Bilah turbin adalah bagian penting dari mesin pesawat terbang, dengan suhu tinggi, beban berat, dan struktur yang kompleks. Kualitas inspeksi dan pemeliharaan terkait erat dengan daya tahan dan masa pakai pekerjaan. Makalah ini mempelajari inspeksi dan pemeliharaan bilah mesin pesawat terbang, menganalisis mode kegagalan bilah mesin pesawat terbang, dan merangkum teknologi deteksi kegagalan dan teknologi pemeliharaan bilah mesin pesawat terbang.
Dalam desain bilah turbin, bahan baru dengan kualitas yang lebih tinggi sering digunakan, dan margin kerja dikurangi dengan meningkatkan struktur dan teknologi pemrosesan, sehingga dapat meningkatkan rasio engine dorong-ke-berat. Bilah turbin adalah airfoil aerodinamis yang dapat mencapai pekerjaan yang setara di seluruh panjang bilah, sehingga memastikan bahwa aliran udara memiliki sudut rotasi antara akar blade dan ujung blade, dan sudut rotasi pada ujung blade lebih besar daripada pada akar bilah. Sangat penting untuk memasang blade rotor turbin pada disk turbin. Tenon "berbentuk pohon cemara" adalah rotor turbin gas modern. Telah diproses secara tepat dan dirancang untuk memastikan bahwa semua flensa dapat menanggung beban secara merata. Ketika turbin diam, bilah memiliki gerakan tangensial pada alur gigi, dan ketika turbin berputar, akar blade dikencangkan ke disk karena efek sentrifugal. Bahan impeller merupakan faktor penting dalam memastikan kinerja dan keandalan turbin. Pada hari-hari awal, paduan suhu tinggi yang cacat digunakan dan diproduksi dengan penempaan. Dengan kemajuan terus menerus dari desain mesin dan teknologi casting presisi, bilah turbin telah berubah dari paduan cacat menjadi berlubang, polikristalin menjadi kristal tunggal, dan ketahanan panas bilah telah sangat ditingkatkan. Superalloy kristal tunggal berbasis nikel banyak digunakan dalam produksi bagian akhir panas mesin penerbangan karena sifat creep suhu tinggi yang sangat baik. Oleh karena itu, penelitian mendalam tentang inspeksi dan pemeliharaan bilah turbin sangat penting untuk meningkatkan keamanan operasi mesin dan secara akurat mengevaluasi kerusakan morfologi dan tingkat kerusakan bilah.
Mode kegagalan pisau mesin pesawat terbang
Gagal fraktur kelelahan siklus rendah blade
Dalam pekerjaan yang sebenarnya, fraktur kelelahan siklus rendah dari bilah rotor biasanya tidak mudah terjadi, tetapi di bawah tiga kondisi berikut, fraktur kelelahan siklus rendah akan terjadi. Gambar 1 adalah diagram skematik fraktur blade.
(1) Meskipun tekanan kerja pada bagian berbahaya lebih kecil dari kekuatan luluh material, ada cacat lokal yang besar di bagian berbahaya. Di daerah ini, karena adanya cacat, area yang lebih besar di dekatnya melebihi kekuatan luluh material, menghasilkan sejumlah besar deformasi plastik, yang menyebabkan fraktur kelelahan siklus rendah dari blade.
(2) Karena pertimbangan desain yang buruk, tekanan kerja bilah pada bagian berbahaya dekat atau melebihi kekuatan luluh material. Ketika ada cacat ekstra di bagian berbahaya, bilah akan mengalami fraktur kelelahan siklus rendah.
(3) Ketika blade memiliki kondisi abnormal seperti flutter, resonansi, dan overheating, nilai tegangan total dari bagian berbahaya lebih besar dari kekuatan luluh, menghasilkan fraktur kelelahan siklus rendah dari blade. Fraktur kelelahan siklus rendah terutama disebabkan oleh alasan desain, dan sebagian besar terjadi di sekitar akar blade. Tidak ada busur kelelahan yang jelas pada fraktur siklus rendah yang khas.
