كيف يتم تصنيع شفرات التوربين العالي الضغط في محركات الطائرات؟

مبدأ تصنيع شفرات التوربين العالي الضغط في محركات الطائرات بسيط جدًا، لكن المعلمات المختلفة في هذه العملية تتطلب العديد من التجارب للحصول على معلمات كل عقدة، وتكوين المواد المساعدة، وكذلك الكثير من الحظ.

أولاً، تتطلب شفرات التوربين العالي الضغط قنوات تبريد داخلية معقدة (انظر الشكل أدناه). أولاً، يتم صنع القنوات الداخلية للتبريد (مع استثناء فتحات هواء التبريد، والتي سنتناولها لاحقًا). ثم يتم صب نموذج الشمع باستخدام خزف خاص لتشكيل القنوات.

بعد الحصول على هذا القالب السيراميكي للقناة الهوائية، ضعه مع قالب الشفرة الخارجي ثم ضعهما في الفرن الصب. يدخل السبيكة الفائقة المذابة* إلى تجويف القالب من الأعلى إلى الأسفل (يشمل القالب الداخلي السيراميك للقناة الهوائية والقالب الشمعي الخارجي). من المزعج جدًا إنشاء طبقات لا حصر لها من الطلاء بين كل عملية صنع قوالب. الشركات الألمانية تستخدم الروبوتات لفعل ذلك، ويبدو أن روسيا لا تزال تستخدم فرشاة الخالة. هذه الطلاءات تحدد مباشرة جودة الصب، ونسبة التسامح منخفضة للغاية.

في هذه المرحلة، ستتحكم آلة الصب بدقة في درجة حرارة السبيكة الفائقة المذابة، ثم تدعها تتصلب على مستوى أفقي (أي نمورة)، من الأسفل إلى الأعلى، عندما تنمو البلورة في الحلزون (مختار البلورات)، فإنها تدفع وتختار بعضها البعض، وفي النهاية سيبقى بلورة واحدة فقط أقرب إلى الاتجاه المفترض مسبقًا، وهذه البلورة ستستمر في النمو للأعلى.

بما أن محور الضغط العالي يجب أن يدور أكثر من 10,000 مرة، فإن كل قطعة تتعرض لقوة طرد مركزي تزيد عن 10 أطنان، ونظرًا لأن قوة بلورات النيكل في كل اتجاه تكون مختلفة، فإن قطرها (وهو الاتجاه الأقوى) يحتاج إلى أن يكون ضمن 10 درجات من اتجاه القوة الطرد المركزي. (شيء آخر يجب قوله، السبيكة النيكلية الأحادية المستخدمة في رотор التوربين ذي الضغط المنخفض تتطلب اتجاه البلورة ولكن ليس بلورة واحدة فقط، لأن نقطة انصهار البلورة الواحدة أعلى بـ50K من نقطة انصهار البلورات المتعددة (تشمل البلورة الأحادية))

نسبة الإنتاج ليست مرتفعة. حسب علمي، العديد من المصانع الألمانية المتميزة للصب الدقيق حاولت هذا العملية وأفلست في النهاية. الحد الأدنى لهذه التقنية عالٍ جدًا.

أخيرًا، يتم الحصول على المنتج النهائي ويُستخدم قلوي خاص لحل القالب السيراميك المتبقي في القناة الهوائية لصنع فتحات التبريد. هناك فتحات إذابة كهربائية وفتحات كهروكيميائية. أكثر الفتحات شيوعًا تُصنع بالليزر. شكل الفتحات أيضًا معقد جدًا. بعد ذلك يوجد طلاء الكروم الكهربائي، وهو أيضًا معرفة ضخمة.

تظهر الصورة أدناه البلور متعدد الاتجاهات على اليسار، والبلورة الأحادية الاتجاه في الوسط، والبلورة الواحدة على اليمين.

ومع ذلك، بعد الصب، لا تحتوي الشفرات على فتحات الهواء التي تربط بين القناة الداخلية لتدفق الهواء البارد وسطح الشفرة. يتم هذا عادة باستخدام الليزر. نظرًا لأن الهواء البارد يفقد الكثير من الضغط عندما يتم سحبه من ضاغط الضغط العالي ويتدفق من العمود الفارغ إلى التوربين عالي الضغط، حتى لو فقد تدفق الهواء الرئيسي أيضًا الضغط أثناء مروره عبر عملية الاحتراق، فإن العملية من العمود إلى الشفرة لها تأثير معين للضغط المركزي والضغط المتزايد، إلا أنها ما زالت تحتاج إلى ضغط ثابت أعلى لتوجيه الهواء البارد نحو سطح الشفرة. في هذه الحالة، نحتاج إلى فتحة ذات مقطع ممتد للتعامل مع الهواء البارد، وتقليل الضغط الديناميكي وزيادة الضغط الثابت، ثم يقوم الهواء البارد بدفع تيار الهواء الساخن بعيدًا عن سطح الشفرة (كثير من الكلام غير المفيد). بالإضافة إلى ذلك، فإن السرعة العالية جدًا ستؤدي إلى حقن التبريد مباشرة في تيار الهواء الرئيسي، ولها مهمة أخرى وهي تكوين طبقة رقيقة من الهواء البارد على سطح الشفرة لحمايتها، مما يتطلب تباطؤًا وزيادة في الضغط.

