تعتبر شفرات التوربينات جزءًا مهمًا من محركات الطائرات ، مع ارتفاع درجة الحرارة ، والحمل الثقيل ، والهيكل المعقد. ترتبط جودة التفتيش والصيانة ارتباطًا وثيقًا بمتانة العمل وخدمة العمل. تدرس هذه الورقة فحص وصيانة شفرات محركات الطائرات ، وتحلل طريقة فشل شفرات محركات الطائرات ، ويلخص تقنية الكشف عن الفشل وصيانة شفرات محركات الطائرات.

في تصميم شفرات التوربينات ، غالبًا ما يتم استخدام مواد جديدة ذات جودة أعلى ، ويتم تقليل هامش العمل عن طريق تحسين الهيكل والمعالجة ، وذلك لتحسين نسبة دفع المحرك إلى الوزن. شفرة التوربينات عبارة عن جنيح جوي ديناميكي يمكن أن يحقق عملًا مكافئًا على طول كامل النصل ، مما يضمن أن تدفق الهواء له زاوية دوران بين جذر الشفرة وطرف الشفرة ، وزاوية الدوران في طرف الشفرة أكبر من جذر الشفرة. من المهم جدًا تثبيت شفرة الدوار التوربينية على قرص التوربينات. تينون "شجرة التنوب على شكل" هو دوار التوربينات الغازية الحديثة. لقد تمت معالجتها بدقة وتصميمها لضمان أن جميع الشفاه يمكن أن تتحمل الحمل بالتساوي. عندما تكون التوربينات ثابتة ، يكون للشفرة حركة عرضية عند أخدود الأسنان ، وعندما تدور التوربينات ، يتم تشديد جذر الشفرة على القرص بسبب تأثير الطرد المركزي. تعد مادة المكره عاملاً مهمًا في ضمان أداء وموثوقية التوربينات. في الأيام الأولى ، تم استخدام سبائك درجات الحرارة العالية المشوهة وتصنيعها عن طريق التزوير. مع التقدم المستمر لتصميم المحرك وتكنولوجيا الصب الدقيقة ، تغيرت شفرات التوربينات من سبائك مشوهة إلى مجوفة ، متعددة الكريستالات إلى بلورة واحدة ، وقد تم تحسين مقاومة الحرارة للشفرات بشكل كبير. تستخدم Crystal Superalloys المفردة القائمة على النيكل على نطاق واسع في إنتاج الأجزاء الطرفية الساخنة من محركات الطيران بسبب خصائص زحفها الممتازة عالية الحرارة. لذلك ، فإن الأبحاث المتعمقة حول تفتيش وصيانة شفرات التوربينات لها أهمية كبيرة لتحسين سلامة تشغيل المحرك وتقييم مورفولوجيا الضرر بدقة ودرجة أضرار الشفرات.

أنماط فشل شفرات محرك الطائرات

فشل كسر الكسر في تعب الدورة منخفضة

في العمل الفعلي ، عادةً ما لا يكون حدوث كسر في شفرات الدوران منخفض الدورة ، ولكن في ظل الظروف الثلاثة التالية ، سيحدث كسر التعب في الدورة المنخفضة. الشكل 1 هو رسم تخطيطي لكسر النصل.

(1) على الرغم من أن إجهاد العمل في القسم الخطير أصغر من قوة العائد للمادة ، إلا أن هناك عيوب محلية كبيرة في القسم الخطير. في هذا المجال ، بسبب وجود عيوب ، تتجاوز المساحة الأكبر القريبة قوة العائد للمادة ، مما يؤدي إلى كمية كبيرة من تشوه البلاستيك ، مما يؤدي إلى كسر في التعب من الدورة المنخفضة للشفرة.

(2) بسبب اعتبارات التصميم السيئة ، فإن إجهاد العمل في الشفرة في القسم الخطير يقترب أو يتجاوز قوة العائد للمادة. عندما تكون هناك عيوب إضافية في الجزء الخطير ، ستخضع الشفرة لكسر التعب منخفض الدورة.

(3) عندما يكون للشفرة ظروف غير طبيعية مثل الرفرفة ، والرنين ، والارتفاع درجة الحرارة ، تكون قيمة الإجهاد الكلي لقسمها الخطير أكبر من قوتها العائد ، مما يؤدي إلى كسر التعب في الدورة المنخفضة للشفرة. يحدث كسر التعب في الدورة المنخفضة بشكل رئيسي بسبب أسباب التصميم ، ويحدث معظمه حول جذر الشفرة. لا يوجد قوس التعب الواضح في كسر الدورة المنخفضة النموذجية.

