ВО ВСЕ ЛОПАТКИ | Наука и жизнь

Реактивная авиация, которая начала создаваться с 1940-х годов, потребовала разработки нового типа двигателя. Получившие наиболее широкое применение газотурбинные реактивные двигатели произвели революцию в авиационной технике.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Лопатки газовой турбины реактивного двигателя работают в очень тяжелых условиях: их обтекает поток раскаленных газов из камер сгорания.

Охлаждающий воздух, поданный со стороны оси турбины в каналы лопатки, выходит из ее торца.

Стержни-закладки, которые помещают в форму для отливки лопатки газовой турбины. После охлаждения заготовки стержни растворяют и в готовой лопатке остаются каналы для пропускания охлаждающего воздуха.

Воздух, выходящий из отверстий в боковой части лопаток, создает тонкую воздушную пленку, которая изолирует лопатку от горячих газов (слева). Каналы, ведущие к отверстиям, имеют довольно сложную геометрию (справа).

Металл отлитой лопатки застывает в виде кристаллов разного размера, сцепленных недостаточно надежно (слева). После введения в металл модификатора кристаллы стали мелкими и однородными, прочность изделия повысилась (справа).

Так производят направленную кристаллизацию материала лопатки.

Усовершенствовав технологию направленной кристаллизации, удалось вырастить лопатку в виде единого монокристалла.

В монокристаллических лопатках создается охлаждающая полость сложной формы. Новейшие разработки ее конфигурации позволили в полтора раза повысить эффективность охлаждения лопаток.

‹

›

Открыть в полном размере

ДВИГАТЕЛИ И МАТЕРИАЛЫ

Мощность любого теплового двигателя определяет температура рабочего тела — в случае реактивного двигателя это температура газа, вытекающего из камер сгорания. Чем выше температура газа, тем мощнее двигатель, тем больше его тяга, тем выше экономичность и лучше весовые характеристики. В газотурбин ном двигателе имеется воздушный компрессор. Его приводит во вращение газовая турбина, сидящая с ним на одном валу. Компрессор сжимает атмосферный воздух до 6-7 атмосфер и направляет его в камеры сгорания, куда впрыскивается топливо — керосин. Поток вытекающего из камер раскаленного газа — продуктов сгорания керосина — вращает турбину и, вылетая через сопло, создает реактивную тягу, движет самолет. Высокие температуры, возникающие в камерах сгорания, потребовали создания новых технологий и применения новых материалов для конструирования одного из наиболее ответственных элементов двигателя — статорных и роторных лопаток газовой турбины. Они должны в течение многих часов, не теряя механической прочности, выдерживать огромную температуру, при которой многие стали и сплавы уже плавятся. В первую очередь это относится к лопаткам турбины — они воспринимают поток раскаленных газов, нагретых до температур выше 1600 К. Теоретически температура газа перед турбиной может достигать 2200 К (1927^оC). В момент зарождения реактивной авиации — сразу после войны — материалов, из которых можно было изготовить лопатки, способные длительно выдерживать высокие механические нагрузки, в нашей стране не существовало.

Вскоре после окончания Великой Отечественной войны работу по созданию сплавов для изготовле ния турбинных лопаток начала специальная лаборатория в ВИАМе. Ее возглавил Сергей Тимофеевич Кишкин.

В АНГЛИЮ ЗА МЕТАЛЛОМ

Первую отечественную конструкцию турбореактивного двигателя еще до войны создал
в Ленинграде конструктор авиационных двигателей Архип Михайлович Люлька. В конце
1930-х годов он был репрессиро ван, но, вероятно, предвидя арест, чертежи двигателя
успел закопать во дворе института. Во время войны руководство страны узнало, что
немцы уже создали реактивную авиацию (первым самолетом с турбореак тивным двигателем
был немецкий «хейнкель» He-178, сконструированный в 1939 году в качестве летающей
лаборатории; первым серийным боевым самолетом стал двухмоторный «мессершмит» Me-262
(поступивший на вооружение германских войск в 1942 году. — Прим. ред.).
Тогда Сталин вызвал Л. П. Берия, который курировал новые военные разработки, и
потребовал найти тех, кто у нас в стране занимается реактивными двигателями. А.
М. Люльку быстро освободили и дали ему в Москве на улице Галушкина помещение под
первое конструкторское бюро реактивных двигателей. Свои чертежи Архип Михайлович
нашел и выкопал, но двигатель по его проекту сразу не получился. Тогда просто
взяли купленный у англичан турбореактивный двигатель и повторили его один к одному.
Но дело уперлось в материалы, которые отсутствовали в Советском Союзе, однако
имелись в Англии, и состав их, конечно, был засекречен. И все-таки расшифровать
его удалось.

Приехав в Англию для ознакомления с производством двигателей, С. Т. Кишкин всюду появлялся в ботинках на толстой микропористой подошве. И, посетив с экскурсией завод, где обрабатывали турбинные лопатки, он возле станка, как бы невзначай, наступил на стружку, упавшую с детали. Кусочек металла врезался в мягкую резину, застрял в ней, а потом был вынут и уже в Москве подвергнут тщательному анализу. Результаты анализа английского металла и большие собственные исследования, проведенные в ВИАМе, позволили создать первые жаропрочные никелевые сплавы для турбинных лопаток и, самое главное, разработать основы теории их строения и получения.

Было установлено, что основным носителем жаропрочности таких сплавов служат субмикроскопичес кие частицы интерметаллической фазы на основе соединения Ni₃Al. Лопатки из первых жаропрочных никелевых сплавов могли длительно работать, если температура газа перед турбиной не превышала 900-1000 К.

ЛИТЬЕ ВМЕСТО ШТАМПОВКИ

Лопатки первых двигателей штамповали из сплава, отлитого в пруток, до формы, отдаленно напоминающей готовое изделие, а затем долго и тщательно обрабатывали на станках. Но здесь возникла неожиданная сложность: чтобы повысить рабочую температуру материала, в него добавили легирующие элементы — вольфрам, молибден, ниобий. Но они сделали сплав настолько твердым, что штамповать его стало невозможно — формовке методами горячей деформации он не поддавался.

Тогда Кишкин предложил лопатки отливать. Конструкторы-мотористы возмутились: во-первых, после литья лопатку все равно придется обрабатывать на станках, а главное — как можно литую лопатку ставить в двигатель? Металл штампованных лопаток очень плотен, прочность его высока, а литой металл остается более рыхлым и заведомо менее прочным, чем отштампованный. Но Кишкин сумел убедить скептиков, и в ВИАМе создали специальные литейные жаропрочные сплавы и технологию литья лопаток. Были проведены испытания, после чего практически все авиационные турбореактивные двигатели стали выпускать с литыми турбинными лопатками.

