การวิจัยและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการขัดเกลาแบบปรับตัวสำหรับการซ่อมแซมความเสียหายของปลายใบพัดเทอร์ไบน์เครื่องยนต์อากาศยาน

การซ่อมแซมใบพัดกังหันที่เสียหายมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการบำรุงรักษาและการขยายอายุของเครื่องยนต์อากาศยาน บทความนี้ทบทวนความก้าวหน้าของการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการซ่อมแซมใบพัดกังหันของอัลลอยด์ทนความร้อนแบบหล่อฐานนิกเกิลชนิดหนึ่ง โดยเน้นไปที่วิธีการซ่อมแซมด้วยการกลึงแบบปรับตัวที่ปลายใบพัด อธิบายกระบวนการทดลองและผลการตรวจสอบอย่างละเอียด และคาดการณ์ถึงแนวโน้มการพัฒนาของเทคโนโลยีการซ่อมแซมใบพัดกังหัน

เครื่องยนต์อากาศยานเป็นแกนหลักของพลังงานสำหรับอากาศยาน ในบรรดาส่วนประกอบต่าง ๆ ของเครื่องยนต์อากาศยาน การทำงานและการแสดงลักษณะการทำงานของใบจักรก๊าซทำให้มันเป็นหนึ่งในชิ้นส่วนหมุนที่มีความเครียดมากที่สุดและรับภาระมากที่สุดในเครื่องยนต์อากาศยาน ซึ่งยังเป็นสาเหตุของความเสียหายและความล้มเหลวทั่วไปของใบจักรก๊าซ อีกทั้งความล้มเหลวจากรอยแตกร้าวมีโอกาสเกิดขึ้นสูงที่สุดและสร้างความเสียหายมากที่สุด โดยส่วนใหญ่เป็นรอยแตกร้าวจากการเหนื่อยล้าที่เกิดจากแรงเหวี่ยงที่ซ้อนทับกับแรงดัด รอยแตกร้าวจากการเหนื่อยล้าเนื่องจากสภาพแวดล้อมการสั่นสะเทือน และรอยแตกร้าวจากการเหนื่อยล้าอุณหภูมิสูงที่เกิดจากความเสียหายจากการกัดกร่อนโดยสารสื่อกลางทางเคมี ในขณะนี้ เพื่อลดต้นทุนในการใช้งานเครื่องยนต์ การผลิตซ้ำและการซ่อมแซมใบจักรก๊าซที่เสียหายมีความสำคัญอย่างยิ่ง

ในบรรดาเทคโนโลยีหลักสำหรับการซ่อมแซมใบพัดเทอร์ไบน์ เทคโนโลยีการประมวลผลแบบปรับตัวได้ดึงดูดความสนใจจากนักวิจัยหลายคนในฐานะวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการบรรลุการเชื่อมต่อที่เรียบเนียนของขอบเขตที่เสียหายและการสร้างรูปแบบพื้นที่ซ่อมแซมด้วยความแม่นยำสูง TTL บริษัทจากอังกฤษ รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดโดยใช้วิธีการวัดแบบสัมผัส และใช้ข้อมูลโปรไฟล์ของเส้นผ่านศูนย์กลางที่วัดได้เพื่อดำเนินการสร้างแบบจำลองของพื้นที่ปลายใบพัดที่สึกหรอ โดยการเลื่อนตามทิศทาง Z และสร้างโค้ดการประมวลผลเพื่อลบชั้นเคลือบที่ไม่พึงประสงค์ Delcam อีกบริษัทหนึ่งจากอังกฤษ เสนอวิธีการสร้างแบบจำลองสำหรับการซ่อมปลายใบพัดเทอร์ไบน์โดยการวัดบนเครื่อง ซึ่งลดปัญหาการสะสมของข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งผ่านการวัดบนเครื่อง โดยได้ข้อมูลสองชุดใกล้ชั้นเคลือบจากการวัดแบบสัมผัส และคำนวณแบบจำลองทางเรขาคณิตของปลายใบพัดที่สึกหรอของใบพัดชนิดเส้นตรง เพื่อดำเนินการซ่อมทั้งหมดโดยการเจียระไน จากทฤษฎีระบบสีเทา Ding Huapeng ทำนายเส้นโค้งและหนาของโพรไฟล์ใบพัดในพื้นที่ที่เสียหาย และสร้างแบบจำลองใบพัดที่สมบูรณ์ จากนั้นได้รับแบบจำลองข้อบกพร่องของการซ่อมแซมผ่านการลบแบบบูลีน ซึ่งนำไปสู่ผลลัพธ์ของการซ่อมแซม Hou F และคณะเสนอวิธีการซ่อมแซมแบบปรับตัวสำหรับตัวใบพัด รวมถึงการสร้างแบบจำลองผิวพื้นผิวที่ซ่อมแซมและการสร้างแบบจำลองเป้าหมายที่ได้รับการปรับแต่ง และในที่สุดก็ใช้การจำลองเพื่อพิสูจน์ความมีประสิทธิภาพของวิธีการซ่อมแซม Zhang X และคณะเสนอแผนการซ่อมแซมอัตโนมัติสำหรับพื้นที่ที่เสียหายของใบพัดเครื่องยนต์ ซึ่งสร้างโดยตรงผ่านการเคลือบวัสดุ เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการซ่อมแซมแบบเดิม มันนับเป็นนวัตกรรมในระดับหนึ่ง แต่ยากที่จะซ่อมแซมใบพัดเทอร์ไบน์ที่มีพื้นผิวซับซ้อน

