Tilskudd for oppdagelse av feil og reparerings teknologi for flymotorblader

Turbinblader er en viktig del av flymotorer, med høy temperatur, tung last og kompleks struktur. Kvaliteten på inspeksjon og vedlikehold er nøye knyttet til den varige levetiden og tjenestelivet. Denne artikkelen studerer inspeksjon og vedlikehold av flymotorblader, analyserer feilmodusen til flymotorblader og summerer opp detekteringsteknologien og vedlikeholdsteknologien for flymotorblader.

I designet av turbineblader brukes ofte nye materialer med høyere kvalitet, og arbeidsmarginen reduseres ved å forbedre strukturen og bearbeidingsteknologien for å forbedre motorens støttemasseforhold. Turbinebladet er et aerodynamisk profil som kan utføre ekvivalent arbeid over hele bladets lengde, noe som sikrer at luftstrømmen har en rotasjonsvinkel mellom bladets rot og topp, og at rotasjonsvinkelen ved bladets topp er større enn ved bladets rot. Det er veldig viktig å montere turbine rotorbladet på turbinen. Den "firkantetrærformete" tenonen er rotor i den moderne gassturbinen. Den har blitt nøyaktig bearbeidet og designet for å sikre at alle flanger kan bære lasten jevnt. Når turbinen er stille, har bladet en tangensiell bevegelse i tannfuren, og når turbinen roterer, blir bladets rot presset mot disken grunnet sentrifugalkraften. Impelleringsmaterialet er en viktig faktor for å sikre ytelsen og påliteligheten til turbinen. Tidligere ble deformerbare høytemperaturlegemer brukt og produsert gjennom skjering. Med den kontinuerlige utviklingen i motorsdesign og presisjonsfremstillingsteknologi har turbinebladene endret seg fra deformerbare legemer til hule, polycrystalline til enkeltkristalline, og varmebestandigheten til bladene har blitt betydelig forbedret. Nikkelbaserte enkeltkristallsuperlegemer brukes mye i produksjonen av varmetilstandsdeler i flymotorer på grunn av deres fremragende høytemperaturspenningsegenskaper. Derfor har dyptgående forskning på inspeksjon og vedlikehold av turbineblader stor betydning for å forbedre sikkerheten under motorbruk og nøyaktig evaluere skademorfologien og graden av skade på bladene.

Feilmoduser for flymotorblader

Bladnedbrytning på grunn av lavsyklisk utmatting

I virkeligheten er det vanligvis ikke enkelt å få lavsyklisk utmattningsnedbrytning av rotorblader, men under følgende tre betingelser vil lavsyklisk utmattningsnedbrytning oppstå. Figur 1 er et skisseavbildning av bladnedbrytning.

(1) Selv om arbeidsstressen på den farlige delen er mindre enn materiets givningsgrense, finnes det store lokale defekter på den farlige delen. I dette området fører defektene til at et større nærliggende område overskrider materiets givningsgrense, noe som resulterer i mye plastisk deformasjon og dermed lavsyklisk utmattningsnedbrytning av bladet.

(2) På grunn av uvollstendige designoverveigelser er arbeidsstressen på bladets farlige del nær eller over materiets givningsgrense. Når det finnes ekstra defekter i den farlige delen, vil bladet oppleve lavsyklisk utmattningsnedbrytning.

(3) Når loddet har anormale tilstander som flakking, resonans og overheting, er den totale strekkverdien i dets farlige seksjon større enn dens gjenvurderingsstyrke, noe som fører til lav-syklus utmattelsesbryting av loddet. Lav-syklus utmattelsesbryting skyldes hovedsakelig designårsaker, og det oppstår vanligvis rundt loddets rot. Det finnes ingen tydelig utmattelsesbue ved typisk lav-syklus bryting.

Lodd torsjonsresonans utmattelsesbrytingsskade

Høy-syklus utmattelsesbryting henviser til bryting som skjer under torsjonsresonansen av loddet, og har følgende representativ karakteristikk:

(1) Hjørnedropp forekommer ved torsjonsresonansknutepunktet.

(2) En tydelig utmattelseskurve kan ses på utmattelsesbrytingen av loddet, men utmattelseskurven er veldig tynd.

(3) Brytingen starter vanligvis fra bakken av loddet og utstrækker seg til loddens basseng, og utmattelsesområdet dekker hovedområdet av brytningsoverflaten.

Det finnes to hovedgrunner til tverrfatiguekraker i bladet: den ene er tverrresonans, og den andre er omfattende rost på bladoverflaten eller påvirkning av ekstern kraft.

Bladfault ved høytemperaturfatigue og termisk skade fatigue

Turbinytterblader opererer i en høytemperaturmiljø og blir utsatt for temperatursvingninger og vekslende spenninger, noe som fører til kreping og fatigue-skade på bladene (se figur 2). For høytemperaturfatiguebrudd av bladene, må følgende tre betingelser oppfylles:

(1) Bladfatiguebrudd viser hovedsakelig egenskaper ved mellomkornbrudd.

