Метод за ремонт на турбинни лопатки
Изобретението се отнася до областта на машиностроенето и може да се използва при ремонт на дюзи и роторни лопатки на самолетни, корабни и енергийни газотурбинни двигатели. Повредените участъци се отстраняват от повърхността на лопатката чрез образуване на цилиндричен отвор, чиято ос е отдалечена от ръба на аеродинамичния профил на лопатката с размер, равен на 0,35-0,45 от диаметъра на отвора. Използвайки метода на дифузионно запояване, повредените зони на острието се запечатват с вложка, изработена от същата сплав като острието. Запечатването на цилиндричния отвор може да се извърши едновременно с термовакуумната обработка на острието. Вложката може да бъде изработена с диаметър 10-20 mm. Запечатването на цилиндричен отвор с вложка може да се извърши с разстояние от 0,12 mm в диаметър. За да поправите кухи остриета на вложката, е възможно да изкопаете материала, съответстващ на вътрешната кухина на острието в отвора. Този метод може да се използва за ремонт на острие, изработено от сплави на основата на никел. Прилагането на метода ще увеличи експлоатационния живот на лопатките с 1,5-2 пъти и ще намали разхода на материали по време на ремонт. 5 z.p.f-ly, 1 ил., 2 табл.
Изобретението се отнася до областта на машиностроенето и може да се използва при ремонт на дюзи и роторни лопатки на самолетни, корабни и енергийни газотурбинни двигатели.
Известен метод за ремонт на турбинни лопатки със следната последователност от операции: ремонтираните участъци на турбинните лопатки се отрязват механично с прав разрез, изработва се нова плоча с по-голяма дебелина в сравнение с размерите на лопатките в зоната на заваряване, в новата плоча се прави жлеб с дължина и ширина, малко по-големи от размерите на лопатките в зоната на заваряване; острието се притиска във вдлъбнатината на жлеба, а свободните зони се покриват със заваръчен поток, зоната на свързванезагрява се до температурата на заваряване и се осъществява връзката. След заваряване заварената плоча се довежда до зададените размери чрез дълбаене и полиране. Новата плоча трябва да бъде 0,5-5 пъти по-дебела от острието в зоната на заваряване [1].
Недостатъкът на този метод е невъзможността да се използва за повечето работни и дюзови лопатки на турбини поради факта, че те са изработени от незаваряеми никелови топлоустойчиви сплави чрез леене. В допълнение, правоъгълен разрез по ръба на остриетата може да провокира появата на нови пукнатини по време на работа на ремонтирани остриета.
Най-близкият аналог, взет като прототип, е метод за ремонт на турбинна лопатка, според който повърхностният слой на лопатката се отстранява, повредените участъци на лопатката се заваряват и последваща механична обработка, освен това лопатката се обработва чрез почистване, заваряването на повредените секции се извършва с надбавка, чиято стойност се избира от условието за осигуряване след почистване на лопатката, 10-30% надвишаваща дебелината на острието в тази зона, след което се нанася слой от метал върху повърхността на острието чрез плазмено пръскане, изотерма се произвежда острие механично калибриране и термична обработка. [2] Недостатъкът на този метод е, че е подходящ за остриета, изработени от заваряеми сплави, но не е осъществим за остриета, направени от суперсплави на лят никел, поради факта, че тези сплави не са заваряеми.
Техническата цел на изобретението е разработването на метод за ремонт на турбинни лопатки, изработени от сплави на основата на никел, осигуряващи топлоустойчивост и топлоустойчивост на съединения от никелови топлоустойчиви сплави.
Посоченият технически проблем се постига с факта, че предложеният метод за ремонт на турбинни лопатки включва обработкаповърхност на лопатката, отстраняване на увредени повърхностни участъци, запечатване на увредени участъци от лопатката и механична обработка на лопатката, характеризираща се с това, че отстраняването на увредените участъци от повърхността на лопатката се извършва чрез оформяне на цилиндричен отвор, чиято ос е отдалечена от ръба на аеродинамичния профил на лопатката на количество, равно на 0,35-0,45 от диаметъра на отвора, запечатването на цилиндричния отвор le се извършва с вложка, изработена от същата сплав като острието, като вложката е свързана с острието чрез дифузионно запояване, а преди обработката се извършва термична вакуумна обработка.
Запечатването на цилиндричния отвор се извършва едновременно с термовакуумната обработка на острието.
Вложката е направена с диаметър 10-20 мм. Запечатването на цилиндричен отвор с вложка се извършва с разстояние от 0,12 mm в диаметър.
За да се поправят кухите остриета на вложката, в отвора се прави вдлъбнатина на материала, съответстваща на вътрешната кухина на острието. Извършва се ремонт на острие от сплави на никелова основа.
Авторите установиха, че техническият резултат се постига чрез набор от характеристики на изобретението, докато образуването на цилиндричен отвор на мястото на повреда на острието, запечатването му с вложка от материала на острието осигурява стабилността на пролуките и възможността за комбиниране на дифузионно запояване с термична обработка на основния материал за създаване на регулирана структура на този материал и укрепване на ставите.
Ремонтираното място на ръба на острието, най-често пукнатина, се отстранява чрез пробиване и (или) фрезоване с образуване на отвор в острието с диаметър от 10 до 20 mm. Оста на отвора трябва да бъде 0,35-0,45 от диаметъра на отвора от ръба на острието, докато вътрешната повърхност на отвора отива до ръба на острието. INв този отвор се поставя вложка от същия материал като материала на острието. Вложката е цилиндър с празнина с отвор в острието с диаметър не повече от 0,12 mm. За определени остриета е възможно да се регулира размерът на вложките, което е удобно при ремонт в масово производство, например, вземете отвори за ремонт на остриета на определен етап, равен на 16 mm. Това опростява производството на вложки и отвори, намалява необходимия брой инструменти.
