Lentokoneen moottorilohkien vianhakemisen ja korjausteknologian tunnistaminen

Turboliikat ovat tärkeä osa lentokoneiden moottoreissa, joilla on korkea lämpötila, raskas kuormitus ja monimutkainen rakenne. Tarkastuksen ja huoltotyön laatu on tiiviissä yhteydessä työn kestoon ja käyttöelimeen. Tässä artikkelissa tutkitaan lentokoneiden moottorilohkien tarkastusta ja huoltoa, analysoi lentokoneiden moottorilohkien vikaantumismuotoja ja yhteenvetoa niiden vianhakutekniikoista ja huoltotekniikoista.

Turbopilkkeiden suunnittelussa käytetään usein uusia korkeamman laadun materiaaleja ja työskentelyvaraa vähennetään rakenteen ja prosessitekniikan parantamiseksi, jotta voidaan parantaa moottorin painovoimaprosenttiosuutta. Turbopilkki on aerodynaminen profiili, joka pystyy tekemään saman määrän työtä koko pilven pituuden yli, mikä varmistaa, että ilmojen virtauskulma vaihtelee pilven juuresta huipulle, ja että kulma on suurempi huipussa kuin juuressa. On erittäin tärkeää asentaa turbiinin rotoripilvi levylle. "Kaurismuotoinen" napattain on modernien kaasuturbiinien rotorit. Se on tarkasti käsitelty ja suunniteltu varmistaakseen, että kaikki flanssit kestää tasaisesti kuormituksen. Kun turbiini on pysähdyksissä, pilveillä on tangentiaalinen liike hampaiden sulkuissa, ja kun turbiini pyörii, pilven juuri tiivistyy levylle keskipainon vaikutuksesta. Pyörremateriaali on tärkeä tekijä turbiinin suorituskyvyn ja luotettavuuden varmistamiseksi. Aikuisina käytettiin muovutettuja korkealämpötiloja ja niitä valmistettiin forsiroidusti. Moottorien suunnittelun ja tarkkaformauksen teknologian jatkuvan edistyksen myötä turbopilkkeet ovat muuttuneet muovutetuista liitoista tyhjiöpilkkeiksi, polycrystalistä yksikkökrystaliksi, ja pilkkeiden lämpökestokyky on parantunut merkittävästi. Nikkelipohjaiset yksikkökrystalisuperaloit ovat levinneet ilmojen kuumalla puolella olevien osien tuotannossa kiinteiden korkealämpötiloisten ominaisuuksien vuoksi. Siksi syvällinen tutkimus turbopilkkeiden tarkastamisesta ja huoltoa on suurelta osin merkityksellistä moottorin toiminnan turvallisuuden parantamiseksi sekä pilkkien vahingomuodon ja vahinkotason arvioinnin tarkkuuden varmistamiseksi.

Lentokoneen moottoriturbiinilohkien epäonnistumismuodot

Lohkan lyhyen kykliksen väsymisrikos

Todellisuudessa turbiinilohkojen lyhyen kykliksen väsymisrikos ei yleensä esiinny, mutta seuraavissa kolmessa tilanteessa se voi tapahtua. Kuva 1 on lohkan rikosten kaaviokuva.

(1) Vaikka vaarallisen osan työstressi olisi pienempi kuin materiaalin rajoittava voimakkuus, vaarallisen osan suurilla paikallisilla puutteilla tässä alueessa puutteiden vuoksi suurempi lähialue ylittää materiaalin rajoittavan voimakkuuden, mikä johtaa suureen määrään plastista muodonmuutosta ja aiheuttaa lohkan lyhyen kykliksen väsymisrikoksen.

(2) Huonosti suunniteltujen harkien vuoksi vaarallisen osan työstressi on lähellä tai ylittää materiaalin rajoittavan voimakkuuden. Kun vaarallisessa osassa on ylimääräisiä puutteita, harkki kokee lyhyen kykliksen väsymisrikoksen.

(3) Kun läppäjällä on poikkeuksellisiä ilmiöitä, kuten harmoninen värinä, resonanssi ja ylikuumentuminen, sen vaarallisen osion kokonaispaine-arvo on suurempi kuin sen rajoittava voimakkuus, mikä johtaa läppäjän alapistokieroutumiseen. Alapistokieroutuminen johtuu pääasiassa suunnittelusuista, ja se tapahtuu usein läppäjän juuren ympärillä. Tyypillisessä alapistokieroutumisessa ei ole selvää väsymiskäyrää.

