विमान इंजन पंखों की विफलता पत्रिका और मरम्मत प्रौद्योगिकी

टर्बाइन पंख विमान इंजनों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है, जिसमें उच्च तापमान, भारी भार और संकुलित संरचना होती है। जाँच और मरम्मत की गुणवत्ता कार्य की सहायता और सेवा जीवन के साथ निकटतम रूप से संबंधित है। यह पत्र विमान इंजन पंखों की जाँच और मरम्मत का अध्ययन करता है, विमान इंजन पंखों के विफलता मोड का विश्लेषण करता है, और विमान इंजन पंखों की विफलता पत्रिका प्रौद्योगिकी और मरम्मत प्रौद्योगिकी का सारांश देता है।

टर्बाइन ब्लेड के डिज़ाइन में, अक्सर उच्च गुणवत्ता वाले नए सामग्री का उपयोग किया जाता है, और संरचना और प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी को मजबूत करके कार्य क्षमता कम की जाती है, ताकि इंजन का थ्रʌस्ट-टू-वेट अनुपात सुधारा जा सके। टर्बाइन ब्लेड एक वायुशैली है जो पूरे ब्लेड की लंबाई पर समतुल्य कार्य प्रदान करती है, इससे सुनिश्चित होता है कि वायु प्रवाह के पास ब्लेड के मूल और छोर के बीच एक घूर्णन कोण होता है, और ब्लेड के छोर पर घूर्णन कोण मूल से अधिक होता है। टर्बाइन डिस्क पर टर्बाइन रोटर ब्लेड को लगाना बहुत महत्वपूर्ण है। 'फाइर-ट्री-शेप्ड' टेनन आधुनिक गैस टर्बाइन का रोटर है। इसे सटीक रूप से प्रसंस्कृत और डिज़ाइन किया गया है ताकि सभी फ्लेंज़ को समान रूप से भार झोलने की क्षमता हो। जब टर्बाइन स्थिर होती है, तो ब्लेड को टूथ ग्रोव में स्पर्शरेखीय गति होती है, और जब टर्बाइन घूमती है, तो ब्लेड का मूल डिस्क से बाहर जुड़ जाता है क्योंकि दूरी के कारण बल का प्रभाव होता है। इंपेलर सामग्री टर्बाइन की गतिविधि और विश्वसनीयता को सुनिश्चित करने में एक महत्वपूर्ण कारक है। शुरुआत में, विकृत उच्च-तापमान धातुओं का उपयोग और फोर्जिंग द्वारा उत्पादन किया गया। इंजन डिज़ाइन और सटीक ढालन प्रौद्योगिकी में निरंतर प्रगति के साथ, टर्बाइन ब्लेड विकृत धातुओं से खोखले, बहु-क्रिस्टलिक से एकल-क्रिस्टलिक तक बदल गए हैं, और ब्लेड की ऊष्मा प्रतिरोधकता में बड़ी सुधार हुई है। निकेल-आधारित एकल-क्रिस्टल सुपरएलायझ़ विमान इंजनों के गर्म छोर के भागों के उत्पादन में व्यापक रूप से उपयोग में लाए जाते हैं, क्योंकि इनमें उत्कृष्ट उच्च-तापमान क्रीप गुण होते हैं। इसलिए, टर्बाइन ब्लेड की जांच और रखरखाव का गहन अध्ययन इंजन की सुरक्षा को सुधारने और ब्लेड की क्षति के रूप और क्षति के स्तर का सटीक मूल्यांकन करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

विमान इंजन पंखों के असफलता ढंग

पंखे की कम साइकिल थकान टूटने की विफलता

वास्तविक कार्य में, रोटर पंखों की कम साइकिल थकान टूटना आमतौर पर नहीं होता है, लेकिन निम्नलिखित तीन परिस्थितियों के तहत, कम साइकिल थकान टूटना होगा। चित्र 1 पंखे के टूटने का योजनाबद्ध आरेख है।

(1) भयानक खंड पर कार्यात्मक तनाव मटेरियल की अधिकतम विकृति से कम होता है, लेकिन भयानक खंड पर बड़े स्थानीय दोष होते हैं। इस क्षेत्र में, दोषों के कारण, निकटतम बड़ा क्षेत्र मटेरियल की अधिकतम विकृति से अधिक हो जाता है, जिससे बड़ी मात्रा में अप्रत्याशित विकृति होती है, जिससे पंखे की कम साइकिल थकान टूटने की विफलता होती है।

