Čepele turbíny jsou důležitou součástí letadlových motorů s vysokou teplotou, těžkou zatížením a komplexní strukturou. Kvalita inspekce a údržby úzce souvisí s trvanlivost a životností práce. Tento článek studuje kontrolu a údržbu lopatek letadlového motoru, analyzuje režim selhání lopatek letadlového motoru a shrnuje technologii detekce selhání a technologii údržby lopatek letadlového motoru.

Při navrhování lopatek turbíny se často používají nové materiály s vyšší kvalitou a pracovní rozpětí se sníží zlepšením technologie struktury a zpracování, aby se zlepšila poměr tahu motoru k hmotnosti. Čepel turbíny je aerodynamický profil, který může dosáhnout ekvivalentní práce po celé délce čepele, čímž zajistí, že proudění vzduchu má úhel rotace mezi kořenem čepele a špičkou čepele a úhel rotace na špičce čepele je větší než u kořene čepele. Je velmi důležité nainstalovat čepel rotoru turbíny na disk turbíny. Fenon „Fire-Tree-Shaped“ je rotor moderní plynové turbíny. Byl přesně zpracován a navržen tak, aby zajistil, že všechny příruby mohou nést zátěž rovnoměrně. Když je turbína stacionární, čepel má v zubní drážce tangenciální pohyb a když se turbína otáčí, kořen čepele je utažen na disk kvůli odstředivému účinku. Materiál oběžného kola je důležitým faktorem při zajišťování výkonu a spolehlivosti turbíny. V prvních dnech byly použity deformované vysokoteplotní slitiny a vyrobeny kováním. S neustálým rozvojem návrhu motoru a přesnosti technologie odlévání se turbínové lopatky změnily z deformovaných slitin na duté, polykrystalické na jedno krystaly a tepelná odolnost čepelí se výrazně zlepšila. Jednorázové superaliony na bázi niklu se široce používají při výrobě horkých koncových částí leteckých motorů díky jejich vynikajícím vysokoteplotním dotvarovým vlastnostem. Proto je hloubkový výzkum inspekce a udržování lopatek turbíny velký význam pro zlepšení bezpečnosti provozu motoru a přesné hodnocení morfologie poškození a stupně poškození čepelí.

Režimy selhání listů motoru letadla

Selhání zlomeniny únavy čepele s nízkým cyklem

Ve skutečné práci se obvykle nejedná se o zlomeninu únavy s nízkým cyklem únavy, ale za následujících tří podmínek dojde k zlomeninám s nízkým cyklem únavy. Obrázek 1 je schematický diagram zlomeniny čepele.

(1) Ačkoli pracovní stres na nebezpečné části je menší než výnosová síla materiálu, v nebezpečné části jsou velké místní vady. V této oblasti, vzhledem k existenci defektů, větší plocha v okolí překračuje výnosovou sílu materiálu, což vede k velkému množství plastické deformace, což vede k zlomeninu únavy nízkého cyklu čepele.

(2) Kvůli špatným návrhovým úvahám je pracovní stres čepele v nebezpečné části blízký nebo překračuje výnosovou sílu materiálu. Pokud jsou v nebezpečné části další defekty, čepel podstoupí zlomeninu únavy s nízkým cyklem.

(3) Pokud má čepel abnormální podmínky, jako je flutter, rezonance a přehřátí, je celková hodnota napětí jeho nebezpečné sekce větší než její výnosová síla, což vede k lomu únavy nízkého cyklu čepele. Fraktura únavy s nízkým cyklem je způsobena hlavně z důvodu konstrukcí a většina z nich se vyskytuje kolem kořene čepele. Na typickém nízkém zlomenině neexistuje žádný zjevný únavový oblouk.

Selhání zlomeniny únavy torzní rezonance

Fraktura únavy s vysokým cyklem se vztahuje na zlomeninu, ke které dochází při torzní rezonanci čepele, a má následující reprezentativní charakteristiky:

(1) K kapce rohu dochází v torzní rezonanční uzel.

(2) Zjevnou únavovou křivku je vidět při únavové zlomenině čepele, ale únavová křivka je velmi tenká.

(3) Zlomenina obvykle začíná od zadní části čepele a sahá až k umyvalu čepele a únava zabírá hlavní oblast lomového povrchu.

Existují dva hlavní důvody pro torzní únavové trhliny čepele: jedna je torzní rezonance a druhá je rozsáhlá rez na povrchu čepele nebo dopad vnější síly.

Únava s vysokou teplotou a selhání zlomeniny únavy tepelného poškození

Lopatky rotoru turbíny pracují v prostředí s vysokou teplotou a jsou vystaveny změnám teploty a střídavým napětím, což vede k plíživé a únavové poškození čepelí (viz obrázek 2). Pro zlomeninu čepelí s vysokou teplotou je třeba splnit následující tři podmínky:

(1) Únavová zlomenina čepele ukazuje hlavně vlastnosti intergranulární zlomeniny.

