Lưỡi dao tuabin là một phần quan trọng của động cơ máy bay, với nhiệt độ cao, tải trọng nặng và cấu trúc phức tạp. Chất lượng kiểm tra và bảo trì có liên quan chặt chẽ đến độ bền và tuổi thọ dịch vụ của công việc. Bài viết này nghiên cứu việc kiểm tra và bảo trì lưỡi máy bay, phân tích chế độ thất bại của lưỡi máy bay và tóm tắt công nghệ phát hiện thất bại và công nghệ bảo trì của lưỡi máy bay.
Trong thiết kế của lưỡi tuabin, các vật liệu mới có chất lượng cao hơn thường được sử dụng và biên độ làm việc được giảm bằng cách cải thiện cấu trúc và công nghệ xử lý, để cải thiện tỷ lệ lực đẩy động cơ. Lưỡi dao tuabin là một máy bay khí động học có thể đạt được công việc tương đương trên toàn bộ chiều dài của lưỡi dao, do đó đảm bảo rằng luồng không khí có góc xoay giữa gốc lưỡi và đầu lưỡi và góc xoay ở đầu lưỡi cao hơn ở gốc lưỡi. Điều rất quan trọng là lắp lưỡi rôto tuabin trên đĩa tuabin. Menon "hình cây" là rôto của tuabin khí hiện đại. Nó đã được xử lý và thiết kế chính xác để đảm bảo rằng tất cả các mặt bích có thể chịu tải đều. Khi tuabin đứng yên, lưỡi dao có chuyển động tiếp tuyến ở rãnh răng và khi tuabin quay, gốc lưỡi được siết chặt thành đĩa do hiệu ứng ly tâm. Vật liệu cánh quạt là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của tuabin. Trong những ngày đầu, các hợp kim nhiệt độ cao bị biến dạng đã được sử dụng và sản xuất bằng cách rèn. Với sự tiến bộ liên tục của thiết kế động cơ và công nghệ đúc chính xác, lưỡi tuabin đã thay đổi từ các hợp kim biến dạng thành rỗng, đa tinh thể thành tinh thể đơn và khả năng chịu nhiệt của lưỡi dao đã được cải thiện rất nhiều. Các siêu hợp chất tinh thể đơn dựa trên niken được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất các phần cuối nóng của động cơ hàng không do các đặc tính creep nhiệt độ cao tuyệt vời của chúng. Do đó, nghiên cứu chuyên sâu về việc kiểm tra và duy trì lưỡi tuabin có ý nghĩa lớn để cải thiện sự an toàn của hoạt động động cơ và đánh giá chính xác hình thái thiệt hại và mức độ thiệt hại của lưỡi dao.
Chế độ thất bại của lưỡi dao máy bay
Lưỡi dao bị gãy xương thấp chu kỳ thấp
Trong công việc thực tế, gãy mỏi chu kỳ thấp của lưỡi cánh quạt thường không dễ xảy ra, nhưng trong ba điều kiện sau đây, gãy mỏi chu kỳ thấp sẽ xảy ra. Hình 1 là một sơ đồ của gãy xương.
(1) Mặc dù căng thẳng làm việc trên phần nguy hiểm nhỏ hơn cường độ năng suất của vật liệu, nhưng có những khiếm khuyết cục bộ lớn ở phần nguy hiểm. Trong khu vực này, do sự tồn tại của các khiếm khuyết, diện tích lớn hơn gần đó vượt quá sức mạnh năng suất của vật liệu, dẫn đến một lượng lớn biến dạng dẻo, dẫn đến gãy mỏi chu kỳ thấp của lưỡi dao.
(2) Do các cân nhắc thiết kế kém, căng thẳng làm việc của lưỡi dao trên phần nguy hiểm gần hoặc vượt quá sức mạnh năng suất của vật liệu. Khi có thêm khiếm khuyết trong phần nguy hiểm, lưỡi kiếm sẽ trải qua gãy xương mệt mỏi chu kỳ thấp.
. Gãy mỏi có chu kỳ thấp chủ yếu là do lý do thiết kế, và hầu hết nó xảy ra xung quanh gốc lưỡi. Không có vòng cung mệt mỏi rõ ràng ở vết nứt chu kỳ thấp điển hình.