(2) बुरी डिजाइन विचारों के कारण, भयानक खंड पर पंखे का कार्यात्मक तनाव मटेरियल की अधिकतम विकृति के करीब होता है या उसे पारित करता है। जब भयानक खंड में अतिरिक्त दोष होते हैं, तो पंखा कम साइकिल थकान टूटने की विफलता ग्रस्त होता है।

(3) जब पंखे में कम्पन, रिसोनेंस और ओवरहीटिंग जैसी अपराधी स्थितियाँ होती हैं, तो इसके खतरनाक खंड का कुल तनाव मान इसकी अधिकतम टेंशन से अधिक हो जाता है, जिसके कारण पंखे का कम साइकिल थकावट टूटना होता है। कम साइकिल थकावट टूटना मुख्य रूप से डिज़ाइन के कारणों से होता है, और यह अधिकांशतः पंखे के मूल के आसपास होता है। टाइपिकल कम साइकिल फ्रैक्चर में स्पष्ट थकावट चाप नहीं होती है।

पंखे की ट्विस्ट रिसोनेंस थकावट फ्रैक्चर विफलता

उच्च-साइकिल थकावट फ्रैक्चर पंखे की ट्विस्ट रिसोनेंस के तहत होने वाले फ्रैक्चर को संदर्भित करता है, और इसमें निम्नलिखित प्रतिनिधि विशेषताएँ होती हैं:

(1) कोनर ड्रॉप ट्विस्ट रिसोनेंस नोड पर होता है।

(2) पंखे के थकावट फ्रैक्चर में स्पष्ट थकावट वक्र दिखाई देता है, लेकिन थकावट वक्र बहुत पतला होता है।

(3) फ्रैक्चर आमतौर पर पंखे के पीछे से शुरू होता है और पंखे के बेसिन तक फैलता है, और थकावट क्षेत्र फ्रैक्चर सरफेस के मुख्य क्षेत्र को घेरता है।

प्लेट के टोर्सनल थकाने के फ्रैक्चर के दो मुख्य कारण हैं: एक है टोर्सनल रिजोनेंस, और दूसरा है प्लेट सतह पर व्यापक जंग या बाहरी बल का प्रभाव।

प्लेट की उच्च तापमान थकाने और थर्मल डेमेज थकाने के फ्रैक्चर की विफलता

टर्बाइन रोटर प्लेट उच्च तापमान परिवेश में काम करती हैं और तापमान के परिवर्तन और वैकल्पिक तनावों का सामना करती हैं, जिससे प्लेट की क्रीप और थकाने का कारण बनता है (चित्र 2 देखें)। प्लेट की उच्च तापमान थकाने के फ्रैक्चर के लिए निम्नलिखित तीन प्रतिबंध पूरे होने चाहिए:

(1) प्लेट के फ्रैक्चर मुख्य रूप से अंतरग्रनीय फ्रैक्चर के लक्षणों को दर्शाता है।

(2) प्लेट के फ्रैक्चर स्थल पर तापमान सामग्री की सीमा क्रीप तापमान से ऊपर है;

(3) प्लेट के फ्रैक्चर स्थल केवल वर्ग तरंग आकार के बाहरी बल तनाव को सहन कर सकता है, जो इस तापमान पर क्रीप सीमा या थकाने की सीमा से अधिक है।

आमतौर पर, उच्च तापमान पर रोटर ब्लेड का थकावट से टूटना अत्यंत दुर्लभ है, लेकिन वास्तविक उपयोग में, रोटर की गर्मी से नुकसान होने से थकावट से टूटना अपेक्षाकृत आम है। इंजन की चाल के दौरान, असाधारण कार्यात्मक परिस्थितियों में छोटे समय के लिए अधिक तापमान होने से घटकों का ओवरहीटिंग या ओवरबर्निंग होता है, जिसे ओवरहीटिंग नुकसान कहा जाता है। उच्च तापमान पर, ब्लेडों में थकावट के फ्रैक्चर बनने की संभावना अधिक होती है। उच्च तापमान से नुकसान होने से थकावट से फ्रैक्चर निम्नलिखित मुख्य विशेषताओं से चिह्नित होता है:

