Цялостна стратегия за подобряване на точността на производство на турбинни лопатки
Като ключов компонент на газодинамичното преобразуване на енергията, точността на размерите на турбинните лопатки не е свързана само с това дали газовата турбина може да бъде монтирана безпроблемно, но също така и ключът към осигуряването на нейната безопасна работа. Частите на турбинната лопатка са сложни пространствени повърхности с неравномерна дебелина и процесът на неопределено прецизно леене на инвестиции е сложен, при който всеки етап оказва влияние върху точността на размерите на крайната лопатка и е трудно да се вземат предвид геометричните характеристики на огъване на острието и деформация на усукване и кривина на острието само чрез разчитане на метода за намаляване на повърхността на матрицата. По време на процеса от восъчната форма до отливката на острието ще настъпи не само обемно свиване, но и геометричните характеристики ще се променят до известна степен, което ще доведе до разминаване на размера на отливката. Следователно, в действителния производствен процес, всяка връзка от производството на турбинни лопатки трябва да бъде точно измерена и контролирана. Още през 197 0 Обединеното кралство и Съединените щати са постигнали забележителни резултати в технологията за контрол на сърцевината и се използват за отливане. През последните години оптичните скенери и компютъризираното измерване на промишлена томография (CT) на лопатка на газотурбинен двигател в чужди страни изискват точността на измерване на лопатката да се контролира в рамките на 50 до 80 μm, а допустимият толеранс се контролира в рамките на ± ± 0,5 mm. Освен това, чрез регистрация с CAD модел, изкривяването и деформацията на всяка част от острието могат да бъдат директно отразени [51-52].
Поради критичната роля на лопатките и трудността на технологията на производство, контролът на формата на турбинните лопатки се счита за изключително важна технология в чужди страни и резултатите от нейните изследвания рядко се разкриват. Технологията за тестване на лопатките на газови турбини в Китай все още е в процес на разработване. От гледна точка на стандартите за технология за тестване, националните стандарти на авиационната индустрия за справка са само HB5647-98 и HB20126-201. Поради това някои местни производители и изследователски институции са представили свои собствени технически изисквания за изпитване и приемане за вътрешно приемане, което е удобно за управление на приложения. В този процес те се комбинират с чуждестранни средства за измерване и в зависимост от това дали измервателното устройство е в контакт с измервания обект, методът на измерване на лопатката на газотурбинния двигател се разделя на контактен и безконтактен. Методите за контактно измерване включват основно: метод за измерване на стандартен шаблон, метод за измерване на индуктивност и метод за измерване на три координати. Методите за безконтактно измерване включват основно: измерване с лазерно сканиране, ултразвуково откриване, измерване на машинно зрение и индустриално CT измерване [53]. Освен това, понастоящем някои изследователи са извършили изследване на контрола на размера на острието въз основа на числена симулация, а натрупването и предаването на грешки въз основа на големи данни и числена симулация се превърна във важен метод за бъдещо развитие.
Въз основа на структурните характеристики и характеристиките на процеса на леене на цилиндрични/монокристални турбинни лопатки на газови турбини, контролът на точността на размерите на целия процес на прецизно леене е ключът към подобряване на квалифицираната скорост на размера на лопатките. Въз основа на това, тази изследователска група приема метод за измерване на 3D лазерно сканиране и метод за индустриално CT измерване, комбиниран с триизмерни координатни и ултразвукови методи за откриване, за провеждане на откриване на дефекти и измерване на размера за процеса на подготовка на целия процес на лопатки на газови турбини. (заготовка за восъчна форма, заготовка за сърцевина, керамична сърцевина, сърцевина за пресоване на восък, обвивка на матрица с восък, обвивка на матрица без восък, отливка). Установени са точността на размерите и моделът за контрол на грешките на целия процес на подготовка на турбинните лопатки.
Фиг. 18 показва анализа на резултатите от измерването на размера на лопатките на ключови аспекти като заготовка, сърцевина и отливка на турбинни лопатки с голям размер на определен тип газова турбина, разработена от нас. За отливки вижте DCPG5 в GB/T 6414−−2017, допустимият толеранс е ±±0.5mm, а точността на измерване се изисква да се контролира при 120μμm; Допустимият толеранс на керамичното ядро е ± ± 0,3 mm, а точността на измерване трябва да се контролира при 80 μμ
м. В процеса на разработване на лопатките ще се извършва контрол на точността на размерите за всички подготвени лопатки в целия процес и точността на размерите и грешките в етапите на заготовка, сърцевина и отливане по време на процеса на подготовка на лопатките на газотурбинен двигател ще бъдат анализирани с помощта на софтуера за обратна проверка Geomajic-Control или GOM. Отклонението на размерите и законът за деформация на целия процес на подготовка на острието бяха предварително разкрити. Резултатите показват, че методите за измерване без разрушаване като 3D лазерно сканиране, промишлен CT и ултразвуково изпитване могат да отговорят на изискванията за точност на измерване на определен тип лопатка на газов турбинен двигател. Методът за измерване с триизмерно лазерно сканиране може да получи очертанията на ключовите междинни компоненти като острието, восъчната форма и керамичната сърцевина на газотурбинния двигател и може точно да оцени деформацията на усукване на острието. Индустриалният КТ може не само да открие вътрешните дефекти на керамичната сърцевина, восъчната форма и обвивката на матрицата, но също така да измери контура, структурата на вътрешната кухина, дебелината на стената и други ключови части с висока точност. Ултразвуковата инспекция може точно да измери структурата на дебелината на стената на восъчната форма и острието. Тези усъвършенствани методи за измерване осигуряват измерване на размера и точен контрол на целия процес на турбинни лопатки с голям размер, особено измерването на размера на корпуса на матрицата на базата на индустриална CT технология за откриване, която може да извлече структурата на вътрешната кухина на корпуса на матрицата и да сравни с модела, като по този начин се реализира точното измерване на размера на корпуса на формата, което е невъзможно да се постигне с традиционните методи за измерване.
Понастоящем методите за изпитване, които постепенно се развиват и въвеждат в инженерното приложение на лопатките на газови турбини, значително съкращават цикъла на разработка на лопатките, подобряват квалифицираната скорост на размера на лопатките и намаляват цената на лопатките. Въпреки това по отношение на лопатките на газотурбинните двигатели все още има следните недостатъци: непълни технически спецификации и стандартна система за тестване на лопатките, липса на ефективни средства за техническа проверка, недостатъчно натрупване на данни, свързани с промяна на размерите и натрупване на грешки по време на подготовката на лопатките, и липса на самостоятелна -разработен софтуер за измерване и анализ на размера на острието. С широкото приложение на компютърната технология в областта на производството на ножове, интелигентната производствена технология, базирана на машинно обучение и числена симулация, също ще играе важна роля в контрола на грешките на целия процес на ножа, така че да се подобри точността на контрола на размера на острието.
