Lopatky turbíny sú dôležitou súčasťou leteckých motorov, majú vysokú teplotu, ťažké záťaž a komplikovanú štruktúru. Kvalita kontrolného a údržobného procesu je blízko spojená s odolnosťou a životnosťou tejto práce. Tento článok skúma kontrolu a údržbu lopatiek leteckého motora, analyzuje spôsoby poruch lopatiek leteckého motora a shrnuje technológie detekcie porúch a údržby lopatiek leteckého motora.
Pri návrhu turbinových lopatiek sa často používajú nové materiály s vyššou kvalitou a zmenšuje sa pracovná rezerva cez vylepšovanie štruktúry a technológie spracovania, aby sa zvýšil pohonový vzťah hmotnosti motoru. Turbinová lopať je aerodynamický profil, ktorý dokáže vykonávať ekvivalentnú prácu po celom dĺžkovom rozsahu lopatky, čím sa zabezpečí, že vzduchový tok má rotáciu uhla medzi koreňom a vrchnou časťou lopatky, pričom rotácia uhol na vrchole je väčšia ako pri koreni. Je veľmi dôležité nainštalovať turbinovú rotorovú lopať na turbínový disk. "Jehličnatý" klamka je rotor modernej plynové turbíny. Bol presne spracovaný a navrhnutý tak, aby všetky flánge mohli rovnomerne niesť záťaž. Keď je turbína v nehybe, lopať má dotyčný pohyb v zubej dráhe, a keď sa turbína otáča, koreň lopatky sa kvôli centrifugálneho efektu stiahne k disku. Materiál vrtule je dôležitým faktorom pre zabezpečenie výkonu a spoľahlivosti turbíny. V minulosti sa používali deformovateľné vysokoteplotné ligatúry a vyrábali sa forovacími metódami. S postupným rozvojom dizajnu motora a presnej liečby sa turbinové lopatky zmenili od deformovateľných ligatúr na duté, polokrystalické až jednoduché krystaly, čo výrazne zvýšilo teplotnú odolnosť lopatiek. Niklové jednoduché krystalické superligatúry sú široko používané na výrobu horúcich častí leteckých motorov kvôli ich vynikajúcim vysokoteplotným plazmovým vlastnostiam. Preto má hlboké štúdie kontroly a údržby turbinových lopatiek veľký význam pre zvýšenie bezpečnosti prevádzky motora a presnú hodnotenie morfológie poškodení a stupňa poškodenia lopatiek.
V skutočnom fungovaní nie je zvyčkajné, aby došlo k nízko cyklickej únavovej ruptúre rotorných lopatiek, ale za nasledujúcich troch podmienok môže dôjsť k ruptúre nízko cyklickej únavy. Obrázok 1 je schéma zlomu lopatiek.
(1) I keď je pracovný streŤ na nebezpečnej časti menší ako prahová pevnosŤ materiálu, nachádzajú sa v tejto oblasti veľké miestne defekty. V tejto oblasti kvôli existenci defektov presiahne väčšia plocha okolia prahovú pevnosŤ materiálu, čo spôsobí veľké množstvo plastického deformovania a následne ruptúru lopatiek nízko cyklickej únavy.
(2) Kvôli nedostatočným dizajnovým rozpracovaniam je pracovný streŤ lopatiek na nebezpečnej časti blízky alebo presahuje prahovú pevnosŤ materiálu. Keď sú v nebezpečnej časti ďalšie defekty, lopaťka utrpí ruptúru nízko cyklickej únavy.
(3) Keď palec má neobvyklé stavy, ako je vibrácia, rezonancia a prehriatie, celková hodnota stresej jeho nebezpečnej časti je väčšia ako jeho prahová pevnosť, čo spôsobí nízkofrekvenčnú únavovú ruptúru palca. Nízkofrekvenčná únavová ruptúra je hlavne spôsobená dizajnovými dôvodmi a väčšina jej sa vyskytuje okolo koreňa palca. Nie je tu zrezná únavová krivka pri typickej nízkofrekvenčnej ruptúre.
