Turbinebladen zijn een belangrijk onderdeel van vliegtuigmotoren, met hoge temperatuur, zware belasting en complexe structuur. De kwaliteit van inspectie en onderhoud is nauw verwant aan de duurzaamheid en de levensduur van het werk. Dit artikel bestudeert de inspectie en onderhoud van vliegtuigmotorbladen, analyseert de faalmodus van vliegtuigbladen en vat de faaldetectietechnologie en onderhoudstechnologie van vliegtuigbladen samen.

Bij het ontwerp van turbinebladen worden vaak nieuwe materialen met hogere kwaliteit gebruikt en wordt de werkmarge verminderd door de structuur en verwerkingstechnologie te verbeteren, om de motor duwend gewicht te verbeteren. Het turbineblad is een aerodynamische vleugelprofiel die gelijkwaardig werk over de gehele lengte van het mes kan bereiken, waardoor de luchtstroom een ​​rotatiehoek heeft tussen de meswortel en de messtip, en de rotatiehoek aan de mespunt is groter dan die bij de bladewortel. Het is erg belangrijk om het turbine -rotorblad op de turbineschijf te installeren. Het "Fir-Tree-vormige" Tenon is de rotor van de moderne gasturbine. Het is precies verwerkt en ontworpen om ervoor te zorgen dat alle flenzen de belasting gelijkmatig kunnen dragen. Wanneer de turbine stationair is, heeft het mes een tangentiële beweging bij de tandgroef, en wanneer de turbine roteert, wordt de meswortel aan de schijf vastgedraaid vanwege het centrifugale effect. Het waaiermateriaal is een belangrijke factor om de prestaties en betrouwbaarheid van de turbine te waarborgen. In de begindagen werden vervormde legeringen op hoge temperatuur gebruikt en vervaardigd door smeeding. Met de continue vooruitgang van motorontwerp en precisie -giettechnologie zijn turbinebladen veranderd van vervormde legeringen naar holle, polykristallijn naar enkel kristal, en de hittebestendigheid van de messen is sterk verbeterd. Nikkelgebaseerde single Crystal Superalloys worden veel gebruikt bij de productie van hot-einddelen van luchtvaartmotoren vanwege hun uitstekende kruipeigenschappen op hoge temperatuur. Daarom is diepgaand onderzoek naar de inspectie en het onderhoud van turbinebladen van groot belang voor het verbeteren van de veiligheid van motorbewerking en het nauwkeurig evalueren van de schademorfologie en mate van schade van de bladen.

Foutmodi van vliegtuigbladen

Mes lage cyclus vermoeidheid fractuurfalen

In het werkelijke werk is lage cycle vermoeidheidsfractuur van rotorbladen meestal niet eenvoudig op te treden, maar onder de volgende drie omstandigheden zullen vermoeidheidsfractuur met een lage cyclus optreden. Figuur 1 is een schematisch diagram van mesfractuur.

(1) Hoewel de werkspanning op het gevaarlijke gedeelte kleiner is dan de vloeigrens van het materiaal, zijn er grote lokale defecten in het gevaarlijke gedeelte. In dit gebied overschrijdt het grotere gebied in de buurt van het bestaan ​​van defecten de opbrengststerkte van het materiaal, wat resulteert in een grote hoeveelheid plastic vervorming, wat leidt tot vermoeidheidsfractuur met een laag cyclus van het mes.

(2) Vanwege slechte ontwerpoverwegingen ligt de werkstress van het mes op het gevaarlijke gedeelte dicht bij of overschrijdt de opbrengststerkte van het materiaal. Wanneer er extra gebreken in het gevaarlijke deel zijn, zal het mes een lage cyclus vermoeidheidsfractuur ondergaan.

(3) Wanneer het mes abnormale omstandigheden heeft, zoals flutter, resonantie en oververhitting, is de totale spanningswaarde van zijn gevaarlijke sectie groter dan de opbrengststerkte, wat resulteert in vermoeidheid van lage cyclus van het mes. Vermoeidheidsfractuur met lage cyclus wordt voornamelijk veroorzaakt door ontwerpredenen en het meeste gebeurt rond de meswortel. Er is geen duidelijke vermoeidheidsboog bij de typische fractuur met lage cyclus.