Gagal fraktur kelelahan resonansi torsional blade
Fraktur kelelahan siklus tinggi mengacu pada fraktur yang terjadi di bawah resonansi torsional blade, dan memiliki karakteristik representatif berikut:
(1) Penurunan sudut terjadi di simpul resonansi torsional.
(2) Kurva kelelahan yang jelas dapat dilihat pada fraktur kelelahan bilah, tetapi kurva kelelahan sangat tipis.
(3) Fraktur biasanya dimulai dari bagian belakang blade dan memanjang ke cekungan blade, dan zona kelelahan menempati area utama permukaan fraktur.
Ada dua alasan utama untuk retakan kelelahan torsional bilah: satu adalah resonansi torsional, dan yang lainnya adalah karat yang luas pada permukaan blade atau dampak gaya eksternal.
Kelelahan suhu tinggi dan kegagalan fraktur kelelahan kerusakan termal
Bilah rotor turbin bekerja di lingkungan suhu tinggi dan mengalami perubahan suhu dan tekanan bergantian, yang menyebabkan keriput dan kerusakan kelelahan bilah (lihat Gambar 2). Untuk fraktur kelelahan suhu tinggi dari bilah, tiga kondisi berikut harus dipenuhi:
(1) Fraktur kelelahan blade terutama menunjukkan karakteristik fraktur intergranular.
(2) suhu di lokasi fraktur blade lebih tinggi dari batas suhu creep material;
(3) Situs fraktur kelelahan blade hanya dapat menahan tegangan tarik sentrifugal dari bentuk gelombang persegi, yang melebihi batas creep atau batas kelelahan pada suhu ini.
Secara umum, fraktur kelelahan bilah rotor pada suhu tinggi sangat jarang, tetapi dalam penggunaan aktual, fraktur kelelahan yang disebabkan oleh kerusakan termal pada rotor relatif umum. Selama operasi mesin, overheating atau overburning komponen karena overemperature jangka pendek di bawah kondisi kerja yang tidak normal disebut kerusakan overheating. Pada suhu tinggi, retakan kelelahan rentan terjadi pada bilah. Fraktur kelelahan yang disebabkan oleh kerusakan suhu tinggi memiliki karakteristik utama berikut:
(1) Posisi fraktur umumnya terletak di area suhu tertinggi blade, tegak lurus terhadap sumbu blade.
(2) Fraktur berasal dari tepi saluran masuk area sumber, dan penampangnya gelap dan memiliki tingkat oksidasi yang tinggi. Bagian penampang bagian ekstensi relatif datar dan warnanya tidak se -gelap area sumber.
Teknologi Perbaikan Kegagalan Pisau Mesin Pesawat
Inspeksi borescope on-board
Inspeksi borescope on-board adalah untuk memeriksa secara visual bilah turbin melalui probe di kotak turbin mesin. Teknologi ini tidak memerlukan pembongkaran mesin dan dapat diselesaikan langsung di pesawat, yang nyaman dan cepat. Inspeksi Borescope dapat dengan lebih baik mendeteksi pembakaran, korosi, dan debonding pisau turbin, yang dapat membantu memahami dan menguasai teknologi dan kesehatan turbin, sehingga dapat melakukan inspeksi komprehensif terhadap bilah turbin dan memastikan operasi normal mesin. Gambar 3 menunjukkan inspeksi borescope.
Perawatan pra-pembersihan sebelum inspeksi di bengkel perbaikan
Permukaan bilah turbin ditutupi dengan endapan setelah pembakaran, pelapis, dan lapisan korosi termal yang dibentuk oleh korosi oksidasi suhu tinggi. Deposisi karbon akan meningkatkan ketebalan dinding bilah, menyebabkan perubahan dalam jalur aliran udara asli, sehingga mengurangi efisiensi turbin; Korosi termal akan mengurangi sifat mekanik bilah; Dan karena adanya endapan karbon, kerusakan permukaan blade dikaburkan, membuat deteksi menjadi sulit. Oleh karena itu, sebelum memantau dan memperbaiki bilah, deposit karbon harus dibersihkan.