(1) फ्रैक्चर की स्थिति आमतौर पर ब्लेड के उच्चतम तापमान क्षेत्र में होती है, जो ब्लेड अक्स पर लंबवत होती है।

(2) फ्रैक्चर का मूल कारण क्षेत्र के इनलेट किनारे से होता है, और इसका काट अंदाज़ा गहरा होता है और ऑक्सीकरण का अधिक डिग्री होता है। विस्तार क्षेत्र का काट अपेक्षाकृत समतल होता है और रंग मूल क्षेत्र की तुलना में इतना गहरा नहीं होता।

विमान इंजन ब्लेड की विफलता मरम्मत की प्रौद्योगिकी

ऑन-बोर्ड बोरस्कोप परीक्षण

बोरस्कोप परीक्षण इंजन टर्बाइन बॉक्स में एक संधान के माध्यम से टर्बाइन ब्लेड की दृश्य परीक्षा करने के लिए होता है। यह प्रौद्योगिकी इंजन को वियोजित करने की आवश्यकता नहीं रखती है और यह विमान पर सीधे पूरा किया जा सकता है, जो सुविधाजनक और तेज़ है। बोरस्कोप परीक्षण टर्बाइन ब्लेड के ज्वलन, सरोसन और अलग होने को बेहतर ढंग से पता लगा सकता है, जो टर्बाइन की प्रौद्योगिकी और स्वास्थ्य को समझने और पकड़ने में मदद कर सकता है, ताकि टर्बाइन ब्लेड की व्यापक परीक्षा की जा सके और इंजन की सामान्य चालना सुनिश्चित की जा सके। आकृति 3 में बोरस्कोप परीक्षण दिखाया गया है।

परीक्षण से पहले मरम्मत वर्कशॉप में पूर्व-सफाई उपचार

टर्बाइन ब्लेड की सतह पर ज्वलन के बाद, कोटिंग और उच्च-तापमान ऑक्सीकरण के कारण थर्मल कॉरोशन परतें बन जाती हैं। कार्बन डिपॉजिट ब्लेड की चादर मोटाई बढ़ाएगा, जिससे मूल हवा का प्रवाह मार्ग में परिवर्तन होगा, जिससे टर्बाइन की कुशलता कम हो जाएगी; थर्मल कॉरोशन ब्लेड के यांत्रिक गुणों को कम कर देगी; और कार्बन डिपॉजिट की मौजूदगी के कारण, ब्लेड सतह पर क्षति छुप जाती है, जिससे पता लगाना मुश्किल हो जाता है। इसलिए, ब्लेड की निगरानी और मरम्मत के पहले, कार्बन डिपॉजिट को सफाद करना आवश्यक है।

ब्लेड संपूर्णता परीक्षण

पिछले समय में, विमानों की इंजन के ब्लेड की व्यास का पता लगाने के लिए "कड़ा" मापने वाले उपकरण जैसे कि कोण मापी और कैलिपर्स का उपयोग किया जाता था। यह विधि सरल है, लेकिन यह मानवीय प्रतिरोध से आसानी से प्रभावित होती है और कम सटीकता और धीमी मापन गति जैसी कमियाँ होती हैं। बाद में, निर्देशांक मापन यंत्र पर आधारित, एक ऑटोमेटिक संगणक नियंत्रण के लिए एक अनुप्रयोग लिखा गया और ब्लेड की ज्यामितीय आयामों के लिए मापन प्रणाली का विकास किया गया। मानक ब्लेड आकृति के साथ ब्लेड को स्वचालित रूप से मापने और उसे तुलना करके, त्रुटि परीक्षण परिणाम स्वचालित रूप से दिए जाते हैं जिससे ब्लेड की उपलब्धता और आवश्यक रखरखाव विधि का निर्धारण किया जाता है। हालांकि, विभिन्न निर्माताओं के निर्देशांक मापन यंत्र में विशिष्ट प्रौद्योगिकियों में अंतर होते हैं, उनमें निम्नलिखित सामान्यताएं हैं: उच्च स्तर की स्वचालन, तेजी से मापन, आमतौर पर एक ब्लेड 1 मिनट में मापा जा सकता है, और अच्छी विस्तार क्षमता है। मानक ब्लेड आकृति डेटाबेस को संशोधित करके, विभिन्न प्रकार के ब्लेड मापे जा सकते हैं। चित्र 4 में ब्लेड की पूर्णता का परीक्षण दिखाया गया है।