Mes torsie -resonantie vermoeidheid fractuur falen

Vermoeidheidsfractuur met hoge cyclus verwijst naar de breuk die optreedt onder de torsie-resonantie van het mes en heeft de volgende representatieve kenmerken:

(1) Hoekval treedt op bij het torsie -resonantieknooppunt.

(2) Een duidelijke vermoeidheidscurve is te zien bij de vermoeidheidsbreuk van het mes, maar de vermoeidheidscurve is erg dun.

(3) De breuk begint meestal vanaf de achterkant van het mes en strekt zich uit naar het mesbekken, en de vermoeidheidszone beslaat het hoofdgebied van het breukoppervlak.

Er zijn twee belangrijke redenen voor de torsie -vermoeidheidsscheuren van het mes: de ene is de torsie -resonantie en de andere is de uitgebreide roest op het mesoppervlak of de impact van externe kracht.

Bladmistelige vermoeidheid en thermische schade Vermoeidheidsbreukfout

Turbine rotorbladen werken in een omgeving met hoge temperatuur en worden onderworpen aan temperatuurveranderingen en afwisselende spanningen, die leiden tot kruip- en vermoeidheidsschade van de messen (zie figuur 2). Voor vermoeidheid van de hoge temperatuur van de messen moeten aan de volgende drie voorwaarden worden voldaan:

(1) De vermoeidheidsbreuk van het mes toont voornamelijk de kenmerken van intergranulaire breuk.

(2) de temperatuur op de breukplaats van het mes is hoger dan de limiet kruiptemperatuur van het materiaal;

(3) De vermoeidheidsfractuurplaats van het mes kan alleen de centrifugale trekspanning van de vierkante golfvorm weerstaan, die de kruiplimiet of vermoeidheidslimiet bij deze temperatuur overschrijdt.

Over het algemeen is vermoeidheidsfractuur van rotorbladen bij hoge temperaturen uiterst zeldzaam, maar bij daadwerkelijk gebruik is vermoeidheidsbreuk veroorzaakt door thermische schade aan de rotor relatief gebruikelijk. Tijdens de werking van de motor wordt het oververhitting of overburning van componenten als gevolg van kortetermijn overtemperatuur onder abnormale werkomstandigheden oververhittingschade genoemd. Bij hoge temperaturen komen vermoeidheidsscheuren vatbaar voor in messen. Vermoeidheidsbreuk veroorzaakt door schade op hoge temperatuur heeft de volgende hoofdkenmerken:

(1) De breukpositie bevindt zich in het algemeen in het hoogste temperatuurgebied van het mes, loodrecht op de mesas.

(2) De breuk is afkomstig van de inlaatrand van het brongebied en de dwarsdoorsnede is donker en heeft een hoge mate van oxidatie. De dwarsdoorsnede van het verlengingsgedeelte is relatief vlak en de kleur is niet zo donker als het brongebied.

Faalhersteltechnologie van vliegtuigbladen

Borescope-inspectie ingebouwde

Borescope-inspectie aan boord is om de turbinebladen visueel te inspecteren door een sonde in de turbinebox van de motor. Deze technologie vereist geen demontage van de motor en kan direct in het vliegtuig worden voltooid, wat handig en snel is. Borescope -inspectie kan het branden, corrosie en ontbonden van turbinebladen beter detecteren, die kunnen helpen de technologie en gezondheid van de turbine te begrijpen en te beheersen, om een ​​uitgebreide inspectie van de turbinebladen uit te voeren en de normale werking van de motor te waarborgen. Figuur 3 toont de borescope -inspectie.

Voorschoonte behandeling vóór inspectie in reparatieworkshop

Het oppervlak van de turbinebladen is bedekt met afzettingen na verbranding, coatings en thermische corrosielagen gevormd door oxidatiecorrosie op hoge temperatuur. Koolstofafzetting zal de wanddikte van de messen vergroten, waardoor veranderingen in het oorspronkelijke luchtstroompad veroorzaken, waardoor de turbine -efficiëntie wordt verminderd; Thermische corrosie zal de mechanische eigenschappen van de messen verminderen; En vanwege de aanwezigheid van koolstofafzettingen is de schade aan het mesoppervlak verduisterd, waardoor detectie moeilijk wordt. Daarom moeten de koolstofafzettingen vóór het bewaken en repareren van de messen worden gereinigd.

