As lâminas de turbinas são uma parte importante dos motores de aeronaves, com alta temperatura, carga pesada e estrutura complexa. A qualidade da inspeção e manutenção está intimamente relacionada à durabilidade e vida útil do trabalho. Este artigo estuda a inspeção e manutenção de lâminas de motor de aeronaves, analisa o modo de falha das lâminas de motor de aeronaves e resume a tecnologia de detecção de falhas e tecnologia de manutenção de lâminas de motor de aeronaves.

No projeto de lâminas de turbinas, novos materiais com maior qualidade são frequentemente usados, e a margem de trabalho é reduzida, melhorando a estrutura e a tecnologia de processamento, de modo a melhorar a relação impulso do motor. A lâmina da turbina é um aerodinâmico aerodinâmico que pode alcançar um trabalho equivalente em todo o comprimento da lâmina, garantindo assim que o fluxo de ar tenha um ângulo de rotação entre a raiz da lâmina e a ponta da lâmina, e o ângulo de rotação na ponta da lâmina é maior que o da raiz da lâmina. É muito importante instalar a lâmina do rotor da turbina no disco da turbina. O tenon "Fir-Tree" é o rotor da moderna turbina a gás. Foi processado com precisão e projetado para garantir que todos os flanges possam suportar a carga uniformemente. Quando a turbina está estacionária, a lâmina tem um movimento tangencial na ranhura do dente e, quando a turbina gira, a raiz da lâmina é apertada no disco devido ao efeito centrífugo. O material do impulsor é um fator importante para garantir o desempenho e a confiabilidade da turbina. Nos primeiros dias, foram utilizadas ligas deformadas de alta temperatura e fabricação por forjamento. Com o avanço contínuo do design do motor e da tecnologia de fundição de precisão, as lâminas de turbinas mudaram de ligas deformadas para oco, policristalino para cristal único, e a resistência ao calor das lâminas foi bastante aprimorada. As superalotas de cristal único à base de níquel são amplamente utilizadas na produção de partes extremas quentes dos motores da aviação devido às suas excelentes propriedades de fluência de alta temperatura. Portanto, pesquisas aprofundadas sobre a inspeção e manutenção de lâminas de turbinas são de grande significado para melhorar a segurança da operação do motor e avaliar com precisão a morfologia de danos e o grau de dano das lâminas.

Modos de falha de lâminas de motor de aeronaves

Falha de fratura por fadiga de ciclo baixo da lâmina

No trabalho real, geralmente não é fácil ocorrer fratura por fadiga de baixo ciclo de pás do rotor, mas nas três condições a seguir, ocorrerá fratura por fadiga de baixo ciclo. A Figura 1 é um diagrama esquemático da fratura da lâmina.

(1) Embora o estresse de trabalho na seção perigoso seja menor que a força de escoamento do material, existem grandes defeitos locais na seção perigosa. Nesta área, devido à existência de defeitos, a área maior nas proximidades excede a força de escoamento do material, resultando em uma grande quantidade de deformação plástica, o que leva à fratura de fadiga de baixo ciclo da lâmina.

(2) Devido a considerações ruins de projeto, o estresse de trabalho da lâmina na seção perigosa está próximo ou excede a força de escoamento do material. Quando há defeitos extras na parte perigosa, a lâmina sofre fraturas de fadiga de baixo ciclo.

(3) Quando a lâmina possui condições anormais, como vibração, ressonância e superaquecimento, o valor total do estresse de sua seção perigosa é maior que sua força de escoamento, resultando em fratura de fadiga de baixo ciclo da lâmina. A fratura por fadiga de baixo ciclo é causada principalmente por razões de design, e a maior parte ocorre ao redor da raiz da lâmina. Não existe um arco de fadiga óbvio na fratura típica de baixo ciclo.

Falha na fadiga de ressonância de lâmina

A fratura por fadiga de alto ciclo refere-se à fratura que ocorre sob a ressonância torcional da lâmina e possui as seguintes características representativas:

(1) A queda de canto ocorre no nó de ressonância de torção.

(2) Uma óbvia curva de fadiga pode ser vista na fratura por fadiga da lâmina, mas a curva de fadiga é muito fina.

(3) A fratura geralmente começa na parte de trás da lâmina e se estende até a bacia da lâmina, e a zona de fadiga ocupa a área principal da superfície da fratura.

Existem duas razões principais para as rachaduras de fadiga de torção da lâmina: uma é a ressonância torcional e a outra é a extensa ferrugem na superfície da lâmina ou o impacto da força externa.

Fadiga de alta temperatura da lâmina e fadiga da fadiga da fadiga térmica

As pás do rotor da turbina funcionam em um ambiente de alta temperatura e são submetidas a mudanças de temperatura e tensões alternadas, o que leva a danos por fluência e fadiga das lâminas (veja a Figura 2). Para fratura por fadiga de alta temperatura das lâminas, as três condições a seguir devem ser atendidas:

(1) A fratura por fadiga da lâmina mostra principalmente as características da fratura intergranular.

