Jak są produkowane łopatki wirników turbin wysokociśnieniowych silników lotniczych?

Zasada, na jakiej polega produkcja łopatek wirnikowych turbin wysokiego ciśnienia silników lotniczych, jest bardzo prosta, ale różne parametry w tym procesie wymagają wielu eksperymentów, aby uzyskać parametry każdego węzła, skład pomocniczych materiałów oraz sporo szczęścia.

Po pierwsze, łopatki wirnika turbiny wysokociśnieniowej wymagają złożonych wewnętrznych kanałów chłodzenia (patrz rysunek poniżej). Najpierw tworzy się te kanały chłodzenia wewnętrzne (bez otworów chłodzących, które omówimy później). Następnie formuje się woskową matrycę specjalnym ceramicznym materiałem, aby utworzyć kanały powietrza.

Po otrzymaniu tego ceramicznego formowanego kanału powietrznego, połącz go z zewnętrznym formowaniem ostrza i umieść w piecu do odlewnictwa. Topiony nadaloj* wpływa do przestrzeni formy od góry do dołu (w tym ceramiczny wewnętrzny formowany kanał powietrzny i zewnętrzne formowanie ze wosku). Jest to bardzo kłopotliwe robienie bezlicznych warstw pokryć między każdym etapem formowania. Niemieckie firmy używają robotów do tego celu, a wydaje się, że Rosja nadal używa szczotek babci. Te pokrycia bezpośrednio określają jakość odlewu, a dopuszczalna tolerancja jest ekstremalnie niska.

W tym momencie maszynę do odlewania kontroluje ściśle temperaturę topionego nadaloi, a następnie pozwala mu zastygnąć na płaszczyźnie poziomej (to znaczy wzrost krystaliczny), od dołu do góry, gdy krystaliczny wzrost w spirali (selektor krystaliczny) spycha i wybiera się wzajemnie, a ostatecznie pozostanie tylko jeden krystal, który jest najbliżej zaplanowanego kierunku, i ten krystal będzie dalej rosnął w górę.

Ponieważ wał wysokiego ciśnienia musi obracać się ponad 10 000 razy, każda część podlega siły odśrodkowej przekraczającej 10 ton. Ponadto, wytrzymałość kryształów niklu w różnych kierunkach jest różna, dlatego jego przekątna (najmocniejszy kierunek) musi znajdować się w granicach 10 stopni względem kierunku działania siły odśrodkowej. (Jeszcze jedno: w rotorze turbiny niskiego ciśnienia stosowane są unikierunkowe stopy niklowe, które wymagają określonego kierunku krystaliczego, ale nie tylko jednego kryształu, ponieważ temperatura topnienia pojedynczego kryształu jest o 50K wyższa niż u polikrystalicznych (w tym unikierunkowych).

Wydajność nie jest wysoka. Z tego, co wiem, wiele wybitnych niemieckich fabryk precyzyjnej formowania wyparowało próbując osiągnąć ten proces i w końcu zbankrutowało. Próg technologiczny jest naprawdę zbyt wysoki.

Wreszcie otrzymuje się gotowy produkt i używa specjalnego alkalu, aby rozpuścić ceramiczny formownik pozostawiony w kanałach powietrza do wytworzenia otworów chłodniczych. Są to otwory elektrodyzucentyczne i elektrochemiczne. Najczęściej otwory są tworzone za pomocą lasera.KS Kształt tych otworów jest również bardzo złożony. Następnie następuje nanoszenie warstwy galwanicznej, która również jest ogromną dziedziną wiedzy.

Poniższy obrazek pokazuje polikryształ po lewej stronie, krystalizację jednokierunkową w środku i pojedynczy krystal na prawo.

Jednak po wyrabianiu łopatek nie ma otworów powietrza łączących wewnętrzną rurkę chłodzącą z powierzchnią łopatki. Zazwyczaj wykonuje się to za pomocą lasera. Ponieważ powietrze chłodzące traci dużo ciśnienia podczas odciążania z kompresora wysokiego ciśnienia i przepływu przez pusty wał do turbiny wysokiego ciśnienia, mimo że strumień rdzeniowy również traci ciśnienie podczas przechodzenia przez spalanie, a proces od wału do łopatki ma pewien efekt odśrodkowego kompresji i wzmacniania ciśnienia, nadal wymaga wyższego ciśnienia statycznego, aby przepchnąć powietrze chłodzące na powierzchnię łopatki. W tym momencie potrzebny jest otwór o rozszerzonym przekroju, który umożliwi obsługę powietrza chłodzącego, zmniejszy ciśnienie dynamiczne i zwiększy ciśnienie statyczne, a następnie powietrze chłodzące odepchnie gorący strumień rdzeniowy od powierzchni łopatki (dużo bzdur). Ponadto, zbyt duża prędkość spowoduje bezpośrednią iniekcję chłodzenia do strumienia rdzeniowego, a ma on jeszcze jedną funkcję, która polega na utworzeniu warstwy filmu powietrza chłodzącego na powierzchni łopatki, aby ją chronić, co wymaga zwolnienia i zwiększenia ciśnienia.