Первые лопатки были сплошными и долго выдерживать высокую температуру не могли. Требовалось создать систему их охлаждения. Для этого решили делать в лопатках продольные каналы для подачи охлаждающего воздуха от компрессора. Идея эта была не ахти: чем больше воздуха из компрессора уйдет на охлаждение, тем меньше его пойдет в камеры сгорания. Но деваться было некуда — ресурс турбины необходимо увеличить во что бы то ни стало.

Стали конструировать лопатки с несколькими сквозными охлаждающими каналами, расположенны ми вдоль оси лопатки. Однако скоро выяснилось, что такая конструкция малоэффективна: воздух сквозь канал протекает слишком быстро, площадь охлаждаемой поверхности мала, тепло отводится недостаточно. Пытались изменить конфигурацию внутренней полости лопатки, вставив туда дефлектор, который отклоняет и задерживает поток воздуха, или сделать каналы более сложной формы. В какой-то момент специалистами по авиационным двигателям овладела заманчивая идея — создать целиком керамическую лопатку: керамика выдерживает очень высокую температуру, и охлаждать ее не нужно. С тех пор прошло почти пятьдесят лет, но пока никто в мире двигателя с керамическими лопатками так и не сделал, хотя попытки продолжаются.

КАК ДЕЛАЮТ ЛИТУЮ ЛОПАТКУ

Технология изготовления турбинных лопаток называется литьем по выплавляемым моделям. Сначала делают восковую модель будущей лопатки, отливая ее в пресс-форме, в которую предварительно вкладывают кварцевые цилиндрики на место будущих каналов охлаждения (потом стали использовать другие материалы). Модель покрывают жидкой керамической массой. После ее высыхания воск вытапливают горячей водой, а керамическую массу обжигают. Получается форма, выдерживающая температуру расплавленного металла от 1450 до 1500^оС в зависимости от марки сплава. В форму заливают металл, который застывает в виде готовой лопатки, но с кварцевыми стержнями вместо каналов внутри. Стержни удаляют, растворяя в плавиковой кислоте. Эту операцию проводит в герметически закрытом помещении работник в скафандре со шлангом для подачи воздуха. Технология неудобная, опасная и вредная.

Чтобы исключить эту операцию, в ВИАМе начали делать стержни из оксида алюминия с добавкой 10-15% оксида кремния, который растворяется в щелочи. Материал лопаток со щелочью не реагирует, а остатки оксида алюминия удаляют сильной струей воды. Наша лаборатория занималась изготовлением стержней, а сам я начал изучать технологию литья, материалы для керамических форм, сплавы и защитные покрытия готовых изделий и теперь возглавляю это направление исследований.

В повседневной жизни мы привыкли считать литые изделия очень грубыми и шероховатыми. Но нам удалось подобрать такие керамические составы, что форма из них получается совершенно гладкой и отливка механической обработки почти не требуется. Это намного упрощает работу: лопатки имеют очень сложную форму, и обрабатывать их нелегко.

Новые материалы потребовали новых технологий. Какими бы удобными ни были добавки оксида кремния в материал стержней, от него пришлось отказаться. Температура плавления оксида алюминия Al₂O₃ — 2050 ^оС, а оксида кремния SiO₂ — только около 1700 ^оС, и новые жаропрочные сплавы разрушали стержни уже в процессе заливки.

Чтобы форма из оксида алюминия сохраняла прочность, ее обжигают при температуре более высокой, чем температура жидкого металла, который в нее заливают. Кроме того, внутренняя геометрия формы при заливке не должна меняться: стенки лопаток очень тонкие, и размеры должны точно соответствовать расчетным. Поэтому допустимая величина усадки формы не должна превышать 1%.

ПОЧЕМУ ОТКАЗАЛИСЬ
ОТ ШТАМПОВАННЫХ ЛОПАТОК

Как уже говорилось, после штамповки лопатку приходилось обрабатывать на станках.
При этом 90% металла уходило в стружку. Была поставлена задача: создать такую
технологию точного литья, чтобы сразу получался заданный профиль лопатки, а готовое
изделие оставалось бы только отполировать и нанести на него теплозащитное покрытие.
Не менее важна и конструкция, которая образуется в теле лопатки и выполняет задачу
ее охлаждения.

Таким образом, весьма важно сделать лопатку, которая эффективно охлаждается, не снижая температуру рабочего газа, и обладает высокой длительной прочностью. Эту задачу удалось решить, скомпоновав каналы в теле лопатки и выходные отверстия из нее так, чтобы вокруг лопатки возникала тонкая воздушная пленка. При этом разом убивают двух зайцев: раскаленные газы с материалом лопатки не соприкасаются, а следовательно, и не нагревают ее и сами не охлаждаются.

Здесь возникает некоторая аналогия с тепловой защитой космической ракеты. Когда ракета на большой скорости входит в плотные слои атмосферы, начинает испаряться и сгорать так называемое жертвенное покрытие, закрывающее головную часть. Оно берет на себя основной тепловой поток, а продукты его сгорания образуют своего рода защитную подушку. В конструкции турбинной лопатки заложен такой же принцип, только вместо жертвенного покрытия используется воздух. Правда, лопатки нужно защищать еще и от эрозии и от коррозии. Но об этом подробнее см. стр. 54.

Порядок изготовления лопатки таков. Сначала создается никелевый сплав с заданными параметрами по механической прочности и жаропрочности, для чего в никель вводятся легирующие добавки: 6% алюминия, 6-10% вольфрама, тантала, рения и немного рутения. Они позволяют добиться максимальных высокотемпературных характеристик для литых сплавов на основе никеля (есть соблазн еще повысить их, используя больше рения, но он безумно дорог). Перспективным направлением считается использование силицида ниобия, но это — дело далекого будущего.

Но вот сплав залит в форму при температуре 1450 ^оС и вместе с ней охлаждается. Остывающий металл кристаллизуется, образуя отдельные равноосные, то есть примерно одинакового размера по всем направлениям, зерна. Сами же зерна могут получаться и крупными и мелкими. Сцепляются они ненадежно, и работающие лопатки разрушались по границам зерен и разлетались вдребезги. Ни одна лопатка не могла проработать дольше 50 часов. Тогда мы предложили ввести в материал формы для литья модификатор — кристаллики алюмината кобальта. Они служат центрами, зародышами кристаллизации, ускоряющими процесс образования зерен. Зерна получаются однородными и мелкими. Новые лопатки стали работать по 500 часов. Эта технология, которую разработал Е. Н. Каблов, работает до сих пор, и работает хорошо. А мы в ВИАМе нарабатываем алюминат кобальта тоннами и поставляем его на заводы.