Pengujian Integritas Blade
Di masa lalu, instrumen pengukur "keras" seperti pengukur sudut dan kaliper digunakan untuk mendeteksi diameter blade mesin pesawat. Metode ini sederhana, tetapi mudah dipengaruhi oleh gangguan manusia dan memiliki cacat seperti akurasi rendah dan kecepatan deteksi yang lambat. Selanjutnya, berdasarkan pada mesin pengukur koordinat, aplikasi untuk kontrol otomatis mikrokomputer ditulis, dan sistem pengukuran untuk dimensi geometris blade dikembangkan. Dengan secara otomatis mendeteksi blade dan membandingkannya dengan bentuk blade standar, hasil uji kesalahan secara otomatis diberikan untuk menentukan ketersediaan blade dan metode pemeliharaan yang diperlukan. Meskipun instrumen pengukuran koordinat dari berbagai produsen memiliki perbedaan dalam teknologi spesifik, mereka memiliki kesamaan berikut: tingkat otomasi tinggi, deteksi cepat, umumnya satu blade dapat dideteksi dalam 1 menit, dan memiliki kemampuan ekspansi yang baik. Dengan memodifikasi basis data bentuk blade standar, berbagai jenis blade dapat dideteksi. Gambar 4 menunjukkan uji integritas.
Pemeliharaan Blade Mesin Pesawat
Teknologi semprotan termal
Teknologi penyemprotan termal adalah untuk membakar serat atau bahan bubuk ke keadaan cair, lebih lanjut mengetomnya, dan kemudian menyimpannya pada bagian atau substrat yang akan disemprotkan.
(1) Pelapis tahan aus
Pelapis tahan aus seperti pelapis berbasis kobalt, berbasis nikel, dan tungsten karbida banyak digunakan di bagian mesin pesawat untuk mengurangi gesekan yang disebabkan oleh getaran, geser, tabrakan, gesekan, dan gesekan lainnya selama pengoperasian mesin pesawat, sehingga meningkatkan kinerja dan kehidupan layanan.
(2) Pelapis tahan panas
Untuk meningkatkan dorongan, mesin pesawat modern perlu meningkatkan suhu sebelum turbin maksimal. Dengan cara ini, suhu operasi bilah turbin akan meningkat. Meskipun bahan tahan panas digunakan, masih sulit untuk memenuhi persyaratan penggunaan. Hasil tes menunjukkan bahwa menerapkan pelapis tahan panas pada permukaan bilah turbin dapat meningkatkan ketahanan panas bagian-bagian dan menghindari deformasi dan retak bagian.
(3) Pelapis yang dapat dibawa
Dalam mesin pesawat modern, turbin ini terdiri dari casing yang terdiri dari beberapa bilah stator horizontal dan bilah rotor yang dipasang pada cakram. Untuk meningkatkan efisiensi mesin, jarak antara dua komponen stator dan rotor harus dikurangi sebanyak mungkin. Kesenjangan ini termasuk "celah ujung" antara ujung rotor dan cincin luar yang tetap, dan "celah panggung" antara setiap tahap rotor dan casing. Untuk mengurangi kebocoran udara yang disebabkan oleh kesenjangan yang berlebihan, kesenjangan secara teoritis diperlukan untuk menjadi nol sebanyak mungkin, karena kesalahan aktual dan kesalahan pemasangan bagian produksi sulit dicapai; Selain itu, di bawah suhu tinggi dan kecepatan tinggi, roda juga akan bergerak secara longitudinal, menyebabkan bilah "tumbuh" secara radial. Karena deformasi lentur, ekspansi termal dan kontraksi benda kerja, pelapis pemakaian penyemprotan digunakan untuk membuatnya memiliki celah sadar terkecil, yaitu menyemprotkan berbagai lapisan di permukaan dekat bagian atas blade; Ketika bagian yang berputar bergesekan dengan itu, lapisan akan menghasilkan keausan pengorbanan, sehingga mengurangi celah seminimal mungkin. Gambar 5 menunjukkan teknologi penyemprotan termal.
