CC BY
70
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (127) 2014
действующий на управляющий сигнал поворота рулевого колеса, т.е. рассматривалось регулирование угла поворота золотника, что является не совсем верным. Ротор гидромотора обратной связи вращает кинематически связанную с ним гильзу распределителя, уменьшая площадь проходных сечений каналов гидрораспределителя, осуществляя, таким образом, отрицательную обратную связь. Данное уточнение позволяет обратить внимание на конструктивные особенности гидрораспределителя [2].
Блок-схема гидросистемы представлена на рис. 3, где Дф — суммарный угол (угол поворота золотника относительно гильзы); ДБ — регулируемая площадь проходных сечений.
Предложенные схемы являются основой для математического моделирования гидросистемы. Математическое описание исследуемого объекта с последующим моделированием процесса работы являются
обязательными этапами при создании или усовершенствовании систем рулевого управления.
Библиографический список
1. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ / Е. Ю. Малиновский [и др.]. — М. : Машиностроение, 1980. — 216 с.
2. Щербаков, В. С. Оптимизация конструктивных параметров гидравлических рулевых механизмов строительных и дорожных машин : моногр. / В. С. Щербаков, А. В. Жданов. — Омск : СибАДИ, 2010. - 176 с.
МЕРКУШЕВА Юлия Евгеньевна, аспирантка кафедры «Инженерная геометрия и САПР».
Адрес для переписки: zuy89@mail.ru
Статья поступила в редакцию 09.12.2013 г.
© Ю. В. Меркушева
удк 621.1.016 В. В. ТРИФОНОВ
Омский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ И ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ДОАЛИТИРОВАНИЯ НА РАБОЧИХ ЛОПАТКАХ ТУРБИНЫ
В статье описан эксперимент по отработке технологии «доалитирования» на примере рабочих лопаток 1-й и 2-й ступени турбины, имеющих значительную эксплуатационную наработку. Произведена оценка состояния слоя на всем протяжении опыта и даны общие заключения по некоторым особенностям ремонта.
Ключевые слова: диффузия, алитирование, эксперимент.
Исследование диффузионных процессов термодинамическими методами дает ощутимые результаты на практике, повторяемость результатов экспериментов стабильно сохраняется.
Рассмотрим предлагаемую технологию «доалити-рования» рабочих лопаток 1-й, 2-й ступени турбины ГТД.
Лопатки изготовлены из жаропрочного никелевого сплава ЖС6У, защитное покрытие — диффузионное алитирование, глубина покрытия составляет для новых лопаток 0,01...0,04 мм (метод газового али-тирования), для лопаток прошедших ремонт 0,02. ...0,05 мм (шликерное алитирование).
Принципиальное отличие предложенного изменения существующего технологического процесса восстановления покрытия на лопатках (травление и механическая зачистка профиля с последующим шли-керным алитированием) заключается в том, что вместо механической зачистки вводится «щадящая» обдувка электрокорундом всей поверхности профиля пера с существующим покрытием без его полного удаления и нанесением на профиль пера шли-керным алитированием слоя по всей поверхности.
Ниже приведен эксперимент по нанесению методом «доалитирования» защитного покрытия.
Для эксперимента отобраны рабочие лопатки 1-й и 2-й ступени по 25 штук. Все лопатки эксплуатировались на двигателе срок, превышающий рекомендованную долговечность на алитирование в 900 часов.
Изготовлены микрошлифы в качестве образцов для проведения дальнейших работ. Образцам присвоены номера в соответствии со ступенью (например, 1-я ступень 3-й образец имеют № 1-3). Результаты замеров толщины слоя Д по образцам на начальном этапе эксперимента приведены (табл. 1).
Лопатки после проведения дефектации (визуально и методом цветной дефектоскопии) и образцы прошли операцию обдувки. На одной лопатке от каждой ступени и образцах была замерена толщина алитированного слоя, при этом отмечается общее снижение толщины слоя до 0,01 мм на образцах по 1-й ступени и до 0,005 мм на образцах 2-й ступени. Результаты замеров по образцам приведены (табл. 2).
