Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ дефектов деталей ГТД и методы их устранения. Существующие технологии ремонта высоконагруженных деталей ГТД 9
1.1. Анализ ремонтного производства с позиции выявления дефектов особо ответственных деталей ГТД 9
1.2. Анализ причин дефектов деталей 16
1.3. Анализ существующих технологий ремонтного производства особо ответственных деталей ГТД 35
1.4. Анализ существующих технологий ремонтного производства с позиции ресурсосбережения и технологичности подлежащих ремонту деталей 39
1.5. Анализ ранее выполненных научных исследований по проблемам ремонта 51
1.6. Выводы по главе 1. Цели и задачи исследования 58
Глава 2. Теоретическое обоснование целесообразности применения ресурсосберегающих технологий в ремонтном производстве 61
2.1. Виды деталей ГТД, подлежащих ремонту. Возможные дефекты поверхностей деталей 61
2.2. Теоретический анализ возможностей известных технологических процессов их ремонта с позиции:
- технологичности ремонтируемых деталей,
- себестоимости выполнения ремонта,
- эксплуатационных свойств деталей после ремонта 76
2.3. Предлагаемые ресурсосберегающие технологии ремонта деталей ГТД, обеспечивающие требуемые эксплуатационные свойства 109
2.4. Разработка алгоритма выбора технологии ремонта с учетом ресурсосбережения 128
2.5. Выводы по главе 2 130
Глава 3. Выбор технологий ремонта на основе факторов ресурсосбережения 132
3.1. Факторы ресурсосбережения и пути экономии ресурсов 132
3.2. Факторы ресурсосбережения, оказывающие влияние на выбор технологий 146
3.3 Выводы по главе 3 169
Глава 4. Практическая реализация результатов исследования 171
4.1. Разработка методики выбора технологических процессов с позиции ресурсосбережения для ремонта типовых деталей 171
4.2. Экономическое обоснование результатов исследования 193
4.3. Выводы
- Анализ существующих технологий ремонтного производства особо ответственных деталей ГТД
- Анализ ранее выполненных научных исследований по проблемам ремонта
- Предлагаемые ресурсосберегающие технологии ремонта деталей ГТД, обеспечивающие требуемые эксплуатационные свойства
- Факторы ресурсосбережения, оказывающие влияние на выбор технологий
Введение к работе
Актуальность темы. Модернизация производственных процессов при ремонте авиационных двигателей является актуальной темой в современной авиационной промышленности.
В авиационной промышленности ведущих стран мира накоплена большая база решений вопросов организационно-экономического плана, возникающих при восстановительном ремонте. Внедрение зарубежного опыта по организации ремонтного обслуживания двигателей и агрегатов в российских реалиях ограничено рядом причин:
начальные параметры объектов, характеризующиеся экономическими показателями существенно различны;
малые объемы производства товаров авиационной промышленности в России по сравнению с ведущими мировыми производителями;
основные элементы рыночной экономики, сложившиеся за рубежом, в нашей стране находятся на стадии становления;
наиболее инновационные и прогрессивные технологии ремонта деталей авиационных двигателей недоступны к применению на практике ввиду ограничения прав на использование интеллектуальной собственности.
Ремонт авиационных двигателей, как составляющая авиационной промышленности, в плане бизнес развития в России требует наличия обоснованного методического обеспечения. Существенным недостатком современной авиационной промышленности является то, что выполнение ремонта производится на производственных участках, что осложняет использование современных прогрессивных технологий. Повышение надежности двигателей неразрывно связано с качеством деталей, которое зависит от характеристик рабочих поверхностей.
Совершенствование технологии ремонта должно учитывать опыт применения прогрессивных способов обработки. Применение прогрессивных технологических процессов, использование достижений технологической науки в ремонтном производстве будет способствовать изготовлению надежных и долговечных двигателей.
Актуальным вопросом экологии и защиты окружающей среды является ресурсосбережение. Проблемы эффективного ресурсопотребления всегда являлись достаточно актуальными. Ресурсосбережение при правильном решении имеет и вторую сторону важной проблемы – повышение конкурентоспособности за счет снижения затрат и уменьшения цены.