Tembak Peening
Teknologi pemotongan peening menggunakan proyektil berkecepatan tinggi untuk memengaruhi permukaan benda kerja, menghasilkan tegangan tekan residual pada permukaan benda kerja dan membentuk bahan penguatan sampai batas tertentu untuk meningkatkan kekuatan kelelahan produk dan mengurangi kinerja korosi stres material. Gambar 6 menunjukkan pisau setelah tembakan peening.
(1) Peening tembakan kering
Teknologi peening tembakan kering menggunakan gaya sentrifugal untuk membentuk lapisan penguatan permukaan dengan ketebalan tertentu pada permukaan benda kerja. Meskipun teknologi peening tembakan kering memiliki peralatan sederhana dan efisiensi tinggi, ia masih memiliki masalah seperti polusi debu, kebisingan tinggi, dan konsumsi tembakan tinggi selama produksi massal.
(2) Peening tembakan air
Peening tembakan air memiliki mekanisme penguatan yang sama dengan peening tembakan kering. Perbedaannya adalah menggunakan partikel cair yang bergerak cepat alih-alih tembakan, sehingga mengurangi dampak debu pada lingkungan selama pengupasan tembakan kering, sehingga meningkatkan lingkungan kerja.
(3) Penguatan pelat putar
American 3M Company telah mengembangkan jenis baru proses penguatan peening bidikan. Metode penguatannya adalah menggunakan pelat putar dengan tembakan untuk terus -menerus menyerang permukaan logam pada kecepatan tinggi untuk membentuk lapisan penguatan permukaan. Dibandingkan dengan peening bidikan, ia memiliki keunggulan peralatan sederhana, penggunaan yang mudah, efisiensi tinggi, ekonomi dan daya tahan. Penguatan pelat putar berarti bahwa ketika tembakan berkecepatan tinggi mengenai bilah, permukaan bilah akan mengembang dengan cepat, menyebabkannya mengalami deformasi plastik pada kedalaman tertentu. Ketebalan lapisan deformasi terkait dengan kekuatan dampak proyektil dan sifat mekanik bahan benda kerja, dan umumnya dapat mencapai 0. 12 hingga 0. 75 mm. Dengan menyesuaikan proses peening bidikan, ketebalan yang sesuai dari lapisan deformasi dapat diperoleh. Di bawah aksi peening bidikan, ketika deformasi plastik terjadi pada permukaan blade, bawah permukaan yang berdekatan juga akan berubah bentuk. Namun, dibandingkan dengan permukaan, deformasi bawah permukaan lebih kecil. Tanpa mencapai titik hasil, masih dalam tahap deformasi elastis, sehingga plastisisasi yang tidak seragam antara permukaan dan lapisan bawah tidak rata, yang dapat menyebabkan perubahan tegangan residual pada bahan setelah penyemprotan. Hasil tes menunjukkan bahwa ada tegangan tekan residual pada permukaan setelah peening tembakan, dan pada kedalaman tertentu, tegangan tarik muncul di bawah permukaan. Tegangan tekan residual pada permukaan adalah beberapa kali dari bawah permukaan. Distribusi tegangan residual ini sangat bermanfaat untuk meningkatkan kekuatan kelelahan dan resistensi korosi. Oleh karena itu, teknologi pemotongan peening memainkan peran yang sangat penting dalam memperpanjang masa pakai produk dan meningkatkan kualitas produk.
Perbaikan pelapis
Di mesin pesawat, banyak bilah turbin canggih menggunakan teknologi pelapis untuk meningkatkan anti-oksidasi, anti-korosi, dan sifat tahan aus; Namun, karena bilah akan rusak ke berbagai derajat selama penggunaan, mereka harus diperbaiki selama pemeliharaan blade, biasanya dengan menanggalkan lapisan asli dan kemudian menerapkan lapisan lapisan baru.
