Istraživanje i primena tehnologije prilagođenog frodne za popravku štete na čelicama turbinskih listova aviokotača

Popravak oštećenih turbine zglobova je od velike važnosti za održavanje i produživanje života avionskih motora. Ovaj članak pregleda napredak istraživanja tehnologije popravka određene nikl-bazirane litne visokotemperaturne legure turbine rada, sa fokusom na metodu popravka prilagođenog obrade na vrhu zgloba, detaljno objašnjava eksperimentalni proces obrade i verifikacione rezultate, i upućuje se na perspektive razvoja tehnologije popravka turbine zglobova.

Motorski motor je snagačna jezgra letelice. Među različitim komponentama motorskog motora, funkcionalna misija i radna karakteristika turbine odlučuju da su lopatica jedan od rotirajućih delova sa najgorim naprezanjima i najvećom opterećenjem u motorskom motoru, što uzrokuje takođe česte kvarove i štete na lopaticama turbine. Među njima, probijanje prska ima najveću verovatnoću pojavljivanja i najveći štetu, glavno umornu prasku uzrokovane centrifugalnom silom nadovezanim na savijajuće naprezanja, flater umornu prasku uzrokovane vibracionim uslovima i visoko temperaturnu umornu prasku uzrokovane korozivnim štetama izazvanim okolišnjim sredinama. U ovom trenutku, kako bi se smanjio trošak korišćenja motora, remanufaktura i popravka oštećenih lopatica turbine imaju veliki značaj.

Među ključnim tehnologijama za popravak turbinskih lopatica, adaptivna procesna tehnologija je privukla pažnju mnogih istraživača kao učinkovit sredstvo za postizanje glatkog preklapanja oštećenih granica i visokopreciznog oblikovanja popravljenih područja. Britanska kompanija TTL dobija informacije o presjecima lopatica kroz kontaktne metode merenja i koristi merene podatke o profilu presjeka za obavljanje rekonstrukcije modela oštećenog područja vrha lopate pomicanjem duž Z pravca, a zatim generiše obradne kodove za uklanjanje sloja nadlepljenja. Britanska kompanija Delcam je predložila metodu rekonstrukcije modela za popravak vrha turbinskih lopatica putem mašinskog merenja, što je smanjilo problem akumulacije grešaka pozicioniranja kroz mašinsko merenje; dva skupa podataka presjeka blizu sloja nadlepljenja su dobijeni kroz kontaktno merenje, a izračunato je geometrijsko modelovanje oštećenog vrha ravne-zrnske lopate kako bi se dovršio celokupni proces popravka mehanizmom određivanja. Na osnovu sive sistem teorije, Ding Huapeng je predvidio luk i debljinu profila lopate u oštećenom području, a zatim je rekonstruisao potpuni model lopate, nakon čega je dobio model defekta popravka kroz boolean razliku, time postižući određeni efekat popravka. Hou F i drugi su predložili adaptivnu metodu popravka tela lopate, uključujući modelovanje površine za svařivanje i optimizaciono modelovanje ciljnog popravnog područja, a na kraju su koristili simulaciju da bi dokazali učinkovitost metode popravka. Zhang X i drugi su predložili automatski plan popravka oštećenih područja motornih lopatica, koji se direktno formira putem materijalnog nadlepljenja. U poređenju sa tradicionalnim metodama popravka, ovaj pristup je inovativan do određene mere, ali je teško primeniti na turbinsku lopaticu sa kompleksnim površinama.

Istraživanje iznad pokazuje da je popravak lopatica aviokomora trenutno popularna tema u avionskom sektoru, kako unutar tako i izvan zemlje. U oblasti popravka, fokus je na postizanje glatke preklapanja između zone popravka i neštećene zone, kao i preciznog formiranja nakon popravka. Stoga, na osnovu navedenih istraživanja o popravku, ovaj članak uzima štetnu radnu lopaticu turbine kao primer za primenu istraživanja tehnologije adaptivnog obrade za popravak štete na vrhu lopate, osiguravajući da se zona obrade i neobradjena zona popravljene lopate mogu glatko preklapati, a da ukupna površina popravka ispunjava konačne tolerancije popravljene lopate.

1 Analiza procesibilnosti popravka štete na vrhu lopate

Slika 1 prikazuje tipičnu pukotinu na vrhu lopatica turbine. Na osnovu ovoga, predložen je postupak za remanufakturu i popravku oštećenog vrha lopate turbine aviokombajna. Izgrađena je rešenja za remanufakturu i popravku, koja uključuje uklanjanje oštećenog dela vrha lopate - taljenje i naplaćivanje soldera (kao što je prikazano na slici 2) - stjecanje oblaka tačaka lopate - rekonstrukcija digitalnog modela lopate - adaptivna obrada lopate, kako bi se postigla adaptivna popravka geometrijske tačnosti veličine lopate i oporavak performansi. Kvalitet i performanse popravljene lopate ispunjavaju dizajnerske zahteve i mogu se koristiti za stvarno vreme popravke na mestu popravke, pružajući efektivno rešenje za realizaciju serijske obrade popravke oštećenih komponenti aviokombajna.