งานวิจัยดังกล่าวข้างต้นแสดงให้เห็นว่าการซ่อมใบพัดเครื่องยนต์อากาศยานเป็นหัวข้อที่ได้รับความสนใจทั้งในและต่างประเทศ ในด้านการซ่อมและการประมวลผล จุดโฟกัสคือการทำให้เกิดการเชื่อมต่อที่เรียบเนียนระหว่างพื้นที่ซ่อมและพื้นที่ที่ไม่เสียหาย และการสร้างรูปทรงอย่างแม่นยำหลังจากการซ่อมแซม ดังนั้น โดยอิงจากงานวิจัยการซ่อมแซมดังกล่าว บทความนี้ใช้ใบพัดเทอร์ไบน์ที่เสียหายเป็นกรณีศึกษาเพื่อทำการวิจัยการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการประมวลผลแบบปรับตัวสำหรับการซ่อมแซมปลายใบพัด ให้มั่นใจว่าพื้นที่ที่ผ่านการประมวลผลและพื้นที่ที่ไม่ได้ประมวลผลของใบพัดที่ซ่อมแล้วสามารถเชื่อมต่อได้อย่างเรียบเนียน และพื้นผิวซ่อมรวมถึงกันสามารถตอบสนองตามข้อกำหนดความอดทนสุดท้ายของใบพัดที่ซ่อมแล้ว

1 การวิเคราะห์ความสามารถในการประมวลผลของการซ่อมปลายใบพัด

รูปที่ 1 แสดงถึงข้อบกพร่องของรอยแตกร้าวปลายใบพัดเทอร์ไบน์ทั่วไป โดยอ้างอิงจากสิ่งนี้ จึงได้เสนอวิธีการผลิตซ้ำและการซ่อมแซมปลายใบพัดเทอร์ไบน์ของเครื่องยนต์อากาศยานที่เสียหาย มีการสร้างวิธีการผลิตซ้ำและการซ่อมแซม ซึ่งรวมถึงการกำจัดส่วนที่เสียหายของปลายใบพัด - การเชื่อมหลอมเหลวและการเคลือบ땜 (ดังที่แสดงในรูปที่ 2) - การเก็บข้อมูลคลาวด์ของปลายใบพัด - การสร้างแบบจำลองดิจิทัลของใบพัด - การประมวลผลแบบปรับตัวของใบพัด เพื่อให้บรรลุการซ่อมแซมแบบปรับตัวสำหรับความแม่นยำของขนาดทางเรขาคณิตและความสามารถในการฟื้นฟูสมรรถนะของใบพัด คุณภาพและสมรรถนะของใบพัดที่ซ่อมแล้วตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ และสามารถใช้สำหรับการซ่อมแซมแบบเรียลไทม์ที่สถานที่ซ่อมแซม มอบวิธีการที่มีประสิทธิภาพสำหรับการดำเนินการซ่อมแซมเป็นจำนวนมากของชิ้นส่วนที่เสียหายของเครื่องยนต์อากาศยาน