Свързването на вложката с острие от сплав ZhS6K се осъществява чрез дифузионно запояване с припой на основата на никел. За всяка никелова сплав се избира подходяща спойка, например за запояване на сплав ZhS6K - спойка VPr47. Запояването се извършва по режим на термична вакуумна обработка на сплавта, която възстановява регулираната структура на основния материал на острието. След това, чрез механична обработка на запечатаната вложка, профилът на острието се възстановява.
За да се поправят кухите остриета на вложката, материалът се изкопава, например, чрез електроискрова обработка. Размерите на тази вдлъбнатина трябва да съответстват на размерите на вътрешната кухина на острието в ремонтираната зона, така че вътрешните повърхности на кухото острие да са изравнени с вложката.
Съгласно изобретението остриетата с пукнатини от различен произход, включително такива от дълбоки прорези, подлежат на ремонт със задължително сквозно нарязване съгласно изобретението. Оценката на съществуващите повреди по лопатките на много производствени двигатели показва, че диаметър на канала от 20 mm е достатъчен за отстраняване на приемлива повреда на лопатките. Отвори и вложки с диаметър по-малък от 10 mm са неудобни за масово производство на лети вложки и за правене на отвори в лети никелови суперсплави.
Примери за конкретно изпълнение.
На дюзатаНа неохладено острие, изработено от сплав ZhS6K, бяха направени два отвора с диаметър 16 mm на местата на пукнатините на предния и задния ръб. Осите на тези отвори са отдалечени от ръба на острието на 6,4–6,5 mm. Цилиндричните вложки с диаметър 16–0,03 mm и височина 10 mm са изработени от цилиндрични отливки от сплав ZhS6K. Разстоянието между дупките в острието и вложките беше 0,06-0,07 mm. Запояването на вложки със шпатула се извършва по режим - температура на запояване 1200 o C, излагане при тази температура за 4 часа.
Чертежът показва снимка на острието след запояване.
След това, чрез фрезоване и машинна обработка, острието се обработва до желаните размери.
Пробите за определяне на якостта на ставите са направени, както следва: в отлети плочи от сплав ZhS6K са направени отвори с диаметър 10, 16 и 20 mm. Цилиндричните вложки с полирана външна повърхност са изработени от цилиндрични отливки от същата сплав. Размерът на пролуките между вложките и стените на отворите в диаметър е показан в таблица 1. Запояването с припой VPr47 се извършва при температура 1200 o C с експозиция 4 часа. Образците за изпитване на якост бяха обърнати по такъв начин, че запоените шевове да бяха на еднакво разстояние от средата на образеца и оста на вмъкване пресичаше оста на образеца под прав ъгъл. Резултатите от теста са представени в таблица 1.
Разрушаването на фугите по време на изпитването се извършва по шева с локално разкъсване на основния материал, стойностите на якостта на фугите са близки до свойствата на сплавта ZhS6K. Якостта на сплавта ZhS6K при 1000 o C е 50-57 kgf / mm 2. Връзките, направени съгласно прототипа, не можаха да бъдат доведени до етапа на окончателно производство на проби поради факта, че бяха унищожени по пукнатини от заваряване.
В допълнение, проби от неохладениостриета, на предния ръб на които са запоени вложки и по-специално е направена вложка по технологията, представена в прототипа. Остриетата бяха тествани чрез нагряване на ръба с вградени вложки на мястото на прекратяване съгласно режима: нагряване до 900 o C за 2 минути, последвано от охлаждане със сгъстен въздух до 20 o C. След 10 цикъла лопатките бяха инспектирани, ако се появят пукнатини по ръба на пробите, тестовете бяха прекратени. Според резултатите от тестовете, представени в таблица 2, се вижда, че предложеният метод за ремонт има многократно предимство пред прототипа.
Използването на предложения метод за ремонт на лопатките ще увеличи експлоатационния живот на лопатките с 1,5-2 пъти и ще намали консумацията на материали по време на ремонт.
Литература 1. Патент България 2121419 2. Патент Германия 4225443
1. Метод за ремонт на лопатка на турбина, включващ обработка на повърхността на лопатката, отстраняване на повредени повърхностни участъци, запечатване на увредени участъци на лопатката и механична обработка на лопатката, характеризиращ се с това, че отстраняването на повредени участъци от повърхността на лопатката се извършва чрез образуване на цилиндричен отвор, чиято ос е отдалечена от ръба на перото на лопатката със стойност, равна на 0,35-0,45 от диаметър на отвора, запечатването на цилиндричния отвор се извършва с вложка, изработена от същата сплав като острието, като вложката е свързана с остриетата, което се извършва чрез дифузионно запояване, а преди механичната обработка се извършва термична вакуумна обработка.
2. Метод съгласно т. 1, характеризиращ се с това, че запечатването на цилиндричния отвор се извършва едновременно с термовакуумната обработка на острието.
3. Метод съгласно всяка една от претенции 1 и 2, характеризиращ се с това, че вложката е направена с диаметър 10-20 mm.
4. Методът съгласно всяка една от претенции 1 и 2, характеризиращ се с това, че запечатването на цилиндричния отвор с вложкаизвършва се с междина в диаметър 0,12 mm.
5. Методът съгласно т. 1, характеризиращ се с това, че за ремонт на кухи остриета върху вложката се прави вдлъбнатина в материала, съответстваща на вътрешната кухина на острието при отвора.
6. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че се извършва ремонт на острие от сплави на основата на никел.