ومن الضروري استخدام تقنية التسجيل لمحاذاة نظام الإحداثيات. المجموعتان النقطيتان في الفضاء هما النموذج النظري X{xi} والمعلومات القياسية P{pi} للمادة المعالجة. يتم تدوير ومز مجموعة النقاط P ونقلها لتقليل المسافة مع مجموعة النقاط X، ويتم إنشاء العلاقة التحويلية المكانية بين المعلومات القياسية P{pi} والمعلومات النموذجية النظرية X{xi}. تحتوي العلاقة التحويلية المكانية على مصفوفة الدوران R ومصفوفة الترجمة T. بعد ذلك، يتم استخدام طريقة زوج النقاط الأقرب لإيجاد نقطة في X أقرب لكل نقطة في P لزوجها، مما يشكل مجموعة نقاط جديدة X' كما هو موضح في الشكل 5.

3 التحقق من تقنية الحفر التكيفية لإصلاح تلف طرف الشفرة

يشمل نظام التصنيع التكيفي برامج وأجهزة تصنيع تكيفية مثل آلات التصنيع والأدوات القاطعة. تعتبر دمج الاثنين معاً المفتاح لتحقيق التصنيع التكيفي. في عمل الإصلاح لأنواع معينة من شفرات التوربينات عالية الضغط، تم استخدام نظام التصنيع التكيفي لإجراء عمليات إصلاح للشفرات، وتم إكمال عمليات الإصلاح والتحقق من تطبيقها على عدة شفرات محرك.

3.1 خطوات الاختبار

الخطوة الأولى: بعد ملء المنطقة التالفة من طرف الشفرة المراد إصلاحها باستخدام التراص والتلحيم السطحي، يتم الحصول على المعلومات القياسية للمنطقة القريبة من طرف الشفرة التالفة من خلال الفحص داخل الجهاز.

الخطوة الثانية: الحصول على معلومات النموذج النظري قبل إصلاح طرف الشفرة.

الخطوة 3: استخدم تسجيل البيانات لتحديد العلاقة التحويلية المكانية بين معلومات القياس ومعلومات النموذج النظري (تتضمن العلاقة التحويلية المكانية الدوران والترجمة)، واحصل على تصحيح الدوران والترجمة، أي كمية الدوران والترجمة بعد التناسب الأفضل.

الخطوة 4: قم بإنشاء ملف CLSF لمسار موقع أداة التشغيل بناءً على معلومات النموذج النظري، وقم بإنشاء الموقع المصحح لأداة التشغيل والمتجه المحوري للأداة في ملف CLSF بناءً على كمية التصحيح في اتجاهات XYZ التي تم الحصول عليها في الخطوة 3.

الخطوة 5: تلميع وتسطيح المنطقة التالفة لطرف الشفرة باستخدام مسار الأداة المعدل، وذلك لتحقيق استعادة كاملة لدقة طرف الشفرة.

كما هو موضح في الشكل 6، يتم استخدام Probe RMP40 وكرة قلم بقطر 6 مم للكشف المباشر. يتم الحصول على اثني عشر نقطة قياس عن طريق تحسين القسمين القريبين من طرف الشفرة. يمكن نقل ملفات بيانات القياس الناتجة مرة أخرى إلى نظام البرمجيات الحاسوبي، ويمكن إنشاء نموذج المعالجة تلقائيًا في UG بناءً على بيانات القياس.

تم إجراء الاختبار باستخدام مركز تشغيل ثلاثي المحاور رأسي، وكانت الشفرة معلقة بشكل عمودي على الطاولة العاملة بواسطة قاعدة أدوات سريعة التغيير، مما يسهل دقة إعادة التثبيت أثناء التشغيل ومعالجة السمات في العملية اللاحقة كما هو موضح في الشكل 7.

ملف CLSF لمسار أداة التشغيل الناتج موضح في الشكل 8.

3.2 حماية التجويف الداخلي وثقب الفيلم الهوائي

خلال الاختبار، تم الوفاء بالمتطلب الفني الذي ينص على عدم السماح ببقاء شظايا أوشوائب أخرى داخل التجويف الداخلي وثقوب الفيلم الهوائي. أثناء اختبار العملية، تم حماية التجويف الداخلي وعدد من ثقوب الفيلم الهوائي للشفرة. درست هذه الدراسة الفنية استخدام الغراء الوظيفي لغلق التجويف الداخلي وثقوب الفيلم الهوائي، مما يحمي الثقوب. يُفهم أنه عند إصلاح مثل هذه الشفرات في الخارج، يتم استخدام "غراء معجون راتنج الإيبوكسي متعدد الوظائف" السائل لحماية التجويف وثقوب الفيلم الهوائي. بعد التبريد، يتصلب لتحقيق تأثير الحماية. عند تسخينه إلى أكثر من 100°C، يذوب ويتحول إلى "رماد" يمكن تنفيضه أو إزالته باستخدام التنظيف بالموجات فوق الصوتية. لا يوجد أي أثر داخل الثقوب الصغيرة. في التطبيقات الهندسية الدفعة اللاحقة، ستكون حماية وتنظيف التجاويف والثقوب الصغيرة ذات أهمية خاصة، وسيتعين الاستمرار في البحث عن طرق أكثر ملاءمة لمنع دخول الشظايا والشوائب.

3.3 نتائج الاختبار

من خلال قياس ملف الحافة المُصلحة للشفرة المتوربين كما هو موضح في الشكل 9، فإن الشكل يلبي متطلبات التكنولوجيا العملية. من فحص المظهر الخارجي، يمكن ملاحظة أن منطقة إصلاح الشفرة والمخطط الأصلي يتم انتقالهما بسلاسة بعد تلميع التكيف، كما هو موضح في الشكل 10. سمك الجدران الداخلية والخارجية مؤهل، وخشونة السطح أقل من Ra0.8 μm، والمؤشرات الفنية الأخرى تلبي المتطلبات العملية. من خلال الفحص الفلوري، لم يتسبب عملية التصنيع في حدوث شقوق جديدة أو عيوب أخرى.

اتصل بنا

شكراً لاهتمامكم بشركتنا! كوننا شركة متخصصة في تصنيع أجزاء التوربينات الغازية، سنواصل الالتزام بالابتكار التكنولوجي وتحسين الخدمة لتوفير حلول عالية الجودة لعملائنا حول العالم. إذا كان لديكم أي أسئلة، اقتراحات أو نوايا للتعاون، نحن سعداء جدًا بمساعدتكم. يرجى التواصل معنا بالطرق التالية:

واتسأب: +86 135 4409 5201
البريد الإلكتروني: [email protected]