Рациональное применение технологических процессов восстановления конкретных деталей определяется главным образом выбором способа, обеспечивающего наибольшую долговечность деталей при наименьших затратах на их восстановление. Обоснование выбора оптимального способа восстановления детали или группы деталей является важной и сложной задачей, которую следует решать в комплексе технических, экономических и организационных вопросов.
Технологические возможности способов восстановления и ремонта
позволяют быстро и качественно подготовить к эксплуатации различное оборудование, сэкономить время и средства, что непременно отразится на себестоимости конечной продукции.
В связи с выше изложенным разработка новых прогрессивных методик повышения эффективности ремонтного производства газотурбинных двигателей на основе применения прогрессивных ремонтных технологических процессов, с учетом специфики авиационного двигателестроения актуальна, что послужило основой выбора темы исследования.
Цель работы. Разработка теоретических и практических положений по применению ресурсосберегающих технологий с учетом технологичности ремонтируемых деталей и себестоимости ремонта, а также определению путей рационального использования технологий при ремонте.
Для достижения цели в работе решались следующие задачи:
-
Анализ конструктивных особенностей деталей газотурбинных двигателей, подвергающихся ремонту, и их дефектов при поступлении в ремонт.
-
Анализ существующих технологий ремонта с позиции ресурсосбережения.
-
Анализ возможности разработки групповых технологических процессов ремонта деталей с учетом их технологичности.
-
Поиск возможных путей экономии ресурсов.
-
Разработка алгоритма выбора технологий ремонта.
-
Разработка методики применения ресурсосберегающих технологий.
Научная новизна заключается в
разработке комплекса качественных и количественных показателей ремонтной технологичности;
разработке критерия оценки технологичности деталей и способов их ремонта, учитывающих конструктивные особенности деталей, требования по точности и качеству их обработки, а также свойства обрабатываемого материала;
- разработке алгоритма выбора оптимального способа ремонта на
основании конструктивных, технологических и экономических показателей,
характеризующих процесс ремонта.
Практическая значимость работы
Разработанная методика выбора способа ремонта позволяет технологу на стадии проектирования технологического процесса выбрать оптимальный из них с точки зрения экономии ресурсов и достижения требуемого качества ремонта.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Критерий оценки технологичности, учитывающий технологическую сложность детали применительно к выбору способа ремонта, требования по точности и качеству ремонта с учетом свойств обрабатываемого материала.
-
Алгоритм выбора способа ремонта детали, учитывающий особенности ремонта деталей и его стоимость.
3. Методика выбора оптимального способа восстановления детали при ремонте.
Апробация работы. Основные положения и результаты выполненной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
64-я Региональная научно-техническая конференция студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных заведений с международным участием, Ярославль, 2011 г.; 13-я Международная научно-практическая конференция, Санкт-Петербург, 2011 г.; Четвёртая международная научно-техническая конференция «Нукоёмкие технологии в машиностроении авиадвигателестроении (ТМ-2012)», Рыбинск, 2012 г.; Инновационные технологии, автоматизация и мехатроника в машино- и приборостроении, Минск, 2013 г.; XXXIX Международная молодежная научная конференция «Гагаринские чтения», Москва, 2013 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ в различных журналах и сборниках научных трудов, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов по работе, списка использованных источников. Объем работы – 202 страницы машинописного текста, включающего 26 рисунков, 29 таблиц, список использованных источников из 100 наименований.