Лопаткам и образцам произведена операция шликерного доалитирования по всей поверхности пера.
После проведения операции проверена толщина слоя на образцах, а также на трех лопатках от каждой ступени. Увеличение толщины слоя составило 0,01-0,035 мм. Результаты замеров по образцам приведены в табл. 3.
Если принять к рассмотрению только средние величины толщин слоя, то получится следующая картина по всем девяти образцам (рис. 1). Здесь сплошной линией показана область распределения толщин слоя на образцах в начале эксперимента, штрих-пунктиром — после проведения обдувки, длинным штрихом — после «доалитирования».
№№ 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 2-1 2-2 2 1 со 2 1
А, мм 0,005-0,02 0,005-0,02 0-0,015 0,01-0,02 0,02-0,035 0-0,025 0,025-0,035 0,025-0,035 0,025-0,035
Таблица 2
№№ 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 2-1 2-2 2 1 со 2 1
А, мм 0-0,015 0,005-0,015 0-0,01 0,005-0,015 0,015-0,025 0-0,02 0,025-0,030 0,025-0,030 0,025-0,03
Таблица 3
№№ 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 2-1 2-2 2 1 со 2 1
А, мм 0,025-0,05 0,015-0,045 0,025-0,05 0,02-0,04 0,02-0,045 0,02-0,05 0,025-0,055 0,025-0,045 0,015-0,06
Таблица 4
Глубина алитированного слоя А, мм
Рабочая лопатка 1-й ст.
«горячее сечение» замок верхняя б/полка
0,015-0,035 0,02-0,025 0,025-0,05
0,01-0,035 0,01-0,03 0,005-0,05
0,015-0,035 0,015-0,045 0,025-0,05
Рабочая лопатка 2-й ст.
0,02-0,035 0,03-0,035 0,025-0,03
0,025-0,05 0,025-0,03 корыто 0,025-0,03 спинка 0,05-0,06
0,025-0,04 0,02-0,03 0,025-0,055
Рис. 1
График хорошо отображает, что на образцах, имеющих больший эксплуатационный износ слоя, диффузия протекает с большей скоростью. Учитывая все прочие равные условия (все операции образцы проходили одновременно и на одних режимах) речь идет именно об особенностях самих образцов. На образцах, имеющих в начале эксперимента значения А на нижнем пределе или местное отсутствие слоя, благодаря образовавшимся вакансиям при эксплуатации, атомы алюминия проникают в значительно большем количестве и с большей скоростью, при этом на образцах, имевших слой в состоянии, пригодном к дальнейшей эксплуатации, увеличение слоя сравнительно мало [1]. Это позволяет говорить об эффекте выравнивания слоя до определенных ве-
личин, сообразующихся с требованиями в эксплуатации и нормативными значениями.
Результаты замеров по лопаткам представлены в табл. 4. Лопатки доалитировались вместе с образцами. Толщина слоя в большей части приведена в норму, кроме как по верхней бандажной полке на одной из лопаток имеется слой в 0,06 мм, однако это скорее связано с качеством работы, чем с самой технологией. Результаты можно признать удовлетворительными.
Далее в качестве подтверждения работоспособности слоев, полученных методом «доалитирования» на шести лопатках от каждой ступени, проведены усталостные испытания (КУИ) на соответствие уровня напряжений как для новых лопаток, а также
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (127) 2014 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (127) 2014
цветная дефектоскопия по окончании КУИ. Лопатки успешно прошли КУИ, по результатам цветной дефектоскопии замечаний не имеют.
Библиографический список
1. Бокштейн, Б. С. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах / Б. С. Бокштейн, С. З. Бокштейн, А. А. Жу-ховицкий. — М. : Металлургия, 1974. —280 с.
