Tehnologija otkrivanja i popravke poštešenja u zrakoplovnim motorima

Lopatica turbine je važan dio avionskih motora, s visokom temperaturom, teškim optuženjem i složenom strukturom. Kvaliteta inspekcije i održavanja usko je povezana s trajivostima i životnim vremenom rada. Ovaj rad proučava inspekciju i održavanje lopatica avionskog motora, analizira način oštećenja lopatica avionskog motora i sažima tehnologiju otkrivanja oštećenja i tehnologiju održavanja lopatica avionskog motora.

U projektiranju turbinskih listića često se koriste nove materijale s višom kvalitetom, a radni margina se smanjuje poboljšanjem strukture i tehnologije obrade kako bi se povećao odnos jačine do težine motora. Turbinski listić je aerodinamički profil koji može postići ekvivalentnu radnu snagu duž cijelog duljine listića, čime se osigurava da tijek zraka ima kut rotacije između korijena i vrha listića, pri čemu je kut rotacije na vrhu veći nego kod korijena. Ključno je važno montirati turbinski rotor na turbinsku ploču. "Šumarski oblik" šakica je rotor moderne plinske turbine. Tačno je obrađen i dizajniran kako bi se osiguralo da sve flange mogu nositi opterećenje jednoliko. Kada je turbina u mirovanju, listić ima tangencijalni pokret u zubovitoj rupi, a kada se turbina okreće, korijen listića se zbog centripetalnog utjecaja stisne na ploču. Materijal impelera je važan faktor za osiguranje performansi i pouzdanosti turbine. U ranim danima su se koristile deformirane visokotemperaturne legure koje su proizvedene forge procesom. S neprestanim napredovanjem u projektiranju motora i preciznom litaju, turbinski listići su se promijenili od deformiranih legura prema praznim, polikristalnim do jednokristalnih, što je znatno poboljšalo toplinsku otpornost listića. Nikl-temeljne jednokristalne superlegure široko se koriste u proizvodnji toplih dijelova avijskih motora zbog svojih izvrstnih visokotemperaturnih krepnih svojstava. Stoga je duboka istraživanja pregleda i održavanja turbinskih listića od velikog značenja za poboljšanje sigurnosti rada motora i tačnu procjenu oblika štete i stupnja oštećenja listića.

Načini pošteđenja zrakoplovnih motornih lopatica

Pošteđenje lopatica nizkocikličnom umornom lomu

U stvarnoj radnoj situaciji, nizkociklični umorni lom rotorskih lopatica obično nije lako da se dogodi, ali pod sljedećim tri uvjeta, nizkociklični umorni lom će se pojaviti. Slika 1 je shematski prikaz lomljenja lopatica.

(1) Iako je radna naprezanja na opasnom presjeku manja od granice cijevitosti materijala, postoje velike lokalne defektnosti na opasnom presjeku. U ovom području, zbog prisutnosti defekata, veći susjedni dio premašuje granicu cijevitosti materijala, što uzrokuje veliku količinu plastične deformacije i vodi do nizkocikličnog umornog loma lopatica.

(2) Zbog loše razmatranja u dizajnu, radna naprezanja lopatica na opasnom presjeku je blizu ili premašuje granicu cijevitosti materijala. Kada postoje dodatni defekti u opasnom dijelu, lopatica će doživjeti nizkociklični umorni lom.

(3) Kada se debljina nađe u neobičnim uvjetima poput flatera, rezonancije i pretopljenja, ukupna vrijednost napona na njegovoj opasnoj sekciji veća je od njezine granične snage, što uzrokuje lom nizozobnog umora debljine. Lom nizozobnog umora uglavnom je uzrokovan dizajniranim razlozima i najčešće se događa oko korijena debljine. Nema očigledne umorne luknje kod tipičnog loma nizozobnog umora.

Oštećenje zbog loma umornog rezonantnog prigušivanja debljine

Visokociklični umorno lom odnosi se na lom koji nastupa pod utjecajem točnog rezonantnog osciliranja debljine i ima sljedeće zastupljene karakteristike:

(1) Gubitak kutova događa se u čvorovitoj točki rezonancije.

(2) Na umornom lomu debljine može se vidjeti očigledna umorna krivulja, ali je umorna krivulja vrlo tanka.

(3) Lom obično počinje s pozadi debljine i proširuje se prema bazenu debljine, a umorna zona zauzima glavni dio površine loma.

Postoji dva glavna razloga za vijorske umorničke trske lopatica: jedan je vijorska rezonanca, a drugi je široko rasprostranjena rđa na površini lopatica ili utjecaj vanjskih sila.

Povreda lomljenja visoke temperature i termičkog oštećenja umorničkog loma lopatica

Lopati rotora turbine rade u okruženju visoke temperature i podložne su promjenama temperature i izmjeničnim naprezanjima, što dovodi do križanja i umorničkog oštećenja lopatica (pogledajte Sliku 2). Za visokotemperaturno lomljenje lopatica moraju se ispunjiti sljedeći tri uvjeta:

(1) Umornički lom lopatica uglavnom prikazuje karakteristike međuzrnčastog loma.