Blade -integriteitstesten

In het verleden werden "harde" meetinstrumenten zoals hoekmeters en remklauwen gebruikt om de mesdiameter van vliegtuigmotoren te detecteren. Deze methode is eenvoudig, maar deze wordt gemakkelijk beïnvloed door menselijke interferentie en heeft defecten zoals lage nauwkeurigheid en langzame detectiesnelheid. Vervolgens werd op basis van de coördinaatmeetmachine een toepassing voor microcomputer automatische besturing geschreven en werd een meetsysteem voor de geometrische dimensies van het mes ontwikkeld. Door het mes automatisch te detecteren en te vergelijken met de standaard mesvorm, worden de fouttestresultaten automatisch gegeven om de beschikbaarheid van het mes en de vereiste onderhoudsmethode te bepalen. Hoewel de coördinatenmeetinstrumenten van verschillende fabrikanten verschillen hebben in specifieke technologieën, hebben ze de volgende overeenkomsten: hoog automatiseringsniveau, snelle detectie, over het algemeen kan één mes in 1 minuut worden gedetecteerd en hebben ze goede expansiemogelijkheden. Door een standaard mesvormdatabase te wijzigen, kunnen verschillende soorten messen worden gedetecteerd. Figuur 4 toont de integriteitstest.

Onderhoud van vliegtuigmotorblad

Thermische spuittechnologie

Thermische spuittechnologie is om vezels of poedervormige materialen naar een gesmolten toestand te verbranden, ze verder te verstoppen en vervolgens op de onderdelen of substraten te storten die moeten worden gespoten.

(1) Wear-resistente coatings

Draagbestendige coatings zoals op kobalt gebaseerde, op nikkel gebaseerde en wolfraamcoatings op het gebied van carbide worden op grote schaal gebruikt in vliegtuigmotoronderdelen om wrijving veroorzaakt door trillingen, glijden, botsing, wrijving en andere wrijving tijdens de werking van vliegtuigmotoren te verminderen, waardoor de prestaties en de levensduur van het dienstverlening worden verbeterd.

(2) warmtebestendige coatings

Om de stuwkracht te vergroten, moeten moderne vliegtuigmotoren de temperatuur vóór de turbine tot het maximum verhogen. Op deze manier zal de bedrijfstemperatuur van de turbinebladen dienovereenkomstig toenemen. Hoewel warmtebestendige materialen worden gebruikt, is het nog steeds moeilijk om aan de gebruikseisen te voldoen. Testresultaten tonen aan dat het aanbrengen van warmtebestendige coatings op het oppervlak van turbinebladen de warmtebestendigheid van onderdelen kan verbeteren en vervorming en kraken van onderdelen kan voorkomen.

(3) Schakelbare coatings

In moderne vliegtuigmotoren bestaat de turbine uit een behuizing die bestaat uit meerdere horizontale statorbladen en een rotorblad dat op een schijf is bevestigd. Om de efficiëntie van de motor te verbeteren, moet de afstand tussen de twee componenten van de stator en de rotor zoveel mogelijk worden verminderd. Deze opening bevat de "tipspleet" tussen de rotortip en de vaste buitenring, en de "podiumspleet" tussen elke fase van de rotor en de behuizing. Om de luchtlekkage veroorzaakt door de buitensporige opening te verminderen, zijn de openingen theoretisch nodig om zoveel mogelijk nul te zijn, omdat de werkelijke fout- en installatiefout van de productieonderdelen moeilijk te bereiken is; Bovendien zal het wiel onder hoge temperatuur en hoge snelheid ook longitudinaal bewegen, waardoor de messen radiaal "groeien". Vanwege de buigende vervorming, thermische expansie en samentrekking van het werkstuk, worden spuitslijtagecoatings gebruikt om het de kleinste bewuste kloof te laten hebben, dat wil zeggen verschillende coatings op het oppervlak nabij de bovenkant van het mes spuiten; Wanneer de roterende delen ertegen wrijven, zal de coating opofferingskleding produceren, waardoor de opening tot een minimum wordt verminderd. Figuur 5 toont de thermische spuittechnologie.