1.1 การวิเคราะห์ความยากของกระบวนการ

เนื่องจากปัญหาด้านความแม่นยำของการหล่อ ทำให้มีความแตกต่างระหว่างใบมีดสำเร็จรูปกับแบบจำลองการออกแบบทางทฤษฎี ขนาดรูปร่างของใบมีดจะถูกสร้างขึ้นในสภาพใหม่ และหลังจากการทำงานหนึ่งรอบ จะเกิดการแปรรูปและความบกพร่องในระดับต่างๆ กัน เนื่องจากลักษณะเฉพาะของวัตถุที่ประมวลผล หากทำการซ่อมแซมและประมวลผลตามขนาดทางทฤษฎีจากแบบแปลน การรักษาความแม่นยำของรูปร่างของใบมีดเดิมจะถูกทำลาย หากต้องสร้างชุดโค้ดการประมวลผลใหม่ตามแบบจำลอง CAD สำหรับแต่ละชิ้นงาน จะส่งผลกระทบอย่างมากต่อวงจรการประมวลผลทั้งหมดของชิ้นส่วน

ปลายใบมีโครงสร้างที่ซับซ้อน ประกอบไปด้วยบอสและแผ่นครอบอยู่ห่างจากปลายใบประมาณ 2 ถึง 3 มม. และความกว้างของตะเข็บขอบท้ายที่แคบที่สุดคือเพียง 0.5 มม. ใบมีโครงสร้างภายในเป็นโพรง และมีรูอากาศจำนวนมากบนพื้นผิวตัวใบ ชิปสามารถเข้าไปในโพรงภายในและรูอากาศได้ง่าย ทำให้การล้างทำความสะอาดยาก

1.2 ข้อกำหนดทางเทคนิคหลัก

(1) หลังจากซ่อมปลายแล้ว รูปทรงของพื้นผิวเว้าและโค้งด้านในและด้านนอกจะสอดคล้องกับแบบแปลนการออกแบบ และเชื่อมต่ออย่างเรียบเนียนกับรูปร่างของฐานใบเดิม

(2) ความหนาของผนังขั้นต่ำตามรูปทรงของใบบริเวณขอบท้ายของปลายคือ 0.41 มม. และความหนาของผนังขั้นต่ำตามรูปทรงของใบในส่วนอื่น ๆ คือ 0.51 มม. (ดังแสดงในรูปที่ 3)

(3) รับประกันขนาดความสูงของใบ

(4) ความหยาบไม่เกิน Ra0.8 ไมครอน

(5) ไม่อนุญาตให้มีชิปหรือสิ่งสกปรกอื่นใดเหลืออยู่ในโพรงภายในและรูอากาศ

(6) พื้นที่ซ่อมแซมได้รับการตรวจสอบโดยใช้ความเรืองแสงเพื่อให้มั่นใจว่าไม่มีรอยร้าว สิ่งปนเปื้อน ฯลฯ และการตรวจสอบดำเนินการตามมาตรฐานการตรวจสอบด้วยความเรืองแสงและการยอมรับ

2 เทคโนโลยีการขึ้นรูปแบบปรับตัวสำหรับการซ่อมแซมปลายใบพัด

เนื่องจากความยากลำบากในกระบวนการซ่อมแซมปลายใบพัดของใบพัดกังหันทำงาน เช่น การที่รูปร่างของแต่ละใบพัดที่ซ่อมแล้วไม่สม่ำเสมอ ตำแหน่งและมุมของการยึดติดแตกต่างกัน และความแม่นยำของการหล่อแบบเดิมมีปัญหา ปัญหาเชิงปฏิบัติเหล่านี้สามารถตรวจพบได้อย่างรวดเร็วด้วยเทคโนโลยีการประมวลผลแบบปรับตัวสำหรับแต่ละชิ้นส่วนหรือชิ้นงานที่จะทำการประมวลผล เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับรูปร่างและตำแหน่งการกระจายจริง จากนั้นระบบจะสร้างแบบจำลองดิจิทัลเป้าหมายที่สอดคล้องกับการออกแบบผ่านข้อมูลที่วัดได้ สร้างเส้นทางการเคลื่อนที่เฉพาะสำหรับแต่ละชิ้นงานเพื่อตอบสนองต่อการผลิต และในที่สุดก็สอดคล้องกับการออกแบบและวัตถุจริง เส้นทางการประมวลผลแบบปรับตัวแสดงอยู่ในรูปที่ 4