(2) Temperatura na mjestu loma lopatica je viša od granice križanja materijala;

(3) Mjesto umorničkog loma lopatica može samo izdržati centripetalno povlačno naprezanje valnog oblika, što premašuje granicu križanja ili umornu granicu na toj temperaturi.

Općenito, oštećenje rotornih lopatica zbog umora pri visokim temperaturama je izuzetno rijetko, ali u stvarnom upotrebljivanju, oštećenja zbog umora uzrokovana toplinskim oštećenjem rotora su relativno česta. Tijekom rada motora, prekomjeri komponenti zbog kratkotrajnog prekomjera temperature u neobičnim radnim uvjetima naziva se oštećenje od prekomjera. Pri visokim temperaturama, trske umora lako mogu nastati na lopaticama. Oštećenje zbog umora uzrokovano visokim temperaturama ima sljedeće glavne karakteristike:

(1) Položaj trske općenito se nalazi u području najviše temperature lopate, okomit na os lopate.

(2) Trska počinje na rubu ulaza izvornog područja, a njena presjecnica je tamna i ima visoki stupanj oksidacije. Presjek proširenog dijela je relativno ravnih i nije tako taman kao izvorno područje.

Tehnologija popravke oštećenja lopatica avionskog motora

Pregled putem endoskopa na palubu

Pregled unutarnjeg dijela boroskopom je vizualni pregled lopatica turbine putem sonda u kutiji turbineskog motora. Ova tehnologija ne zahtijeva demontiranje motora i može se izvršiti direktno na letjelici, što je praktično i brzo. Pregled boroskopom može bolje otkriti gorenje, koroziju i odlaganje lopatica turbine, što može pomoći u razumijevanju i upravljanju tehnologijom i zdravstvenim stanjem turbine, kako bi se provio kompleksan pregled lopatica turbine i osigurala normalna djelovanja motora. Slika 3 prikazuje pregled boroskopom.

Prethodna obrada čišćenja prije pregleda u radionici za popravu

Površina turbinskih lopatica pokrivena je odsjecima nakon sagorevanja, oblogama i slojevima toplinske korozije nastalim zbog visokotemperaturne oksidacijske korozije. Depozicija ugljika povećat će debljinu zida lopatica, uzrokujući promjene u izvornom putu zraka, time smanjujući učinkovitost turbine; toplinska korozija smanji mehanička svojstva lopatica; a zbog prisutnosti ugljikovih odsjecaka, šteta na površini lopatica je zakrivljena, što teši otkrivanje. Stoga je prije praćenja i popravke lopatica potrebno ukloniti odsjecaje ugljika.

Testiranje cijelovitosti lopatica

U prošlosti su se za otkrivanje promjera lopatica avijskih motora koristili "tvrdi" mjerni instrumenti poput kutnih škalic i šestarica. Ova metoda je jednostavna, ali je lako pod utjecajem ljudske interferencije i ima nedostatke poput niske točnosti i spore brzine mjerenja. Nakon toga je napisana aplikacija za mikroprevođenje automatske kontrole koja je razvila sustav mjerenja geometrijskih dimenzija lopatica. Automatskim mjerenjem lopatica i usporedbom s standardnim oblikom lopatica, automatizirani su dani rezultati testiranja grešaka kako bi se odredila ispravnost lopatica i potrebni način održavanja. Iako imaju razlike u specifičnim tehnologijama među mjernim instrumentima različitih proizvođača, imaju sljedeće zajedničke značajke: visoki nivo automatizacije, brzo mjerenje, općenito se može mjerenje jedne lopatica izvesti u 1 minutu, a imaju dobre mogućnosti proširenja. Promjenom baze podataka standardnog oblika lopatica mogu se provjeriti različiti tipovi lopatica. Slika 4 prikazuje test integriteta.

Održavanje klinova motornog agregata zrakoplova

Termalna spremanja tehnologija

Termalna spremanja tehnologija sastoji se u topljenju vlakana ili prašnati materijali do rasoljenog stanja, daljnje njihove atomizacije, a zatim ih odbacivanja na dijelove ili podložnice koje treba ospriskati.

(1) Otporni oblogovi

Otporni oblogovi poput kobalt-baziranih, nikl-baziranih i wolfram-karbid baziranih oblogova široko se koriste u dijelovima motora zrakoplova kako bi se smanjila trenja uzrokovana vibracijom, klizanjem, sudarom, trenjem i drugim trenjem tijekom rada motora zrakoplova, time poboljšavajući performanse i životnu trajnost.

(2) Oblogovi otporni na topline

Da bi se povećao jačina, moderne avionske motore moraju povećati temperaturu prije turbine na maksimum. Na taj način, radna temperatura lopatica turbine će odgovarajuće narasti. Iako se koriste vatro otporni materijali, ipak je teško ispunjiti zahtjeve za uporabu. Rezultati testiranja pokazuju da primjena vatro otpornih obložaja na površinu lopatica turbine može poboljšati otpornost dijelova na vrućinu i izbjegnuti deformaciju i prsanje dijelova.