Мощность реактивных двигателей росла, температура и давление газовой струи повышались. И стало ясно, что многозеренная структура металла лопатки в новых условиях работать не сможет. Нужны были другие идеи. Они нашлись, были доведены до стадии технологической разработки и стали называться направленной кристаллизацией. Это значит, что металл, застывая, образовыва ет не равноосные зерна, а длинные столбчатые кристаллы, вытянутые строго вдоль оси лопатки. Лопатка с такой структурой станет очень хорошо сопротивляться излому. Сразу вспоминается старая притча про веник, который переломить не удается, хотя все его прутики по отдельности ломаются без труда.

КАК ПРОИЗВОДЯТ НАПРАВЛЕННУЮ КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ

Чтобы кристаллы, образующие лопатку, росли должным образом, форму с расплавленным металлом медленно вынимают из зоны нагрева. При этом форма с жидким металлом стоит на массивном медном диске, охлаждаемом водой. Рост кристаллов начинается снизу и идет вверх со скоростью, практически равной скорости выхода формы из нагревателя. Создавая технологию направленной кристаллизации, пришлось измерить и рассчитать множество параметров — скорость кристаллизации, температуру нагревателя, градиент температуры между нагревателем и холодильником и др. Требовалось подобрать такую скорость движения формы, чтобы столбчатые кристаллы прорастали на всю длину лопатки. При соблюдении всех этих условий вырастают 5-7 длинных столбчатых кристаллов на каждый квадратный сантиметр сечения лопатки. Эта технология позволила создать новое поколение авиационных двигателей. Но мы пошли еще дальше.

Изучив рентгенографическими методами выращенные столбчатые кристаллы, мы поняли, что всю лопатку целиком можно сделать из одного кристалла, который не будет иметь межзёренных границ — наиболее слабых элементов структуры, по которым начинается разрушение. Для этого сделали затравку, которая позволяла только одному кристаллу расти в заданном направлении (кристаллографическая формула такой затравки 0-0-1; это означает, что в направлении оси Z кристалл растет, а в направлении X—Y — нет). Затравку поставили в нижнюю часть формы и залили металл, интенсивно охлаждая его снизу. Вырастающий монокристалл приобретал форму лопатки. Кстати, первая публикация об этой технологии появилась в журнале «Наука и жизнь» еще в 1971 году, в № 1.

Американские инженеры применяли для охлаждения медный водоохлаждаемый кристаллизатор. А мы после нескольких экспериментов заменили его ванной с расплавленным оловом при температуре 600-700 К. Это позволило точнее подбирать необходимый градиент температуры и получать изделия высокого качества. В ВИАМе построили установки с ваннами для выращивания монокристалличес ких лопаток — очень совершенные машины с компьютерным управлением.

В 1990-х годах, когда распался СССР, на территории Восточной Германии остались советские самолеты, в основном истребители МиГ. У них в двигателях стояли лопатки нашего производства. Металл лопаток исследовали американцы, после чего довольно скоро их специалисты приехали в ВИАМ и попросили показать, кто и как его создал. Оказалось, что им была поставлена задача сделать монокристаллические лопатки метровой длины, которую они решить не могли. Мы же сконструировали установку для высокоградиентного литья крупногабаритных лопаток для энергетических турбин и попытались предложить свою технологию Газпрому и РАО «ЕЭС России», но они интереса не проявили. Тем не менее у нас уже практически готова промышленная установка для литья метровых лопаток, и мы постараемся убедить руководство этих компаний в необходимости ее внедрения.

Кстати, турбины для энергетики — это еще одна интересная задача, которую решал ВИАМ. Самолетные двигатели, выработавшие ресурс, стали использовать на компрессорных станциях газопроводов и в электростанциях, питающих насосы нефтепроводов (см. «Наука и жизнь» № 2, 1999 г.). Сейчас стала актуальной задача создать для этих нужд специальные двигатели, которые работали бы при гораздо меньших температурах и давлении рабочего газа, но гораздо дольше. Если ресурс авиационного двигателя порядка 500 часов, то турбины на нефтегазопроводе должны работать 20-50 тыс. часов. Одним из первых ими начало заниматься самарское конструкторское бюро под руководством Николая Дмитриевича Казнецова.

ЖАРОПРОЧНЫЕ СПЛАВЫ

Монокристаллическая лопатка вырастает не сплошной — внутри у нее имеется полость сложной формы для охлаждения. Совместно с ЦИАМом мы разработали конфигурацию полости, которая обеспечивает коэффициент эффективности охлаждения (отношение температур металла лопатки и рабочего газа), равный 0,8, почти в полтора раза выше, чем у серийных изделий.

Вот эти лопатки мы и предлагаем для двигателей нового поколения. Сейчас температура газа перед турбиной едва дотягивает до 1950 К, а в новых двигателях она дойдет до 2000-2200 К. Для них мы уже разработали высокожаропрочные сплавы, содержащие до пятнадцати элементов таблицы Менделеева, в том числе рений и рутений, и теплозащитные покрытия, в которые входят никель, хром, алюминий и иттрий, а в перспективе — керамические из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия.

В сплавах первого поколения присутствовало небольшое количество углерода в виде карбидов титана или тантала. Карбиды располагаются по границам кристаллов и понижают прочность сплава. От карбида мы избавились и заменили рением, повысив его концентрацию от 3% в первых образцах до 12% в последних. Запасов рения у нас в стране мало; есть месторождения в Казахстане, но после развала Советского Союза его полностью скупили американцы; остается остров Итуруп, на который претендуют японцы. Зато рутения у нас много, и в новых сплавах мы успешно заменили им рений.

Уникальность ВИАМа заключается в том, что мы умеем разрабатывать и сплавы, и технологию их получения, и методику отливки готового изделия. Во все лопатки вложен огромный труд и знания всех работников ВИАМа.

См. в номере на ту же тему

Е. КАБЛОВ — ВИАМ — национальное достояние.

А. ЖИРНОВ — Крылатые металлы и сплавы.

М. БРОНФИН — Испытатели — исследователи и контролеры.

Академики дают разрешение на беспосадочный перелет Н. С. Хрущева в Нью-Йорк на сверхдальнем самолете ТУ-114 .

И. ФРИДЛЯНДЕР — Старение — не всегда плохо.

Б. ЩЕТАНОВ — Тепловая защита «Бурана» началась с листа кальки.

С. МУБОЯДЖЯН — Плазма против пара: победа за явным преимуществом .

БЮРО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.

Э. КОНДРАШОВ — Без неметаллических деталей самолеты не летают.

И. КОВАЛЕВ — В науку — со школьной скамьи .

С. КАРИМОВА — Коррозия — главный враг авиацииc.

А. ПЕТРОВА — Посадить на клей.

