Turbinblad är en viktig del av flygmotorer, med hög temperatur, tung belastning och komplex struktur. Kvaliteten på inspektion och underhåll är nära besläktad med arbetets hållbarhet och livslängd. Detta papper studerar inspektion och underhåll av flygmotorblad, analyserar felläget för flygmotorblad och sammanfattar feldetekteringstekniken och underhållstekniken för flygmotorblad.

Vid utformningen av turbinblad används ofta nya material med högre kvalitet, och arbetsmarginalen reduceras genom att förbättra strukturen och bearbetningstekniken för att förbättra motorns tryckförhållande. Turbinbladet är en aerodynamisk flygplatta som kan uppnå motsvarande arbete över hela bladets längd, vilket säkerställer att luftflödet har en rotationsvinkel mellan bladroten och bladspetsen, och rotationsvinkeln vid bladspetsen är större än vid bladroten. Det är mycket viktigt att installera turbinrotorbladet på turbinskivan. Den "gran-trädformade" tenon är rotorn till den moderna gasturbinen. Det har exakt bearbetats och utformats för att säkerställa att alla flänsar kan bära belastningen jämnt. När turbinen är stationär har bladet en tangentiell rörelse vid tandspåret, och när turbinen roterar, dras bladroten till skivan på grund av centrifugaleffekten. Impellermaterialet är en viktig faktor för att säkerställa turbinens prestanda och tillförlitlighet. Under de första dagarna användes och tillverkades deformerade högtemperaturlegeringar genom smide. Med kontinuerlig utveckling av motordesign och precisionsteknik har turbinblad förändrats från deformerade legeringar till ihåliga, polykristallina till enkelkristall, och bladens värmebeständighet har förbättrats kraftigt. Nickelbaserade enkristallsuperlegeringar används ofta i produktionen av heta änddelar av flygmotorer på grund av deras utmärkta högtemperaturkrypegenskaper. Därför är en djupgående forskning om inspektion och underhåll av turbinblad av stor betydelse för att förbättra säkerheten för motordrift och exakt utvärdera skademorfologin och graden av skador på bladen.

Misslyckanden för flygmotorblad

Blad låg cykel trötthetsfrakturfel

I det faktiska arbetet är trötthetsfraktur av lågcykelrottan i rotorblad vanligtvis inte lätt att inträffa, men under följande tre förhållanden kommer lågcykeltrötthetsfraktur att inträffa. Figur 1 är ett schematiskt diagram över bladfraktur.

(1) Även om arbetsspänningen på den farliga sektionen är mindre än materialets avkastningsstyrka, finns det stora lokala defekter vid den farliga avsnittet. I detta område, på grund av förekomsten av defekter, överskrider det större området i närheten avkastningsstyrkan hos materialet, vilket resulterar i en stor mängd plastdeformation, vilket leder till lågcykeltrötthetsfraktur i bladet.

(2) På grund av dåliga designöverväganden är bladets arbetsspänning på den farliga sektionen nära eller överskrider materialets utbytesstyrka. När det finns extra defekter i den farliga delen kommer bladet att genomgå lågcykeltrötthetsfraktur.

(3) När bladet har onormala förhållanden som fladder, resonans och överhettning är det totala spänningsvärdet för dess farliga sektion större än dess utbytesstyrka, vilket resulterar i blad med låg cykeltrötthet. Lågcykeltrötthetsfraktur orsakas främst av designskäl, och det mesta förekommer runt bladroten. Det finns ingen uppenbar trötthetsbåge vid det typiska lågcykelfrakturen.

Blad torsionell resonans trötthetsfrakturfel

Högcykeltrötthetsfraktur hänvisar till frakturen som inträffar under vridningsresonansen av bladet och har följande representativa egenskaper:

(1) Hörndroppen sker vid vridningsresonansnoden.

(2) En uppenbar trötthetskurva kan ses vid trötthetsfrakturen i bladet, men trötthetskurvan är mycket tunn.

(3) Frakturen startar vanligtvis från baksidan av bladet och sträcker sig till bladbassängen, och trötthetszonen upptar huvudområdet på sprickytan.

Det finns två huvudsakliga orsaker till bladets vridning av trötthetssprickor: den ena är vridningsresonansen, och den andra är den omfattande rost på bladytan eller påverkan av yttre kraft.

Bladet med hög temperatur och trötthet i termisk skada. Strötthetsbrott

Turbinrotorblad arbetar i en hög temperaturmiljö och utsätts för temperaturförändringar och växlande spänningar, vilket leder till kryp- och trötthetsskador i bladen (se figur 2). För bladens höga temperaturfraktur måste följande tre förhållanden uppfyllas:

(1) Bladets trötthetsfraktur visar huvudsakligen egenskaperna hos intergranulärt fraktur.