Анализ существующих технологий ремонтного производства особо ответственных деталей ГТД
Дефектация является одним из самых ответственных этапов всего технологического процесса ремонта, так как от качества дефектации непосредственно зависит как объем ремонтных работ, так и качество ремонта, и надежность отремонтированной техники. При дефектации необходимо соблюдать следующие правила. 1. Детали, разобранные узлы или элементы конструкции должны поступать на дефектацию в специальных ящиках или тележках после сортировки, тщательной очистки и промывки. 2. Размеры деталей желательно измерять при температуре 20 . 3. Сопряженные детали должен измерять один и тот же исполнитель. 4. При любом способе дефектации должна быть исключена возможность появления коррозии деталей. 5. Приработанные трущиеся пары могут быть допущены для выработки остаточного ресурса с ремонтным зазором. Неприработанные пары, скомплектованные из новых деталей, подбираются по серийным зазорам. 6. Забракованные детали помечают и удаляют в изолятор брака. 7. Ремонт деталей, сборка узлов и изделий могут производиться только после окончательной дефектации работавших деталей и проверки новых, подобранных взамен забракованных. 8. На участке дефектации так же, как и на всех других участках ремонта и сборки, должно соблюдаться единство всех измерительных и контрольно-проверочных средств [13]. Перед выполнением ремонта необходимо выявить дефекты деталей двигателей, возникшие в процессе эксплуатации, а потом определить эффективные методы их устранения. Для этого необходимо выполнить подготовительные стадии, которые включают в себя внешнюю промывку, разборку, дефектацию и комплектование.
Поступающие двигатели сначала разбираются на узлы, а потом узлы разбирают на детали. Разборку необходимо выполнять с особой осторожностью. Ошибка при разборке может привести к поломке деталей и узлов, что повлечет за собой отбраковку не только отдельных деталей, но и целых узлов.
После разборки детали подвергают промывке для удаления всех видов загрязнений, таких как масляные, лаковые и смолистые отложения, нагароотложения, пыль. Очищенные детали подвергают дефектации, где выявляют все дефекты, которые возникли на этапе эксплуатации.
При проведении мониторинга технического состояния сложных систем и агрегатов одной из наиболее актуальных является задача объективного своевременного обнаружения дефектов различной природы и организация контроля за развитием дефектов из-за старения элементов при эксплуатации. Одним из путей предотвращения нежелательных последствий от эксплуатации изделий с дефектами является систематичное использование методов неразрушающего контроля.
Под дефектом понимают физическое проявление изменения характеристик объекта контроля с параметрами, превышающими нормативные требования. По происхождению дефекты подразделяют на производственно-технологические, возникающие в процессе проектирования и изготовления изделия, его монтажа и установки, и эксплуатационные, возникающие после некоторой наработки изделия в результате процессов деградации, а также в результате неправильной эксплуатации и ремонтов [3]. Несвоевременное обнаружение и устранение дефектов и неисправностей вызывает отказ – нарушение работоспособности изделия (системы), то есть такое событие, при котором изделие (система) не способно выполнять заданные функции. В основном в ремонт поступает исправная техника, имеющая дефекты в виде износов и мелких повреждений, следовательно, рассматривать целесообразно только дефекты [13].
В дальнейшем, говоря о дефектах, выявляемых средствами и методами неразрушающего контроля, будем иметь в виду эксплуатационные и производственно-технологические дефекты, не выявленные при изготовлении и сдаче систем в эксплуатацию.
Зная характерные дефекты той или иной системы или узла и на каком периоде эксплуатации изделие поступает в ремонт, можно заранее составить представление о количестве и характере дефектов, что дает возможность с той или иной степенью точности определить общий ориентировочный объем ремонтных работ. То же будет справедливым для каждой детали в отдельности: зная зоны вероятного появления дефектов, можно при дефектации основное внимание обратить на эти зоны, что позволит сократить время на дефектацию всего комплекса деталей [13].
Различные методы неразрушающего контроля характеризуются разными значениями технико-экономических параметров: чувствительностью, условиями применения, типами контролируемых объектов и т.д. Поэтому при формировании комплекса методов неразрушающего контроля разной физической природы возникает проблема оптимизации состава комплекса с учетом критериев их эффективности и затрат ресурсов.
Комплексное использование наиболее чувствительных методов не означает, что показатели достоверности будут соответственно наибольшими, а в свою очередь, учет первоочередности технических показателей может привести к противоречиям с экономическими критериями, такими как трудозатраты, стоимость, время контроля и т.д., что, в свою очередь, может привести к тому, что выбранный комплекс методов неразрушающего контроля может оказаться с экономической точки зрения неэффективным. Из анализа имеющихся характеристик вытекает необходимость решения задачи выбора состава (комплекса) методов неразрушающего контроля как задачи в оптимизационной постановке.