ТРИФОНОВ Виктор Васильевич, аспирант кафедры «Авиа- и ракетостроение» Омского государственного технического университета, ведущий конструктор ОМО им. П. И. Баранова.
Адрес для переписки: jeton@inbox.ru
Статья поступила в редакцию 30.10.2013 г.
© В. В. Трифонов
удк 621.1.016 В. В. ТРИФОНОВ
Омский государственный технический университет
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ДОАЛИТИРОВАНИЯ
НА РАБОЧИХ ЛОПАТКАХ ТУРБИНЫ
В статье рассмотрены проблемы по обеспечению надежности и долговечности рабочих лопаток турбины ГТД. Определены недостатки технологии ремонта алитирован-ного покрытия. На основании существующей точки зрения на механизмы диффузионных процессов, а также принципов работы ГТД предложена технология доалитирования лопаток без снятия остатков покрытия.
Ключесвые слова: алитирование, технология, диффузия, лопатки турбин.
На основании статистических исследований была выявлена значимая проблема в области надежности и долговечности газотурбинного двигателя, касающаяся, в частности, сокращения срока службы рабочих лопаток 1-й и 2-й ступени турбины в процессе ремонта на предприятиях-изготовителях и авиационноремонтных предприятиях.
Согласно существующей методологии восстановления покрытия лопаток при нарушении (местное отсутствие, превышающее нормы на ремонт, снижение толщины алитированного слоя, несоответствие микроструктуры), требуется производить механическое снятие остатков слоя с последующим шликер-ным алитированием.
Довольно значимо — снятие покрытия вместе с основным материалом, это приводит к нарушению геометрии рабочих лопаток, снижению прочностных характеристик, долговечности (проведение двух подобных ремонтов приводит к занижению ответственных размеров до критических значений, не позволяющих дальнейшее использование лопаток при установке на ремонтный двигатель).
Таким образом, снятие остатков алитированного слоя означает сокращение срока службы лопатки с 1800 до 1300 часов.
Для устранения данной проблемы предложен вариант технологии, согласно которому необходимо производить «доалитирование», то есть нанесение алитированного слоя поверх «старого».
Логика подобного варианта восстановления али-тированного слоя основана на принципах работы диффузионного покрытия.
Согласно [1], алитирование — один из видов химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхности изделий алюминием. При диффузионном алитировании до-
стигается: высокая концентрация алюминия на поверхности изделий от 9 до 70 %; прочная связь диффузионного слоя с металлом основы; равномерное покрытие всех частей поверхности изделий; толщина диффузионного слоя от 0,02 до 2,5 мм; увеличение размеров изделий от 0,01 до 0,5 мм; поверхностная твердость до700 НУ.
В настоящее время механизмы диффузии исследованы в недостаточной степени, несмотря на большое количество термодинамических экспериментов, благодаря которым получены константы для большинства значимых в производстве процессов — все же четкой картины механизма диффузии не составлено.
По текущим представлениям наиболее важными являются вакансионный механизм и диффузия по границам зерен [2]. Именно эти два механизма дают возможность говорить о «подготовленности эксплуатацией» алитированного слоя рабочих лопаток турбины под восстановление «доалитированием».
Рассмотрим более подробно процессы, происходящие со слоем алитирования на рабочих лопатках при их работе на газотурбинном двигателе.
Средняя продолжительность полета для АЛ21-Ф-3 составляет около одного часа, при этом температура материала рабочих лопаток 1-й ступени может достигать 1100 °С на поверхности. Для сведения следует отметить, что в производстве диффузионное насыщение алюминием никелевого жаропрочного сплава происходит в течение двух часов при температуре 950 °С.
В процессе работы на ГТД в условиях высоких температур, давлений и скоростей рабочего тела лопатки испытывают воздействие агрессивных продуктов сгорания топлива, в результате чего подвергаются газовой коррозии и эрозии.