فشل كسر الرنين في الالتواء

يشير كسر التعب عالي الدورة إلى الكسر الذي يحدث تحت الرنين الالتوائي للشفرة ، وله خصائص التمثيلية التالية:

(1) يحدث قطرة الزاوية في عقدة الرنين الالتواء.

(2) يمكن رؤية منحنى التعب الواضح في كسر التعب في الشفرة ، ولكن منحنى التعب نحيف للغاية.

(3) يبدأ الكسر عادة من الجزء الخلفي من النصل ويمتد إلى حوض الشفرة ، وتحتل منطقة التعب المنطقة الرئيسية لسطح الكسر.

هناك سببان رئيسيان لشقوق التعب الالتواء للشفرة: أحدهما هو الرنين الالتوائي ، والآخر هو الصدأ الواسع على سطح الشفرة أو تأثير القوة الخارجية.

تعب بدرجة الحرارة العالية في الشفرة وفشل كسر التعب في الأضرار الحرارية

تعمل شفرات دوار التوربينات في بيئة عالية من درجة الحرارة وتتعرض لتغيرات درجات الحرارة والضغط المتناوب ، مما يؤدي إلى تلف الزحف والتعب من الشفرات (انظر الشكل 2). بالنسبة لكسر التعب في درجات الحرارة العالية ، يجب استيفاء الشروط الثلاثة التالية:

(1) يوضح كسر التعب من النصل بشكل رئيسي خصائص الكسر بين الحبيبات.

(2) درجة الحرارة في موقع الكسر للشفرة أعلى من درجة حرارة الزحف الحد من المادة ؛

(3) لا يمكن لموقع كسر التعب للشفرة فقط تحمل إجهاد الشد الطرد المركزي في شكل الموجة المربعة ، والذي يتجاوز حد الزحف أو الحد من التعب في درجة الحرارة هذه.

بشكل عام ، يكون كسر التعب لشفرات الدوار في درجات حرارة عالية أمرًا نادرًا للغاية ، ولكن في الاستخدام الفعلي ، يكون كسر التعب الناجم عن تلف حراري للدوار شائعًا نسبيًا. أثناء تشغيل المحرك ، يسمى ارتفاع درجة الحرارة أو تحرق المكونات بسبب درجة الحرارة قصيرة الأجل في ظل ظروف عمل غير طبيعية ضررًا كبيرًا. في درجات حرارة عالية ، تعرض تشققات التعب في الشفرات. إن كسر التعب الناجم عن تلف ارتفاع درجات الحرارة له الخصائص الرئيسية التالية:

(1) يقع موضع الكسر بشكل عام في أعلى مساحة درجة حرارة في الشفرة ، عموديًا على محور الشفرة.

(2) ينشأ الكسر من حافة مدخل منطقة المصدر ، ومقطعه العرضي مظلمًا وله درجة عالية من الأكسدة. المقطع العرضي لقسم التمديد مسطح نسبيًا واللون ليس مظلمًا مثل مساحة المصدر.

تقنية إصلاح الفشل في شفرات محركات الطائرات

على متن الفحص Borescope

التفتيش على متن بوسسكوب على متن الطائرة هو فحص شفرات التوربينات بصريًا من خلال مسبار في صندوق توربينات المحرك. لا تتطلب هذه التكنولوجيا تفكيك المحرك ويمكن إكمالها مباشرة على الطائرة ، وهي مريحة وسريعة. يمكن لتفتيش Borescope اكتشاف بشكل أفضل حرق شفرات التوربينات والتآكل والتشكيل ، والتي يمكن أن تساعد في فهم التكنولوجيا وصحة التوربينات وصحتها ، وذلك لإجراء فحص شامل لشفرات التوربينات وضمان التشغيل الطبيعي للمحرك. يوضح الشكل 3 التفتيش Borescope.

العلاج قبل التنظيف قبل التفتيش في ورشة الإصلاح

يتم تغطية سطح شفرات التوربينات بالودائع بعد الاحتراق والطلاء وطبقات التآكل الحرارية التي تتكون من تآكل أكسدة عالية الحرارة. سيزيد ترسب الكربون من سماكة الجدار للشفرات ، مما يسبب تغييرات في مسار تدفق الهواء الأصلي ، وبالتالي تقليل كفاءة التوربينات ؛ سوف يقلل التآكل الحراري من الخواص الميكانيكية للشفرات. وبسبب وجود رواسب الكربون ، يتم حجب الأضرار التي لحقت بسطح الشفرة ، مما يجعل الكشف صعبًا. لذلك ، قبل مراقبة وإصلاح الشفرات ، يجب تنظيف رواسب الكربون.