Жаропрочные сплавы для промышленных газовых турбин. 07 декабря 2016

Параллельно с развитием авиационных ГТД началось применение турбин в промышленности и на транспорте. ГТ применяются для привода нагнетателей природного газа в составе ГПА на компрессорных станциях магистральных газопроводов, для привода агрегатов закачки природного газа в подземные хранилища, привода насосов, технологических компрессоров, воздуходувок на предприятиях нефтяной, нефтеперерабатывающей, химической промышленности. ГТД используются в составе газотурбинных электростанций ГТЭС простого цикла и конденсационных электростанций комбинированного парогазового цикла ПГУ, в составе когенерационных установок ГТУ-ТЭЦ, могут применяться в составе силовых агрегатов гражданских морских судов и боевых кораблей различного класса. В промышленных ГТД основное внимание уделяется рабочему ресурсу. Для них характерно использование недорогих материалов с относительно низкими характеристиками, максимально простая конструкция ГТД, конструкция камеры сгорания, обеспечивающая возможность ремонта и замены жаровых труб в условиях эксплуатации. При конвертировании авиадвигателей в наземные и морские ГТД возможна замена материалов некоторых деталей холодной и горячей частей, наиболее подверженных коррозии.

В России рынок газоперекачивающего и энергогенерирующего газотурбинного оборудования практически в равной степени представлен и российскими и зарубежными производителями. Соответственно востребованы жаропрочные сплавы как российских, так и зарубежных марок.

Рынок газоперекачивающего и энергогенерирующего газотурбинного оборудования в диапазоне единичной мощности 2,5-25 МВт на 2010-2012 гг. [2]

 

Сплавы для дисков и валов

Выбор материала для изготовления таких ответственных вращающихся элементов определяется рабочими температурами, а также требуемыми физическими и механическими свойствами, включая предел прочности, пластичность при растяжении, ползучесть, вязкость разрушения, сопротивление распространению трещины, сопротивление мало и многоцикловой усталости.

В качестве дисковых материалов применяются материалы различных классов. Выбор того или иного материала обусловлен условиями эксплуатации и стоимостью. Сплавы на основе титана обладают высокой прочностью, но плохо сопротивляются окислению при температурах выше 480°С и достаточно дороги. Сплавы системы Ni-Cr-Fe используются в авиационных двигателях и сочетают относительно доступную стоимость и эффективность. Примером таких сплавов служат Waspaloy, Inconel 718, Nimonic 901. Высоколегированные стали применяются в случаях, когда удельная мощность не является наиболее важным критерием, например в стационарных турбинах, но даже в этом сегменте наблюдается тенденция к использованию высокоэффективных сплавов на никелевой основе, таких как Inconel 706 и Inconel 718. В некоторых случаях необходимы сплавы со специальными свойствами, например, с низким коэффициентом термического расширения. Примером таких сплавов являются Incoloy 903, Incoloy 909, Inconel 783.

            Сплавы для корпусных, кольцевых и уплотнительных элементов

К данным элементам относится широкая номенклатура деталей, начиная от деталей компрессора до элементов сопловой части, включая детали вращения. Элементы имеют различную конфигурацию, расположение, рабочие температуры и нагрузки. Заготовки данных деталей изготавливают методами литья, прокатки, обработки давлением с учетом особенностей состава и структуры используемого материала.

К наиболее известным зарубежным материалам данного назначения можно отнести Inconel  718, Inconel 783, Incoloy 909.

            Сплавы для листовых элементов

Требования к листовым материалам для горячих зон газотурбинного двигателя несколько ниже требований, предъявляемых к материалам вращающейся части турбины. Вместе с тем высокие рабочие температуры, достигающие 1100 С и необходимость снижения массы конструкции подразумевает наличие высокой прочности и сопротивление окислению, а сложность геометрической формы деталей требует от материала высокой пластичности и легкости обработки.

К наиболее известным зарубежным материалам данной области применения можно отнести Inconel 601, Inconel 617, Inconel 625, Inconel 718, Inconel HX, Nimonic 263, Nimonic PK33, Nimonic 75, Nimonic 86.

Более новыми вариантами применяемых сплавов являются сплавы  Inconel 625LCF с пониженным относительно базового 625 сплава содержанием углерода, кремния и азота и Inconel 718SPF с пониженным содержанием серы. В первом случае пониженное содержание указанных элементов обеспечивает хорошее сочетание сопротивления малоцикловой усталости, хорошей свариваемости и обрабатываемости. Во втором случае контроль химического состава обеспечивает возможность использования сплава для получения заготовок сложной геометрии по технологии сверхпластичной деформации. Дисперсно-упрочняемый оксидами сплав Inconel MA754, известный более 20 лет и получаемый путем механического легирования, сейчас применяется для изготовления листовых деталей.

Сплавы для рабочих и статорных лопаток

Лопатки ротора турбины работают в достаточно жестких условиях, сочетающих высокие нагрузки и температуры, не характерные для остальных компонентов турбины. Линейная скорость вершины лопатки достигает 390 метров в секунду, а скорость потока газа 600 метров в секунду. Температура может газа превышать 1200 С. Кроме того материал лопатки должен иметь высокое сопротивление коррозии и эрозии, высоким усталостным напряжениям и ударным нагрузкам. При этом важна и плотность сплава, влияющая на центробежную силу и массу диска.

Компрессорные лопатки, работают в более щадящих условиях. От материала лопаток компрессора требуется высокая прочность до температур порядка 600°С, низкая плотность, высокая ударная прочность и сопротивление усталости. 

[3]

узел	деталь	материал
компрессор (на входе)	рабочая лопатка	дисперсионно-твердеющие коррозионностойкие стали
	статорная лопатка	коррозионностойкие стали мартенситного класса
	диск	высокопрочные низколегированные стали
компрессор (на выходе)	рабочие и статорные лопатки	коррозионностойкие стали мартенситного класса; литейные или деформируемые  γ΄упрочняемые никелевые жаропрочные сплавы с равноосной структурой
	диск	высокопрочные жаропрочные низколегированные стали (12%Cr)
камера сгорания	—	твердорастворно упрочняемые никелевые жаропрочные сплавы; коррозионностойкие сплавы
камера сгорания-турбина	—	твердорастворно упрочняемые никелевые жаропрочные сплавы
турбина (на входе)	рабочая лопатка	литейные  γ΄ упрочняемые никелевые жаропрочные сплавы с монокристаллической, направленно кристаллизованной или равноосной структурой
	статорная лопатка	литейные  γ΄ упрочняемые никелевые жаропрочные сплавы с монокристаллической или равноосной структурой; жаропрочные сплавы на основе кобальта
	диск	сталь

Рабочие и статорные лопатки должны работать в условиях значительных температурных и силовых воздействий и являются ключевым элементом турбины. При изготовлении лопаток зарубежных промышленных турбин используются сплавы на никелевой или кобальтовой основе. Марки применяемых сплавов различны для турбин разных моделей, зависят от типа и расположения лопатки. Для изготовления статорных лопаток применяют сплавы на кобальтовой и никелевой основе. Среди никелевых сплавов преобладают сплавы Inconel. В установках GE используются сплавы Rene и GTD, разработанные компанией General Electric. Компания MHI также предпочитает использовать сплавы MGA собственной разработки. Для изготовления рабочих лопаток применяют сплавы на никелевой основе. Также как и в случае статорных лопаток заметно преобладание сплавов Inconel, использование сплавов GTD и MGA. Наибольшее применение получил сплав IN738LC, обладающий хорошим сочетанием сопротивления ползучести, сопротивления окислению и стабильностью структуры.

