Turbinblad är en viktig del av flygmotorer, med hög temperatur, tung belastning och komplext bygge. Kvaliteten på inspektion och underhåll är nära kopplad till hållbarheten och tjänstelivet av arbetet. Denna artikel studerar inspektion och underhåll av flygmotorblad, analyserar misslyckesläget hos flygmotorblad och sammanfattar misslyckesdetekteringstekniken och underhållstekniken för flygmotorblad.
I designen av turbinblad används ofta nya material med högre kvalitet, och arbetsmarginalen minskas genom att förbättra strukturen och bearbetningstekniken, vilket gör det möjligt att förbättra motorns tyngd-för-kraftförhållande. Turbinbladet är en aerodynamisk profil som kan utföra ekvivalent arbete över hela bladets längd, därmed säkerställer att luftströmmen har en rotationsvinkel mellan bladets rot och spets, och rotationsvinkeln vid spetsen är större än vid roten. Det är mycket viktigt att montera turbinrotorsbladen på turbindisken. Den "fickformade" tenonen är rotorerna i den moderna gasturbinen. Dessa har precis bearbetats och utformats för att säkerställa att alla flätor kan bära lasten jämnt. När turbinen är stilla, har bladet en tangentiell rörelse i tätheten, och när turbinen roterar trycks bladets rot mot disken på grund av centrifugalkraften. Ventilatormaterial är en viktig faktor för att säkerställa prestanda och tillförlitlighet hos turbinen. Tidigare användes deformbara högtemperaturslegeringar och tillverkades genom skforgning. Med fortsatt utveckling av motordesign och precisionskastningsteknik har turbinsbladen gått från deformbara legeringar till tomma, polycrystallin till enskristall, och bladens vedermodighet har förbättrats markant. Nickelbaserade enskristallsuperalloyer används allmänt i produktionen av varmt delar i flygmotorer på grund av deras utmärkta högtemperaturkryps egenskaper. Därför är djupgående forskning om inspektion och underhåll av turbinsblad av stort värde för att förbättra motorernas driftsäkerhet och korrekt bedöma skademorfologin och skadegraden hos bladen.
I praktisk verksamhet är långcyklisk utmattningsbrytning av rotorbladen vanligtvis inte lätt att inträffa, men under följande tre förhållanden kan en långcyklisk utmattningsbrytning inträffa. Figur 1 är en skiss av bladbrytning.
(1) Även om arbetspåtrycket på farlig sektion är mindre än materialens tröskelvärde för plastisk deformation, finns det stora lokala defekter på farlig sektion. I detta område orsakar de existerande defekterna att en större yta i närheten överstiger materialens tröskelvärde för plastisk deformation, vilket leder till en stor mängd plastisk deformation och därefter till långcyklisk utmattningsbrytning av bladet.
(2) På grund av otillräckliga designöverväganden närmar sig arbetspåtrycket på bladets farliga sektion eller överstiger materialens tröskelvärde för plastisk deformation. När det finns ytterligare defekter i farlig del kommer bladet att drabbas av långcyklisk utmattningsbrytning.
(3) När bladet har abnorma förhållanden som till exempel fladdrande, resonans och överhettning, är den totala spänningsvärdet i dess farliga avsnitt större än dess tröskelspänning, vilket leder till lågcykel-mättriumsbrott av bladet. Lågcykel-mättriumsbrott orsakas huvudsakligen av designanledningar och inträffar oftast runt bladsfoten. Det finns ingen tydlig mättriumsbåge vid det typiska lågcykellängdbrottet.
Högcykel-mättriumsbrott syftar på brottet som inträffar under bladets torsionsresonans och har följande representativa karakteristik:
(1) Hörnfall inträffar vid torsionsresonansnoden.
(2) En tydlig mättriumskurva kan ses vid mättriumsbrottet på bladet, men mättriumskurvan är mycket tunn.
(3) Brottet börjar vanligtvis från bladets bakre del och sträcker sig till bladscken, och mättriumsområdet täcker huvuddelen av brötets yta.
Det finns två huvudsakliga orsaker till vridfatighetsriskorna på bladet: den ena är vridresonans, och den andra är omfattande rost på bladsurface eller påverkan av yttre kraft.
Turbins rotorbladen arbetar i en högtemperaturmiljö och utsätts för temperaturförändringar och växelvis belastningar, vilket leder till krup och fatigue-skador på bladen (se figur 2). För högtemperaturfatiguebrott på bladen måste följande tre villkor uppfyllas:
(1) Bladfatiguebrottet visar främst karaktäristiken för mellankornsbrott.