Läppäjän vinoresonanssiväsymisrikos

Korkeapistoisen väsymisrikoksen tarkoituksena on rikosten syntymisen torjunta läppäjän vinoresonanssin aiheuttamien voimien takia, ja sillä on seuraavat edustajana olevat ominaisuudet:

(1) Kulman pudotus tapahtuu vinoresonanssin solmukohtaisessa kohdassa.

(2) Läppäjän väsymisrikoksessa näkyy selvä väsymiskäyrä, mutta väsymiskäyrä on hyvin ohut.

(3) Rikko tyypillisesti aloittuu läppäjän takana ja laajenee läppäjän kaariin, ja väsymisalue kattaa pään alkuvuorokauden.

Liekon väännysuojumisten on olemassa kaksi pääasiallista syytä: toinen on väännysresonanssi, ja toinen on liekon pintaan liittyvän laajaa ruosteista tai ulkoisen voiman vaikutuksesta.

Liekkien korkean lämpötilan väsymyssäritys ja lämpövahingot aiheuttanut säritystapaus

Turboputken liekat työskentelevät korkeassa lämpötilassa ja joutuvat kohtaamaan lämpömuutoksia ja vaihtelevia jännitteitä, mikä johtaa liekkojen kihiseemiseen ja väsymysvahingoitumiseen (katso kuva 2). Korkean lämpötilan väsymyssärityksen tapahtumiseksi liekkeillä täytyy täyttää seuraavat kolme ehtoa:

(1) Liekan väsymyssäritys näyttää enimmäkseen kristallivälisen särityksen ominaisuuksia.

(2) Särityspaikan liekan lämpötila on korkeampi kuin materiaalin rajakihisevyyslämpötila;

(3) Liekan väsymyssärityspaikka voi vastata vain neliöaallon muotoisen keskipainovoiman, mikä ylittää kyseisen lämpötilan kihisevyyden raja-arvon tai väsymysraja-arvon.

Yleensä korkean lämpötilan aiheuttama rotorin lattian väsymysmurtuma on äärimmäisen harvinainen, mutta käytännön käytössä termohaavoittumuksesta johtuva rotorin väsymysmurtuma on suhteellisesti yleinen. Moottorin toiminnassa komponenttien lyhytaikaisen ylilämpötyksen aiheuttama liiallinen lämpötila kutsutaan ylilämpötyshävikkiseksi. Korkealla lämpötilalla väsymyssärkyvyys ilmenee helposti lattioissa. Korkean lämpötilan aiheuttaman hävikkisen vuoksi syntynyt väsymysmurtuma näyttää seuraavilta erityispiirteiltä:

(1) Murtumapaikka sijaitsee yleensä lattian korkeimman lämpötilan alueella, kohtisuorassa lattian akselista.

(2) Murtuma alkoo lähdemäärästä, joka on lähellä virtauskansiota, ja sen poikkileikkaus on tumma ja oksidointi on merkittävä. Jatko-osan poikkileikkaus on suhteellisen tasainen, eikä sen väreä ole niin tumma kuin lähdemäärän.

Ilmailumoottorin lattialle sovellettava murtumien korjaustekniikka

Kohteen sisäkuormitus tarkastus

Kokoonpanossa olevan boroskoopin tarkastus tarkoittaa turbiinisivujen visuaalista tarkastusta käyttämällä probetta moottorin turbiinilaudassa. Tätä teknologiaa ei tarvitse käyttää moottorin hajoamiseen, ja sitä voidaan suorittaa suoraan lentokoneella, mikä on helpoa ja nopeaa. Boroskoopin tarkastuksella voidaan havaita paremmin turbiinisivujen poltto, rikkiö ja irrotus, mikä auttaa ymmärtämään ja hallitsemaan turbiinin teknologiaa ja terveyttä, jotta voidaan suorittaa kattava tarkastus turbiinisivuille ja varmistaa moottorin normaali toiminta. Kuva 3 näyttää boroskoopin tarkastuksen.