[4]

Сплав	Cr	Co	Mo	W	Al	Ti	Ta	Nb	Re	Fe	Hf	C	B	Zr	Ni
X45	25	основа	—	8	—	—	—	—	—	1	—	0. 25	0.01	—	10
EGY-768	23.5	основа	—	7.0	0.15	0.2	3.5	—	—	1.0	—	0.60	0.01	0.05	10
FSX414	28	основа	—	7	—	—	—	—	—	1	—	0.25	0.01	—	10
MGA1400	14	10	1.5	4.3	4	2.7	4.7	—	—	—	—	—	—	—	основа
DSMGA1400	14	10	1.5	4	4	3	5	—	—	—	—	0.08	—	0.03	основа
MGA2400	19	19	—	6	1.9	3.7	1.4	1	—	—	—	—	—	—	основа
Udimet500	18. 0	18.5	4.0	—	2.9	2.9	—	—	—	—	—	0.08	0.006	0.05	основа
Udimet520	19.0	12.0	6.0	1.0	2.0	3.0	—	—	—	—	—	0.05	0.005	—	основа
IN738	16.0	8.5	1.7	2.6	3.4	3.4	1.7	—	—	—	—	0.17	0.01	0.1	основа
IN738LC	16.0	8.5	1.75	2.6	3.4	3.4	1.75	0.9	—	—	—	0.11	0.01	0.04	основа
IN792	12.4	9.2	1.9	3.9	3.5	3.9	4.2	—	—	—	—	0. 07	0.016	0.018	основа
IN939	22.4	19.0	—	2.0	1.9	3.7	—	1.0	—	—	—	0.15	0.009	0.10	основа
Mar-M247	8.0	10.0	0.6	10.0	5.5	1.0	3.0	—	—	—	1.5	0.15	0.015	0.03	основа
CM247LC	8.0	9.3	0.5	9.5	5.6	0.7	3.2	—	—	—	1.4	0.07	0.015	0.010	основа
PWA1483	12.2	9.2	1.9	3.8	3.6	4.2	5.0	—	—	—	—	0.07	—	—	основа
Rene80	14.0	9.0	4.0	4. 0	3.0	4.7	—	—	—	—	0.8	0.16	0.015	0.01	основа
Rene N4	9.0	8.0	2.0	6.0	3.7	4.2	4.0	0.5	—	—	—	—	—	—	основа
Rene N5	7.0	8.0	2.0	5.0	6.2	—	7.0	—	3.0	—	0.2	—	—	—	основа
GTD-111	14.0	9.5	1.5	3.8	3.0	5.0	3.15	0.07	—	—	—	0.10	0.014	0.007	основа
DSGTD111	14	9.5	1.5	3.8	3	4.9	2.8	—	—	—	—	0.1	0.01	—	основа
GTD-222	22. 5	19.1	—	2.0	1.2	2.3	0.94	0.8	—	—	—	0.08	0.004	0.02	основа
DSGTD-444	9.7	8	1.5	6	4.2	3.5	4.7	0.5	—	—	0.15	—	—	—	основа

 

Химический состав никелевых сплавов применяемых для изготовления лопаток достаточно сложен, каждый элемент выполняет свою функцию. Содержание тугоплавких металлов, таких как Nb, Mo, Ta, W, Re, для большинства рассматриваемых сплавов превышает 10%, а суммарное содержание Al и Ti находится в диапазоне от 6 до 8%. Такой состав, за счет упрочнения по твердорастворному и дисперсионному механизму, обеспечивает достижение высокого значения сопротивления ползучести, что особенно важно для рабочих лопаток. Содержание кобальта относительно высоко и находится в диапазоне от 8 до 20%. Кобальт способствует упрочнению сплава по твердорастворному механизму. Вместе с этим, кобальт, растворяясь в матрице, снижает содержание в ней алюминия и титана, тем самым способствуя повышению количества  γ΄-фазы. Кроме того изменяется состав  γ΄ -фазы, формируется (Ni, Co)₃(Al,Ti) с более высокой температурой растворения.

Для изготовления менее нагруженных деталей стационарных газовых турбин применяют сплавы более простой системы легирования на основе никеля или железа. Основными легирующими элементами здесь являются хром, кобальт, молибден и в меньшей степени алюминий и титан. Классическим примером зарубежных сплавов данного класса являются сплавы INCONEL, NIMONIC, WASPALOY, предлагаемые Special Metals.

Сплав	Область применения для ГТУ	Рабочая температура, С
alloy N06230	элементы камеры сгорания и проточной части	980
alloy 617	элементы камеры сгорания и проточной части	980
alloy 706	диски высоконагруженных турбин	704
alloy 80A	лопатки, кольца, диски	815
alloy 81	различные компоненты	800
alloy 86	листовые детали типа элементов камеры сгорания и форсажной камеры	1050
alloy 90	лопатки, диски	920
alloy 105	лопатки, диски, валы	950
alloy 263	кольца, кожухи, листовые детали	750
alloy 901	диски, валы	600
alloy PE11	различные компоненты	550
alloy PE16	камера сгорания, жаровая труба	750
alloy PK33	камера сгорания, жаровая труба	900
Waspaloy	детали с рабочей температурой до 650 С и другие детали с рабочей температурой до 870 С, включая валы, кольца, кожухи, уплотнительные и крепежные элементы	650

 

В России для изготовления деталей газовых турбин используют стали различных классов и никелевые жаропрочные сплавы.

Стали перлитного класса 20Х3МВФ (ЭИ415) и 26ХН3М2ФАА характеризуются высокой структурной стабильностью в условиях длительной эксплуатации и применяются для дисков и роторов паровых и газовых турбин. Релаксационностойкие стали 25Х2МФА (ЭИ10), 25Х2М1Ф (ЭИ723), 20Х1М1Ф1ТР (ЭП182) используют для изготовления крепежа.

Стали ферритного класса характеризуются ограниченной жаропрочностью. Стали 15Х12ВНФ (ЭИ802) и 20Х12ВНМФ (ЭП428) применяются для изготовления дисков ГТУ, с достаточно эффективным охлаждением. Для изготовления лопаток компрессоров используют коррозионностойкие стали 20Х13, 14Х17Н2, 13Х14Н2ВФР (ЭИ736), 13Х11Н2В2МФ (ЭИ961), обладающие высокой демпфирующей способностью.