Lỗi gãy xương cộng hưởng dao tăng cộng hưởng xoắn
Gãy mỏi mỏi chu kỳ cao đề cập đến gãy xương xảy ra dưới sự cộng hưởng xoắn của lưỡi dao, và có các đặc điểm đại diện sau:
(1) Thả góc xảy ra tại nút cộng hưởng xoắn.
(2) Một đường cong mệt mỏi rõ ràng có thể được nhìn thấy ở vết nứt mệt mỏi của lưỡi dao, nhưng đường cong mỏi rất mỏng.
.
Có hai lý do chính cho các vết nứt mệt mỏi xoắn của lưỡi kiếm: một là cộng hưởng xoắn, và cái còn lại là rỉ sét trên bề mặt lưỡi hoặc tác động của lực bên ngoài.
Lưỡi dao có nhiệt độ cao và tổn thương nhiệt độ gãy mỏi thất bại
Lưỡi cánh quạt tuabin hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao và phải chịu sự thay đổi nhiệt độ và ứng suất xen kẽ, dẫn đến tổn thương leo và mệt mỏi của lưỡi dao (xem Hình 2). Đối với gãy xương nhiệt độ cao của lưỡi, ba điều kiện sau đây phải được đáp ứng:
(1) Gãy mỏi mỏi của lưỡi chủ yếu cho thấy các đặc điểm của gãy xương giữa các hạt.
(2) nhiệt độ tại vị trí gãy xương của lưỡi cao hơn nhiệt độ leo giới hạn của vật liệu;
.
Nói chung, gãy mỏi của các cánh quạt ở nhiệt độ cao là cực kỳ hiếm, nhưng trong việc sử dụng thực tế, gãy xương do tổn thương nhiệt cho rôto là tương đối phổ biến. Trong quá trình vận hành động cơ, việc quá nóng hoặc quá mức của các thành phần do nhiệt độ quá hạn ngắn hạn trong điều kiện làm việc bất thường được gọi là thiệt hại quá nhiệt. Ở nhiệt độ cao, vết nứt mỏi dễ xảy ra trong lưỡi. Gãy gãy mệt mỏi do tổn thương nhiệt độ cao có các đặc điểm chính sau:
(1) Vị trí gãy xương thường nằm ở khu vực nhiệt độ cao nhất của lưỡi dao, vuông góc với trục lưỡi.
(2) Gãy xương bắt nguồn từ cạnh đầu vào của khu vực nguồn và mặt cắt của nó là tối và có mức độ oxy hóa cao. Mặt cắt ngang của phần mở rộng tương đối phẳng và màu sắc không tối như diện tích nguồn.
Công nghệ sửa chữa thất bại của lưỡi dao máy bay
Kiểm tra borescope trên tàu
Kiểm tra borescope trên tàu là kiểm tra trực quan các lưỡi tuabin thông qua đầu dò trong hộp tuabin động cơ. Công nghệ này không yêu cầu tháo gỡ động cơ và có thể được hoàn thành trực tiếp trên máy bay, thuận tiện và nhanh chóng. Kiểm tra Borescope có thể phát hiện tốt hơn việc đốt, ăn mòn và gỡ rối các lưỡi tuabin, có thể giúp hiểu và làm chủ công nghệ và sức khỏe của tuabin, để tiến hành kiểm tra toàn diện các lưỡi tuabin và đảm bảo hoạt động bình thường của động cơ. Hình 3 cho thấy kiểm tra Borescope.
Điều trị trước khi làm sạch trước khi kiểm tra trong hội thảo sửa chữa
Bề mặt của các lưỡi tuabin được bao phủ bởi các mỏ sau khi đốt cháy, lớp phủ và các lớp ăn mòn nhiệt được hình thành bởi sự ăn mòn oxy hóa nhiệt độ cao. Sự lắng đọng carbon sẽ làm tăng độ dày thành của lưỡi dao, gây ra những thay đổi trong đường dẫn khí ban đầu, do đó làm giảm hiệu quả tuabin; Ăn mòn nhiệt sẽ làm giảm các tính chất cơ học của lưỡi; Và do sự hiện diện của tiền gửi carbon, thiệt hại cho bề mặt lưỡi bị che khuất, khiến phát hiện trở nên khó khăn. Do đó, trước khi theo dõi và sửa chữa các lưỡi dao, tiền gửi carbon phải được làm sạch.
