Istraživanje i primjena adaptivne tehnologije stapanja za popravak štete na čepcima turbinskih listova zrakoplovnog motora

Popravak oštećenih turbinekih lopatica ima veliku važnost za održavanje i produženje života avionskih motora. Ovaj članak pregleda napredak istraživanja tehnologije popravka određene nikl-bazirane litne visokotempraturne legure turbineke lopatici, s naglaskom na metodu popravka prilagođenog obrade na vrhu lopatici, te detaljno objašnjava eksperimentalni proces obrade i potvrda rezultata, a gleda prema razvojnim mogućnostima tehnologije popravka turbinekih lopatica.

Motorna jedinica letelice je snagažarna jezgra letelice. Među različitim komponentama motorne jedinice, funkcionalna misija i radna karakteristika turbinskih lopatica određuju da su one jedan od rotirajućih dijelova s najgorim naprezanjima i najvećom opterećenjem u motornoj jedinici letelice, što uzrokuje također česte kvarove i štete na turskinih lopaticama. Među njima, prska kvara ima najveću vjerojatnost pojavljivanja i najveći štetu, glavno umor prskava uzrokovana centrifugalnom silom nadodane savijajućem stresu, flater umor prskava uzrokovane vibracijskom okolinom, i visoko temperaturni umor prskava uzrokovani korozivnim štetama izazvanim okolišnjim sredinama. U ovom trenutku, kako bi se smanjio trošak upotrebe motora, remanufaktura i popravak oštećenih turskih lopatica ima veliku važnost.

Među ključnim tehnologijama za popravak turbinskih lopatica, adaptivna obradna tehnologija privukla je pažnju mnogih istraživača kao učinkovit način postizanja glatke preklapajuće zone oštećenih rubova i visokoprecizne formiranje popravljenih područja. TTL, britanska tvrtka, dobiva podatke o presjecnim linijama lopatica putem kontaktne mjere i koristi izmjerene podatke o presjecnim linijama za obnovu modela područja trošenja vrha pomicanjem duž Z pravca, a zatim generira obradne kodove za uklanjanje sloja nadgradnje. Delcam, britanska tvrtka, predložila je metodu rekonstrukcije modela za popravak vrha turbinskih lopatica putem mašinske mjere, što je smanjilo problem akumulacije položajnih pogrešaka kroz mašinsku mjeru; dvije presjecne podatke blizu sloja nadgradnje dobivene su kontaktom mjerenjem, a izračunato geometrijsko područje koje treba popraviti na trošenom vrhu ravnozrnate lopice kako bi se dovršio cijeli proces popravke odstranjivanjem. Na temelju sive sustavne teorije, Ding Huapeng je predvidio kružnicu i debljinu profila lopice u oštećenoj zoni, a zatim je rekonstruirao potpuni model lopice, a zatim je dobio model defekta popravke kroz Booleovu razliku, čime je postigao određeni efekt popravke. Hou F i suradnici predložili su adaptivnu metodu popravke tijela lopice, uključujući modeliranje površine svarenja i optimizacijsko modeliranje ciljane površine za popravku, a na kraju su koristili simulaciju da bi dokazali učinkovitost metode popravke. Zhang X i suradnici predložili su automatski shemu popravke oštećenih područja motornih lopaca, koja se direktno formira putem materijalne nadgradnje. U usporedbi s tradicionalnim metodama popravke, to je inovativno do neke mjere, ali je teško popraviti turbinsku lopicu sa složenom površinom.

Gornje istraživanje pokazuje da je popravak lopatica motornog agregata zrakoplova trenutno vrući tematski područje u zrakoplovstvu, kako unutar domovine tako i širom svijeta. U području popravljanja, fokus je na postizanju glatke prelaze između popravljene zone i zone bez oštećenja, te na preciznom oblikovanju nakon popravka. Stoga, na temelju gornjeg istraživanja, ovaj rad uzima oštećenu radnu lopaticu turbine kao primjer za provedbu primjene adaptivne tehnologije obrade za popravak oštećenja vrha lopati, osiguravajući da se obrada i neobradena zona popravljene lopati mogu glatko preklapati, a da se cijela popravljena površina nalazi unutar konačnih tolerancija popravljene lopati.

1 Analiza procesibilnosti popravka oštećenja vrha lopati

Slika 1 prikazuje tipičnu trbušticu na vrhu lopatica turbine. Na temelju toga, predložen je postupak za regeneraciju i popravak oštećenog vrha lopatica turbine letskog motora. Stvorjena je rješenja za regeneraciju i popravak, koja uključuju uklanjanje oštećenog dijela vrha lopaste - taljenje i napajanje soldera (kao što je prikazano na slici 2) - stjecanje oblaka točaka lopatica - rekonstrukcija digitalnog modela lopatica - prilagođena obrada lopatica, kako bi se postigla prilagođena popravka geometrijske točnosti veličine i oporavak performansi lopatica. Kvaliteta i performanse popravljenog lopatica ispunjavaju projektne zahtjeve i mogu se koristiti za stvarno-vremenski popravak na mjestu popravke, pružajući učinkovito rješenje za realizaciju serijske obrade popravaka oštećenih komponenti letskih motora.