विमान इंजन ब्लेड संरक्षण

थर्मल स्प्रे तकनीक

थर्मल स्प्रे तकनीक तारों या पाउडर सामग्रियों को गिला हुआ अवस्था में लाती है, उन्हें और भी छोटा करती है, और फिर उन्हें स्प्रे किए जाने वाले खंडों या सबस्ट्रेट्स पर डाल देती है।

(1) सहनशील कोटिंग

सहनशील कोटिंग, जैसे कि कोबाल्ट-आधारित, निकेल-आधारित और टंगस्टन कार्बाइड-आधारित कोटिंग, विमान इंजन खंडों में व्यापक रूप से उपयोग में लाई जाती हैं ताकि विमान इंजन के संचालन के दौरान झटका, फिसलन, संघटन, घर्षण और अन्य घर्षण के कारण होने वाले घर्षण को कम किया जा सके, जिससे उनकी क्षमता और जीवनकाल में सुधार होता है।

(2) ऊष्मा-सहनशील कोटिंग

थ्रัส्ट बढ़ाने के लिए, आधुनिक हवाई जहाज़ों की मोटरों को टरबाइन से पहले तापमान को अधिकतम तक बढ़ाने की आवश्यकता होती है। इस तरह, टरबाइन ब्लेडों का संचालन तापमान अनुकूल रूप से बढ़ेगा। हालांकि ऊष्मा-प्रतिरोधी सामग्रियों का उपयोग किया जाता है, फिर भी उपयोग की मांगों को पूरा करना मुश्किल है। परीक्षण परिणाम दर्शाते हैं कि टरबाइन ब्लेडों की सतह पर ऊष्मा-प्रतिरोधी कोटिंग लगाने से खंडों की ऊष्मा-प्रतिरोधता में सुधार हो सकता है और खंडों का विकृति और फटने से बचा जा सकता है।

(3) खराब होने योग्य कोटिंग

आधुनिक विमान इंजनों में, टर्बाइन को कई क्षैतिज स्टेटर ब्लेड्स और एक डिस्क पर लगे रोटर ब्लेड से बना हुआ केसिंग से बना होता है। इंजन की दक्षता को बढ़ाने के लिए, स्टेटर और रोटर के दो घटकों के बीच की दूरी को जितनी संभव हो सके उतनी कम करना चाहिए। यह अंतर "टिप गैप" शामिल है, जो रोटर के छोर और निश्चित बाहरी चक्र के बीच होता है, और प्रत्येक रोटर के चरण और केसिंग के बीच की "स्टेज गैप"। अधिक गैप से होने वाली हवा की प्रवाहन को कम करने के लिए, गैप को सैद्धांतिक रूप से जितना संभव हो सके उतना शून्य करने की आवश्यकता होती है, क्योंकि वास्तविक त्रुटि और इनस्टॉलेशन त्रुटि के कारण यह प्राप्त करना मुश्किल है; इसके अलावा, उच्च तापमान और उच्च गति के तहत, चाकू भी लंबाई में चलता है, जिससे ब्लेड्स को त्रिज्या में "बढ़ना" पड़ता है। कार्य पिस्तू की झुकाव विकृति, ऊष्मीय विस्तार और संकुचन के कारण, चूरा खरोंच ढालने का उपयोग किया जाता है ताकि इसमें सबसे छोटा अवश्य गैप हो, यानी ब्लेड के शीर्ष के पास की सतह पर विभिन्न ढाल खरोंच ढाली जाती है; जब घूर्णन भाग इससे घर्षण करता है, तो ढाल बलिश्तिक खरोंच करता है, जिससे गैप को न्यूनतम किया जाता है। आकृति 5 में थर्मल स्प्रेइंग तकनीक दिखाई गई है।

शॉट पीनिंग

शॉट पीनिंग तकनीक को उपयोग करके कार्य प्रतिका की सतह पर उच्च गति वाले प्रोजेक्टाइल्स का प्रभाव डाला जाता है, जिससे कार्य प्रतिका की सतह पर शेष संपीडन तनाव उत्पन्न होता है और कुछ हद तक मजबूती पदार्थ बनाया जाता है, जिससे उत्पाद की थकान बल बढ़ती है और सामग्री की तनाव ग्रसण क्षमता कम हो जाती है। आकृति 6 में शॉट पीनिंग के बाद का पंख दिखाया गया है।