1.1 Analiza procesnih teškoba

Zbog problema tačnosti litanja, postoje individualne razlike između završene češlje i teorijskog dizajn modela. Kontur veličine češlje se formira u novom stanju, a nakon radnog ciklusa, doći će do različitih stepeni deformacije i defekata. Zbog individualnosti obradivog objekta, ako se obnavlja i obrađuje prema teorijskoj veličini crteža dizajna, uništavaće se oblična tačnost izvorne češlje. Ako je potrebno da za svaku jedinicu obrade ponovo bude generisan niz kodova obrade prema CAD modelu, to će znatno uticati na celokupni ciklus obrade delova.

Vršna četkica ima složenu strukturu, sa šefom i poklopčićem 2 do 3 mm ispod vrha četkice, a najmanja širina repne šava je samo 0.5 mm. Četkica je unutrašnje praznine strukture, a na površini tela četkice se nalazi mnogo vazdušnih filmovitih rupa. Šuplje i metalne trape lagano ulaze u unutrašnju prazninu i vazdušne filmovite rupe, što čini teško čišćenje.

1.2 Glavni tehnički zahtevi

(1) Nakon što se vrh reparira, konture unutrašnjih i spoljnih zakrivljenih površina odgovaraju dizajnu crteža i su glatko spojene sa izvornim oblikom osnovne četkice.

(2) Minimalna debljina zida duž oblika četkice na repnoj strani vrha je 0.41 mm, a minimalna debljina zida duž oblika četkice na drugim delovima je 0.51 mm (kao što je prikazano na slici 3).

(3) Garantuje se visinska dimenzija četkice.

(4) Ostrina nije veća od Ra0.8 μm.

(5) U unutrašnjoj praznini i vazdušnim filmovitim rupama nije dozvoljeno da ostane bilo kakva metalna traplja ili druge nečistine.

(6) Popravljena površina se proverava fluorescencijom kako bi se osiguralo da ne postoji šuplje, uključujući materijalne nedostatke itd., a provera se vrši u skladu sa standardima fluorescenčne inspekcije i kriterijumima prihvaćanja.

2 Adaptivna tehnologija obrade za popravku štete na čeljusti lopatica

U vidu teškoća u procesu popravke štitka radnog lopatica turbine, a imajući na umu: deformacija svakog popravljenog lopaca nije konzistentna, položaj i ugao zagaravanja su različiti, a preciznost izvorne litije je problematična. Takve prakse mogu biti brzo otkrivljene online kroz adaptivnu tehnologiju obrade za svaki deo ili deo koji treba da se obrađuje, pri čemu se može shvatiti stvarna oblika i raspodela položaja. Zatim sistem rekonstruira ciljani digitalni model koji je saglasan sa dizajnom kroz merene podatke, generiše jedinstvenu personalizovanu putanju trajektorije kako bi ispunio zahteve proizvodnje, i konačno odgovara dizajnu i stvarnom objektu. Adaptivna maršruta obrade prikazana je na slici 4.

2.2 Tehnologija registracije podataka CAD modela

Zbog personalizovanih karakteristika praznog prostora obradjenog objekta, rekonstruisani CAD model nedostaje regularna referentna ravan za pronalaženje njegovog koordinatnog sistema, a potrebno je koristiti tehnologiju registracije kako bi se poravnavao njegov koordinatni sistem. Dve skupine tačaka u prostoru su teoretski model X{xi} i mereni podaci P{pi} obradjenog objekta. Skup tačaka P se rotira i translira kako bi se minimizirao rastojanje sa skupom tačaka X, pri čemu se uspostavlja prostorna transformaciona veza između merenih podataka P{pi} i teorijskih informacija modela X{xi}. Prostorna transformaciona veza uključuje rotacionu matricu R i translacionu matricu T. Zatim se koristi metoda najbližeg pariranja tačaka da se pronađe tačka u X koja je najbliža svakoj tački u P kako bi se parirale, formirajući novi skup tačaka X', kao što je prikazano na slici 5.

3 Verifikacija tehnologije adaptivne obrade za popravku štetljivih oštećenja na rubu lisca

Adaptivni sistem stvaranja uključuje softver i hardverske sisteme adaptivnog stvaranja, kao što su strojevi za obradu i alatke za režanje. Integracija ovih dva elemenata je ključna za konačno postizanje adaptivne obrade. U radu na popravci određenog tipa visokotlakne turbine, koristeći se adaptivnim sistemom stvaranja, izvršena je popravna obrada listova, a završene su popravka i primena verifikacije više motornih listova.