اختبار سلامة الشفرة

في الماضي ، تم استخدام أدوات القياس "الصعبة" مثل مقاييس الزاوية والفرجار للكشف عن قطر شفرة محركات الطائرات. هذه الطريقة بسيطة ، لكنها تتأثر بسهولة بالتداخل البشري ولها عيوب مثل دقة منخفضة وسرعة الكشف البطيئة. بعد ذلك ، استنادًا إلى آلة قياس الإحداثيات ، تم كتابة تطبيق للتحكم التلقائي في الحواسيب الصغيرة ، وتم تطوير نظام قياس للأبعاد الهندسية للشفرة. عن طريق اكتشاف الشفرة تلقائيًا ومقارنتها بشيك الشفرة القياسي ، يتم إعطاء نتائج اختبار الخطأ تلقائيًا لتحديد توفر الشفرة وطريقة الصيانة المطلوبة. على الرغم من أن أدوات قياس الإحداثيات لمختلف الشركات المصنعة لها اختلافات في تقنيات محددة ، إلا أنها تتمتع بالموضوعات المشتركة التالية: مستوى الأتمتة العالية ، والاكتشاف السريع ، يمكن اكتشاف شفرة واحدة بشكل عام في دقيقة واحدة ، ولديها قدرات توسع جيدة. عن طريق تعديل قاعدة بيانات شكل شفرة قياسية ، يمكن اكتشاف أنواع مختلفة من الشفرات. يوضح الشكل 4 اختبار النزاهة.

صيانة شفرة محرك الطائرات

تقنية الرش الحرارية

تتمثل تقنية الرش الحرارية في حرق الألياف أو المواد المسحوقة إلى حالة منصهرة ، وزيادة ذريطةها ، ثم إيداعها على الأجزاء أو الركائز المراد رشها.

(1) الطلاء المقاومة للارتداء

تُستخدم الطلاء المقاوم للارتداء مثل الطلاء القائم على الكوبالت ، القائم على النيكل ، والكربيد التنغستن على نطاق واسع في أجزاء محرك الطائرات لتقليل الاحتكاك الناجم عن الاهتزاز ، والانزلاق ، والتصادم ، والاحتكاك ، وغيرها من الاحتكاك أثناء تشغيل محركات الطائرات ، وبالتالي تحسين الأداء وحياة الخدمة.

(2) الطلاء المقاوم للحرارة

من أجل زيادة التوجه ، تحتاج محركات الطائرات الحديثة إلى زيادة درجة الحرارة قبل التوربين إلى الحد الأقصى. وبهذه الطريقة ، ستزداد درجة حرارة التشغيل لشفرات التوربينات وفقًا لذلك. على الرغم من استخدام المواد المقاومة للحرارة ، إلا أنه لا يزال من الصعب تلبية متطلبات الاستخدام. تظهر نتائج الاختبار أن تطبيق الطلاء المقاوم للحرارة على سطح شفرات التوربينات يمكن أن يحسن مقاومة الحرارة للأجزاء وتجنب التشوه وتكسير الأجزاء.

(3) الطلاءات القابلة للتخلي

في محركات الطائرات الحديثة ، يتكون التوربينات من غلاف مكون من شفرات الثابت الأفقية المتعددة وشفرة دوار مثبتة على القرص. من أجل تحسين كفاءة المحرك ، يجب تقليل المسافة بين المكونين من الجزء الثابت والدوار قدر الإمكان. تتضمن هذه الفجوة "فجوة الطرف" بين طرف الدوار والحلقة الخارجية الثابتة ، و "فجوة المرحلة" بين كل مرحلة من مراحل الدوار والغلاف. من أجل تقليل تسرب الهواء الناجم عن الفجوة المفرطة ، تكون الثغرات مطلوبة نظريًا أن تكون صفرًا قدر الإمكان ، لأن الخطأ الفعلي وخطأ التثبيت في أجزاء الإنتاج يصعب تحقيقه ؛ بالإضافة إلى ذلك ، في ظل درجة حرارة عالية وسرعة عالية ، ستتحرك العجلة أيضًا طولياً ، مما يتسبب في "النمو" شعاعيًا. نظرًا لتشوه الانحناء ، يتم استخدام التوسع الحراري والانكماش في قطعة الشغل ، وتستخدم الطلاءات الرش لجعلها تحتوي على أصغر فجوة واعية ، أي رش الطلاءات المختلفة على السطح بالقرب من الجزء العلوي من الشفرة ؛ عندما تفرك الأجزاء الدوارة ضده ، ستنتج الطلاء تآكلًا قبيحًا ، مما يقلل من الفجوة إلى الحد الأدنى. يوضح الشكل 5 تقنية الرش الحراري.