لذلك، يحتاج هذا النوع من الفتحة إلى تحسين شكله الهندسي لمواقع مختلفة. يمكن تلقائيًا حفر الفتحات بالليزر بسهولة، لكن العيب هو أن هناك سيكون توتر على السطح الداخلي.

تحتاج ذيل المثبت المتوربين (البلورة الأحادية الاتجاه، خارج الموضوع) إلى ثقب فتحات تبريد الاستيقاظ لخدمة التوربين الدوار التالي. هذه الفتحة رفيعة جدًا ولا يمكنها تحمل الإجهاد الداخلي، لذلك يتم صنعها باستخدام التآكل الكهروكيميائي. بالطبع، هذه ليست قواعد مطلقة، وطرق المعالجة تختلف بين الشركات.

بعد القيام بهذا، تم الحصول على شفرة توربين بلورة واحدة، لكنها لم تُطلى بعد. تتطلب الشفرات الحديثة طبقة من طبقة الحماية الحرارية الزركونيا، وهي سيراميك أكسيد الزركونيا. نظرًا لأنها سيراميك، فهي هشة إلى حد ما. عندما يعمل التوربين، إذا كان هناك تشوه بسيط، فقد تنفصل القطعة بأكملها، وستذوب شفرات التوربين فورًا. وهذا أمر غير مقبول تمامًا داخل هانغفا.

ثم يوجد عملية EB-PVD (الترسب الفيزيائي بواسطة الشعاع الإلكتروني)، وهي طريقة الترسيب البخاري.

بالطبع، هناك العديد من الطبقات من المواد الأخرى قبل صنعها، مثل طلاء البلاتينيوم (البلاتينيوم)، والرش المزدوج بالبلازما، وما إلى ذلك. يوجد أيضًا طبقة لتقوية الزركونيا ولصقها مثل الغراء. بالطبع، هناك اختلافات طفيفة بين كل شركة، ولا تكون ثابتة.

أولاً، تطلق مدفعية الإلكترونات شعاع إلكتروني يتم توجيهه بواسطة الحقل المغناطيسي ليصل إلى قاعدة الزركونيا. القاعدة التي تتعرض لقصف الإلكترونات ستتحول إلى حالة غازية، ويتم توجيه الزركونيا الغازية إلى سطح الشفرة لبدء النمو. ستنمو الزركونيا على شكل عصي صغيرة قطرها مايكرون واحد وطولها 50 مايكرون، لتغطي بشكل كثيف سطح الأوراق دون أن تُغلَّف المسام. وبما أنها ليست قطعة خزفية واحدة، يمكن للعصي الصغيرة أن تتحرك قليلاً بالنسبة لبعضها البعض دون أن تنفصل القطعة بأكملها، مما يحل مشكلة الفشل الناتجة عن التشوه.

الزركونيا تتميز بصلابة عالية للغاية و conducitivity حرارية منخفضة للغاية، مما يمكنها من تحقيق انحدار درجة حرارة حادة جدًا بين قاعدة النيكل والهواء الساخن. باستخدام التبريد الداخلي وتبريد فيلم الهواء، يمكن للشفرة العمل لفترة طويلة بقوة عالية وموثوقية عالية في بيئة أعلى بكثير من درجة انصهارها الخاصة.

في هذه المرحلة، يتم إكمال سطح الشفرة. وللتناسب مع عجلة التوربين، تحتاج الشفرة أيضًا إلى جذر شفرة لهيكل على شكل شجرة أو هيكل مسمار ومقابس.

كما ذكر أعلاه، فإن كل شفرة توربين تتحمل أكثر من عشرة أطنان من قوة الطرد المركزي أثناء العمل، ويحتاج جذر الشفرة أيضًا إلى معالجته بدقة كبيرة. السبائك الخارقة القائمة على النيكل صلبة للغاية، مقاومة للحرارة العالية، وصعبة للغاية في المعالجة.

يتم طحن جذر الشفرة. يتم تثبيت الشفرة بواسطة قاطع خاص، ويدخل المطاحن العلوية والسفلية ذات الهندسة المعاكسة (القالب النسائي) في عملية الطحن.

سيتسبب هذا في تلف عجلة الطحن بسرعة، لذلك يتم إضافة عجلة طحن ماسية إيجابية إلى الخارج بين العجلتين لطحن عجلة الطحن بشكل مستمر للحفاظ على عملها. يتم لصق الحجارة الصناعية بالماس على عجلة الماس بواسطة الروبوتات.

بعد هذه العمليات والتفتيش، يكون السكين جاهزًا للعمل. إنه مجرد جزء من محرك طائرة، ومحرك الطائرة هو مجرد وحدة في الطائرة.