(2) Teplota v lomovém místě čepele je vyšší než teplota limitu tečení materiálu;

(3) Místo lomu únavy čepele může vydržet pouze odstředivé napětí v tahu čtvercového průběhu, což při této teplotě přesahuje limit tečení nebo únavové limit.

Obecně je únavová zlomenina lopatek rotoru při vysokých teplotách velmi vzácná, ale ve skutečném použití je zlomenina únavy způsobená tepelným poškozením rotoru relativně běžná. Během provozu motoru se přehřátí nebo přehnané komponenty v důsledku krátkodobé nadjednocení za abnormálních pracovních podmínek nazývá poškozením přehřátí. Při vysokých teplotách jsou únavové trhliny náchylné k tomu, aby se vyskytly v čepelích. Únavová zlomenina způsobená poškozením s vysokou teplotou má následující hlavní vlastnosti:

(1) Poloha zlomenin je obecně umístěna v oblasti nejvyšší teploty čepele, kolmo k ose čepele.

(2) Zlomenina pochází z vstupního okraje zdrojové oblasti a její průřez je tmavý a má vysoký stupeň oxidace. Průřez sekce prodloužení je relativně plochý a barva není tak tmavá jako zdrojová oblast.

Technologie opravy selhání listů letadlového motoru

Inspekce na palubě borescope

Na palubní inspekci borescope je vizuálně kontrolovat lopatky turbíny přes sondu v krabici motorové turbíny. Tato technologie nevyžaduje demontáž motoru a může být dokončena přímo na letadle, což je pohodlné a rychlé. Inspekce borescopu může lépe detekovat pálení, korozi a debanding turbínových lopatků, které mohou pomoci pochopit a zvládnout technologii a zdraví turbíny, aby provedly komplexní kontrolu lopatků turbíny a zajistit normální provoz motoru. Obrázek 3 ukazuje inspekci borescopu.

Předstírá léčba před inspekcí v opravárenské dílně

Povrch lopatek turbíny je pokryt usazeniny po spalování, povlacích a tepelných korozních vrstvách vytvořených oxidační korozí s vysokou teplotou. Ukládání uhlíku zvýší tloušťku stěny čepelí, což způsobí změny v původní dráze proudění vzduchu, čímž se sníží účinnost turbíny; Tepelná koroze sníží mechanické vlastnosti čepelí; A v důsledku přítomnosti uhlíků uhlíku je poškození povrchu čepele zakryté, což ztěžuje detekci. Proto musí být před sledováním a opravou čepelí vyčištěny uhlíky.

Testování integrity Blade

V minulosti byly k detekci průměru čepele letadlových motorů použity „tvrdé“ měřicí přístroje, jako jsou úhlové měřidla a třmeny. Tato metoda je jednoduchá, ale je snadno ovlivněna lidským rušením a má defekty, jako je nízká přesnost a pomalá detekční rychlost. Následně byla na základě měřicího stroje souřadnice zapsána aplikace pro automatické ovládání mikropočítače a byl vyvinut systém měření pro geometrické rozměry čepele. Automaticky detekováním čepele a jejím porovnáním se standardním tvarem čepele se automaticky provádějí výsledky testů chyb, aby se určila dostupnost čepele a požadovanou metodu údržby. Ačkoli souřadnice měřicí přístroje různých výrobců mají rozdíly ve specifických technologiích, mají následující společné rysy: vysoká úroveň automatizace, rychlá detekce, obecně jedna čepel může být detekována za 1 minutu a má dobré expanzní schopnosti. Úpravou standardní databáze tvaru čepele lze detekovat různé typy čepelí. Obrázek 4 ukazuje test integrity.

Údržba čepele letadla

Technologie tepelného spreje

Technologie tepelného postřiku je spálit vlákna nebo práškové materiály do roztaveného stavu, atomizovat je a poté je vložit na části nebo substráty, které mají být nastříkány.

(1) Povlaky odolné vůči opotřebení

Povlaky odolné vůči opotřebení, jako jsou na bázi kobaltu, nikl a wolframové karbidy, se v dílech letadlových motorů široce používají ke snížení tření způsobeného vibracemi, klouzáními, kolizí, třením a dalším třením během provozu letadlových motorů, čímž se zlepšuje výkon a životnost.

(2) Tepelně rezistentní povlaky

Aby se zvýšila tah, musí moderní letadlové motory zvýšit teplotu před turbínou na maximum. Tímto způsobem se odpovídajícím způsobem zvýší provozní teplota lopatek turbíny. Přestože se používají materiály odolné proti teplu, je stále obtížné splnit požadavky na použití. Výsledky testů ukazují, že použití tepelně rezistentních povlaků na povrchu lopatek turbíny může zlepšit tepelnou odolnost dílů a zabránit deformaci a praskání částí.

