V2500高压涡轮转动叶片的维修

air机器 · 发表于 2007-3-18 20:00:52

1. 构造和基本原理
　　　　
   V2500有两级高压涡轮叶片，一级有64个叶片，二级有72个叶片，都为单晶结构，由镍基合金精铸而成，这保证了它能承受更高的涡轮进气温度。这两级叶片都有前后两个冷却进气通道，均开口于根部。在气动平台上，通过限定流量参数W√T3 /Pa, 来测定它的压力比P3/Pa是否在规定的范围内，其中，W为气流量（磅/秒）,T3为外界温度R（Deg R=1.8*Deg C+492）,Pa为大气压力（PSI）, P3为发动机件进口压力(PSI)。如果叶片进气温度为1500°C的温度就足以被融化，所以需要冷却。第一级叶片有145个冷却孔，第二级有28个。冷却孔钻孔技术采用激光和三维激光凿孔技术。其冷却方法有两个：1，传递冷却，500°C的冷却气体通过叶片里面的冷却管道中传递到叶片内部；2，簿膜冷却，从冷却管道到达叶片外表面（通过冷却孔），在叶片表面形成一层保护簿膜，即防热罩子。
　　　　
2. 涂层
　　　　
   为了使叶片能在1500°C以上的高温工作，叶片表面需要涂层。两级叶身表面都用化学气相沉积涂层PWA275(铝化合物), 化合物在真空炉高温下以气体形式分解成Al3+，吸附并沉积到叶片的表面上形成涂层。现在为使叶片内部和其他地方免受腐蚀，也应用保护涂层PWA275, 并在底座的袋状部喷上涂层PWA545（钴铝混合物）。发动机经常由于第一级叶片叶尖的烧蚀使EGT(发动机排气温度)裕度达不到要求，因而用更耐腐蚀、更耐磨的立方氮化硼(CBN)来代替现有的耐磨剂，对叶尖进行喷涂。这用到叫TURBOTIP 的技术，一种类似真空钎焊的方法。当叶片被怀疑受高温破坏时，就要进行高温检验。把受检叶片沿前缘、后缘、中弦线和根部切成9个样本，经镶嵌，研磨，抛光后，放在1000倍的显微镜底下观看其金相组织结构。例如，V2500A5第一级叶片材料为IAE1484 (镍基合金)，当这种金属的温度超过了1177°C时，其显微组织就开始聚集，晶粒之间间隙加大。温度越高，聚集越进一步，晶体间距越大。把它与这种物质的各种温度显微金相对照表一对，就可判定这种材料承受过多少温度。如果超过1177°C，会把这一级全部转动叶片和导向叶片一起报废。如果第一级叶片报废，要进行第二级转动叶片的高温金相检查，来决定是否报废。
　　
   叶片长度如果以前被维修过，上面都会有编码，根据编码可判断维修情况。把叶片安装在特殊的工装上，测量出叶片的长度是否跟它以前的维修相吻合，以及是否需要进一步维修。
　　　　
3. 检验与维修
　　　　
   维修前，须先做检验。X射线用来检验叶片内部是否有裂纹，内腔有无不需要的材料、金属掉块以及壁厚形状有否突然变化。在去除涂层后，用超声波设备检验壁厚。如果发现叶片需做进一步维修，如顶部焊接或更换涂层，需在真空炉中先对叶片进行热应力释放。当发现叶片比较脏，首先是化学浸泡清洗，去掉里面的重腐蚀物；再用强力的循环清洗设备去掉残渣，再用沸水进一步清洗；最后把清洗完的叶片放在纯水中进行导电测试，确定有无杂质，以判断叶片是否彻底清洗干净。
　　　　
   当发动机有压气机破坏时，还需对10%的叶片做孔探检查。用热显像的方法来判断叶片表面涂层的状况。用吹砂使叶片表面光洁后，在580±13°C温度中保留1小时，冷却后呈金黄色为表面涂层仍然存在，淡金黄色为扩散涂层存在，蓝色则表示没有任何涂层了。如果涂层剥落面积小于2.903cm2，而且表面没有腐蚀，可用铝硅混合物PWA596或钴铝混合物PWA545进行局部修补，也可用化学气相沉积直接覆盖上涂层PWA275。否则必先去除全部涂层，要先用铝氧干吹砂的方法去掉表面涂层，再用化学溶剂浸泡出扩散进机体的涂层，共进行三次的浸泡，约4小时。然后除脂、超声波清洗并用热显像判断涂层是否完全除去。在叶身表面吹砂后，用化学气相沉积的方法在它上面附上一层涂层PWA275，用电炉干燥后（80°C、15分钟），再进行真空热处理使涂层进一步扩散进机体，底座涂层的热处理与叶身表面涂层的热处理可一起进行。
　　　　
   叶尖的涂层厚度有要求，当最小的厚度不到0,6mm时，就要进行维修，继续喷上耐磨材料，或用TURBOTIP的修理技术，在顶部加上立方氮化硼(CBN)物质。
　　　　
   最后要在气动平台上测量叶片两个通道的气流量。如果发现不正常时，可用探针设法使堵塞的孔回复正常，否则就需用EDM重新打孔，里面的残渣可用超声波清洗掉。去除涂层后，裂纹就更容易显现出来。与叶尖平行的轴向裂纹以及叶尖下大于2.5mm的裂纹是不允许的，而且裂纹间最小距离不能小于4.8mm。叶片前缘烧蚀或裂纹大于2.54mm，另外其厚度在测量位置小于要求也不允许。
　　　　
   叶尖的焊接是值的一谈的，它先要用氩弧焊焊接好裂纹（焊接材料PWA795），把表面打磨光滑后，用激光堆焊以达到要求的厚度，接着进行手工研磨、抛光成形到需要的叶尖长度，再在真空炉中进行应力释放，当然不能堵住叶尖上的两个冷却孔。
　　　　
   叶身上有的裂纹只要没超过限制是允许存在的，否则要打磨掉，但所有的腐蚀必须去除，这要用一种较强的铝氧干吹砂的方法或直接打磨。焊接完并上了涂层后，放叶片在研磨石中研磨，使涂层主要的面应达到１．６ＲＡ的光洁度，以保证发动机气流流动平稳。
　　　　
   之后，要对叶根进行喷丸处理以提高表面压应力，提高抗疲劳、抗腐蚀能力，接着进行水流测试，以去除里面多余的杂质；再用Ｘ射线检查内部的状况；最后进行气流测试，检验是否达到要求。
　　　　
   第二级叶片与第一级不同的是：第二级的根部多了一个挡片，需经常更换。而且第二级叶片的涂层受到破坏比较少，这与它的周围环境有关。
　　
   V2500高压涡轮叶片的两级构造不同于其他发动机，像CFM56只有一级，它们的维修方式也不可能完全雷同，技术在发展，维修也在进步。