Стали аустенитного класса применяют для изготовления жаровых труб и деталей низкотемпературных турбин (20Х23Н18), малонагруженных дисков и лопаток стационарных ГТУ (09Х14Н19В2БР1 (ЭИ726), 08Х16Н13М2Б (ЭИ405)). Сталь ХН35ВТ (ЭИ612) с интерметаллидным упрочнением используют для газовых турбин различного назначения. Из сталей 37Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481), 31Х19Н9МВБТ (ЭИ572) с карбидным упрочнением изготавливают диски, крыльчатки, лопатки. Для камер сгорания предназначены сплавы ХН38ВТ (ЭИ703), ХН28ВМАБ (ЭП126).

Жаропрочные сплавы на никелевой основе представлены широким спектром марок, их принято подразделять на деформируемые и литейные.

Среди деформируемых сплавов широкое применение получил сплав ХН65ВМТЮ (ЭИ893), отличающийся высокой пластичностью и предназначенный для изготовления рабочих и направляющих лопаток стационарных ГТУ. Сплав ХН55ВМТКЮВД (ЭИ929), разработанный ВИАМ, также предназначен для производства лопаток.

Распространенными литейными сплавами для лопаток стационарных ГТУ являются сплавы ЭИ893Л, ЦНК-7, ЗМИ-3У, ЧС-104, IN738 LC. В семидесятые годы распространение получили сплавы ЖС6К, ЖС6У, ЖС6Ф предназначенные для изготовления направляющих и рабочих лопаток. Для ограниченных сроков службы могут использоваться сплавы ЖС26, ЖС32, ЖС36, ЖС40, ЖС47. Для длительной эксплуатации предназначены сплавы ЧС-70, ЧС-88, ЭП539ЛМ, ЦНК-8ЦМИ-3, ЭП-800.

[5]

ГТУ (производитель)	Материал роторной лопатки турбины		Температура газа, С
	Высокого давления	Низкого давления
ГТН25-1 (УТМЗ)	ЦНК-7; ЧС-104; СН-35	ЭИ893	1090
ГТК-25ИР (General Electric)	ЗМИ-3У; IN738LC	ЦНК-7; Udimet500	940
ГТЭ-150 (ЛМЗ)	ЖС6К	–	1100
ГТЭ-45 (Турбоатом)	ЧС-70	–	950
ГТД-110 (Сатурн)	ЧС-88У	–	1050

 

состав сплавов, % масс.

Alloy	Cr	Co	Mo	W	Al	Ti	Ta	Nb	C
IN738LС	15. 7–16.3	8.0–9.0	1.5-2.0	2.4–2.8	3.2-3.7	3.4	1.5–2.5	0.6-1.1	0.11
ЦНК-7	14.0–15.5	8.0–9.5	0.2-0.6	6.2–7.5	3.4-4.5	3.6–4.4	–	—	0.06-0.12
ЗМИ-3У	12.5–14.0	4–6	0.5-2.0	6.5–8.0	2.8-4.0	4.0–5.5	–	0.1	0.07-0.15
СН-35	11.4–12.6	7.0–7.8	0.7-1.3	6–7	3.9-4.3	4.0–4.6	–	0.6-1.3	0.06-0.12
ЧС-104	20.0–21.8	10.3–12.0	0.3-0.9	3–4	2.1-2.9	3.1–3.9	–	0.15-0.35	0.07-0.14
ЖС6K	9.5–12.0	4.5–5.5	3.5-4.8	4.5–5.5	5.0-6.0	2. 5–3.2	–	—	0.13-0.18
ЧС-88У	15.0–16.2	10.0–11.5	1.6-2.3	4.7–5.9	2.8-3.3	4.2–5.0	–	0.1-0.13	0.06-0.12

 

Сплав	σв, MPa	σ0.2, MPa	δ, %	ψ, %	σ1000 800
ЭИ893	600	450	13.0	–	–
IN738LC	1035	895	7.0	–	320
ЦНК-7	730	630	5.0	–	–
ЗМИ-3У	800	700	3.0	–	–
СН-35	800	790	5. 0	14.0	–
ЧС-104	630	600	18.0	26.0	–
ЖС6К	900	800	2.5	–	370
ЧС-88У	1110	900	6	10	380

 

Несмотря на достаточное разнообразие существующих сплавов, работы по разработке новых сплавов и технологий их производства и оптимизации существующих продолжаются как в России, так и за рубежом. Актуальность разработки сплавов с повышенными прочностными характеристиками и показателями надежности обусловлена необходимостью повышения эффективности функционирования разрабатываемых и модернизируемых промышленных турбин.

Согласно патентным данным в последнее время ведутся работы в области:

— восстановления изношенной поверхности лопаток по SLM технологии (Alstom Technology Ltd. , General Electric, Honeywell)

— оптимизации состава сплава для изготовления крупных монокристаллических лопаток для промышленных турбин (Cannon Muskegon)

— оптимизации состава сплава для направленной кристаллизации (Siemens)

— оптимизации состава керамической формы для литья крупных лопаток (Howmet)

— отработки технологии направленного и монокристаллического литья с применением линейного дискриминантного анализа (Howmet)

— разработки сплавов с улучшенной обрабатываемостью (Howmet)

— отработки режимов термической обработки, применительно к крупным монокристаллическим лопаткам (Siemens, Howmet)

Среди последних разработок ВИАМ в области материалов для стационарных ГТУ сплавы ЖСКС-1, ЖСКС-1РК, ЖСКС2, ЖСКС2ч. Сплавы предназначены для изготовления рабочих лопаток с равноосной, направленной и монокристаллической структурой. Сплав ЖСКС-2 безуглеродистый, легирован 2% тантала и 1% рения, предназначен для литья монокристаллических лопаток. Ведутся работы по отработке технологии выплавки коррозионностойких сплавов систем аналогичным зарубежным.

 

Источники информации

1. А.А. Иноземцев, В.Л. Сандрацкий. Газотурбинные двигатели. Пермь. ОАО «Авиадвигатель». 2006 г.

2. Российский рынок газовых турбин. EnergyLand.info / 1(20) 2014

3. Shirzadi A., Jackson S. Structural Alloys for Power Plants. Operational challenges and high-temperature materials. Woodhead Publishing. 2014.

4. J.Q. Peng et al. / Procedia Engineering 130 (2015) 668 – 675

5. A.I. Rybnikov, L.B. Getsov, N.V. Mozhaiskaya, G.D. Pigrova, N.V. Dashunin. Operation Experience with Cast Rotor Blades Made of Russian Alloys in Stationary Gas Turbines. Thermal Engineering, 2012, Vol. 59, No. 3, pp. 242–249.