تسديدة

تستخدم تقنية peening اللقطة مقذوفات عالية السرعة للتأثير على سطح الشغل ، مما يولد الإجهاد الضغط المتبقي على سطح قطعة العمل وتشكيل مادة تقوية إلى حد ما لتحسين قوة التعب للمنتج وتقليل أداء تآكل الإجهاد للمادة. يوضح الشكل 6 النصل بعد إطلاق النار.

(1) تسديدة جافة

تستخدم تقنية Peening الجافة قوة الطرد المركزي لتشكيل طبقة تقوية السطح بسمك معين على سطح قطعة العمل. على الرغم من أن تقنية peening الجافة لديها معدات بسيطة وكفاءة عالية ، إلا أنها لا تزال تعاني من مشاكل مثل تلوث الغبار والضوضاء العالية والاستهلاك العالي في الإنتاج الضخم.

(2) تسديدة ماء

تطل النار على الماء لديه نفس آلية التقوية مثل جافة اللقطة. الفرق هو أنه يستخدم جزيئات سائلة سريعة الحركة بدلاً من التصوير ، مما يقلل من تأثير الغبار على البيئة أثناء التحول الجاف ، وبالتالي تحسين بيئة العمل.

(3) تقوية لوحة الدوران

طورت شركة 3M الأمريكية نوعًا جديدًا من عملية تعزيز التقطيع. تتمثل طريقة التعزيز الخاصة به في استخدام لوحة دوارة مع لقطة لضرب سطح المعدن باستمرار بسرعة عالية لتشكيل طبقة تقوية السطح. بالمقارنة مع Peening Shot ، فإنه يتمتع بمزايا المعدات البسيطة ، وسهولة الاستخدام ، والكفاءة العالية ، والاقتصاد والمتانة. يعني تقوية لوحة الدوران أنه عندما تضرب اللقطة عالية السرعة الشفرة ، فإن سطح الشفرة سيتوسع بسرعة ، مما يؤدي إلى خضوعه لتشوه البلاستيك على عمق معين. يرتبط سماكة طبقة التشوه بتأثير قوة المقذوف والخصائص الميكانيكية للمواد الشغل ، ويمكن أن تصل عمومًا إلى 0. 12 إلى 0. 75 مم. عن طريق ضبط عملية التخلص من اللقطة ، يمكن الحصول على السمك المناسب لطبقة التشوه. في ظل تصرفات التقطيع ، عندما يحدث تشوه البلاستيك على سطح الشفرة ، سوف تشوه السطح الفرعي المجاور أيضًا. ومع ذلك ، بالمقارنة مع السطح ، فإن تشوه السطح تحت السطحية أصغر. دون الوصول إلى نقطة الغلة ، لا يزال في مرحلة التشوه المرنة ، وبالتالي فإن البلاستيك غير الموحد بين السطح والطبقة السفلية غير متساوية ، مما قد يسبب تغييرات في الإجهاد المتبقي في المادة بعد الرش. تُظهر نتائج الاختبار أن هناك إجهادًا مضغوطًا متبقيًا على السطح بعد تصوير اللقطة ، وعلى عمق معين ، يظهر الإجهاد الشد على السطح. الإجهاد الضغط المتبقي على السطح هو عدة مرات من الإجهاد تحت سطح الأرض. هذا توزيع الإجهاد المتبقي مفيد للغاية لتحسين قوة التعب ومقاومة التآكل. لذلك ، تلعب تقنية peening اللقطة دورًا مهمًا للغاية في تمديد عمر خدمة المنتجات وتحسين جودة المنتج.

إصلاح الطلاء

في محركات الطائرات ، تستخدم العديد من شفرات التوربينات المتقدمة تقنية الطلاء لتحسين خصائصها المضادة للأكسدة ، ومضادة التآكل ، وخصائص مقاومة للارتداء ؛ ومع ذلك ، نظرًا لأن الشفرات ستتعرض للتلف إلى درجات متفاوتة أثناء الاستخدام ، فيجب إصلاحها أثناء صيانة الشفرة ، وعادة ما يكون عن طريق تجريد الطلاء الأصلي ثم تطبيق طبقة جديدة من الطلاء.