Введение к работе
1.1. Актуальность.
Разрушение диска лабиринта газотурбинного двигателя является одной из причин разрушения двигателя в целом. Усталостные трещины в процессе эксплуатации изделия возникают на естественных концентраторах напряжения, которыми являются образующие перепускных отверстий. Выявление этих трещин на ранней стадии является важной задачей неразрушающего контроля. Основной проблемой при решении этой задачи является сложность доступа к контролируемой поверхности на собранном двигателе, исключающая применения таких методов, как ультразвуковой, метод проникающих веществ и рентгеновский. С помощью эндоскопа можно выявить довольно значительные по размерам трещины, однако, трещины глубиной около миллиметра имеют настолько маленький раскрыв, что их невозможно выявить оптическим методом. К высоконагруженным элементам двигателя относится и редукторная группа. Развитие трещин происходит за очень короткий промежуток времени, что затрудняет их своевременное обнаружение. Образованию таких трещин предшествует изменение структурных свойств металла. Это позволяет, путем выявления структурных неоднородностей в стальных деталях редуктора, исключить риск выхода из строя и возможной аварии..
1.2. Состояние проблемы.
Для выявления в узлах газотурбинных двигателей усталостных трещин на практике наиболее успешно применяются вихретоковые дефектоскопы Фазек фирмы «Хокинг» (Великобритания), Алкопроб фирмы «Роман» (ФРГ). В известных дефектоскопах используются специализированные вращающиеся ВТП, обеспечивающие выявление дефектов в отверстиях при обеспечении удобного доступа к месту контроля. В условиях эксплуатации это выполнимо далеко не всегда. При контроле «неподвижным» преобразователем ключевой является задача отстройки от влияния на сигнал геометрии контролируемого объекта. Для выявления структурных неоднородностей используются дорогостоящие многофункциональные приборы вихре-токового контроля, обладающие значительной массой и габаритами.
1.3. Цель работы и задачи исследования.
Цель данной работы - разработка средств оперативного вихретокового контроля высоконагруженных элементов авиационных двигателей, позволяющих проводить контроль без их разборки.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
разработать и исследовать вихретоковый преобразователь (ВТП), обеспечивающий возможность контроля стенок отверстий дисков-лабиринтов без вращения чувствительного элемента ВТП;
провести теоретическое и экспериментальное исследование выходных характеристик разработанного ВТП при вариации его конструктивных параметров и рабочей частоты;
на основе полученных выходных характеристик ВТП определить его оптимальные параметры и рабочую частоту;
разработать вихретоковый дефектоскоп для оперативного контроля стенок отверстий дисков-лабиринтов без разборки двигателя;
исследовать взаимосвязь между вихретоковым сигналом и изменением механических свойств сталей, используемых в редукторах авиационных двигателей;
на основе полученных зависимостей разработать структуроскоп для регистрации
изменений механических свойств металла редукторов авиационных двигателей.
1.4. Методы исследования:
Для теоретических исследований разработанного ВТП применялось математическое моделирование на основе метода конечных элементов. Экспериментальные исследования проводились на компьютеризированной установке «ЗОНД-Авто».
1.5. Научная новизна работы заключается в следующем:
предложен и исследован новый высокоэффективный вихретоковый преобразова
тель для выявления поперечных усталостных трещин глубиной более 0,2 мм в стен
ках отверстий диска-лабиринта авиационных двигателей без вращения чувствитель
ного элемента ВТП;
получены зависимости вносимых параметров предложенного вихретокового пре
образователя от размеров трещин, смещения осей ВТП и отверстия, изменения
угловой координаты чувствительного элемента ВТП относительно продольной
трещины в стенке отверстия;
определен закон изменения чувствительности разработанного ВТП к глубине трещин.
получены новые зависимости выходных сигналов ВТП от твердости, ударной вязкости и предела прочности сталей, используемых в редукторах авиационных двигателей.
1.6. Практическая ценность работы заключается в том, что:
разработана конструкция вихретокового преобразователя, позволяющая при минимальной номенклатуре контролировать диски-лабиринты всего парка авиадвигателей ВВС;
предложены и реализованы алгоритмы настройки вихретокового дефектоскопа на режимы выявления усталостной трещины и режим оценки ее глубины.
предложен алгоритм расчёта по сигналу вихретокового преобразователя твёрдости, ударной вязкости и предела прочности сталей, используемых в редукторах авиадвигателей.
1.7. Реализация и внедрение результатов работы:
создан вихретоковый преобразователь, позволяющий выявлять усталостные трещины глубиной более 0,2 мм в дисках-лабиринтах авиационных двигателей без вращения чувствительного элемента ВТП;
разработан вихретоковый дефектоскоп «Салют-1» для выявления усталостных трещин в дисках-лабиринтах авиационных двигателей без их разборки;
изготовлены три партии приборов по заказу ФГУП «Салют».
разработан вихретоковый структуроскоп «ВС-5» для контроля твёрдости стальных изделий.
вихретоковый дефектоскоп «Салют-1» и структуроскоп «ВС-5» широко внедрены на предприятиях ВПК и в частях ВВС для оценки технического состояния авиационной техники и других объектов специального назначения.
1.8. Апробация работы.
Основные результаты работы были доложены на 18-й и 19-й Всероссийских конференциях по неразрушающему контролю и технической диагностике ( Нижний Новгород, 2008 г. и г. Самара, 2011 г.), на 3-х Международных выставках конференциях — «НЕРАЗРУІІІАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
В ПРОМЫШЛЕННОСТИ», г. Москва, 2009 - 2011 г., 10 Европейской конференции по неразрушающему контролю, Москва, 2010 г., 17-й Всемирной конференции по неразрушающему контролю, г. Шанхай, 2008 г.
1.9. Публикации.
По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них две статьи в журналах, признанных ВАК научным изданием (одна статья без соавторов) и 2 патента на изобретения. Список работ приведен в автореферате.
1.10. Структура и объем диссертации.