Esikäsittely ennen tarkastusta korjaustyöskentelyssä

Turbiinilattien pinta on peittynyt polttoon liittyvillä saastumuksilla, peitoaineilla ja korkean lämpötilan oksidikorrosion aiheuttamilla termiikkakorrosiosyötävillä. Hiilen jäätös kasvattaa lattien seinän paksuutta, mikä aiheuttaa alkuperäisen ilvireitin muutoksia ja siten vähentää turbiinin tehokkuutta; termiikkakorrosio heikentää lattien mekaanisia ominaisuuksia; ja hiilen jäätösten vuoksi lattioiden pinnan vahingot jäävät piiloon, mikä vaikeuttaa havaitsemista. Siksi lattien seurantaan ja korjaamiseen ryhdyttäessä jäätökset täytyy poistaa.

Lattien kokoluettavuuden testaus

Menneisyydessä "kovia" mitatoimia, kuten kulmamittareita ja kalibereita, käytettiin lentokoneiden moottorien saaliiden halkaisijan tunnistamiseen. Tämä metodi on yksinkertainen, mutta se on helposti alttio ihmisen vaikutukselle ja siinä on puutteita, kuten alhainen tarkkuus ja hidas mittausnopeus. Myöhemmin koordinaattimittauslaitepohjaisessa järjestelmässä kirjoitettiin sovellus mikrotietokoneen automaattiselle hallinnalle, ja kehitettiin mittausjärjestelmä saaliiden geometrisille mitoille. Saaliita voidaan automaattisesti mitata ja vertailla standardisaaluiden kanssa, ja virhe-testitulokset annetaan automaattisesti määrittämäänkäytettävyyden ja tarvittavan huolto-ajan. Vaikka eri valmistajien koordinaattimittauslaitteet eroavatkin tietyissä teknologioissa, niillä on seuraavat yhteiset piirteet: korkea automatisointitaso, nopea havainto, yleensä yksi saalis voidaan mitata 1 minuutissa, ja ne ovat hyvin laajennettavissa. Muuttamalla standardisaalun tietokantaa voidaan mitata erilaisia saaliityyppejä. Kuva 4 näyttää kokonaisuustestin.

Lentokoneen moottorilohkan huolto

Terveysteeknologia

Terveyspisteytön teknologia polttaa kitkavia tai pudusmuotoisia materiaaleja niiden sulautumiseen, jolloin ne hienosäätetään ja sitten päällystetään osiin tai pohjoihin, jotka on pisteytettävä.

(1) Kulumukaiset peittokset

Kulumukaiset peittökset, kuten koboltiperustaiset, nikkeliperustaiset ja tungstaankarbidiperustaiset peittökset käytetään laajasti lentokoneen moottoriosissa vähentääksesi kurkistusta, liukastumista, törmäystä, kurkimista ja muita kurkistuksia lentokoneen moottorin toiminnassa, mikä parantaa suorituskykyä ja kestotyyliä.

(2) Lämpökestävät peittökset

Jotta suurennetaan työntövoimaa, modernit lentokone moottorit tarvitsevat lisäättämään lämpötilan ennen turbiinia maksimiin. Näin ollen turbiinilehtien toimintälämpötila nousee vastaavasti. Vaikka käytetäänkin kevätteitä materiaaleja, on silti vaikeaa täyttää käyttöedellytykset. Testaustulokset osoittavat, että kevätteisiä peitteitä soveltamalla turbiinilehtien pintaan voidaan parantaa osien kevätteisyyttä ja välttää osien muodostuminen ja rakoontuminen.

(3) Kevätteiset peittokset

Modernien lentokone moottoreissa turbiini koostuu useasta vaakasuunnassa asetetusta statorkiistä ja rottorista, jotka on kiinnitetty levylle. Moottorin tehokkuuden parantamiseksi staton ja rotorin komponenttien välinen etäisyys tulisi vähentää mahdollisimman paljon. Tämä väli sisältää "kärkiavaruuden" rotorin kärjen ja kiinteän ulkoisen renkaan välillä sekä "vaiheavaruuden" jokaisen rotorin vaiheen ja kuorsin välillä. Jotta voidaan vähentää ilmaa virtaavaa vuotoa liian suurta aukkoa aiheutettuna, aukot tulisi teoreettisesti olla mahdollisimman lähellä nollaa, koska todelliset virheet ja osien asennusvirheet ovat vaikeita saavuttaa; lisäksi korkeassa lämpötilassa ja korkealla nopeudella pyörähdys aiheuttaa pituuden muutoksen, mikä johtaa siihen, että kytkät "kasvavat" radiaalisesti. Työnkalun kaareytymissuhteiden, lämpölaajenemisen ja suppenemisen takia käytetään hienosahankoosteluita, jotta ne voivat luoda pienimmän tietoisesti suunniteltavan aukon, eli erilaisten peittokuvien leijailua kytkän yläosan lähellä oleville pinnille; kun pyörivät osat kitistävät niitä, peite aiheuttaa uhraushäviöt, joilla vähennetään aukkoa minimiin. Kuvio 5 näyttää termoleijailuteknologian.

