Способ восстановления секторов разрезного кольца соплового аппарата турбины газотурбинного двигателя

 

Изобретение относится к области турбомашиностроения и может быть использовано при ремонте турбины авиационного газотурбинного двигателя. Способ включает предварительную подготовку изношенной внутренней поверхности секторов, при которой по окружности на всей данной поверхности нарезают капиллярные канавки. Также предварительно производят изготовление пластин, которые штампуют по профилю поверхности сектора с капиллярными канавками. На поверхность сектора с капиллярными канавками насыпают порошок припоя, которым заполняют канавки, лишний припой удаляют, для фиксации порошка припоя в канавках его смачивают связующим раствором, а после высыхания излишки припоя с поверхности удаляют шпателем. Собирают пластину с сектором с обеспечением выступания пластины относительно сектора, плотно прижимают их между собой и скрепляют посредством точечной контактной сварки ленточными хомутами. У поперечного торца сектора с пластиной образуют карман-питатель, в который помещают упомянутый порошковый припой, уплотняют его, смачивают связующим раствором и сушат на воздухе, после чего подготовленные под пайку сектора собирают на приспособлении, располагая карманы-питатели сверху, и производят пайку в вакуумной печи с нагревом в три этапа. Производят контроль качества пайки, фрезеруют выступающие части пластин заподлицо с контуром секторов, а окончательную механическую обработку внутренней поверхности осуществляют в собранном из секторов кольце. Изобретение позволит повысить качество восстановления изношенной поверхности секторов, снизить энергозатраты и увеличить производительность ремонта. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области турбомашиностроения и может быть использовано при ремонте турбины авиационного газотурбинного двигателя, а более конкретно секторов разрезного кольца ее соплового аппарата.

При сборке турбины (в холодную) конструктивно предусмотрен минимальный зазор по торцу пера рабочей лопатки и внутренней поверхностью разрезного кольца соплового аппарата, при этом зазоре двигатель имеет максимальные КПД и тягу. При эксплуатации газотурбинного двигателя пара трения лопатка - разрезное кольцо соплового аппарата изнашивается. В результате чего увеличивается гарантированный зазор между лопаткой и кольцом на величину до 2,5 мм, что приводит к снижению тяги двигателя.

Известен способ восстановления секторов разрезного кольца соплового аппарата турбины газотурбинного двигателя, включающий подготовку поверхности под газотермическое напыление, газотермическое напыление покрытия и последующее оплавление сфокусированным сканирующим лазерным лучом в среде инертного газа. Покрытие на основе никеля напыляют толщиной 0,5-2,5 мм, лазерному оплавлению подвергают кромки детали, при этом мощность луча составляет 2-3,5 кВт, скорость движения детали 500-700 мм/мин, амплитуда сканирования 3-8,0 мм, диаметр сфокусированного луча 0,5-2,5 мм, причем сканирующий луч располагают так, чтобы ось его симметрии на поверхности детали была параллельна ее кромке и отстояла от нее на расстояние не более 0,2 величины амплитуды сканирующего луча (см. патент Российской Федерации 2069137 С1, МПК 7 В 23 Р 6/00, 20.11.1996).

Однако данный способ не позволяет обеспечить высокую прочность сцепления покрытия, при этом требуется сложное лазерное оборудование, способ требует больших затрат энергии и малопроизводителен.