Комплексное применение методов неразрушающего контроля для диагностики и обнаружения дефектов в агрегатах и системах направлено на обеспечение повышения эффективности и достоверности контроля, продления работоспособности и ресурса.
Задача формирования комплекса различных методов неразрушающего контроля для обнаружения совокупности возможных (наиболее опасных дефектов) в системе может быть сформулирована как оптимизационная многоуровневая однокритериальная (многокритериальная) задача дискретного программирования.
Решение задачи – оптимальное сочетание различных методов неразрушающего контроля, применение которых наиболее эффективно при эксплуатации и анализе ресурса дорогостоящих систем.
Актуальными при проведении неразрушающего контроля являются также задачи оптимального распределения объемов контроля на всех этапах жизненного цикла объекта, оптимизации мест и параметров контроля, планирования технического обслуживания системы с учетом экономических показателей.
Детали поступающие в ремонт при дефектации подвергают различным методам контроля, которые позволяют выявить различные виды дефектов (поверхностные и внутренние, скрытые и явные). Процесс дефектации проводится в следующем порядке. Сначала внешним осмотром обнаруживают повреждения: видимые трещины, задиры, риски, коррозию и другие; оценивают состояние трущихся поверхностей и соответствие их нормальному процессу эксплуатации. Далее детали, прошедшие внешний осмотр, проверяются на соответствие их геометрических параметров и физико-механических свойств с заданными по чертежу. Из числа геометрических параметров устанавливаются действительные размеры деталей, погрешности формы (овальность, конусность,
Анализ ранее выполненных научных исследований по проблемам ремонта
Для выполнения анализа целесообразно разделить детали на группы, по каждой из которых выполнить отдельный анализ. Из всех деталей газотурбинных двигателей легко выделить разные группы: диски, лопатки, валы, корпусные детали, кронштейны и другие. В данной работе выбраны детали типа диск, которые необходимо разделить на отдельные виды, выполнить анализ и разработать алгоритм выбора технологии ремонта. Обоснование выбора дисков приведено в главе 1.
В авиационных двигателях роторы состоят из деталей типа диск, вал, лопатка и других. В двигателях Д-30КУ/КП роторы всех узлов имеют диски, отличающиеся конструкцией и материалами. В этих двигателях сразу можно выделить несколько видов деталей типа диск: диски и задний вал компрессора низкого давления, диски компрессора высокого давления, диски турбины низкого давления, дефлекторы турбины; диски турбины высокого давления.
Для выполнения анализа возможностей технологических процессов, необходимо выявить какие дефекты возникают при эксплуатации данных деталей, и как восстанавливается работоспособность деталей каждой из групп. При рассмотрении выделим из общих групп другие, более конкретные виды деталей типа диск.
Начнем рассмотрение с компрессора низкого давления. Первоначально в этом узле была выявлена одна общая группа деталей, однако эти детали имеют отличия, которые позволяют разделить их на отдельные группы. Эти отличия заключаются в разных конструкциях деталей, материале и служебном назначении. Отличия для этих деталей сказываются и на их дефектах.
Первый вид это диск первой ступени компрессора низкого давления (Рисунок 2.1).
Каждая деталь испытывает свои отличительные нагрузки и работает в своих исключительных условиях. Отличительными особенностями работы данного диска является несколько моментов. Первое это то, что данный диск, по сравнению с другими дисками двигателя, находится первым на входе в двигатель и первым воспринимает нагрузки не только газового потока попадающего в двигатель, но и инородных предметов попадающих в двигатель. Нагрузки от газового потока и инородных предметов передаются через лопатки на диск. Подобного рода нагрузки не являются основными, по причине того, что действие газового потока на входе в двигатель меньше, чем в турбине двигателя, а попадание постороннего предмета в двигатель, массой которого пренебречь нельзя, например, птицы, является случайностью и происходит это не постоянно при работе двигателя. Однако есть и существенные нагрузки, которые оказывают постоянное влияние на диск при работе двигателя, эти нагрузки передаются от лопаток. Лопатки первой ступени компрессора низкого Рисунок 2.1 – Диск первой давления имеют большие размеры и ступени компрессора низкого большую массу по сравнению с давления другими лопатками. При работе двигателя под действием центробежных сил нагрузки от масс лопаток передаются на обод диска. В связи с этим диск должен обладать высокой прочностью и надежностью. Второй вид деталей это диски второй и третьей ступени компрессора низкого давления (Рисунок 2.2). Данные диски имеют одинаковую конструкцию, которая отличает их от всех остальных дисков двигателя. Лопатки к дискам крепятся шарнирно, такое крепление позволяет им самоустанавливаться в процессе работы двигателя. Это крепление приводит к появлению дефектов. Из-за колебаний поверхности лопаток и дисков соприкасаются, в результате происходит удаление материала с соприкасающихся поверхностей. Рассмотрим дефекты каждой из групп деталей.