Shot Peening

Shot peening -tekniikka käyttää korkean nopeuden projektileja työkalun pinnan osittaisen yhteenottoon, mikä tuottaa jäljellä olevan puristusjännityksen työkalun pinnalla ja muodostaa vahvistavan materiaalin jonkin verran parantamaan tuotteen väsymisvahvuutta ja vähentämään materiaalin stressikorrosiota. Kuvassa 6 on näkyvissä läppä after shot peeningin jälkeen.

(1) Kuiva shot peening

Kuivan shot peening -tekniikka käyttää sentrifugiorkua muodostaakseen tietyssä syvyydessä olevan pinnan vahvistamiskorkeuden työkalun pinnalla. Vaikka kuva shot peening -tekniikalla on yksinkertainen laite ja korkea tehokkuus, sillä on edelleen ongelmia, kuten pyyhepilaantumus, korkea melu ja korkea projektien kulutus massatuotannossa.

(2) Vesishot peening

Vesipohjainen shot-peenaus toimii samalla vahvistusmekanismilla kuin kuiva shot-peenaus. Erotuksena on se, että se käyttää nopeasti liikkuvia nestepartikkeleita shotin sijaan, mikä vähentää työympäristön pölyvaikutuksia kuivassa shot-peenauksessa ja parantaa näin työoloja.

(3) Kierrätty levyn vahvistus

Amerikkalainen 3M-yritys on kehittänyt uuden tyyppiä kuovauksen vahvistusprosessin. Sen vahvistusmenetelmä käyttää kuovien sisältävää pyörivää levylä, joka lyö metallipintaa korkealla nopeudella jatkuvasti, muodostaen pinnan vahvistuskerroksen. Vertailuna kuovaamiseen se tarjoaa edut, kuten yksinkertaista laitetta, helpon käytön, tehokkuuden, taloudellisuuden ja kestävyyden. Pyörivän levyn vahvistus tarkoittaa, että kun korkean nopeuden kuova osuu lehdelle, sen pinta laajenee nopeasti, aiheuttamalla sen tietyssä syvyydessä muodonmuutoksen. Muodonmuutoskerroksen paksuus riippuu kuovan vaikutusvoimasta ja työaineen mekaanisista ominaisuuksista, ja se voi yleensä saavuttaa 0,12–0,75 mm. Kuovausprosessin säätämällä voidaan saada sopiva muodonmuutoskerroksen paksuus. Kuovauksen vaikutuksesta syntyy muodonmuutos lehden pintaa koskettavasti, mikä johtaa siihen, että naapuriksi oleva alapinta muuttuu myös. Kuitenkin verrattuna pintaan alapinnan muodonmuutos on pienempi. Josko se ei ole saavuttanut rajoitusarvoa, se on vielä elastisen muodonmuutosvaiheessa, joten pinnan ja alapinnan välillä esiintyvä epäsäännöllinen muodonmuutos aiheuttaa jälkeläisjännitysten muutoksia materiaalissa kuovauksen jälkeen. Testaustulokset osoittavat, että kuovauksen jälkeen pinnalla on jälkeläispainot voimassa, ja tietyssä syvyydessä alapinnalla esiintyy venymisjännityksiä. Pinnan jälkeläispainot ovat useita kertoja suurempia kuin alapinnan. Tämä jälkeläisjännitysten jakautuminen on erittäin hyödyllistä väsymisvahvuuden ja korrosiorintamiskyvyn parantamiseksi. Siksi kuovaus teknologia on erittäin tärkeä tuotteen käyttöelämän pidentämiseksi ja tuotelaadun parantamiseksi.

Koristuksen korjaus

Ilmailukoneiden moottoreissa monet kehittyneet turbiiniselät käyttävät koriste-tekniikkaa parantaa niiden antioksidantti-, vastakaarre- ja kuljetusominaisuuksia; kuitenkin, koska selät vahingoittuvat eriasteisesti käytössä, niitä on korjattava selän huoltamisen aikana, yleensä poistamalla alkuperäinen koriste ja soveltamalla sitten uusi koristetaso.