(2) Temperatur på bruddstedet av bladet er høyere enn materialets grensekrepetemperatur;

(3) Fatiguebruddstedet på bladet kan bare motstå sentrifugalt trekkspenning av kvadratbølgetypen, som overskrider krepegrensen eller fatiguergrensen ved denne temperaturen.

Generelt sett er fatiggytting av rotorblader ved høy temperatur ekstremt sjeldent, men i praksis er fatiggytting forårsaket av varmeskade til rotoren relativt vanlig. Under motorens drift kalles skaden foranvendt ved korttids-overtemperatur under abnorme driftsforhold for overhetsningsskade. Ved høy temperatur er fatiggapninger lett å oppstå i bladene. Fatiggytting forårsaket av høytemperaturskade har følgende hovedtrekk:

(1) Yttingsposisjonen ligger vanligvis i bladets høyestetemperatursonområde, vinkelrett på bladaksen.

(2) Yttingen oppstår fra inngangskanten av kildeområdet, og dens korsnivå er mørk og har høy grad av oksidering. Korsnivået av utstraktionsdelen er relativt jevn, og fargen er ikke like mørk som i kildeområdet.

Reparasjons teknologi for flymotorblader

Ombord boreskopinspeksjon

Innkapslet boreoskopisk inspeksjon er en visuell kontroll av turbinebladene gjennom en sonde i motorens turbineboks. Denne teknologien krever ikke demontasje av motoren og kan fullføres direkte på flyet, noe som er praktisk og raskt. Boreoskopisk inspeksjon kan oppdage brenning, korrosjon og løsing av turbinebladene bedre, noe som kan hjelpe til å forstå og beherske technologien og helsen på turbinen, slik at en omfattende inspeksjon av turbinebladene kan gjennomføres og normalfunksjonen til motoren kan sikres. Figur 3 viser boreoskopisk inspeksjon.

Forhåndsrensete behandling før inspeksjon i reperasjonsverksted

Overflaten på turbinebladene er dekket med avsetninger etter forbranning, overflater og termisk korrosjonslag som danner seg ved høytemperaturs oksidasjonskorrosjon. Karbonavsetning vil øke veggtykkelsen på bladene, noe som forårsaker endringer i den opprinnelige luftstrømveis, dermed reduserer turbineeffektiviteten; termisk korrosjon vil redusere mekaniske egenskaper hos bladene; og på grunn av tilstedeværelsen av karbonavsetninger, blir skaden på bladoverflaten dultet bort, hvilket gjør det vanskelig å oppdage. Derfor må karbonavsetningene rengjøres før overvåking og reparasjon av bladene.

Test av bladintegritet

Tidligere ble "hårde" måleinstrumenter som vinkelmål og kaliprer brukt for å oppdage bladet diameteren på flymotorer. Denne metoden er enkel, men den påvirkes lett av menneskelig interferens og har svakheter som lav nøyaktighet og langsom deteksjonshastighet. Deretter skreves en applikasjon for mikrodatamaskin automatisk kontroll, og et målesystem for geometriske dimensjoner på bladet ble utviklet. Ved å automatisk detektere bladet og sammenligne det med standardbladformen, blir feiltestresultatene gitt automatisk for å bestemme tilgjengeligheten på bladet og den nødvendige vedlikeholdsmetoden. Selv om koordinatemåleinstrumenter fra ulike produsenter har forskjeller i spesifikke teknologier, har de følgende felles trekk: høy automatiseringsnivå, rask deteksjon, generelt kan ett blad detekteres på 1 minutt, og de har gode utvidelsesmuligheter. Ved å endre en database med standardbladformer, kan ulike typer blader bli detektert. Figur 4 viser integritetstesten.

Vedlikehold av flymotorblader

Termisk sprayteknologi

Termisk sprøytingsteknologi er å brenne fiber eller pulverformige materialer til en smeltet tilstand, deretter atomisere dem ytterligere og avlægge dem på delene eller substratene som skal sprøytes.

(1) Skadebestandige dekker

Skadebestandige dekker, for eksempel kobberbaserede, nikkelbaserede og tungstenkarbidbaserede dekker, brukes mye i flymotorkomponenter for å redusere friksjon orsaket av vibrasjon, gliding, kollisjon, friksjon og annen friksjon under drift av flymotorer, noe som forbedrer ytelsen og tjenestelivet.

(2) Håndfastighetsdekker

For å øke driften må moderne flymotorer øke temperaturen før turbinen til maksimum. På denne måten vil driftstemperaturen på turrinbladene øke tilsvarende. Selv om varmebestandige materialer brukes, er det fortsatt vanskelig å oppfylle brukskravene. Testresultater viser at å anvende varmebestandige overflater på turrinbladene kan forbedre varmebestandigheten til delene og unngå forforming og spraking av delene.