(2) Temperatures vid brytningsplatsen på bladet är högre än materialets gränstemperatur för krup;
(3) Fatiguebrytningsplatsen på bladet kan endast motstå centrifugala dragspänningarna med kvadratvågform, vilket överstiger krupgränsen eller fatiguesgränsen vid denna temperatur.
Generellt sett är fatigfraktur av rotorblad vid höga temperaturer extremt sällsynt, men i praktisk användning är fatigfraktur orsakad av termisk skada på rotorn relativt vanlig. Under motor drift är överhettning eller förbränning av komponenter på grund av korttidsöverhettning under abnorma arbetsförhållanden kallat överhettningsskada. Vid höga temperaturer är fatiggickor lätt att uppstå i bladen. Fatigfraktur orsakad av högtemperaturskada har följande huvudsakliga egenskaper:
(1) Frakturpositionen ligger vanligtvis i det högsta temperaturområdet på bladet, vinkelrätt mot blaxeln.
(2) Frakturen utgår från inlettskanten av källområdet, och dess tvärsnitt är mörkt och har en hög grad av oxidation. Tvärsnittet av utsträckningsavsnittet är relativt jämnt och färgen är inte lika mörk som i källområdet.
Ombordsskapsinspektion är att visuellt inspecta turbinblad via en sond i motorturbinrutan. Denna teknik kräver ingen demontage av motorn och kan slutföras direkt på flygplanet, vilket är praktiskt och snabbt. Skapsinspektion kan bättre upptäcka brännning, korrosion och avlossning av turbinblad, vilket kan hjälpa till att förstå och behärsk tekniken och hälsotillståndet av turbinen, så att en omfattande inspektion av turbinbladen kan utföras och normal drift av motorn kan garanteras. Figur 3 visar skapsinspektionen.
Ytan på turbinbladen är täckt med avlagringar efter försvarning, lagor och termisk korrosionslager som bildats genom högtemperaturoxidationskorrosion. Kolavlagringarna ökar bladhjulet på bladen, vilket orsakar förändringar i den ursprungliga luftflödesvägen, därmed minskar turbineffektiviteten; termisk korrosion minskar mekaniska egenskaper hos bladen; och på grund av kolavlagringarnas närvaro göms skadorna på bladsytan, vilket gör det svårt att upptäcka dem. Därför måste kolavlagringarna rengöras innan övervakning och reparation av bladen.
Tidigare användes "hårda" mätinstrument som vinkelmätare och kalkiper för att upptäcka bladets diameter i flygplansmotorer. Denna metod är enkel, men den påverkas lätt av människlig interference och har brister som låg noggrannhet och långsamt mätningstempo. Sedan skrevs ett program för mikrodatorkontroll baserat på koordinatmätmaskinerna, och ett mätningssystem för bladets geometriska dimensioner utvecklades. Genom att automatiskt mäta bladet och jämföra det med standardbladformen ges testresultaten för felet automatiskt för att avgöra bladets tillgänglighet och den nödvändiga underhållsmetoden. Även om koordinatmätinstrument från olika tillverkare har skillnader i specifika tekniker, har de följande gemensamheter: hög automatiseringsnivå, snabb mätning, vanligtvis kan ett blad mätas på 1 minut, och har bra expansionsförmågor. Genom att ändra en databas över standardbladform kan olika typer av blad mätas. Figur 4 visar integritetstestet.
Termisk sprutningsteknik innebär att bränna fiber eller pulvermaterial till en smältad tillstånd, sedan atomisera dem ytterligare och därefter avlagra dem på de delar eller substrat som ska sprutas.
(1) Slitagebeständiga beläggningar
Slitagebeständiga beläggningar, såsom koboltbaserade, nikkobaserade och tungstankarbidsbaserade beläggningar, används allmänt i flygplansmotorers komponenter för att minska friktion orsakad av vibration, glidning, kollision och annan friktion under drift av flygplansmotorer, vilket förbättrar prestanda och livslängd.
(2) Värmebeständiga beläggningar
För att öka driften måste moderna flygplansmotorer höja temperaturerna före turbinen till det maximala. På detta sätt ökar drifttemperaturen på turbinbladen motsvarande. Trots användandet av vedertåliga material är det fortfarande svårt att uppfylla brukets krav. Testresultaten visar att tillämpning av vedertåliga beläggningar på ytan av turbinbladen kan förbättra vedertåligheten hos delarna och undvika deformation och sprickning av komponenter.