1.1 Analiza teškoća u procesu

Zbog problema preciznosti litije, postoje pojedinačne razlike između završene češlje i teorijskog modela dizajna. Veličina konture češlje oblikuje se u novom stanju, a nakon radnog ciklusa doći će do različitih stupnjeva deformacije i nedostataka. Zbog individualnosti obradivog objekta, ako se vrši popravak i obrada prema teorijskoj veličini crteža za dizajn, uništava se oblična preciznost izvorne češlje. Ako je potrebno regenerirati skup ob Radnih koda za obradu prema CAD modelu za svaki komad obrade, to će znatno utjecati na cjelokupni ciklus obrade dijela.

Vršnica ima složenu strukturu, s šefom i poklopčićem 2 do 3 mm ispod vrha vršnice, a najuzi deo šava na zadnjem rubu je samo 0,5 mm širok. Vršnica ima unutrašnju prazninu, a na površini vršnice se nalazi mnogo otvoraca za vazdušnu membranu. Šuplje lako ulaze u unutrašnju prazninu i otvore za vazdušnu membranu, što čini očišćavanje teškim.

1.2 Glavni tehnički zahtjevi

(1) Nakon popravke vršnog dijela, konture unutarnje i vanjske zakrivljene površine odgovaraju izvedbenim crtama i glatko su spojene s originalnim oblikom baze vršnice.

(2) Najmanja zidna debljina duž oblika vršnice na zadnjem rubu vrha iznosi 0,41 mm, a najmanja zidna debljina duž oblika vršnice na drugim dijelovima iznosi 0,51 mm (kao što je prikazano na slici 3).

(3) Dimenzija visine vršnice je osigurana.

(4) Roughness nije veća od Ra0,8 μm.

(5) Nije dopušteno da se šuplje ili druge nečistine nalaze u unutrašnjoj praznini i otvorima za vazdušnu membranu.

(6) Popravljena područja se pregledaju fluoroescencijom kako bi se osiguralo da nema traganja, uključenja itd., a pregled se izvodi prema standardima za fluoroescencijski pregled i kriterijima prihvaćanja.

2 Prilagođena tehnologija obrade za popravak štete na vrhu lopatica

U vidu teškoća u procesu popravke vrha lopatica radne lopaticе turbine, odnosno: deformacija svake popravljene lopatiće nije konzistentna, položaj i kut zategavanja su različiti, a izvorna preciznost litanja je problematična. Takve praktične probleme mogu se brzo otkriti online putem adaptivne obrade za svaki dio ili dio koji treba biti obradjen, te se može shvatiti stvarna oblika i distribucija položaja. Zatim sustav rekonstruira ciljni digitalni model koji je uzgodan dizajnu kroz mjerenje podataka, generira jedinstvenu personaliziranu stazu trajektorije kako bi zadovoljio proizvodnju, i na kraju odgovara dizajnu i stvarnom objektu. Adaptivna obrada tehnološke rute prikazana je na slici 4.

2.2 Tehnologija registracije podataka CAD modela

Zbog personaliziranih karakteristika praznog prostora obradivog objekta, rekonstruirani CAD model nedostaje standardna referentna ravnina za pronaći svoj koordinatni sustav, a potrebno je koristiti registracijsku tehnologiju za poravnanje njegovog koordinatnog sustava. Dva skupa točaka u prostoru su teorijski model X{xi} i mjerene informacije P{pi} obradivog objekta. Skup točaka P se rotira i prijelazi kako bi se minimizirala udaljenost s skupom točaka X, a uspostavlja se prostorna transformacijska veza između mjerenih informacija P{pi} i teorijskih modelnih informacija X{xi}. Prostorna transformacijska veza uključuje matricu rotacije R i matricu prijelaza T. Zatim se koristi metoda najbližeg točkastog pariranja za pronaći točku u X koja je najbliža svakoj točki u P za pariranje, čime se stvara novi skup točaka X', kao što je prikazano na slici 5.

3 Potvrda adaptivne tehnologije obrade za popravak štete na vrhu lopatica

Sustav prilagodnog obrade uključuje softver i hardverski sustav prilagodne obrade, poput strojeva za obradu i alata za režanje. Integracija ova dva je ključna za konačno postizanje prilagodne obrade. U radu popravke određenog vrste visokotlaka turbinskog lišća, koristio se sustav prilagodne obrade za izvršavanje popravke lišća, a završeno je više motornih lišća s popravkom i primjenom potvrde.