(2) a temperatura no local da fratura da lâmina é maior que a temperatura de fluência limite do material;

(3) O local da fratura por fadiga da lâmina só pode suportar a tensão de tração centrífuga da forma de onda quadrada, que excede o limite de fluência ou o limite de fadiga nessa temperatura.

Geralmente, a fratura por fadiga das pás do rotor a altas temperaturas é extremamente rara, mas no uso real, a fratura por fadiga causada por danos térmicos ao rotor é relativamente comum. Durante a operação do motor, o superaquecimento ou a excedência de componentes devido à superfície de curto prazo em condições de trabalho anormais é chamada de superaquecimento de danos. Em altas temperaturas, as rachaduras de fadiga são propensas a ocorrer em lâminas. A fratura por fadiga causada por danos à alta temperatura tem as seguintes características principais:

(1) A posição de fratura é geralmente localizada na área de temperatura mais alta da lâmina, perpendicular ao eixo da lâmina.

(2) A fratura se origina da borda de entrada da área de origem, e sua seção transversal é escura e tem um alto grau de oxidação. A seção transversal da seção de extensão é relativamente plana e a cor não é tão escura quanto a área de origem.

Tecnologia de reparo de falhas de lâminas de motor de aeronaves

Inspeção de borrescope a bordo

A inspeção a bordo é inspecionar visualmente as pás da turbina através de uma sonda na caixa de turbinas do motor. Essa tecnologia não requer desmontagem do motor e pode ser concluída diretamente na aeronave, o que é conveniente e rápido. A inspeção de borrescópio pode detectar melhor a queima, a corrosão e a descamação de lâminas de turbinas, o que pode ajudar a entender e dominar a tecnologia e a saúde da turbina, de modo a conduzir uma inspeção abrangente das lâminas da turbina e garantir a operação normal do motor. A Figura 3 mostra a inspeção do boroscópio.

Tratamento pré-limpo antes da inspeção em oficina de reparo

A superfície das pás da turbina é coberta com depósitos após combustão, revestimentos e camadas de corrosão térmica formadas pela corrosão da oxidação de alta temperatura. A deposição de carbono aumentará a espessura da parede das lâminas, causando alterações no caminho original do fluxo de ar, reduzindo assim a eficiência da turbina; A corrosão térmica reduzirá as propriedades mecânicas das lâminas; E devido à presença de depósitos de carbono, os danos à superfície da lâmina são obscurecidos, dificultando a detecção. Portanto, antes de monitorar e reparar as lâminas, os depósitos de carbono devem ser limpos.

Teste de integridade da lâmina

No passado, instrumentos de medição "duros", como medidores de ângulo e pinças, eram usados ​​para detectar o diâmetro da lâmina dos motores de aeronaves. Esse método é simples, mas é facilmente afetado pela interferência humana e possui defeitos como baixa precisão e velocidade de detecção lenta. Posteriormente, com base na máquina de medição de coordenadas, foi escrito uma aplicação para o controle automático do microcomputador e um sistema de medição para as dimensões geométricas da lâmina foi desenvolvido. Ao detectar automaticamente a lâmina e compará -la com a forma padrão da lâmina, os resultados do teste de erro são fornecidos automaticamente para determinar a disponibilidade da lâmina e o método de manutenção necessário. Embora os instrumentos de medição de coordenadas de diferentes fabricantes tenham diferenças nas tecnologias específicas, eles têm os seguintes pontos em comum: alto nível de automação, detecção rápida, geralmente uma lâmina pode ser detectada em 1 minuto e ter boas capacidades de expansão. Ao modificar um banco de dados de forma de lâmina padrão, vários tipos de lâminas podem ser detectados. A Figura 4 mostra o teste de integridade.

Manutenção de lâmina do motor de aeronave

Tecnologia de pulverização térmica

A tecnologia de pulverização térmica é queimar fibras ou materiais em pó em um estado fundido, atomizá -las ainda mais e depositá -las nas peças ou substratos a serem pulverizados.

(1) Revestimentos resistentes ao desgaste

Revestimentos resistentes a desgaste, como revestimentos à base de cobalto, à base de níquel e à base de carboneto de tungstênio, são amplamente utilizados em peças de motor de aeronaves para reduzir o atrito causado por vibração, deslizamento, colisão, atrito e outros atrito durante a operação de motores de aeronaves, melhorando o desempenho e a vida útil.

(2) revestimentos resistentes ao calor

Para aumentar o impulso, os motores de aeronaves modernos precisam aumentar a temperatura antes da turbina ao máximo. Dessa forma, a temperatura operacional das pás da turbina aumentará de acordo. Embora os materiais resistentes ao calor sejam usados, ainda é difícil atender aos requisitos de uso. Os resultados dos testes mostram que a aplicação de revestimentos resistentes ao calor na superfície das pás da turbina pode melhorar a resistência ao calor das peças e evitar a deformação e a quebra de peças.