Задачей изобретения является повышение качества восстановления изношенной поверхности секторов, снижение энергозатрат и увеличение производительности ремонта.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ восстановления секторов разрезного кольца соплового аппарата турбины газотурбинного двигателя заключается в том, что предварительно осуществляют подготовку изношенной внутренней цилиндрической поверхности секторов путем токарной обработки собранного кольца, при которой по окружности на всей данной поверхности нарезают капиллярные канавки глубиной 0,15-0,2 мм с шагом 0,7-1 мм и образованием гребешков, кроме этого производят изготовление пластин, причем размеры пластины должны обеспечивать ее выступание не менее 1 мм с двух сторон по ширине сектора и одному из поперечных торцев, а по второму поперечному торцу выступание должно быть не менее 8 мм, затем пластины штампуют по профилю внутренней поверхности сектора с капиллярными канавками и производят гидропескоструйную обработку сопрягаемых поверхностей, после чего сектора и пластины промывают дистиллированной водой и сушат на воздухе, на поверхность сектора с капиллярными канавками насыпают порошок припоя ВПр-24-60Н, которым заполняют канавки, лишний припой удаляют, для фиксации порошка припоя в канавках его смачивают связующим раствором ацетона с акриловой смолой, а после высыхания излишки припоя с поверхности удаляют шпателем, собирают пластину с сектором с обеспечением указанных выше размеров выступания пластины относительно сектора, плотно прижимают их между собой струбцинами и скрепляют посредством точечной контактной сварки (ТКС) ленточными хомутами, затем с помощью фольги у поперечного торца сектора с пластиной, выступающей на величину не менее 8 мм, образуют карман-питатель, в который помещают упомянутый порошковый припой, который уплотняют, смачивают связующим раствором ацетона с акриловой смолой и сушат на воздухе, после чего подготовленные под пайку сектора собирают на приспособлении, располагая карманы-питатели сверху, и производят пайку в вакуумной печи с вакуумом не ниже 1•10^-4 мм рт.ст. с нагревом в три этапа, при этом на первом этапе осуществляют нагрев до температуры 450-460^oС и производят выдержку в течение одного часа, на втором этапе поднимают температуру до 950^oС и производят выдержку в течение 30 минут, а на третьем этапе поднимают температуру до температуры пайки 1220-1230^oС и производят выдержку в течение 10 минут, при этом на всех трех этапах температуру поднимают со скоростью 5-8^oС в минуту, после третьего этапа отключают нагрев печи и охлаждают сектора с печью до 200^oС, а далее сектора охлаждают на воздухе и снимают с приспособления, удаляют ленточные хомуты, производят контроль качества пайки, у прошедших контроль с положительным результатом секторов фрезеруют выступающие части пластин заподлицо с контуром секторов, а окончательную механическую обработку внутренней поверхности осуществляют на собранном из секторов кольце.

Способ осуществляется следующим образом.

Сектора разрезного кольца соплового аппарата изготавливают из сплава ВЖ98 (ХН 60 ВТ). Предварительно осуществляют подготовку изношенной внутренней поверхности секторов путем ее токарной обработки до удаления следов износа, а затем токарным путем нарезают капиллярные канавки глубиной 0,15-0,2 мм, с шагом 0,7-1 мм и образованием гребешков, кроме этого производят изготовление пластин, для чего полосу сплава ВЖ98 (ХН 60 ВТ) толщиной 2,5-3,0 мм сворачивают и сваривают в обечайку с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру разрезного кольца, производят вакуумную термообработку на оправе для снятия напряжений и придания пластичности и формы, осуществляют резку на отдельные пластины, причем размеры пластины должны обеспечивать ее выступание не менее 1 мм с двух сторон по ширине сектора и одному из поперечных торцев, а по второму поперечному торцу выступание должно быть не менее 8 мм, затем пластины штампуют по профилю внутренней поверхности сектора с капиллярными канавками и производят гидропескоструйную обработку поверхностей, после чего сектора и пластины промывают дистиллированной водой и сушат на воздухе, на поверхность сектора с капиллярными канавками насыпают порошок припоя ВПр-24-60Н, которым заполняют канавки, лишний припой удаляют, например, мягкой и тонкой кисточкой, для фиксации порошка припоя в канавках его смачивают связующим раствором ацетона с акриловой смолой, а после высыхания излишки припоя с поверхности удаляют шпателем, собирают пластину с сектором с обеспечением указанных выше размеров выступания пластины относительно сектора, плотно прижимают их между собой струбцинами и скрепляют посредством точечной контактной сварки (ТКС) ленточными хомутами из фольги толщиной 0,15-0,3 мм из сплава 12Х18Н10Т, с помощью фольги у поперечного торца сектора с пластиной, выступающей на величину не менее 8 мм, посредством ТКС образуют карман-питатель, в который помещают 7-8 грамм упомянутого порошкового припоя, который уплотняют путем постукивания по карману-питателю, а затем его смачивают связующим раствором ацетона с акриловой смолой и сушат на воздухе, после чего подготовленные под пайку сектора собирают на приспособлении, располагая карманы-питатели сверху, и производят пайку в вакуумной печи СШВ-12/08-1200 с вакуумом не ниже 1•10 - 4 мм рт.ст. с нагревом в три этапа, при этом на первом этапе осуществляют нагрев до температуры 450-460^oС и производят выдержку в течение одного часа, на втором этапе поднимают температуру до 950^oС и производят выдержку в течение 30 минут, а на третьем этапе поднимают температуру до 1220-1230^oС и производят выдержку в течение 10 минут, при этом на всех трех этапах температуру поднимают со скоростью 5-8^oС в минуту, после третьего этапа отключают нагрев печи и охлаждают сектора с печью до 200^oС. Контроль режима пайки и охлаждения проводят по контрольным термопарам с записью на диаграммной ленте (КСП-4), а далее сектора охлаждают на воздухе, снимают с приспособления и удаляют ленточные хомуты, внешним осмотром контролируют качество пайки по расплавлению припоя и формированию галтелей по периметру пластины, затем качество пайки проверяют по всей паяемой поверхности с помощью ультразвукового контроля (УЗК), причем настройку прибора для УЗК производят по контрольному образцу, допускается местный суммарный непропай по площади не более 20% от паяемой поверхности, не выходящий на края пластины, после чего у прошедших контроль с положительным результатом секторов механическим путем (фрезерованием) срезают выступающие части пластин заподлицо с контуром секторов, а окончательную механическую обработку внутренней цилиндрической поверхности осуществляют на собранном кольце. Припаянные пластины могут быть дополнительно прикреплены к секторам посредством по меньшей мере двух заклепок из сплава ВЖ98, при этом головку заклепок располагают заподлицо с внутренней цилиндрической поверхностью секторов, а с другой стороны заклепки приваривают аргонодуговой сваркой (АрДЭС) к сектору.