На титановом диске первой ступени компрессора низкого давления дефекты проявлялись в виде трещин в области замка «ласточкин хвост» от действия окружных сил в ободной части диска. Причиной этих растрескиваний явилось малоцикловая усталость от воздействия центробежных нагрузок при изменении оборотов двигателя, что имеет место в результате изменения режимов работы двигателя в эксплуатации. Малоцикловая усталость проявляется как в деталях, нагружаемых циклически при постоянной температуре, так и при одновременном циклическом изменении нагрузки и температуры.
Механизм усталости металлов является сложным процессом накопления под действием переменных напряжений необратимых изменений, приводящих к разрушению материала. В металлах и сплавах в исходном состоянии имеются случайные нарушения однородности кристаллической решетки. Вследствие этого в материале наблюдается локальная концентрация внутренних напряжений, способствующих при приложении внешней нагрузки перемещению точечных и линейных микродефектов решетки вдоль плоскостей скольжения. На самых ранних стадиях признаки усталостного и статического разрушений не имеют принципиальных различий.
Как правило, усталостные разрушения начинаются с поверхности детали. Одним из воздействий, влияющих на поверхностный слой, является фреттинг. Источником фреттинга являются относительные возвратные микроперемещения в зонах контакта сопряженных деталей. Фреттингу подвержены участки прессовой посадки валов, шлицевые соединения, замковые соединения лопаток компрессоров и турбин и другие. Типичным признаком процесса фреттинга является образование углублений или усталостных микротрещин, которые обычно являются очагами последующих усталостных разрушений.
Предлагаемые ресурсосберегающие технологии ремонта деталей ГТД, обеспечивающие требуемые эксплуатационные свойства
Детали второй группы имеют сложную конструкцию, однако в отличие от детали первой группы здесь меньше поверхностей, доступ к которым ограничен из-за конструкции детали. Основную сложность в удалении дефектов вызывают поверхности торцевых шлицов, надиры на поверхностях, которых удаляют шлифованием вручную.
С точки зрения ремонтной технологичности по характеристике формы детали третьей группы схожи с деталями второй группы. Здесь так же имеются торцевые шлицы, удаление дефектов с их поверхностей вызывают трудности, такие как доступ к обрабатываемой поверхности и требование к применению определенных методов удаления дефектов.
Четвертая группа деталей по конструкции напоминает детали первой группы. Однако здесь, в отличие от деталей первой группы нет торцевых шлиц, но есть шлицы в центральном отверстии, работоспособность эксплуатационные характеристики, которых тоже требуется восстанавливать. В частности для выполнения ремонта необходимо изменить геометрические параметры радиуса перехода боковой поверхности и дна шлиц.
Детали пятой группы имеют геометрию, отличающуюся от деталей рассмотренных групп. Эти детали работают в более суровых условиях, к ним предъявляется больше требований, чем к деталям компрессора. Высокие требования предъявляются не только к материалу и детали в целом, а также к отдельным поверхностям детали, в частности к их геометрии. Подобные требования предъявляются к пазам под лопатки. «Елочные» пазы должны иметь строго определенную форму, которая обеспечивает надежную фиксацию лопаток в пазах и способность дисков выполнять свою функцию, в частности передачу крутящего момента от лопаток к валу. Поверхности пазов не должны иметь выкрашиваний и сколов. В данных деталях имеются отверстия, которые подводят воздух к лопаткам для охлаждения. Отверстия не должны ослаблять деталь, в то же время они должны быть чистыми для выполнения своих этой группы есть еще ряд поверхностей, к геометрии которых предъявляются особые требования. На диске имеются поверхности для соединения с другими деталями (дефлектором, лабиринтными кольцами). Для соединения с дефлектором поверхность на диске выполняется в виде пушечного замка.