2.2 เทคโนโลยีการลงทะเบียนข้อมูลแบบจำลอง CAD

เนื่องจากลักษณะเฉพาะของชิ้นงานที่ประมวลผล โมเดล CAD ที่สร้างขึ้นใหม่ขาดระนาบอ้างอิงมาตรฐานเพื่อค้นหาระบบพิกัด และจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีการลงทะเบียนเพื่อปรับระบบพิกัด เซตจุดสองชุดในพื้นที่คือ โมเดลทฤษฎี X{xi} และข้อมูลการวัด P{pi} ของชิ้นงานที่ประมวลผล เซตจุด P จะถูกหมุนและเลื่อนเพื่อลดระยะห่างกับเซตจุด X ให้น้อยที่สุด และสร้างความสัมพันธ์ของการแปลงทางพื้นที่ระหว่างข้อมูลการวัด P{pi} และข้อมูลโมเดลทฤษฎี X{xi} ความสัมพันธ์ของการแปลงทางพื้นที่ประกอบด้วยเมทริกซ์หมุน R และเมทริกซ์เลื่อน T จากนั้นใช้วิธีการจับคู่จุดใกล้ที่สุดเพื่อค้นหาจุดใน X ที่ใกล้ที่สุดกับแต่ละจุดใน P เพื่อจับคู่ สร้างเซตจุดใหม่ X' ดังที่แสดงในรูปที่ 5

3 การตรวจสอบเทคโนโลยีการขัดเกลาแบบปรับตัวสำหรับการซ่อมแซมปลายใบพัดที่เสียหาย

ระบบการผลิตแบบปรับตัวประกอบด้วยซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์สำหรับการผลิตแบบปรับตัว เช่น เครื่องจักรและเครื่องมือตัด การผสานรวมทั้งสองส่วนนี้เป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุการผลิตแบบปรับตัว ในงานซ่อมแซมของใบพัดเทอร์ไบน์แรงดันสูงชนิดหนึ่ง ระบบการผลิตแบบปรับตัวได้ถูกนำมาใช้เพื่อทำการซ่อมแซมใบพัด และได้ดำเนินการซ่อมแซมพร้อมทั้งตรวจสอบการประยุกต์ใช้งานของใบพัดเครื่องยนต์หลายชิ้นเรียบร้อยแล้ว

3.1 ขั้นตอนการทดสอบ

ขั้นตอนที่ 1: หลังจากพื้นที่ปลายใบพัดที่เสียหายซึ่งจะถูกซ่อมแซมได้รับการเติมวัสดุด้วยกระบวนการเคลือบและเชื่อมพื้นผิว ข้อมูลการวัดของพื้นที่ใกล้เคียงปลายใบพัดที่เสียหายจะได้รับผ่านการตรวจวัดภายในเครื่อง

ขั้นตอนที่ 2: ได้รับข้อมูลแบบจำลองทฤษฎีก่อนการซ่อมปลายใบพัด

ขั้นตอนที่ 3: ใช้การลงทะเบียนข้อมูลเพื่อกำหนดความสัมพันธ์ของการแปลงเชิงพื้นที่ระหว่างข้อมูลการวัดกับข้อมูลแบบจำลองทฤษฎี (ความสัมพันธ์ของการแปลงเชิงพื้นที่รวมถึงการหมุนและเลื่อน) และหาค่าการแก้ไขการหมุนและการเลื่อน ซึ่งหมายถึงปริมาณการหมุนและการเลื่อนหลังจากการปรับให้เหมาะสมที่สุด

ขั้นตอนที่ 4: สร้างไฟล์ CLSF ของเส้นทางตำแหน่งเครื่องมือกลึงตามข้อมูลแบบจำลองทฤษฎี และสร้างตำแหน่งเครื่องมือที่ได้รับการแก้ไขและเวกเตอร์แกนเครื่องมือในไฟล์ CLSF ตามปริมาณการแก้ไขที่ได้จากขั้นตอนที่ 3 ในทิศทาง XYZ

ขั้นตอนที่ 5: การขัดและทำผิวเรียบบริเวณที่เสียหายของปลายใบพัดของใบจักรไอน้ำโดยใช้เส้นทางเครื่องมือที่ได้รับการแก้ไข เพื่อให้สามารถฟื้นฟูปลายใบพัดที่แม่นยำอย่างสมบูรณ์

ตามที่แสดงในรูปที่ 6 ใช้โพรบ RMP40 และลูกบอลสไตลัสขนาด φ6 มม. สำหรับการตรวจสอบออนไลน์ โดยได้รับค่าจุดวัดทั้งหมด 12 จุดจากการปรับแต่งสองส่วนใกล้ปลายใบพัด ไฟล์ข้อมูลการวัดที่สร้างขึ้นสามารถถ่ายโอนกลับไปยังระบบซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ได้ และโมเดลการประมวลผลสามารถสร้างอัตโนมัติใน UG บนพื้นฐานของข้อมูลการวัด