Vysokofrekvenčná únavová ruptúra sa týka ruptúry, ktorá nastane pri torsionálnej rezonancii palca, a má nasledujúce reprezentatívne charakteristiky:
(1) Vyskytne sa strat rohu v uzle torsionálnej rezonancie.
(2) Na únavovej ruptúre palca je viditeľná zrezná únavová krivka, ale táto krivka je veľmi tenká.
(3) Ruptúra obvykle začína na zadnej strane palca a rozširuje sa na bázu palca, pričom únavová zóna zaberá hlavnú časť plochy ruptúry.
Existujú dva hlavné dôvody na vznik zotrvačných prasklín lopatky: jeden je zotrvačná rezonancia, a druhý je široké železo na povrchu lopatky alebo vplyv vonkajšej sily.
Lopatky turbínového rotora pracujú v vysokoteplívnom prostredí a podliehajú zmene teploty a striedavým stresom, čo spôsobuje kručenie a únavové poškodenie lopatiek (pozri obrázok 2). Pre vysokoteplívnu únavovú ruptúru lopatiek musia byť splnené nasledujúce tri podmienky:
(1) Únavová ruptúra lopatky predovšetkým ukazuje charakteristiky mezičasticovej ruptúry.
(2) Teplota na mieste ruptúry lopatky je vyššia ako limitná kručná teplota materiálu;
(3) Miesto únavovej ruptúry lopatky môže odolávať iba stredovému tahovému stresu obdĺžnikovej formy, ktorý prekračuje kručnú alebo únavovú hranicu pri tejto teplote.
Všeobecne povedané, únavný zlom rotorných lopatiek pri vysokých teplotách je extrémne redký, ale v skutočnom používaní sú únavné zlomy spôsobené tepelnou poškodením rotora relatívne bežné. Počas prevádzky motora sa fenomén prehrievania alebo prehořiavania komponentov v dôsledku krátkej nadteploty v nepravidelných pracovných podmienkach nazýva prehrievacím poškodením. Pri vysokých teplotách môžu vzniknúť únavové trhliny v lopačkách. Únavný zlom spôsobený poškodením vysokej teploty má nasledujúce hlavné charakteristiky:
(1) Poloha zlomu je všeobecne umiestnená v oblasti najvyššej teploty lopatky, kolmo k osi lopatky.
(2) Zlom vychádza z príchozích hrán zdrojovej oblasti, a jeho rezyňa je tmavá a má vysokú stupeň oxidácie. Rezyňa rozšírennej časti je relatívne plochá a jej farba nie je tak tmavá ako v zdrojovej oblasti.
Inšpekcia boreskopom na palube slúži na vizuálnu kontrolu lopátky turbíny prostredníctvom sonda v turbínovom záporne motora. Táto technológia nepotrebuje demontáž motoru a môže byť vykonaná priamo na lietadle, čo je pohodlné a rýchle. Inšpekcia boreskopom môže lepšie detegovať spalovanie, koroziu a odlúčenie lopatiek turbíny, čo môže pomôcť pochopiť a ovládať technológiu a stav turbíny, aby sa mohla vykonať komplexná kontrola lopatiek turbíny a zabezpečiť normálne fungovanie motora. Obrázok 3 zobrazuje inšpekciu boreskopom.
Povrch vrtuľových lopatiek je po spalovaní pokrytý nálepami, obloženiami a vrstvami tepelnej korozií vzniknutými v dôsledku vysokoteplotnej oxidovej korozií. Uhlíkové nánosy zvyšujú hrúbku stienky lopatiek, čo spôsobuje zmeny v pôvodnom toku vzduchu, čím sa zníži efektivita turbíny; tepelná korozia sníži mechanické vlastnosti lopatiek; a kvôli prítomnosti uhlových nánosov je poškodenie povrchu lopatiek zamaskované, čo ťažšie detekciu. Preto musia byť pred monitorovaniem a opravou lopatiek odstránené uhlové nánosy.