(3) Skrabebare dekninger

I moderne flymotorer består turbinen av et hull som er satt sammen av flere horisontale statoreblader og en rotorblad som er festet på et disk. For å forbedre motorens effektivitet bør avstanden mellom de to komponentene, statoren og rotoren, reduseres så mye som mulig. Denne avstanden omfatter "tippgapet" mellom rotorens topp og den feste ytre ringen, og "stagesgapet" mellom hver stasjon av rotoren og hullet. For å redusere luftlekkasjen forårsaket av for stor avstand, er det teoretisk sett ønskelig at disse avstandene skal være null. Dette er vanskelig å oppnå grunnet faktiske feil og monteringsfeil i produksjonsdelenene; i tillegg vil hjulet under høy temperatur og høy fart også bevege seg longitudinelt, noe som fører til at bladene "vokser" radialt. Grunnet vinglingforforming, varmepensum og kontraksjon av arbeidsstykket, brukes sprøytebarveisninger for å gjøre avstanden så liten som mulig, det vil si å sprøyte forskjellige overflater nær bladets topp; når de roterende delene riper mot dette, vil overflaten produsere offermessige skader, noe som reduserer avstanden til et minimum. Figur 5 viser termisk sprøytingsteknologi.

Shot Peening

Shot peening-teknologien bruker høyfartsprojektiler for å ramme mot overflaten av arbeidsdelen, noe som genererer resterende kompressivt spenning på overflaten av arbeidsdelen og danner en forsterkende materiale i visst grad for å forbedre produktets utmattningsstyrke og redusere materialets stresskorrosjonsprestasjon. Figur 6 viser bladen etter shot peening.

(1) Tørr shot peening

Tørr shot peening-teknologien bruker sentrifugalkraft for å danne en overflateforsterkningsslag med en viss tykkelse på overflaten av arbeidsdelen. Selv om tørr shot peening-teknologien har enkel utstyr og høy effektivitet, har den fortsatt problemer som støvforurensning, høy lydnivå og høy kuleforbruk under masseproduksjon.

(2) Vann shot peening

Vannbrytingspeening har den samme forsterkningsmekanismen som tørre brytingspeening. Forskjellen er at det bruker raskt bevegende væskedeler i stedet for bryt, noe som reduserer støvets påvirkning på miljøet under tørre brytingspeening, og dermed forbedrer arbeidsmiljøet.

(3) Roterdiskforsterking

Det amerikanske selskapet 3M har utviklet en ny type strekning prosess ved navn kulerestring. Dens styrkemetode er å bruke en rotasjonell plate med kuler for å slå kontinuerlig på metallflaten med høy fart for å danne en overflateforsterkningslag. I forhold til kulerestring, har den fordelen av enkel utstyr, lett bruk, høy effektivitet, økonomi og varighet. Rotasjonell plateforsterking betyr at når en høyhastighetskule treffer bladet, vil overflaten på bladet ekspandere raskt, noe som fører til plastisk deformasjon på en bestemt dybde. Tykkelsen på deformasjonslaget er relatert til impaktkraften fra projektilene og de mekaniske egenskapene til arbeidsstoffet, og kan vanligvis nå 0,12 til 0,75 mm. Ved å justere kulerestringprosessen kan den passende tykkelsen på deformasjonslaget oppnås. Under virkningen av kulerestring, når plastisk deformasjon skjer på bladets overflate, vil også den nærliggende underoverflaten deformere. Men i forhold til overflaten er underoverflates deformasjon mindre. Uten å nå givpunktet, er den fortsatt i elastisk deformasjonsfase, så den ujevne plastifiseringen mellom overflaten og laget under er ujevn, hvilket kan føre til endringer i reststress etter sprøyting. Testresultatene viser at det er restkompressjonsstress på overflaten etter kulerestring, og på en bestemt dybde dukker trekksstress opp på underoverflaten. Restkompressjonsstressen på overflaten er flere ganger større enn på underoverflaten. Denne reststressfordelingen er veldig fordelsfull for å forbedre utslittstyrke og korrosjonsmotstand. Derfor spiller kulerestringsteknologien en veldig viktig rolle i å forlenge produktets levetid og forbedre produktkvaliteten.

Reparasjon av dekning

I flyplanemotorer bruker mange avanserte turbineblader deknings teknologi for å forbedre deres motstandsdyktighet mot oksidasjon, korrosjon og skade; imidlertid, ettersom bladene vil bli skadet i ulike grader under bruk, må de repareres under bladvedlikeholdet, vanligvis ved å fjerne den opprinnelige dekningen og deretter legge på en ny lag med dekning.