การทดสอบใช้ศูนย์การเจียระไนสามแกนแนวตั้ง โดยใบพัดถูกยึดแบบก้านโยกบนโต๊ะทำงาน ซึ่งช่วยให้ความแม่นยำของการยึดซ้ำระหว่างการเจียระไนและการประมวลผลคุณลักษณะในกระบวนการถัดไป ดังที่แสดงในรูปที่ 7

ไฟล์ CLSF เส้นทางเครื่องมือการเจียระไนที่สร้างขึ้นแสดงอยู่ในรูปที่ 8

3.2 การป้องกันช่องภายในและรูฟิล์มอากาศ

ในระหว่างการทดสอบ ข้อกำหนดทางเทคนิคที่ว่าไม่อนุญาตให้มีเศษชิปหรือสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ เหลืออยู่ในโพรงภายในและรูฟิล์มอากาศได้รับการปฏิบัติตาม ในระหว่างการทดสอบกระบวนการ โพรงภายในและรูฟิล์มอากาศหลายรูของใบมีดได้รับการปกป้อง การศึกษาทางเทคนิคนี้ใช้กาวฟังก์ชันแนลเพื่อปิดผนึกโพรงภายในและรูฟิล์มอากาศ ซึ่งช่วยปกป้องรูเหล่านั้น มีรายงานว่าเมื่อซ่อมแซมใบมีดประเภทนี้ในต่างประเทศ จะใช้ของเหลว "กาวปูนยืดหยุ่นอีพ็อกซี่แบบหลายฟังก์ชัน" เพื่อปกป้องโพรงและรูฟิล์มอากาศ เมื่อเย็นลงจะแข็งตัวเพื่อให้เกิดผลในการปกป้อง เมื่อถูกความร้อนที่อุณหภูมิมากกว่า 100°C จะละลายและกลายเป็น "เถ้า" ซึ่งสามารถเป่าออกหรือล้างออกด้วยการทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง โดยไม่มีคราบตกค้างในรูเล็กๆ ในขั้นตอนการประยุกต์ทางวิศวกรรมแบบกลุ่มในอนาคต การปกป้องและการทำความสะอาดโพรงและรูเล็กๆ จะมีความสำคัญเป็นพิเศษ และจำเป็นต้องค้นหาวิธีที่เหมาะสมมากขึ้นเพื่อป้องกันการเข้าไปของเศษชิปและสิ่งปนเปื้อน

3.3 ผลการทดสอบ

จากการวัดโปรไฟล์ปลายของใบพัดเทอร์ไบน์ที่ซ่อมแซมแล้ว ตามที่แสดงในรูปที่ 9 รูปร่างตรงกับข้อกำหนดของเทคโนโลยีกระบวนการ จากการตรวจสอบด้วยสายตา จะเห็นได้ว่าพื้นที่ซ่อมแซมของใบพัดและโปรไฟล์เดิมเชื่อมต่อกันอย่างเรียบเนียนหลังจากการขัดแบบปรับตัว ตามที่แสดงในรูปที่ 10 ความหนาของช่องภายในและภายนอกผ่านเกณฑ์ ความหยาบของผิวต่ำกว่า Ra0.8 μm และตัวชี้วัดทางเทคนิคอื่นๆ ตรงกับข้อกำหนดของกระบวนการ ผ่านการตรวจสอบด้วยแสงฟลูออเรสเซนต์ กระบวนการแปรรูปไม่ได้ก่อให้เกิดรอยแตกร้าวใหม่หรือข้อบกพร่องอื่นๆ

ติดต่อเรา

ขอบคุณที่สนใจบริษัทของเรา! ในฐานะบริษัทผลิตชิ้นส่วนกังหันก๊าซมืออาชีพ เราจะยังคงมุ่งมั่นในการนวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการปรับปรุงบริการ เพื่อให้สามารถนำเสนอโซลูชันคุณภาพสูงแก่ลูกค้าทั่วโลก หากท่านมีคำถาม ข้อเสนอแนะ หรือความตั้งใจในการร่วมมือ เราพร้อมยินดีช่วยเหลือ กรุณาติดต่อเราผ่านช่องทางต่อไปนี้:

WhatsAPP: +86 135 4409 5201
อีเมล: [email protected]