V minulosti sa na meranie priemeru lopatiek letových motorov používali "tvrdé" mieradla, ako sú uhlomery a šikmočidla. Táto metóda je jednoduchá, ale je ľahko ovplyvnená ľudským zásahom a má nedostatky, ako je nízka presnosť a pomalá rýchlosť merania. Neskôr, na báze súradnicového mieradla, bola napísaná aplikácia pre automatizovanú kontrolu mikropočítačmi a vyvinutý systém merania geometrických rozmerov lopatiek. Automatické meranie lopatiek a ich porovnanie so štandardnou tvarovou lopatkou automaticky poskytuje výsledky o chybe, aby sa určila použiteľnosť lopatiek a potrebná metóda údržby. Hoci majú súradnicové mieradlá od rôznych výrobcov rozdiely v konkrétnych technológiách, majú nasledujúce spoločné charakteristiky: vysoký stupeň automatizácie, rýchle meranie, obvykle môže byť jedna lopať za 1 minútu zmieraná, a majú dobré možnosti rozšírenia. Modifikáciou databázy štandardnej tvarovej lopatie je možné merať rôzne typy lopatiek. Obrázok 4 zobrazuje test integrity.
Termické sprejovanie je technológia, pri ktorej sa spalujú vlákna alebo prachové materiály do tekutého stavu, ďalej ich atomizujú a následne ich nanášajú na komponenty alebo podložky určené na sprejovanie.
(1) Obranné revetie
Obranné revetie, ako sú kobaltové, niklové a karbídové tungstenové revetie, sa široko používajú v komponentoch letectvého motora na zníženie tŕenia spôsobeného vibráciou, posuvom, kolíziou, tŕením a iným tŕením počas prevádzky letectvého motora, čo zvyšuje výkon a životnosť.
(2) Revetie odolné voči teplu
Aby sa zvýšil tah, moderne letecké motory musia zvýšiť teplotu pred turbinou na maximum. Tým sa zvyšuje pracovná teplota listov turbíny. Ibaže aj napriek použitiu žarovného materiálu je ťažké spĺňať požiadavky na jeho použitie. Výsledky testov ukazujú, že aplikácia žarovnej prevleku na povrch listov turbíny môže zlepšiť žarovnú odolnosť častí a zabrániť deformácii a prasknutiu častí.
(3) Odlisné prevleky
V súčasných lietadlových motorech je turbine tvorená obalcom, ktorý sa skladá z viacerých vodorovných statorových listov a rotorového listu pevne pripojeného na disku. Pre zvyšovanie účinnosti motora by mal byť čo najviac zmenšený priestor medzi dvomi komponentami, t.j. statorom a rotorm. Tento priestor zahŕňa "vrchový priestor" medzi vrchom rotora a pevným vonkajším prstencem a "štádiový priestor" medzi jednotlivými štágmi rotora a obalom. Aby sa minimalizovalo vzduchové pretekanie spôsobené prílišným priestorom, teoreticky by mal byť tento priestor čo najbližší nule. Vzhľadom na skutočné chyby a inštaláčné nepresnosti pri výrobe súčiastok je to ťažko dosiahnuteľné; navyše, vysoká teplota a rýchlosť spôsobujú, že koleso sa môže posunúť v ose, čo spôsobuje radialné „rastenie“ lopatiek. Kvôli deformácii, teplovej expanzii a kontrakcii pracovného materiálu sa používajú sprejovacie nosné vrstvy na dosiahnutie najmenšieho možného priestoru, t.j. aplikácia rôznych nátierov na povrch blízko vrchu lopatky; keď sa otáčajúce časti doterajú o ne, nátier vykoná obetnú eroziu, čím sa minimálne zmenšuje priestor. Obrázok 5 zobrazuje techniku teplovej spreje.