(3) Abzorabilní povlaky

V moderních letadlových motorech je turbína složena z pouzdra složeného z více horizontálních statorových čepelí a čepele rotoru upevněné na disku. Aby se zlepšila účinnost motoru, měla by být vzdálenost mezi oběma složkami statoru a rotorem co nejvíce snížena. Tato mezera zahrnuje „mezeru špičky“ mezi špičkou rotoru a pevným vnějším kroužkem a „mezeru v fázi“ mezi každou fází rotoru a pouzdrem. Aby se snížil únik vzduchu způsobený nadměrnou mezerou, jsou mezery teoreticky vyžadovány co nejvíce nulové, protože skutečná chyba a chyba instalace výrobních částí je obtížné dosáhnout; Kromě toho se při vysoké teplotě a vysoké rychlosti pohybují kolo také podélně, což způsobí, že čepele „rostou“ radiálně. V důsledku ohybové deformace, tepelné roztažení a kontrakce obrobku se používají nátěr na opotřebení, aby měly nejmenší vědomou mezeru, tj. Nastříkání různých povlaků na povrchu poblíž horní části čepele; Když se otočné části otírají o něj, povlak způsobí obětní opotřebení, čímž se mezera sníží na minimum. Obrázek 5 ukazuje technologii tepelného stříkání.

Výstřel peening

Technologie výstřelu využívá vysokorychlostní projektily k ovlivnění povrchu obrobku, generuje zbytkové tlakové napětí na povrch obrobku a do určité míry vytváří posilující materiál, aby se zlepšila únavová síla produktu a snížila výkon korozi napětí. Obrázek 6 ukazuje čepel po výstřelu.

(1) suchý výstřel

Technologie suchého výstřelu používá odstředivou sílu k vytvoření vrstvy posilování povrchu s určitou tloušťkou na povrchu obrobku. Ačkoli technologie suchého výstřelu má jednoduché vybavení a vysokou efektivitu, má stále problémy, jako je znečištění prachu, vysoký hluk a vysoká spotřeba výstřelu během hromadné výroby.

(2) Peeningové výstřely

Peening s vodou má stejný posilovací mechanismus jako suchý výstřel. Rozdíl je v tom, že místo výstřelu používá rychle se pohybující kapalné částice, čímž snižuje dopad prachu na životní prostředí během peningu suchého výstřelu, čímž se zlepšuje pracovní prostředí.

(3) Posílení rotační desky

Americká 3M společnost vyvinula nový typ procesu posilování výstřelu. Jeho posilovací metodou je použít rotační desku s výstřelem k nepřetržitému zasáhnutí kovového povrchu vysokou rychlostí za vzniku vrstvy posilování povrchu. Ve srovnání s výstřelem má výhody jednoduchého vybavení, snadné použití, vysokou účinnost, ekonomiku a trvanlivost. Posílení rotační desky znamená, že když vysokorychlostní výstřel zasáhne čepel, povrch čepele se rychle rozšíří, což způsobí, že podstoupí plastickou deformaci v určité hloubce. Tloušťka deformační vrstvy souvisí s nárazovou pevností projektilu a mechanickými vlastnostmi materiálu obrobku a obecně může dosáhnout 0. 12 až 0. 75 mm. Úpravou procesu peeningu výstřelu lze získat vhodnou tloušťku deformační vrstvy. Při účinku výstřelu, kdy se na povrchu čepele objeví plastická deformace, se také deformuje sousední podpovrchová. Ve srovnání s povrchem je však deformace podpovrchu menší. Bez dosažení výnosového bodu je stále ve fázi elastické deformace, takže nerovnoměrná plastializace mezi povrchem a spodní vrstvou je nerovnoměrná, což může způsobit změny zbytkového napětí v materiálu po postřiku. Výsledky testu ukazují, že na povrchu dochází k zbytkovému tlakovému napětí po výstřelu a v určité hloubce se na podpovrchu objeví tahové napětí. Zbytkový kompresní napětí na povrchu je několikrát napětí na podpovrchu. Toto distribuce zbytkového napětí je velmi prospěšné pro zlepšení únavové pevnosti a odolnosti proti korozi. Technologie Shot Peening proto hraje velmi důležitou roli při rozšiřování životnosti produktů a zlepšování kvality produktu.

Oprava povlaku

V letadlových motorech mnoho pokročilých lopatek turbíny používá technologii povlaku ke zlepšení jejich antioxidace, antikorózy a opotřebení; Protože však budou čepele poškozeny na různé stupně během používání, musí být opraveny během údržby čepele, obvykle odstraněním původního povlaku a poté nanesením nové vrstvy povlaku.