6. Е.В. Монастырская, Г.И. Морозова, Ю.Б. Власов. Структура, фазовый состав и свойства коррозионностойкого жаропрочного сплава ЧС88У / Металловедение и термическая обработка. 2006. №8

7. Гецов Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин. Книга 1. Издательский дом «Газотурбинные технологии». 2010 г.

Евгений Шеин

7. 12.2016

Аэрокосмическая промышленность — Лопатка турбины — Tungaloy America, Inc.

Лопатка турбины реактивного двигателя — это отдельный компонент, из которого состоит турбинная секция авиационного двигателя. Лопасти турбины подвергаются воздействию самых суровых условий с точки зрения давления и температуры, вращаясь с чрезвычайно высокой скоростью. Поэтому материалы турбинных лопаток представляют собой труднообрабатываемые жаропрочные суперсплавы (HRSA) с высоким сопротивлением ползучести, усталостной прочностью при высоких температурах и коррозионной стойкостью при высоких температурах. Жаропрочные сплавы на основе никеля, такие как Inconel и Waspaloy, обладают высокими термическими свойствами, но, в свою очередь, существенно увеличивают нагрузку на кромки режущего инструмента во время обработки.

Передовые линейки режущих инструментов Tungaloy предлагают уникальные решения для обработки, которые эффективны не только для жаропрочных сплавов, но и для уникальных алюминиево-литиевых сплавов и интерметаллических соединений, таких как алюминид титана (TiAl).

• Ключевые моменты
• Решения для обработки

Общие проблемы

• Для повышения эффективности обработки и уменьшения вибрации тонкостенных профилей
• Для снижения сил резания при фрезеровании поверхности лезвия с большой подачей в осевом направлении для повышения эффективности обработки
• Высокопроизводительные режущие инструменты, позволяющие максимально эффективно использовать 5-осевые станки
• Для обеспечения высокой точности деталей

Ключевые точки

1. Головка TungMeister-Barrel обеспечивает более длительный срок службы инструмента, более короткое время цикла и более гладкие поверхности по сравнению с традиционными сферическими фрезами. Периферийные режущие кромки фрезы имеют большой радиус кривизны, что обеспечивает гораздо большую площадь контакта между фрезой и заготовкой, чем у обычных сферических аналогов. Большая площадь контакта, в свою очередь, обеспечивает больший шаг, что улучшает скорость съема металла и качество поверхности при меньшем износе инструмента. 9Фрезерные головки 0036 доступны в трех профилях: VBO-короткая для получистовой обработки общих деталей, VBO-длинная для предварительной чистовой и чистовой обработки деталей пресс-формы и VBN для предварительной и чистовой обработки турбины. поверхности и основания лопастей, рабочие колеса, блиски, другие детали аэрокосмической отрасли

подробнее

Решения для обработки

Фрезерование

DoTwist-Ball

• Чрезвычайно производительная профильная фреза со сменными пластинами и спирально закрученными пластинами для высокой стабильности инструмента
• Экономичная пластина с четырьмя режущими кромками
• Предлагаем два типа взаимозаменяемых пластин: круглые пластины или пластины с высокой подачей
• Обеспечивает превосходный контроль над стружкодроблением и экономичность
• Доступны пластины различных марок для широкого охвата материалов

подробнее

DoFeed

• Сменные фрезы с высокой подачей и выравниванием пластины с малым шагом позволяют эффективно удалять большой припуск
• Сокращение времени цикла для черновой операции
• Двусторонняя геометрия пластин обеспечивает экономию инструмента и производительность
• Пластины с отрицательным углом обеспечивают низкую силу резания, что устраняет вибрацию
• Широкий ассортимент инструментов для расширенного применения

подробнее

SolidMeister-VariableMeister

• Высокопроизводительная цельнотвердосплавная концевая фреза со сложной конструкцией спирали с переменным шагом для защиты от вибрации
• Предназначен для съема большого припуска, обеспечивает превосходное качество поверхности и сокращает время обработки

подробнее

TungForceFeed

• Фреза малого диаметра с высокой подачей, пластинами высокой плотности и превосходным удалением стружки
• Оптимизированная геометрия пластины для более высокой скорости подачи и большей глубины резания.
• Взаимозаменяемые пластины двух типов: радиусные или пластины с высокой подачей

подробнее

SolidMeister-FeedMeister

• Твердосплавная концевая фреза с режущими кромками большого радиуса для значительного увеличения скорости подачи
• Подходит для таких материалов, как закаленная сталь до 65 HRc, титановые сплавы и жаропрочные сплавы

подробнее

TungMeister

• Серия концевых фрез со сменными головками с различными профилями головок, геометрией и размерами доступна в сплавах, которые подходят для всех групп материалов
• Нет времени на настройку, что позволяет вносить изменения без снятия всего инструмента со шпинделя.
• Снижение запасов и производственных затрат
• Переменный шаг, геометрия с переменной спиралью устраняет вибрацию
• Предлагает различные профили головок

подробнее

TungForce-Rec

• Универсальная миниатюрная концевая фреза со сменными пластинами
• Уникальная конструкция режущей пластины позволяет использовать конструкцию фрезы с высокой плотностью и легкую резку для повышения производительности и безопасности процесса
• Обеспечивает превосходную точность стенок

подробнее

Специальное оборудование – профилирование

• Индивидуальные инструментальные решения Tungaloy, разработанные с учетом специфических потребностей клиентов для обеспечения высокой целостности поверхности и точности деталей при чистовом профилировании.

ЗАДНЯЯ

Повреждения лопастей авиационных двигателей и вклад в исправность двигателя ] который играет с проглоченным воздухом и делает из него толчок. На разных этапах самолета [читается как этап вентилятора, компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, турбина высокого давления, турбина низкого давления] целостность и эффективность лопастей определяют общее состояние двигателя.

Обычно упускаемые из виду дефекты лопастей или поврежденные или неисправные лопасти могут привести к тому, что двигатель не будет работать должным образом, что приведет к остановке двигателя в полете [IFSD].

Лично я считаю, что выявление повреждений лопастей является одним из наиболее важных факторов, влияющих на исправность двигателя. Давайте сегодня узнаем, как эти лопасти повреждаются или становятся контрпродуктивными в течение срока службы двигателя.

Типы повреждений лезвия:

Диапазон типов повреждений лопастей двигателя, которые пилоты, инженеры или инспекторы не могут отличить и избежать наказания, правильная идентификация которых является ключом к анализу цепочки событий, которые могут неконтролируемо развиваться и приводить к IFSD или неконтролируемым Неисправность двигателя:

1. Повреждение поверхности (потеря материала и/или разделение): отложения частиц, коррозия, окисление, точечная коррозия, сульфидейшн, водосточная система, ожоги, образование пузырей, эрозия.