(1) शुष्क शॉट पीनिंग

शुष्क शॉट पीनिंग तकनीक को उपयोग करके कार्य प्रतिका की सतह पर एक निश्चित मोटाई वाली सतह मजबूती परत बनाई जाती है। हालांकि शुष्क शॉट पीनिंग तकनीक में साधन सरल हैं और दक्षता अधिक है, फिर भी बड़े पैमाने पर उत्पादन के दौरान धूल प्रदूषण, उच्च शोर, और उच्च शॉट खपत की समस्याएं होती हैं।

(2) पानी शॉट पीनिंग

पानी शॉट पीनिंग में व्यापक शॉट पीनिंग के समान मजबूती का मैकेनिजम होता है। अंतर यह है कि इसमें तेजी से चलने वाले द्रव पार्टिकल का उपयोग शॉट के बजाय किया जाता है, जिससे व्यापक शॉट पीनिंग के दौरान धूल का पर्यावरण पर प्रभाव कम होता है, जिससे काम करने वाले पर्यावरण में सुधार होता है।

(3) घूर्णी प्लेट मजबूती

अमेरिकी 3M कंपनी ने एक नया प्रकार की shot peening सुदृढ़ीकरण प्रक्रिया विकसित की है। इसकी सुदृढ़ीकरण विधि एक shot युक्त घूर्णी प्लेट का उपयोग करती है, जो उच्च गति से धातु सतह को लगातार मारती है ताकि सतह सुदृढ़ीकरण परत बन जाए। shot peening की तुलना में, इसमें उपकरणों की सरलता, आसान उपयोग, उच्च कार्यक्षमता, अर्थव्यवस्था और दूरदर्शिता के फायदे हैं। घूर्णी प्लेट सुदृढ़ीकरण का अर्थ है कि जब उच्च गति वाला shot प्लेट पर पड़ता है, तो प्लेट की सतह तेजी से फैल जाती है, जिससे निश्चित गहराई पर प्लास्टिक विकृति होती है। विकृति परत की मोटाई projectile की प्रभावशीलता और कार्यपट्टी सामग्री के यांत्रिक गुणों से संबंधित है, और यह आमतौर पर 0.12 से 0.75 मिमी तक पहुंच सकती है। shot peening प्रक्रिया को समायोजित करके उपयुक्त विकृति परत की मोटाई प्राप्त की जा सकती है। shot peening के कारण, जब प्लेट सतह पर प्लास्टिक विकृति होती है, तो निकटवर्ती उपसतह भी विकृत हो जाती है। हालांकि, सतह की तुलना में, उपसतह की विकृति कम होती है। यदि yield point तक न पहुंचा जाए, तो यह अभी भी elastic deformation stage में है, इसलिए सतह और निचली परत के बीच असमान प्लास्टिकीकरण असमान हो सकता है, जो सामग्री में residual stress परिवर्तन का कारण बन सकता है। परीक्षण परिणाम दर्शाते हैं कि shot peening के बाद सतह पर शेष compressive stress होता है, और निश्चित गहराई पर उपसतह में tensile stress दिखाई देता है। सतह पर शेष compressive stress उपसतह की तुलना में कई गुना अधिक होता है। यह शेष stress distribution थकान क्षमता और कोरोशन प्रतिरोध में सुधार करने के लिए बहुत लाभदायक है। इसलिए, shot peening प्रौद्योगिकी उत्पादों की जीवनकाल बढ़ाने और उत्पाद गुणवत्ता में सुधार करने में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

कोटिंग मरम्मत

विमान इंजनों में, कई उन्नत टर्बाइन ब्लेड कोटिंग प्रौद्योगिकी का उपयोग अपने ऑक्सीकरण प्रतिरोधी, संक्षारण प्रतिरोधी और सहनशीलता गुणों को बढ़ाने के लिए करते हैं; हालांकि, ब्लेड का उपयोग के दौरान विभिन्न डिग्री में क्षति हो सकती है, इसलिए ब्लेड मरम्मत के दौरान उन्हें मरम्मत करनी पड़ती है, आमतौर पर मूल कोटिंग को हटाकर और फिर एक नया कोटिंग परत लगाकर।