Як виготовляються лопатки ротора високотискової турбіни двигуна літака?

Принцип виготовлення лопаток високотискового турбінного ротора літака дуже простий, але різні параметри в цьому процесі вимагають багато експериментів для отримання параметрів кожного вузла, складу допоміжних матеріалів і багато щастя.

По-перше, лопатки високотискової турбіни потребують складних внутрішніх каналів для охолодження (див. рисунок нижче). Спочатку виготовляються внутрішні канали для охолодження (не враховуючи отвори для охолоджувального повітря, про них буде пізніше). Потім заливається восковий формант спеціальною керамікою для утворення каналів.

Після отримання цього керамічного формувального каналу, з'єднайте його з зовнішньою формою леза і помістіть у виробничу печку. Розплавлений надсплав* потрапляє до форми зверху донизу (включаючи керамічний внутрішній канал і воскову зовнішню форму). Дуже нудно створювати безліч шарів покриття між кожним формуванням. Німецькі компанії використовують роботів для цього, а здається, що Росія все ще використовує щетки бабусь. Ці покриття напряму визначають якість відливки, і толерантність дуже низька.

На цьому етапі відливальна машина строга контролює температуру розплавленого надсплаву, а потім дозволяє йому затверднути на горизонтальній площині (тобто, рост кристалу), знизу доверху, коли кристали ростуть у спіраль (селектор кристалів), вони тиснуть і вибирають один одного, і в кінці залишається лише один кристал, який найбільше відповідає передбачуваному напрямку, і цей кристал продовжить рости вгору.

Оскільки високотискова вісь повинна обертатися більше 10 000 разів, кожен елемент піддається більше 10 тонн центруючої сили, а сила кристалів нікелю у кожному напрямку різна, тому його діагональ (найсилніший напрямок) має знаходитися всередині 10 градусів від напрямку дії центруючої сили. (Ще одна річ, наведена нижче: у низькотисковому турбіновому роторі використовується односпрямлений нікелевий сплав, який потребує напрямку кристалів, але не лише один кристал, оскільки температура плавлення односпрямленого кристалу на 50K вища за температуру плавлення полікристалів (включаючи односпрямлені кристали)).

Коефіцієнт викиду невисокий. Скільки я знаю, багато відмінних заводів точного ливання в Німеччині спробували викликати цей процес і нарешті стали банкротами. Порог справді занадто високий.

Нарешті, отримується готовий продукт, і використовується спеціальний алкалід, щоб розчинити керамічну форму для повітряних ходів, яка залишається у повітряному ході для створення отворів для охолодження. Існують електродисольвуючі отвори та електрохімічні отвори. Найбільш поширеними є отвори, які створюються лазером. Форма цих отворів також дуже складна. Потім йде електрооцинка, яка також є великою галуззю знань.

Зображення нижче показує полікристалічну структуру зліва, однонаправленний кристал посередині та однокристалічну структуру справа.

Тим не менш, після формування лопатки, у неї немає повітряних отворів, які з'єднують внутрішній повітряний канал охолодження та поверхню лопатки. Це зазвичай робиться за допомогою лазера. Оскільки повітряний потік охолодження втрачає багато тиску при його видобуванні з високотискового компресора і потім теке через порожній вісь до високотискової турбіни, хоча основний повітряний потік також втрачає тиск при проходженні через камеру згоряння, а процес від віси до лопатки має певний центрифужний ефект стиснення та підвищення тиску, все ще потрібен більший статичний тиск для того, щоб випровадити повітряний потік охолодження на поверхню лопатки. У цьому випадку потрібен отвір з розширеною перерізною площиною для обробки повітряного потоку охолодження, щоб зменшити динамічний тиск і збільшити статичний тиск, а потім повітряний потік охолодження відтіснює гарячий основний повітряний потік від поверхні лопатки (багато бреду). Крім того, занадто велика швидкість призведе до того, що охолодження буде безпосередньо викинуте в основний повітряний потік, і у нього є ще одна функція — утворення шару повітряної плівки охолодження на поверхні лопатки для її захисту, що вимагає зменшення швидкості та підвищення тиску.

Отже, цей тип отвору необхідно оптимізувати його геометричну форму для різних позицій. Лазерне бурення легко автоматизувати, але недоліком є те, що виникне внутрішній напружений стан поверхні.

У хвостовій частині статора турбіни (однокристаллична, офтопік) потрібно пробити отвори для охолодження прокидів, які будуть обслуговувати наступний турбінний ротор. Цей отвір дуже високий і не може витримувати внутрішнього напруження, тому його виготовляють за допомогою електрохімічного зневоднення. Звичайно, це не абсолютні правила, і різні компанії мають різні методи обробки.

Після цього отримується лопатка турбіни з однокристалличної структури, але її ще не було покрито. Сучасні лопатки турбін потребують шару термічного бар'єрного покриття зікозії, керамічного оксиду зірконію. Оскільки це кераміка, вона до певного ступеня хрупка. Коли турбіна працює, якщо відбувається незначна деформація, вся деталь може відколотися, і лопатки турбіни відразу розплавляться. Це абсолютно неприпустимо в Hangfa.

Тоді є процес EB-PVD (електронно-пучковий фізичний хімічний осаджування), метод парового осадження.

Звичайно, перед її виготовленням є багато шарів з інших матеріалів, таких як плазменне наплавлення платини (платина), плазмова спрей-обробка тощо. Також є шар для підкріплення зірконії і прилипчення її, як клей. Звичайно, між кожним компанією є невеликі відмінності, і вони не є статичними.

Перш за все, електронна пушка випромінює електронний промінь, який керується магнітним полем і потрапляє на субстрат цирконію. Субстрат, що піддається бомбардуванню електронами, перетворюється у газовий стан, а газоподібна цирконія провадиться до поверхні леза, починаючи рости. Цирконія буде зростати у маленькі палички діаметром 1 мікрон і довжиною 50 мікронів, щільно покриваючи поверхню листків без нанесення пор. Оскільки це не є монолітним керамічним матеріалом, маленькі палички можуть трохи рухатися відносно одна до одної, не відколюючись всією масою, що вирішує проблему виходу з ладу через деформацію.

Цирконій має екстремально високу твердість і екстремально низьку теплопровідність, що дозволяє досягти дуже крутого температурного градієнта між никелевим підложем і гарячим потоком повітря. За допомогою внутрішнього охолодження та повітряної плівки охолонення, лопатка може працювати довго з високою міцністю та надійністю у середовищі, температура якого значно вища за її власну температуру плавлення.

На цьому етапі поверхня лопатки готова. Щоб вона вписалася у турбінний колесо, лопатці також необхідна піне形 або шип-пазова структура кореня лопатки.

Як зазначено вище, кожна турбінна лопатка витримує більше десяти тон відцентрувальної сили при роботі, і корінь лопатки також потрібно обробляти дуже точно. Никелевий суперспloyд відмінно міцний, високотемпературний і дуже важко обробляти.

Корінь лопатки виготовлюється шлифуванням. Лопатка фіксується у спеціальному пристрої, і верхні та нижні шлифувальні круги з протилежною геометрією (форма жіночої матриці) шлифують всередину.

Це призведе до швидкого викину валку для гринцю, тому ззовні двох валків додається позитивний алмазний валок для неперервного гринцю валка, щоб він продовжував працювати. Промислові алмази на алмазному колі приклеюються роботами.

Після цих процесів та перевірки, лезо готове до роботи. Це лише частина двигуна літака, а двигун літака — це лише модуль на літаку.