3.1 Koraci testiranja

Korak 1: Nakon što se oštećena područja čvora koji se popravlja ispuni preko nalaganja i površinskog varanja, dobivaju se mjerenje informacije o području blizu oštećenog ruba unutar stroja.

Korak 2: Dobivanje teorijskih modelnih informacija prije popravke ruba.

Korak 3: Koristite podatkovnu registraciju za uspostavu prostorne transformacijske veze između informacija o mjerenju i teorijskog modela (prostorna transformacijska veza uključuje rotaciju i translaciju), te dobijte popravke rotacije i translacije, odnosno količinu rotacije i translacije nakon najboljeg prilagođavanja.

Korak 4: Generirajte CLSF datoteku s lokacijom alata za obradu prema teorijskim informacijama modela, te generirajte ispravljenu poziciju alata i vektor osi alata u CLSF datoteci prema popravcima u smjeru XYZ dobivenim u koraku 3.

Korak 5: Oštrivanje i ljestiranje oštećenog dijela ruba lisca turbinine lampe pomoću modifikovane trake alata kako bi se postigla potpuna obnova preciznog ruba lisca.

Kao što je prikazano na slici 6, koristi se sonda RMP40 i lopta stilusa promjera φ6 mm za online mjerenje. Dvanaest točaka mjerenja dobiva se optimizacijom dviju sekcija blizu vrha lopatica. Generirani datoteku mjerenih podataka mogu se vratiti u računalni softverski sustav, a na temelju mjerenih podataka se u UG-u automatski generira obradni model.

Testiranje je provedeno na troosnom uspravnom strežarskom centru, a lopatica je bila uspravo izbjegava na radnoj ploči putem brzog alatnog patljaža, što je olakšalo ponovnu točnost šipanja tijekom obrade te obradu značajki u sljedećem postupku, kao što je prikazano na slici 7.

Generirana datoteka trajektorije obrade alata CLSF prikazana je na slici 8.

3.2 Zaštita unutrašnjeg prostora i vazdušnog filmskog rupa

Tijekom testa, tehnološki zahtjev da se u unutarnjem prostoru i otvorima zrakopločnog filtra ne smiju nalaziti čipovi ili druge nepoželjne tvari bio je zadovoljen. Tijekom procesnog testiranja, unutarnji prostor i više otvora zrakopločnog filtra lopaste su bili zaštićeni. Ovo tehničko istraživanje koristi funkcionalni lejal da bi zakupio unutarnji prostor i otvore zrakopločnog filtra, time ih štiteći. Dobiveno je da se pri popravci ovakvih lopastiju inozemno koristi tečna "funkcionalna epoksidna mastiljina lejal" kako bi se zaštitio prostor i otvori zrakopločnog filtra. Nakon hlađenja, ova mastiljina tvrdi što postiže zaštitni efekt. Kada se zagreje do iznad 100°C, topi i pretvara se u "pepeli", koju je moguće odbaciti putem prasevanja ili ukloniti ultrazvukovim čišćenjem. U malim otvorima ne ostaje nikakva stopa. U daljnjoj primjeni na seriji, zaštita i čišćenje prostora i malih otvora bit će posebno važno, a potrebno je nastaviti tražiti još odgovarajuće načine za sprečavanje ulaska čipova i nepoželjnih tvari.

3.3 Rezultati testiranja

Mjerom profilja vrha popravljene turbine, kao što je prikazano na slici 9, oblik ispunjava zahtjeve tehnologije procesa. Iz vizualne provjere može se vidjeti da se područje popravke lopatica i izvorni profil nakon adaptivnog ciljanja glatko prelaze, kao što je prikazano na slici 10. Debljina zida unutarnjih i vanjskih prostora je kvalificirana, površinska hrubost je ispod Ra0.8 μm, a drugi tehnički indikatori ispunjavaju tehnološke zahteve. Putem fluorescenčne provjere, proces obrade nije uzrokoval novu šupotine i druge nedostatke.

Kontaktirajte nas

Hvala vam na interesu za našu tvrtku! Kao profesionalna tvrtka za proizvodnju dijelova plinovite turbine, nastavit ćemo se baviti inovacijama u tehnologiji i poboljšanjima usluga kako bismo pružili još više visokokvalitetnih rješenja našim klijentima širom svijeta. Ako imate bilo kakva pitanja, predloge ili namjeru suradnje, svesno ćemo vam pomoci. Molimo vas da nas kontaktirate na sljedeći način:

WhatsAPP: +86 135 4409 5201
E-mail: [email protected]