Schot Pening

Shot Peening-technologie maakt gebruik van hogesnelheidsprojectielen om het oppervlak van het werkstuk te beïnvloeden, waardoor resterende drukspanning op het oppervlak van het werkstuk wordt gegenereerd en een versterkingsmateriaal tot op zekere hoogte wordt gevormd om de vermoeidheidssterkte van het product te verbeteren en de stresscorrosieprestaties van het materiaal te verminderen. Figuur 6 toont het mes na het pakken van de schot.

(1) droge schot piepen

Droge shot Peening -technologie maakt gebruik van centrifugale kracht om een ​​oppervlakversterkingslaag te vormen met een bepaalde dikte op het oppervlak van het werkstuk. Hoewel droge shot peening -technologie eenvoudige apparatuur en hoog rendement heeft, heeft het nog steeds problemen zoals stofvervuiling, hoog geluid en een hoog schotverbruik tijdens de massaproductie.

(2) Waterschot Peening

Waterschot Pening heeft hetzelfde versterkingsmechanisme als droge schotpiezing. Het verschil is dat het snel bewegende vloeibare deeltjes gebruikt in plaats van geschoten, waardoor de impact van stof op het milieu tijdens het pakken van de droge schot wordt verminderd, waardoor de werkomgeving wordt verbeterd.

(3) Versterking van roterende plaat

Het Amerikaanse 3M -bedrijf heeft een nieuw type shot peenversterkingsproces ontwikkeld. De versterkingsmethode is om een ​​roterende plaat met opname te gebruiken om het metalen oppervlak met hoge snelheid continu te slaan om een ​​oppervlakversterkingslaag te vormen. In vergelijking met shot peening heeft het de voordelen van eenvoudige apparatuur, eenvoudig gebruik, hoog rendement, economie en duurzaamheid. Versterking van roterende plaat betekent dat wanneer een hogesnelheidsschot het mes raakt, het oppervlak van het mes snel zal uitzetten, waardoor het op een bepaalde diepte plastic vervorming ondergaat. De dikte van de vervormingslaag is gerelateerd aan de impactsterkte van het projectiel en de mechanische eigenschappen van het werkstukmateriaal en kan in het algemeen 0 bereiken. 12 tot 0. 75 mm. Door het schotspeenproces aan te passen, kan de juiste dikte van de vervormingslaag worden verkregen. Onder de werking van schotspeening, wanneer plastic vervorming optreedt op het bladoppervlak, zal het aangrenzende ondergrond ook vervormen. In vergelijking met het oppervlak is de vervorming van de ondergrond echter kleiner. Zonder het opbrengstpunt te bereiken, bevindt het zich nog steeds in de elastische vervormingsfase, dus de niet-uniforme weekvorming tussen het oppervlak en de onderste laag is ongelijk, wat residuele spanningsveranderingen in het materiaal na het spuiten kan veroorzaken. De testresultaten tonen aan dat er na de schotspeen resterende drukspanning op het oppervlak is, en op een bepaalde diepte verschijnt trekspanning op de ondergrond. De resterende drukspanning op het oppervlak is meerdere keren die van de ondergrond. Deze resterende spanningsverdeling is zeer gunstig om de vermoeidheidssterkte en de corrosieweerstand te verbeteren. Daarom speelt Shot Peening -technologie een zeer belangrijke rol bij het verlengen van de levensduur van producten en het verbeteren van de productkwaliteit.

Coatingreparatie

In vliegtuigmotoren gebruiken veel geavanceerde turbinebladen coatingtechnologie om hun anti-oxidatie, anti-corrosie en slijtvaste eigenschappen te verbeteren; Aangezien de messen echter tijdens gebruik in verschillende mate worden beschadigd, moeten ze worden gerepareerd tijdens mesonderhoud, meestal door de oorspronkelijke coating af te strippen en vervolgens een nieuwe laag coating toe te passen.