(3) Vedertåliga beläggningar
I moderna flygmotor är turbinen sammansatt av en hüsning med flera horisontella statorblad och ett rotorblad som är fäst på en skiva. För att förbättra motoreffektiviteten bör avståndet mellan de två komponenterna, statorn och rotorn, minskas så mycket som möjligt. Detta avstånd omfattar "toppgapet" mellan rotorns spets och den fasta yttre ringen, samt "steggapet" mellan varje steg av rotorn och hüsningen. För att minska luftutsläcket orsakat av för stora luckor krävs det teoretiskt sett att luckorna ska vara så nära noll som möjligt, eftersom faktiska fel och monteringsfel hos produktionsdelarna gör det svårt att uppnå detta; dessutom, under höga temperaturer och hög hastighet, rör sig hjulet longitudinellt, vilket orsakar att bladen "växer" radials. På grund av böjningsdeformation, termisk utvidgning och kontraktion av arbetsytorna används sprutsprutning av slitagebeläggningar för att få den minsta möjliga kontrollbara luckan, dvs. att spruta olika beläggningar på ytan nära bladens spets; när de roterande delarna ramar emot den, producerar beläggningen offermässig slitage, vilket minskar luckan till det minsta möjliga. Figur 5 visar termisk sprutsprutningsteknik.
Shot peening-tekniken använder höghastighetsprojektiler för att påverka ytan av arbetsstycket, vilket genererar residualkompressionsstress på ytan av arbetsstycket och bildar en förmaks material till viss grad för att förbättra produkternas utslitningsstyrka och minska materialets stresskorrosionsprestanda. Figur 6 visar bladet efter shot peening.
(1) Torka shot peening
Torka shot peening-tekniken använder centrifugalkraft för att bilda en ytförstärkande lager med viss tjocklek på ytan av arbetsstycket. Även om torka shot peening-tekniken har enkel utrustning och hög effektivitet, finns det fortfarande problem som dammutfällning, hög buller och hög projektilförbrukning under massproduktion.
(2) Vatten shot peening
Vattenburen shot peening har samma förstärkningsmekanism som torrt shot peening. Skillnaden är att det använder snabbflytande vätskepartiklar istället för shot, vilket minskar dammutsläppen under torrt shot peening och därmed förbättrar arbetsmiljön.
(3) Rotationsplattaförstärkning
Det amerikanska företaget 3M har utvecklat en ny typ av skottbehandlingsförmekningsprocess. Dess förstärkningsmetod är att använda en rotationsplatta med skott för att kontinuerligt slå mot metallytan på hög hastighet för att skapa en ytförstärkningslager. Jämfört med skottbehandling har det fördelarna att vara enkelt utrustning, lätt att använda, hög effektivitet, ekonomiskt och hållbart. Rotationsplattaförstärkning innebär att när ett höghastighetskott träffar bladet, kommer bladets yta att expandera snabbt, vilket orsakar plastisk deformation på en viss djupnivå. Dicken på deformationslagret är relaterad till kollisionsstyrkan hos projektilet och de mekaniska egenskaperna hos arbetsmaterial, och kan vanligtvis nå 0,12 till 0,75 mm. Genom att justera skottbehandlingsprocessen kan den lämpliga dicken på deformationslagret uppnås. Under verkan av skottbehandling inträffar plastisk deformation på bladytan, och den närliggande underliggande ytan kommer också att deformeras. Men jämfört med ytan är deformationen på underliggande ytan mindre. Om inte givningspunkten nås, befinner den sig fortfarande i den elastiska deformationsfasen, så den ojämna plastifieringen mellan ytan och den underliggande lagen är ojämn, vilket kan orsaka förändringar i residualspänningar i materialet efter sprutning. Testresultaten visar att det finns residualkompressionspänningar på ytan efter skottbehandling, och vid en viss djupdygn dyker spänningspänningar upp på underliggande ytan. De residualkompressionspänningar på ytan är flera gånger större än på underliggande ytan. Denna residualspänningfordelning är mycket fördelaktig för att förbättra trötthetsstyrkan och korrosionsmotstånd. Därför spelar skottbehandlings tekniken en mycket viktig roll i att förlänga produkternas livslängd och förbättra produktkvaliteten.
I flygmotorer använder många av de förbättrade turbinbladen coatings-teknik för att förbättra sina egenskaper mot oxid, korrosion och utslitage; dock, eftersom bladen skadas i olika utsträckning under användning, måste de repareras under bladunderhåll, vanligen genom att ta bort det ursprungliga lagret och sedan tillämpa ett nytt coating-lager.
Heta Nyheter2024-12-31
2024-12-04
2024-12-03
2024-12-05
2024-11-27
2024-11-26
Vårt professionella säljteam väntar på din konsultation.
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