Шестая группа деталей имеет форму проще, чем детали рассмотренных групп, но на деталях этой группы имеются такие же поверхности, как и на деталях пятой группы. Это пазы под лопатки, они также имеют профиль «ёлочного» паза, к геометрии которого предъявляются высокие требования.
Сложная геометрия детали и отдельных поверхностей сказывается в основном на трудоемкости изготовления. Для получения некоторых поверхностей требуется изготовление специальной оснастки и использования специального оборудования. В процессе выполнения ремонта стараются избегать восстановления поверхностей на таких деталях как диски. Это связано с тем, что детали ответственные и воспринимают большие нагрузки при работе двигателя и любые изменения в детали (царапины, трещины, напряжения) может привести к её разрешению. Однако, несмотря на то, что сложные поверхности не требуется восстанавливать, при ремонте деталей сложной формы возникают другие проблемы, такие как доступ к поврежденной поверхности.
Под точностью обработки понимается соответствие размеров изготовленной детали размерам, указанным на чертеже. Чем меньше разница между этими размерами, тем более высокой считается точность обработки. При производстве деталь считается годной, если её действительные размеры не выходят за пределы допуска. Диски относятся к ответственным деталям, и точность их изготовления считается высокой. Диски изготавливаются с точностью выше шестого квалитета. Как правило, точность сказывается на качестве сборки, обеспечивая требуемые посадки в соединениях и необходимые зазоры в узлах, чтобы исключить касание поверхностей деталей.
При ремонте зачастую удаляют дефекты без дополнительного восстановления поверхности, это возможно за счет допуска на деталь, а также за счет особенностей некоторых дефектов. Некоторые дефекты образуют небольшие образования на поверхности детали, поэтому их удаление не нарушает поверхность детали. К таким дефектам относятся следы серебра на боковых поверхностях пазов диска компрессора низкого давления, нагары на дисках турбины. Хотя на дисках стараются не восстанавливать поверхности, есть дефекты, которые возможно удалить нанесением на поверхность износостойкого покрытия. При ремонте такое покрытие для восстановления соединения наносят увеличенным слоем.
Таким образом, точность деталей всех групп обеспечивается специально спрофилированным инструментом, удалением дефекта в пределах допуска или нанесением увеличенного слоя покрытия. Поэтому можно заключить, что с точки зрения точности размеров детали как характеристики технологичности, применяемые методы в ремонте являются технологичными.
Шероховатость поверхности деталей типа диск в авиационном двигателе аналогична точности изготовления. Шероховатость большинства поверхностей составляет менее 0,8 мкм. От шероховатости зависит качество детали и её прочность, большая шероховатость поверхности может привести к образованию трещин в поверхности дисков. При производстве данная шероховатость была обеспечена технологически путем сочетания ряда технологий. При ремонте процесс восстановления шероховатости на большинстве поверхностей не является трудоемким. Шлифовать и полировать все поверхности не приходится, достаточно только заполировать дефект без удаления основного слоя материала. Как указывалось выше, удаление дефектов обеспечивается в пределах допуска на деталь. Поэтому по данной характеристике можно сказать, что применяемые методы являются технологичными, для всех групп деталей типа диск.
Факторы ресурсосбережения, оказывающие влияние на выбор технологий
Конечно, в ремонтном производстве необходимо учитывать по возможности все факторы ресурсосбережения, хотя это и сложно и требует порой проведения дополнительного анализа. Однако, существует ряд факторов, которые воздействуют и напрямую зависят друг от друга. Это факторы групп ресурсные и производственные. Производственные факторы непосредственно связаны с применяемыми технологиями, соответственно и ресурсные связаны с применяемыми технологиями.