3.1 Koraci testiranja

Korak 1: Nakon što je oštećeno područje vrha listića za popravku ispunito preko nalaganja i površinskog svarenja, mereni podaci iz oblasti blizu oštećenog vrha listića dobijaju se putem unutarnjeg detekcije u stroju.

Korak 2: Dobijanje teorijskih modela informacija pre popravke vrha listića.

Korak 3: Koristite podatke o registraciji da utvrdite prostornu transformacionu vezu između merenih informacija i teorijskog modela (prostorna transformaciona veza uključuje rotaciju i translaciju), a zatim dobijte korisnu korekciju rotacije i translacije, odnosno količinu rotacije i translacije nakon najboljeg prilagođavanja.

Korak 4: Generišite CLSF fajl sa lokacijom alata za obradu prema teorijskim informacijama modela, a generišite ispravljenu poziciju alata i vektor osi alata u CLSF fajlu prema korekciji u smerovima XYZ dobijenoj na koraku 3.

Korak 5: Cepanje i poliranje oštećene zone vrha lopatica turbine pomoću modifikovanog tragova alata, kako bi se postigla potpuna obnova preciznog vrha lopatica.

Kao što je prikazano na slici 6, koristi se sonda RMP40 i loptasta glava prečnika φ6 mm za online merenje. Dobijaju se dvanaest tačaka merenja optimizovanjem dve sekcije blizu vrha lopatica. Generisani fajlovi sa podacima merenja mogu biti prosleđeni nazad u softverski sistem na računaru, a na osnovu merenih podataka se automatski generiše obradni model u UG.

Testiranje je izvršeno pomoću troosnog vertikalnog centra za mehanizaciju, a lopatica je bila vertikalno namotana na radnu površinu kroz brzo promenljivu alatnu paletu, što omogućava precizno ponovljivo čvrsticanje tijekom obrade i obrade značajki u narednom procesu, kao što je prikazano na slici 7.

Generisani CLSF fajl trajektorije obradnog alata prikazan je na slici 8.

3.2 Zaštita unutrašnjeg prostora i vazduhovnog filmova

Tijekom testa, tehnički zahtev da u unutrašnjoj šupljini i otvorima vazduhnog filma ne smiju ostati čepovi ili druge strane materije je bio ispunjen. Tijekom procesnog testiranja, unutrašnja šupljin i više otvora vazduhnog filma lopatica su bili zaštićeni. Ovo tehnološko istraživanje koristi funkcionalnu leju kako bi zakleio unutrašnju šupljinu i otvore vazduhnog filma, time zaštitivši otvore. Poznato je da se pri popravci ovakvih lopaca inozemstveno koristi tečna "funkcionalna epoksidna mast-leja" kako bi se zaštitila šupljin i otvori vazduhnog filma. Nakon hlađenja, ova leja zatvara kako bi postigla zaštitni efekat. Kada se zagreje do iznad 100°C, topi se i pretvara u "pepeli", koja se može odbaciti uz pomoć prskanja ili ukloniti ultrazvukovim čišćenjem. U malim otvorima ne ostaje nikakva stopa. U kasnijim inženjerskim primjenama na seriju, zaštita i čišćenje šupljina i malih otvora će biti posebno važno, a potrebno je nastaviti da se pronađu još odgovarajuće načine za sprečavanje ulaska čepova i stranih materija.

3.3 Rezultati testiranja

Merljivim profilom vrha popravljene turbine, kao što je prikazano na slici 9, oblik odgovara zahtevima tehnologije procesa. Iz vizuelne inspekcije se vidi da se područje popravke lopatica i izvorni profil nakon adaptivnog ciljanja glatko prelaze, kao što je prikazano na slici 10. Debljina zidova unutrašnjih i spoljnih praznika je kvalifikovana, površinska hrubost je ispod Ra0.8 μm, a drugi tehnički indikatori odgovaraju procesnim zahtevima. Putem fluoroosvetljene inspekcije utvrđeno je da je proces obrade ne uzrokovao nove trsline i druge defektnosti.

Kontaktirajte nas

Hvala vam što ste pokazali interes za našu kompaniju! Kao profesionalna tvrtka za proizvodnju dijelova plinove turbine nastavit ćemo se brinuti o inovacijama u tehnologiji i poboljšanju usluga kako bismo pružili još više kvalitetnih rješenja kupcima širom svijeta. Ako imate bilo kakva pitanja, predloge ili namjeru suradnje, svesno ćemo vam pomoći. Molimo vas da nas kontaktirate na sljedeće načine:

WhatsAPP: +86 135 4409 5201
E-mail: peter@turbineblade.net