4. Аналіз пошкоджень елементів турбіни двигуна та методи відновлення

4.1 Найпоширеніші дефекти і методи їх визначення

З урахуванням умов експлуатації лопаток можна розділити всі дефекти на:

1) тріщини, викликані змінної напруг і вібрацій;

2) знос торцевої поверхні;

3) ерозія через постійний вплив газів;

4) корозію через агресивне середовище;

5) фреттінг в корені лопатки в результаті леза і вібрацій дисків і без герметичного з'єднання одного з одним;

Кожен з них може призвести до трьох станів лопатки: 1) допустимий для подальшої експлуатації без будь-яких додаткових операцій; 2) допустимий для подальшої роботи з додатковими операціями, що забезпечують подовження служби лопатки (ремонт і відновлення); 3) забороняється для подальшої роботи (включає в себе стан з ушкоджень, що призводить до збільшення витрат на ремонт вище, ніж придбати новий). Перший і третій випадки не розглядаються в роботі.

Для отримання інформації про стан об'єкта, необхідно забезпечити його огляд (неруйнівний контроль). Фізичні методи це: метод магнітних індукційних струмів, акустичний, метод проникаючих речовин. До методів технічних вимірювань можуть бути включені візуальний огляд, оптичні, механічні та оптико-механічні методи, електричні..

Акустичний метод використовується для визначення тріщин , їх розмірів, розташування і форму в шарі матеріалу будь-якого товщини на досить відносно невеликій площі. Для контролю лопатки його можна поділити на тіньовий, ехометод і метод акустичної емісії. Основний принцип їх роботи є виробництво звукових хвиль різних частот в деталях і сприйнятті сигналу зворотного зв'язку. У залежності від часу і амплітуди сигналу, отримуємо, висновки про внутрішню структуру лопатки. Акустичний метод використовується в основному для виявлення внутрішніх тріщин в матеріалі.

Магнітні методи і індуктивні струми, насамперед, включають в себе використання зовнішнього магнітного або електромагнітного поля і феромагнітного порошку. Ці методи призначені для виявлення поверхневих і внутрішніх тріщин у об'єктів з відносно малою товщиною. Використання порошку продемонструє тріщини розташування, розмір і плоску форму в дорозі концентрації там.

Метод проникаючих речовин використовується для перевірки об'єкта на поверхневі тріщин і дозволяє визначити їх довжину, плоску форму і місце. Для цього використовують спеціальні речовинами з високою ліквідністю (малою в'язкістю). Проникаючи агент виводить всі тріщини, відповідно до його класу, а потім вони візуалізуються. Ця операція може бути зроблено в основному 3 способами: використання барвистого пенетратора, використання додаткового агента, який повинен реагувати з пенетратора і, таким чином, показуючи потрісканих областей, і, нарешті, використовувати пенетратора який висвітлює під світлом певний спектр.

4.2 Дефекти лопаток

Робочі лопатки турбіни працюють при високих температурах, зазнають великі вібраційні і температурні напруження. Вони піддаються одночасно корозійній і ерозійній дії газів. Більшість руйнувань робочих лопаток турбін мають втомний характер і пов’язані зі змінними напруженнями, що виникають при коливаннях по нижчим формам(які можуть викликатися в тому числі пульсаційним горінням палива в камері згоряння). При коливаннях по першій згинальній формі можливе також розтріскування и втомні руйнування хвостовиків лопаток. В числі випадків пошкодження лопаток турбін (особливо перших ступеней) можуть бути пояснені особливостями розподілення температури газу на виході з камери згоряння.

Характерні дефекти лопаток турбіни показані на рисунку 11

Рисунок 11. Пошкодження лопаток турбіни.

Тріщини можуть бути в основному двох типів: внутрішні і зовнішні. Обидва можуть відбуватися в процесі роботи двигуна в тілі лопатки і в кореневій частині. Причини їх появи різні від напруг, відцентрових змінних навантаження,високих температур, вібрації. Розміри тріщин для лопаток ГТД авіаційної турбіни досить малі, щоб бути видимими для неозброєного ока, тому додаткові застосовують неруйнівні методи контролю такі як: метод вихрових струмів, люмінесцентний метод, порошково - магнітний, ультразвукові (акустичні) методи.

Оскільки лопатки турбіни працюють в середовищі відпрацьованих газів тому одним з видів пошкоджень є газова корозія яка виникає при взаємодії металу з сухими газами в умовах коли волога на поверхні металу не конденсується, а також при впливі на метал рідких металевих розплавів. Цей процес має іонно-електронний механізм, аналогічний процесам електропровідності в іонних кристалах.

Фретинг відноситься до зносу і корозії іноді на нерівностях контактних поверхонь. Це пошкодження індукується під навантаженням і в присутності багаторазового руху щодо поверхні наприклад вібрації. Амплітуда відносного ковзаючого руху може бути в порядку від мікрометрів до міліметрів, але також може бути як від 3 до 4 нм. Контактний рух викликає знос і механічні переміщення матеріалу на поверхні часто з подальшим окисленням поверхні. В лопаток турбіни можлива фретинг-корозія в місці кореня через нерівномірний контакт сили викликає вібрацію. Зазвичай це пошкодження може бути перевірене неозброєним оком або всіма методами магнітних досліджень. Значні пошкодження виникають на валу, його ущільненнях і підшипниках.