Kiểm tra tính toàn vẹn của lưỡi
Trong quá khứ, các dụng cụ đo "cứng" như đồng hồ đo góc và calip đã được sử dụng để phát hiện đường kính lưỡi của động cơ máy bay. Phương pháp này rất đơn giản, nhưng nó dễ dàng bị ảnh hưởng bởi sự can thiệp của con người và có các khiếm khuyết như độ chính xác thấp và tốc độ phát hiện chậm. Sau đó, dựa trên máy đo tọa độ, một ứng dụng điều khiển tự động của máy vi tính đã được viết và một hệ thống đo cho kích thước hình học của lưỡi dao đã được phát triển. Bằng cách tự động phát hiện lưỡi dao và so sánh nó với hình dạng lưỡi tiêu chuẩn, kết quả kiểm tra lỗi được tự động đưa ra để xác định tính khả dụng của lưỡi dao và phương pháp bảo trì cần thiết. Mặc dù các công cụ đo tọa độ của các nhà sản xuất khác nhau có sự khác biệt trong các công nghệ cụ thể, nhưng chúng có những điểm tương đồng sau: mức độ tự động hóa cao, phát hiện nhanh, nói chung một lưỡi dao có thể được phát hiện trong 1 phút và có khả năng mở rộng tốt. Bằng cách sửa đổi cơ sở dữ liệu hình dạng lưỡi tiêu chuẩn, các loại lưỡi khác nhau có thể được phát hiện. Hình 4 cho thấy bài kiểm tra tính toàn vẹn.
Bảo trì lưỡi máy bay
Công nghệ phun nhiệt
Công nghệ phun nhiệt là đốt các sợi hoặc vật liệu bột đến trạng thái nóng chảy, tiếp tục nguyên tử hóa chúng, sau đó gửi chúng lên các bộ phận hoặc chất nền để được phun.
(1) Lớp phủ chống mài mòn
Các lớp phủ chống mài mòn như lớp phủ dựa trên carbide dựa trên coban, dựa trên niken và vonfram được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận động cơ máy bay để giảm ma sát do rung động, trượt, va chạm, ma sát và ma sát khác trong quá trình vận hành động cơ máy bay, do đó cải thiện hiệu suất và tuổi thọ dịch vụ.
(2) Lớp phủ chịu nhiệt
Để tăng lực đẩy, động cơ máy bay hiện đại cần tăng nhiệt độ trước khi tuabin lên đến mức tối đa. Theo cách này, nhiệt độ hoạt động của lưỡi tuabin sẽ tăng tương ứng. Mặc dù các vật liệu chịu nhiệt được sử dụng, nhưng vẫn rất khó để đáp ứng các yêu cầu sử dụng. Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng áp dụng các lớp phủ chống nhiệt trên bề mặt lưỡi tuabin có thể cải thiện khả năng chịu nhiệt của các bộ phận và tránh biến dạng và nứt các bộ phận.
(3) lớp phủ mài mòn
Trong các động cơ máy bay hiện đại, tuabin bao gồm một vỏ bao gồm nhiều lưỡi dao nằm ngang và lưỡi cánh quạt được cố định trên đĩa. Để cải thiện hiệu quả của động cơ, khoảng cách giữa hai thành phần của stato và rôto phải được giảm càng nhiều càng tốt. Khoảng cách này bao gồm "khoảng cách đầu" giữa đầu rôto và vòng ngoài cố định và "khoảng cách giai đoạn" giữa mỗi giai đoạn của rôto và vỏ. Để giảm rò rỉ không khí do khoảng cách quá mức gây ra, các khoảng trống về mặt lý thuyết được yêu cầu bằng 0 càng nhiều càng tốt, bởi vì lỗi thực tế và lỗi cài đặt của các bộ phận sản xuất rất khó đạt được; Ngoài ra, dưới nhiệt độ cao và tốc độ cao, bánh xe cũng sẽ di chuyển theo chiều dọc, khiến các lưỡi dao "phát triển" triệt để. Do biến dạng uốn, sự giãn nở nhiệt và co thắt của phôi, việc phun lớp phủ được sử dụng để làm cho nó có khoảng cách có ý thức nhỏ nhất, nghĩa là phun các lớp phủ khác nhau lên bề mặt gần đỉnh của lưỡi kiếm; Khi các bộ phận xoay chà lên nó, lớp phủ sẽ tạo ra sự hao mòn hy sinh, do đó làm giảm khoảng cách xuống mức tối thiểu. Hình 5 cho thấy công nghệ phun nhiệt.