Technológia shot peening používa vysokorýchlostné projektily na narážanie na povrch záhradníku, čo vyvoláva reziduálne stlačovacie zväzky na povrchu záhradníka a vytvára posilujúci materiál určitej miery, čo zvyšuje odolnosť proti únavy produktu a zníži výkonnosť streseovej korozií materiálu. Obrázok 6 ukazuje lopatku po shot peening.
(1) Suché shot peening
Technológia suchého shot peening používa sily centrifúgy na tvorbu posilujúcej vrstvy určitej hrúbky na povrchu záhradníka. Hoci technológia suchého shot peening má jednoduché zariadenie a je efektívna, pri hromadnej výrobe stále existujú problémy ako prachové znečistenie, vysoký hluk a vysoká spotreba projektílov.
(2) Vodné shot peening
Vodná šličná peenovanie má rovnaký mechanizmus zpevnenia ako suché šličné peenovanie. Rozdiel spočíva v tom, že používa rýchlo sa pohybujúce kapky tečivity namiesto šličiek, čím sa zníži vplyv prachu na prostredie počas suchého šličného peenovania a tým sa vylepší pracovné prostredie.
(3) Otočná deska na zpevnenie
Americká spoločnosť 3M vyvinula nový druh procesu posilnenia šutovou žiareninou. Jej metóda posilnenia spočíva v tom, že použije rotujúcu dosku s žiareninou na neustále útočenie na kovovú povrchovú vrstvu vysokou rýchlosťou, aby sa tvorila posilnena vrstva na povrchu. V porovnaní so šutovou žiareninou má výhody jednoduchého zariadenia, ľahkého používania, vysoké účinnosti, ekonomickej a trvanlivosti. Rotujúca doska na posilnenie znamená, že keď sa žiarenina pohybuje vysokou rýchlosťou a narazí na lopatku, jej povrch sa bude rýchlo rozširovať, čo spôsobí plastickú deformáciu na určitej hĺbke. Hrúbka deformácie je spojená s impulznej silou žiareniny a mechanickými vlastnosťami materiálu pracovného kusku, a môže sa obvykle dostávať od 0,12 do 0,75 mm. Prispôsobením procesu šutovej žiareniny sa dá dosiahnuť vhodná hrúbka deformácie. Pri pôsobení šutovej žiareniny, keď nastane plastická deformácia na povrchu lopatky, aj prilehlá podpovrchová vrstva sa deformuje. Avšak, v porovnaní s povrchem, je deformácia podpovrchovej vrstvy menšia. Keď nedosiahne yield point (prahovú hodnotu), stále sa nachádza v etape elastického deformovania, takže nerovnomerná plastifikácia medzi povrchem a podvrstvou môže spôsobiť zmeny zostatkových strese. Výsledky testov ukázali, že po šutovej žiarenine sa na povrchu objaví zostatkové kompresné napätie a na určitej hĺbke sa objaví tahové napätie v podpovrchovej vrstve. Zostatkové kompresné napätie na povrchu je niekoľkokrát vyššie ako v podpovrchovej vrstve. Toto zostatkové napätie je veľmi prospešné pre zlepšenie únavovej pevnosti a odolnosti pred koroziou. Preto šutová žiarenina zohráva veľmi dôležitú úlohu pri predĺžení životnosti produktov a zlepšovaní ich kvality.
V lietadlových motorech mnoho pokročilých turbínových lopatiek používa technológiu nátieru na zlepšenie ich odolnosti proti oxidácii, korozií a opotrebeneiu; však keďže sa lopaťky počas používania poškodia v rôznom stupni, musia byť opravené počas údržby lopaťiek, obvykle tým, že sa im odliaje pôvodný nátier a potom sa aplikuje nová vrstva nátieru.
Horúce novinky2024-12-31
2024-12-04
2024-12-03
2024-12-05
2024-11-27
2024-11-26
Náš profesionálny predajný tím čaká na vašu konzultáciu.
EN
AR
BG
HR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
HI
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
IW
LV
LT
SR
SK
SL
UK
VI
ET
HU
TH
TR
AF
MS
GA
IS