(2) temperaturen vid bladets sprickställe är högre än materialets gränssemperatur;

(3) Bladens trötthetsfraktur kan endast tåla centrifugal dragspänningen i fyrkantig vågform, som överskrider krypgränsen eller trötthetsgränsen vid denna temperatur.

Generellt sett är trötthetsfraktur hos rotorblad vid höga temperaturer extremt sällsynt, men i faktiskt användning är trötthetsfraktur orsakad av termisk skada på rotorn relativt vanligt. Under motoroperationen kallas överhettning eller överbränning av komponenter på grund av kortvarig överkänsla under onormala arbetsförhållanden överhettningsskador. Vid höga temperaturer är trötthetssprickor benägna att uppstå i bladen. Trötthetsfraktur orsakad av skador med hög temperatur har följande huvudegenskaper:

(1) Frakturpositionen är vanligtvis beläget i bladets högsta temperaturområde, vinkelrätt mot bladaxeln.

(2) Frakturen härstammar från källområdets inloppskant, och dess tvärsnitt är mörkt och har en hög grad av oxidation. Tvärsnittet i förlängningsavsnittet är relativt platt och färgen är inte lika mörk som källområdet.

Fel reparationsteknologi för flygmotorblad

Borrkontroll ombord

Onboard Borescope Inspection är att visuellt inspektera turbinbladen genom en sond i motorturbinen. Denna teknik kräver inte demontering av motorn och kan slutföras direkt på flygplanet, vilket är bekvämt och snabbt. Borescope -inspektion kan bättre upptäcka bränning, korrosion och avfasta med turbinblad, vilket kan hjälpa till att förstå och behärska tekniken och hälsan i turbinen, för att genomföra en omfattande inspektion av turbinbladen och säkerställa den normala driften av motorn. Figur 3 visar borreringskontrollen.

Förreningsbehandling före inspektion i reparationsverkstad

Ytan på turbinbladen är täckt med avlagringar efter förbränning, beläggningar och termiska korrosionsskikt som bildas av högtemperaturoxidationskorrosion. Kolavlagring kommer att öka väggtjockleken på bladen, vilket orsakar förändringar i den ursprungliga luftflödesvägen och därmed minskar turbineffektiviteten; Termisk korrosion kommer att minska bladens mekaniska egenskaper; Och på grund av närvaron av kolavlagringar döljs skadan på bladytan, vilket gör detekteringen svår. Därför måste kolavlagringarna rengöras före övervakning och reparation av bladen.

Bladintegritetstestning

Tidigare användes "hårda" mätinstrument som vinkelmätare och bromsok för att detektera bladdiametern för flygmotorer. Denna metod är enkel, men den påverkas lätt av mänsklig störning och har defekter som låg noggrannhet och långsam detekteringshastighet. Därefter, baserat på koordinatmätningsmaskinen, skrevs en applikation för automatisk kontroll av mikrodatorer, och ett mätsystem för bladets geometriska dimensioner utvecklades. Genom att automatiskt upptäcka bladet och jämföra det med standardbladformen ges feltestresultaten automatiskt för att bestämma tillgängligheten för bladet och den nödvändiga underhållsmetoden. Även om koordinatmätinstrumenten för olika tillverkare har skillnader i specifika tekniker, har de följande gemensamheter: hög automatiseringsnivå, snabb upptäckt, i allmänhet kan ett blad detekteras på 1 minut och har goda expansionsfunktioner. Genom att modifiera en standarddatabas för bladform kan olika typer av blad detekteras. Figur 4 visar integritetstestet.

Underhåll av flygmotorblad

Termisk sprayteknik

Termisk sprutningsteknik är att förbränna fibrer eller pulverformat material till ett smält tillstånd, ytterligare fina dem och sedan avsätta dem på de delar eller underlag som ska sprayas.

(1) slitstödda beläggningar

Slitresistenta beläggningar som koboltbaserade, nickelbaserade och volframkarbidbaserade beläggningar används ofta i flygmotordelar för att minska friktion orsakade av vibrationer, glid, kollision, friktion och annan friktion under drift av flygmotorer, vilket förbättrar prestandan och livslängden.

(2) värmebeständiga beläggningar

För att öka drivkraften måste moderna flygmotorer öka temperaturen innan turbinen maximalt. På detta sätt kommer driftstemperaturen för turbinbladen att öka i enlighet därmed. Även om värmebeständiga material används är det fortfarande svårt att uppfylla kraven på användning. Testresultaten visar att applicering av värmebeständiga beläggningar på ytan av turbinblad kan förbättra värmemotståndet för delar och undvika deformation och sprickbildning av delar.