Dlatego ten typ otworu wymaga optymalizacji swojej kształtu geometrycznego dla różnych pozycji. Wiercenie laserowe może być łatwo zautomatyzowane, ale недostatekem jest to, że pojawią się wewnętrzne naprężenia na powierzchni.

Ogon statywnej turbiny (jednokrystaliczny, nie w temacie) musi zostać perforowany otworami chłodzenia śladu, aby obsługiwać kolejny wirnik turbiny. Ten otwór jest ekstremalnie wąski i nie może wytrzymać wewnętrznych naprężeń, dlatego wykonuje się go za pomocą korozyji elektrochemicznej. Oczywiście, to nie są zasady bez wyjątków, a różne firmy mają różne metody obróbki.

Po wykonaniu tego, otrzymano pojedynczą krystaliczną łopatkę turbinową, ale jeszcze nie została ona pokryta. Nowoczesne łopatki turbinowe wymagają warstwy bariery termicznej z cyrkonu (cyrkonianu), ceramicznego utlenku cyrkonu. Ponieważ jest to ceramika, do pewnego stopnia jest krucha. Gdy turbołopatka pracuje, jeśli wystąpi nawet drobna deformacja, cała warstwa może się odpalić, a łopatki turbinowe natychmiast się stopią. To jest absolutnie niedopuszczalne w Hangfa.

Następnie mamy proces EB-PVD (Elektronowo-fizyczne nanoszenie parów), metodę parowania.

Oczywiście, zanim ją wyprodukujemy, istnieje wiele warstw innych materiałów, takich jak platynowanie (platyna), parowanie plazmowe itp. Istnieje również warstwa wzmacniająca cyrkon i łącząca go jak klej. Oczywiście, są drobne różnice między poszczególnymi firmami, a one nie są statyczne.

Po pierwsze, elektronka emituje promień elektronowy, który jest kierowany przez pole magnetyczne i uderza w podłoże z cyrkonu. Podłoże bombardowane elektronami przechodzi w stan gazowy, a gazowa forma cyrkonu jest przewodzona na powierzchnię ostrza, aby zacząć rosnąć. Cyrkon będzie rosnął w postaci małych pałeczek o średnicy 1 mikrona i długości 50 mikronów, gęsto pokrywając powierzchnię liści bez zakrywania porów. Ponieważ nie jest to całość ceramiczna, małe pałeczki mogą swobodnie się poruszać względem siebie, nie odrywając się całkowicie, co rozwiązuje problem uszkodzeń spowodowanych deformacją.

Zirkonia charakteryzuje się ekstremalnie wysoką twardością i niską przewodnością cieplną, co umożliwia osiągnięcie bardzo stromego gradientu temperatury między podłożem z niklu a gorącym strumieniem powietrza. Dzięki wewnętrznej chłodzeniu i filmowemu chłodzeniu przez powietrze, łopatka może pracować długo z dużą wytrzymałością i niezawodnością w środowisku o temperaturze znacznie wyższej niż jej własna temperatura topnienia.

W tym momencie powierzchnia łopatki jest ukończona. Aby pasowała do koła turbinowego, łopatka wymaga również korzenia w kształcie sosnowym lub łącza szypańczego.

Jak wspomniano powyżej, każda łopatka turbinowa podczas pracy wytrzymuje ponad dziesięć ton siły odśrodkowej, a korzeń łopatki musi być również bardzo precyzyjnie przetworzony. Niklowy superstop jest bardzo twardy, odporny na wysokie temperatury i bardzo trudny do obróbki.

Korzeń łopatki jest wypolerowany. Łopatka jest zaciśnięta w specjalnym imadle, a górne i dolne tyczki szlifujące o przeciwnych geometriach (matryca) polerują w kierunku wewnętrznym.

To spowoduje, że koło dozynkowe szybko się zużyje, dlatego dodano pozytywne koło dozynkowe z diamentami na zewnątrz dwóch kół dozynkowych, aby ciągle dozynkować koło i utrzymywać je w działaniu. Diamenty przemysłowe na kole diamentowym są naklejane przez roboty.

Po tych procesach i inspekcji, ostrze jest gotowe do pracy. Jest to tylko część silnika samolotowego, a silnik samolotowy jest tylko modułem na pokładzie samolotu.