(3) Revestimentos Abretáveis

Nos motores de aeronaves modernos, a turbina é composta por um revestimento composto por várias pás do estator horizontal e uma lâmina de rotor fixada em um disco. Para melhorar a eficiência do motor, a distância entre os dois componentes do estator e o rotor deve ser reduzida o máximo possível. Essa lacuna inclui a "lacuna de ponta" entre a ponta do rotor e o anel externo fixo, e a "lacuna de estágio" entre cada estágio do rotor e a carcaça. Para reduzir o vazamento de ar causado pela lacuna excessiva, as lacunas são teoricamente necessárias para ser zero o máximo possível, porque é difícil alcançar o erro real e o erro de instalação das partes de produção; Além disso, em alta temperatura e alta velocidade, a roda também se moverá longitudinalmente, fazendo com que as lâminas "cresçam" radialmente. Devido à deformação de flexão, expansão térmica e contração da peça de trabalho, os revestimentos de desgaste de pulverização são usados ​​para fazê -la ter a menor lacuna consciente, ou seja, pulverizando vários revestimentos na superfície perto da parte superior da lâmina; Quando as peças rotativas esfregarem contra ela, o revestimento produzirá desgaste sacrificial, reduzindo assim o espaço no mínimo. A Figura 5 mostra a tecnologia de pulverização térmica.

Tiro peening

A tecnologia de peening de tiro utiliza projéteis de alta velocidade para impactar a superfície da peça de trabalho, gerando estresse compressivo residual na superfície da peça de trabalho e formando um material de fortalecimento até certo ponto para melhorar a resistência à fadiga do produto e reduzir o desempenho da corrosão do estresse do material. A Figura 6 mostra a lâmina após o peening.

(1) peening de tiro seco

A tecnologia de peening de tiro seco usa força centrífuga para formar uma camada de fortalecimento da superfície com uma certa espessura na superfície da peça de trabalho. Embora a tecnologia de peening de tiro seco tenha equipamentos simples e alta eficiência, ela ainda tem problemas como poluição por poeira, alto ruído e consumo de tiro alto durante a produção em massa.

(2) peening de tiro de água

O peening de tiro de água tem o mesmo mecanismo de fortalecimento que o peening seco. A diferença é que ele usa partículas líquidas em movimento rápido em vez de tiro, reduzindo assim o impacto do pó no meio ambiente durante o peening de tiro seco, melhorando assim o ambiente de trabalho.

(3) fortalecimento da placa rotativa

A American 3M Company desenvolveu um novo tipo de processo de fortalecimento de peening. Seu método de fortalecimento é usar uma placa rotativa com tiro para atingir continuamente a superfície do metal em alta velocidade para formar uma camada de fortalecimento da superfície. Comparado com o peening de tiro, ele tem as vantagens de equipamentos simples, fácil uso, alta eficiência, economia e durabilidade. O fortalecimento da placa rotativa significa que, quando um tiro de alta velocidade atinge a lâmina, a superfície da lâmina se expande rapidamente, fazendo com que ela se submetesse a deformação plástica a uma certa profundidade. A espessura da camada de deformação está relacionada à força de impacto do projétil e às propriedades mecânicas do material da peça de trabalho e geralmente pode atingir 0. 12 a 0. 75 mm. Ao ajustar o processo de peening de tiro, a espessura apropriada da camada de deformação pode ser obtida. Sob a ação do peening de tiro, quando a deformação plástica ocorre na superfície da lâmina, a subsuperfície adjacente também se deforma. No entanto, em comparação com a superfície, a deformação da subsuperfície é menor. Sem atingir o ponto de rendimento, ele ainda está no estágio de deformação elástica; portanto, a plastificação não uniforme entre a superfície e a camada inferior é desigual, o que pode causar alterações de tensão residual no material após a pulverização. Os resultados do teste mostram que há tensão compressiva residual na superfície após o peening e a uma certa profundidade, a tensão de tração aparece na subsuperfície. A tensão de compressão residual na superfície é várias vezes a do subsolo. Essa distribuição de estresse residual é muito benéfica para melhorar a força da fadiga e a resistência à corrosão. Portanto, a tecnologia de peening de tiro desempenha um papel muito importante na prolongamento da vida útil dos produtos e na melhoria da qualidade do produto.

Reparo de revestimento

Nos motores de aeronaves, muitas lâminas de turbinas avançadas usam tecnologia de revestimento para melhorar suas propriedades antioxidação, anticorrosão e resistentes a desgaste; No entanto, como as lâminas serão danificadas em graus variados durante o uso, eles devem ser reparados durante a manutenção da lâmina, geralmente retirando o revestimento original e aplicando uma nova camada de revestimento.