2. Отклонение контура или деформация материала: вмятина, изгиб, царапина, ползучесть, изгиб, выпуклость, заусенец, завиток, зачистка, волнистость.

3. Износ: истирание, задиры, выбоины, канавки.

4. Разделение материалов: зазубрины, трещины, сколы, разрывы, разрывы.

Сопутствующие факторы:

После того, как мы смогли определить типы повреждений, давайте посмотрим, кто их вызвал или каковы сопутствующие факторы !

Диапазон сопутствующих факторов [ 7 типов в целом ] снова весьма разнообразен и каверзен .

1] Повреждения от ударов: Этот тип повреждений может быть нанесен отдельным самолетам в каждом отдельном случае.

Ø Повреждение посторонними предметами (FOD) Например, песок, пыль, мелкий песок, обломки земли, оставленные предметы, попадающие в двигатель через впускное отверстие.

Ø Известные повреждения предметов (KOD), такие как истирание изношенными деталями, отколовшиеся части от частей двигателя, расположенных выше по потоку, которые в противном случае являются частями двигателя.

Ø Органический вклад, такой как Птицы или любые другие дикие животные, попавшие в двигатель.

Ø Погодные факторы, связанные с проглатыванием льда или столкновением с градом.

2] Ущерб окружающей среде : Мой личный любимый тип , этот тип повреждений в основном затрагивает парк самолетов , работающих в одно и то же время или в одном регионе . Вклады поступили от:

Ø Загрязненный воздух, Загрязнители всасываемого воздуха, Вулканический пепел, Солевые отложения от моря или средств против обледенения взлетно-посадочных полос, Влага, Сельскохозяйственные химикаты, Кислоты.

Примечание : – . Согласно отчету Геологической службы США, в период с 1953 по 2016 год самолеты сталкивались с вулканическим пеплом примерно 253 раза.

3] Двигатель Эксплуатационные повреждения также являются причиной более чем 40% случаев повреждения или неисправности лопастей и одинаково характерны для всех двигателей в течение определенного периода времени. Различные факторы, как показано ниже.

Ø Перегрев , Турбулентность , Аномальная картина пламени , Перегрузка , Неправильный процесс горения , Отсутствие смазки , Неправильный зазор , Сложные тепловые и механические нагрузки, Тяжелые посадки , Помпаж компрессора .

4] Плохой производственный процесс или дефект материала лопастей также может привести к выходу из строя. Обычно это происходит с партией двигателей с нестандартными запчастями.

Ø Дефектный материал (дефект материала, например, неправильный сплав, состав, микроструктура или включения, или дефектный процесс, такой как литье, ковка или термообработка.), Внутренние напряжения, Неправильное соединение, Неполное соединение, Дефектное покрытие, обработка .

Примечание:  Аналогичные случаи двигателей A320 NEO-PW или лопаток турбины Rolls-royace Intermediate Pressure (IP) двигателей Trent 1000 являются яркими событиями последнего года.

5] Плохая практика технического обслуживания также может привести к повреждению и отказу лезвия.

Ø  Небрежное обращение с деталями или инструментами двигателя, Неправильная сборка или разборка, Оставленные в двигателе ручные инструменты или детали, Несоблюдение процедур технического обслуживания, Использование запрещенных карандашных отметок, Пропущенная проверка зазора наконечника, неправильный ремонт или невыполненный ремонт, Огнетушитель агенты или Использование коррозионно-активных агентов.

6] Усталостные повреждения появится при старении двигателя или после определенного количества часов работы двигателя, поэтому необходимо раннее обнаружение.

Ø Термическая усталость , Случайные колебания напряжения , Концентрация напряжения , Поверхностная обработка , Остаточные напряжения , Многоцикловая усталость .

7] Агрессивная среда — еще один параметр, влияющий на срок службы лезвия и его износ.

Ø Агрессивные газы, Чрезмерное тепло, Потеря охлаждения, Засорение охлаждающих каналов, Блокировка или неисправность потока охлаждающего воздуха, Отложения серы, Сернистое реактивное топливо, Оксиды серы в результате сгорания или содержащиеся в воздухе соли, Давление.

Теперь мы знакомы с типами повреждений и факторами, лежащими в их основе. Все повреждения внутри двигателя не будут обнаружены при визуальном осмотре [GVI], некоторые из повреждений требуют дополнительных «внутримоторных осмотров», которые могут быть выполнены с помощью бороскопического осмотра двигателя [BSI] на разных этапах и не возможно во время ежедневных проверок или транзитных проверок. Но существует множество факторов или признаков, которые дадут оператору/инженеру/пилоту раннее предупреждение о повреждении или выходе из строя лопастей, влияющих на работу двигателя.

Раннее предупреждение:

Вибрация, высокая [температура выхлопных газов] EGT, взрывы двигателя, останов двигателя, повышенный расход топлива, резонансный поток воздуха, снижение усталостной долговечности и т. д. являются одними из предупреждений оператору для быстрой коррекции. курс .

Важность FOD:

Наиболее распространенный тип повреждений лопастей — FOD [повреждение посторонними предметами], которые можно определить при общем визуальном осмотре [GVI] и FOD, как показано ниже.

Повреждение посторонними предметами (FOD) происходит из-за проглатывания твердых частиц, таких как мелкая галька и частицы песка или птицы [органические], когда двигатель работает динамично, рулит или движется по взлетно-посадочной полосе с идеальной скоростью. Эти события обычно происходят во время взлета и посадки, когда в двигатель попадает свободный мусор [размер: от мм до см] с аэродрома. Скорость заглатываемого объекта варьируется от 100 до 350 м/с в зависимости от характеристик двигателя.

Повреждение, вызванное ударом постороннего предмета о переднюю кромку вращающейся лопасти, приводит к преждевременному зарождению трещины и последующему выходу из строя лопасти из-за изменяющихся во времени растягивающих нагрузок при работающем двигателе. Остаточные напряжения, возникающие из-за удара постороннего предмета, играют важную роль в регулировании скорости зарождения и распространения трещины. Ускорение и замедление роста трещины зависит от характеристик напряжения, будь то растяжение или сжатие по своей природе перед зарождающейся трещиной.

Пример отказа лопасти двигателя и влияния на летную годность:

Хотя существует множество примеров отказа лопастей, приводящего к остановке двигателя в полете [IFSD], давайте посмотрим на этот. Вечером 1 марта 2002 г. у самолета Боинг 747-436 отказал двигатель номер 3 во время регулярного пассажирского рейса из Сиднея в Бангкок.

Расследование показало , что лопасти вентилятора вышли из строя и пробили капот двигателя и самолет , что привело к остановке двигателя и последующему падению самолета . На самом деле, такого рода событий можно было бы избежать путем раннего обнаружения, осмотра, ремонта и технического усовершенствования подконструкций двигателя, включая лопасти вентилятора.