(3) slitbara beläggningar

I moderna flygmotorer består turbinen av ett hölje som består av flera horisontella statorblad och ett rotorblad fixerat på en skiva. För att förbättra motorns effektivitet bör avståndet mellan de två komponenterna i statorn och rotorn reduceras så mycket som möjligt. Detta gap inkluderar "spetsgapet" mellan rotorns spets och den fasta yttre ringen, och "scengapet" mellan varje steg i rotorn och höljet. För att minska luftläckaget orsakat av det överdrivna gapet krävs teoretiskt noll så mycket som möjligt, eftersom det faktiska felet och installationsfelet för produktionsdelarna är svåra att uppnå; Dessutom, under hög temperatur och hög hastighet, kommer hjulet också att röra sig i längdriktningen, vilket får bladen att "växa" radiellt. På grund av böjningsdeformationen, termisk expansion och sammandragning av arbetsstycket används sprutning av slitbeläggningar för att få den att ha det minsta medvetna gapet, det vill säga sprutning av olika beläggningar på ytan nära toppen av bladet; När de roterande delarna gnider mot den kommer beläggningen att producera offerkläder och därmed minska klyftan till ett minimum. Figur 5 visar den termiska spruttekniken.

Skjutning

Shot Peening Technology använder höghastighetsprojektiler för att påverka ytan på arbetsstycket, generera återstående tryckstress på arbetsstyckets yta och bilda ett förstärkande material i viss utsträckning för att förbättra trötthetsstyrkan hos produkten och minska spänningskorrosionsprestanda för materialet. Figur 6 visar bladet efter skjutet.

(1) torrt skott

Torrskott Peening Technology använder centrifugalkraft för att bilda ett ytförstärkande skikt med en viss tjocklek på arbetsstyckets yta. Även om torrskottsteknologi har enkel utrustning och hög effektivitet, har den fortfarande problem som dammföroreningar, högt brus och hög skottförbrukning under massproduktionen.

(2) Vattenskott

Water Shot Peening har samma förstärkningsmekanism som torrskott. Skillnaden är att den använder snabbrörande flytande partiklar istället för skott, och därigenom minskar påverkan av damm på miljön under torrt sköt peening och därmed förbättrar arbetsmiljön.

(3) Stärkande av rotationsplattan

American 3M -företaget har utvecklat en ny typ av skottförstärkningsprocess. Dess förstärkningsmetod är att använda en roterande platta med skott för att kontinuerligt slå metallytan med hög hastighet för att bilda ett ytförstärkande skikt. Jämfört med skott peening har det fördelarna med enkel utrustning, enkel användning, hög effektivitet, ekonomi och hållbarhet. Förstärkning av rotationsplattan innebär att när ett höghastighetsskott träffar bladet kommer bladets yta att expandera snabbt, vilket får den att genomgå plastdeformation på ett visst djup. Tjockleken på deformationsskiktet är relaterad till slaghållfastheten hos projektilen och de mekaniska egenskaperna hos arbetsstyckets material och kan i allmänhet nå 0. 12 till 0. 75 mm. Genom att justera skjutningsprocessen kan den lämpliga tjockleken på deformationsskiktet erhållas. Under verkan av skjutning, när plastdeformation inträffar på bladytan, kommer den intilliggande underytan också att deformeras. Jämfört med ytan är emellertid deformationen av underytan mindre. Utan att nå avkastningspunkten är det fortfarande i det elastiska deformationssteget, så den ojämnaste mjukgöring mellan ytan och det nedre skiktet är ojämnt, vilket kan orsaka återstående stressförändringar i materialet efter sprutning. Testresultaten visar att det finns kvarvarande tryckspänning på ytan efter att ha skjutits, och på ett visst djup visas dragspänning vid undergrunden. Den återstående tryckspänningen på ytan är flera gånger för underytan. Denna återstående stressfördelning är mycket fördelaktig för att förbättra trötthetsstyrkan och korrosionsbeständigheten. Därför spelar skjutningsteknologi en mycket viktig roll för att förlänga livslängden för produkter och förbättra produktkvaliteten.

Beläggningsreparation

I flygmotorer använder många avancerade turbinblad beläggningsteknik för att förbättra deras antioxidation, antikorrosion och slitstarka egenskaper; Men eftersom bladen kommer att skadas i varierande grad under användning, måste de repareras under bladunderhåll, vanligtvis genom att ta bort den ursprungliga beläggningen och sedan applicera ett nytt beläggningsskikt.