Bắn peening
Công nghệ bắn súng sử dụng các viên đạn tốc độ cao để tác động đến bề mặt của phôi, tạo ra ứng suất nén còn lại trên bề mặt của phôi và tạo thành vật liệu tăng cường ở một mức độ nhất định để cải thiện sức mạnh mệt mỏi của sản phẩm và giảm hiệu suất ăn mòn ứng suất của vật liệu. Hình 6 cho thấy lưỡi dao sau khi bắn peening.
(1) PEENED SHOT SHOE
Công nghệ peening khô sử dụng lực ly tâm để tạo thành một lớp tăng cường bề mặt với độ dày nhất định trên bề mặt của phôi. Mặc dù công nghệ peening bắn khô có thiết bị đơn giản và hiệu quả cao, nhưng nó vẫn có vấn đề như ô nhiễm bụi, tiếng ồn cao và mức tiêu thụ bắn cao trong quá trình sản xuất hàng loạt.
(2) PEENENS SHOT
PEENE SHOT có cơ chế tăng cường tương tự như peening bắn khô. Sự khác biệt là nó sử dụng các hạt chất lỏng di chuyển nhanh thay vì bắn, do đó làm giảm tác động của bụi đối với môi trường trong quá trình bắn khô, do đó cải thiện môi trường làm việc.
(3) Tăng cường tấm quay
Công ty 3M của Mỹ đã phát triển một loại quy trình tăng cường bắn peening mới. Phương pháp tăng cường của nó là sử dụng một tấm quay với bắn để liên tục tấn công bề mặt kim loại ở tốc độ cao để tạo thành một lớp tăng cường bề mặt. So với việc bắn súng, nó có lợi thế của thiết bị đơn giản, sử dụng dễ dàng, hiệu quả cao, kinh tế và độ bền. Tăng cường tấm quay có nghĩa là khi một cú bắn tốc độ cao chạm vào lưỡi dao, bề mặt của lưỡi kiếm sẽ mở rộng nhanh chóng, khiến nó trải qua biến dạng dẻo ở một độ sâu nhất định. Độ dày của lớp biến dạng có liên quan đến cường độ tác động của đạn và tính chất cơ học của vật liệu phôi và thường có thể đạt đến 0. 12 đến 0. 75 mm. Bằng cách điều chỉnh quá trình chụp ảnh, độ dày thích hợp của lớp biến dạng có thể thu được. Dưới tác động của peening bắn, khi biến dạng dẻo xảy ra trên bề mặt lưỡi dao, lớp dưới bề mặt liền kề cũng sẽ biến dạng. Tuy nhiên, so với bề mặt, biến dạng của lớp dưới bề mặt nhỏ hơn. Không đạt đến điểm năng suất, nó vẫn ở giai đoạn biến dạng đàn hồi, do đó, sự dẻo không đồng nhất giữa bề mặt và lớp thấp hơn là không đồng đều, có thể gây ra sự thay đổi ứng suất dư trong vật liệu sau khi phun. Kết quả thử nghiệm cho thấy có ứng suất nén còn lại trên bề mặt sau khi bắn peening, và ở một độ sâu nhất định, ứng suất kéo xuất hiện ở mức dưới bề mặt. Ứng suất nén còn lại trên bề mặt là nhiều lần so với lớp dưới bề mặt. Phân phối ứng suất còn lại này rất có lợi để cải thiện sức mạnh mệt mỏi và khả năng chống ăn mòn. Do đó, công nghệ bắn súng đóng một vai trò rất quan trọng trong việc mở rộng tuổi thọ của các sản phẩm và cải thiện chất lượng sản phẩm.
Sửa chữa lớp phủ
Trong động cơ máy bay, nhiều lưỡi tuabin tiên tiến sử dụng công nghệ lớp phủ để cải thiện các đặc tính chống oxy hóa, chống ăn mòn và chống mòn; Tuy nhiên, vì các lưỡi sẽ bị hỏng ở các mức độ khác nhau trong quá trình sử dụng, chúng phải được sửa chữa trong quá trình bảo trì lưỡi, thường bằng cách loại bỏ lớp phủ ban đầu và sau đó áp dụng một lớp phủ mới.