(3) Obložaja s mogućnošću oštrkanja

U suvremenim letjelicama, turbin je sastavljena od omotača koji se sastoji od više vodoravnih statornih lopatica i rotacijske lopatice fiksirane na disk. Da bi se poboljšala učinkovitost motora, razmak između dvaju komponenti, statore i rotor, treba smanjiti što je moguće više. Taj razmak uključuje "razmak na vrhu" između vrha rotora i fiksne vanjske prstene te "razmak na razini" između svake razine rotora i omotača. Kako bi se smanjio vazdušni promet uzrokan prevelikim razmakom, razmaci su teorijski potrebno imati nulu, ali zbog stvarnih pogrešaka i pogrešaka pri montaži proizvodnje dijelova to je teško postići; dodatno, pod visokim temperaturama i brzinom, kotač će se također pomaknuti dužino, što uzrokuje da se lopatice 'prošire' radijalno. Zbog savijanja deformacije, topline širenja i crtanja radnje, koriste se termičke spremanje nosivih slojeva kako bi se postigao najmanji kontrolirani razmak, odnosno spremanje različitih slojeva blizu vrha lopatice; kada se rotirajući dijelovi trenu o njega, sloj će doći do žrtvene nošivosti, čime se razmak smanji na minimum. Slika 5 prikazuje termičku spremanje tehnologiju.

Shot Peening

Shot peening tehnologija koristi visokobrzinske projektile da utiču na površinu radnog materijala, stvarajući rezidualne kompresione napone na površini radnog materijala i formirajući ujačavajući materijal određenim stupnjem kako bi se poboljšala umornička čvrstoća proizvoda i smanjila performansna sposobnost stresa korezije materijala. Slika 6 prikazuje lopaticu nakon shot peeninga.

(1) Suhi shot peening

Suha shot peening tehnologija koristi centrifugalnu silu da formira površinski jačači sloj određene debljine na površini radnog materijala. Iako su opremu za suhi shot peening jednostavno konstruirati i ima visoku učinkovitost, još uvijek postoje probleme kao što su prašinska zagađenja, visoki razina šuma i veliki potrošnja projektila tijekom masovne proizvodnje.

(2) Vodeni shot peening

Vodeni strelji peenning ima isti mehanizam jačanja kao i suhi strelji peenning. Razlika je u tome što koristi brzo kretanje tečnih čestica umjesto strelja, čime se smanjuje uticaj prašine na okoliš tijekom suhoga streljnjaka, time poboljšavajući radno okruženje.

(3) Jačanje rotirajućom pločom

Američka tvrtka 3M je razvila novi tip procesa za jačanje šljuskom. Njihov način jačanja jest upotreba rotirajuće ploče s šljuskama koje neprestano udaraju u metalnu površinu visokom brzinom kako bi se formirao sloj za jačanje površine. U usporedbi s šljuskom, ovaj postupak ima prednosti jednostavnog opreme, lako korištenja, visoke učinkovitosti, ekonomičnosti i trajnosti. Rotirajuće ploče za jačanje znači da kada se visokobrzinska šljuska udari u lopaticu, površina lopatice će se brzo proširiti, uzrokujući joj plastičnu deformaciju na određenoj dubini. Debelina sloja deformacije ovisi o udarnoj jačini projektila i mehaničkim svojstvima materijala radnje, a može obično doseći između 0,12 do 0,75 mm. Prilagodbom procesa šljuskanja može se postići odgovarajuća debeljina sloja deformacije. Pod djelovanjem šljuskanja, kada na površini lopatice dođe do plastične deformacije, susjedni podzemlji će također deformirati. Međutim, u usporedbi s površinom, deformacija podzemlja je manja. Bez dostizanja točke cijevanja, ona još uvijek je u fazi elastične deformacije, pa je neuniformna plastifikacija između površine i donjeg sloja nejednolika, što može uzrokovati promjene ostalih napona u materijalu nakon špricanja. Rezultati testiranja pokazuju da postoji ostatni stisni napon na površini nakon šljuskanja, a na određenoj dubini pojavljuju se dijelovi traku na podzemlju. Ostatni stisni napon na površini je nekoliko puta veći nego na podzemlju. Ova distribucija ostatnih napona vrlo je korisna za poboljšanje umornog otpora i otpornosti na koroziju. Stoga igra važnu ulogu u produžavanju službenog vijeka proizvoda i poboljšanju kvalitete proizvoda.

Popravak obloženja

U motornim motorima mnogi napredni turbine krilci koriste tehnologiju obloženja kako bi poboljšali svoje anti-oksidacijske, anti-korozijske i otporne na nošenje osobine; međutim, budući da će se krilci tijekom upotrebe oštetiti u različitim stupnjevima, oni moraju biti popravljeni tijekom održavanja krilaca, obično tako što se sruže izvorno obloženje, a zatim se primeni nova sloj obloženja.