Чтобы определить какие факторы, и каким образом влияют на выбор технологий необходимо решить обратную задачу, а именно определить каким образом применение различных технологий оказывает влияние на экономию различных ресурсов. Это позволит определить направления экономии, а также выделить основные факторы ресурсосбережения, влияющие на выбор применяемых технологий.
При ремонте деталей часто решают вопрос, что выгоднее: восстановление основной детали или замена сопряженной детали на ремонтную? Замена детали является более дешевым методом, но не всегда совершенным. Так, например, лабиринтные уплотнения состоят из двух быть выполнены на отдельных кольцах, а также на элементах дисков, и графитовые кольца. При эксплуатации гребешки уплотнений истираются, при ремонте возможно два варианта: восстановление путем наплавки или замена графитового кольца. При замене происходит изменение геометрии лабиринтного уплотнения, и оно уже не обеспечивает необходимые параметры, что может привести к изменению параметров рабочего процесса в двигателе, изменению температурного режима, что в свою очередь может привести к перепаду температур в деталях, накоплению напряжений и возникновению усталостных дефектов. Соответственно в некоторых случаях экономия не является оптимальным решением ремонта. Целесообразнее восстановить гребешки наплавкой с последующей механической обработкой. Это позволит восстановить изначальные геометрические размеры уплотнений, а значит восстановить технические характеристики лабиринтного уплотнения.
Как уже отмечалось, основной причиной нарушающей работу двигателя является износ его деталей, который способствует увеличению вибраций, приводящих к возникновению в деталях других дефектов, таких как трещины. При производстве стремятся уменьшить износ или полностью его исключить в наиболее вероятных местах путем нанесения износостойких покрытий, а также придания поверхностям деталей необходимой прочности и твердости. Это осуществляется путем термической и деформационной обработки, а также нанесением износостойких покрытий.
При ремонте основная задача это восстановление геометрии поверхностей и удаление дефектов, связанных с трением деталей (риски, царапины, надиры и другие). Также при ремонте необходимо восстановить износостойкие покрытия или заменить их на покрытия с более высокими износостойкими свойствами. Отличия способов нанесения металлов на изношенные поверхности характеризуется тремя способами, которые отличаются толщиной наносимого металла. Различают наплавку, напыление и осаждение. Для наплавки толщина наносимого металла составляет более 1 мм, для напыления – менее 1 мм, для осаждения – менее 10 мкм. При ремонте деталей газотурбинных двигателей применяются все три способа в зависимости от степени износа, а также необходимости уменьшения износа.
Для осуществления этих способов существуют разные методы. Самым распространенным для осуществления наплавки является электродуговая. Способ состоит в дуговой наплавке при защите зоны дуги аргоном, гелием или иным инертным газом. Наплавку в среде инертного газа осуществляют в двух вариантах: плавящимся и вольфрамовым электродами. Наплавка плавящимся электродом в среде защитного газа характеризуется тем, что дуга возникает между основным металлом и электродным наплавочным материалом. Наплавка протекает в условиях автоматической подачи электродной проволоки. В качестве защитного газа чаще всего используют аргон, хотя при работе в среде чистого аргона дуга теряет стабильность при наплавке любого металла, кроме алюминиевых сплавов. С целью стабилизации дуги при наплавке стали к аргону добавляют до 20 % кислорода или углекислого газа, что существенно влияет на процесс наплавки. Поэтому задача получения наплавленного металла с заданными свойствами требует тщательного выбора состава защитного газа.
На сегодняшний день на смену электродуговой приходит газотермическая наплавка. Это процесс восстановления поверхности детали из нагретых и ускоренных частиц материала с использованием высокотемпературного газового по тока, при соударении которого с основой или наплавленным материалом идет их соединение за счет сваривания, адгезии и механического сцепления. По энергетическим признакам методы газотермического нанесения покрытий подразделяются на газопламенный, детонационный и плазменный. Эти методы отличаются типом источника энергии, расходуемой на нагрев и ускорение материала, создающего покрытие.