В результате проведенного ремонта восстанавливают сектора разрезного кольца соплового аппарата турбины, имеющие прочностные характеристики нового кольца, так как припаиваются пластины из того же сплава.

Формула изобретения

1. Способ восстановления секторов разрезного кольца соплового аппарата турбины газотурбинного двигателя, при котором предварительно осуществляют подготовку изношенной внутренней поверхности секторов путем токарной обработки собранного кольца, при которой по окружности на всей данной поверхности нарезают капиллярные канавки глубиной 0,15-0,2 мм, с шагом 0,7-1 мм и образованием гребешков, кроме того, производят изготовление пластин, причем размеры должны обеспечивать ее выступание не менее 1 мм с двух сторон по ширине сектора и одному из поперечных торцов, а по второму поперечному торцу выступание должно быть не менее 8 мм, затем пластины штампуют по профилю внутренней поверхности сектора с капиллярными канавками и производят гидропескоструйную обработку сопрягаемых поверхностей, после чего сектора и пластины промывают дистиллированной водой и сушат на воздухе, на поверхность сектора с капиллярными канавками насыпают порошок припоя ВПр-24-60Н, которым заполняют канавки, лишний припой удаляют, для фиксации порошка припоя в канавках его смачивают связующим раствором ацетона с акриловой смолой, а после высыхания излишки припоя с поверхности удаляют шпателем, собирают пластину с сектором с обеспечением указанных выше размеров выступания пластины относительно сектора, плотно прижимают их между собой струбцинами и скрепляют посредством точечной контактной сварки ленточными хомутами, затем с помощью фольги, у поперечного торца сектора с пластиной, выступающей на величину не менее 8 мм, образуют карман-питатель, в который помещают упомянутый порошковый припой, который уплотняют, смачивают связующим раствором ацетона с акриловой смолой и сушат на воздухе, после чего подготовленные под пайку сектора собирают на приспособлении, располагая карманы-питатели сверху, и производят пайку в вакуумной печи с вакуумом не ниже 1•10^-4 мм рт. ст. с нагревом в три этапа, при этом на первом этапе осуществляют нагрев до температуры 450-460^oС и производят выдержку в течение одного часа, на втором этапе поднимают температуру до 950^oС и производят выдержку в течение 30 мин, а на третьем этапе поднимают температуру до 1220-1230^oС и производят выдержку в течение 10 мин, при этом на всех трех этапах температуру поднимают со скоростью 5-8^oС в минуту, после третьего этапа отключают нагрев печи и охлаждают сектора с печью до 200^oС, а далее сектора охлаждают на воздухе и снимают с приспособления, удаляют ленточные хомуты, производят контроль качества пайки, у прошедших контроль с положительным результатом секторов фрезеруют выступающие части пластин заподлицо с контуром секторов, а окончательную механическую обработку внутренней поверхности осуществляют в кольце, собранном из секторов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что припаянные пластины дополнительно прикрепляют к секторам посредством по меньшей мере двух заклепок, при этом головку заклепок располагают заподлицо с внутренней цилиндрической поверхностью секторов, а с другой стороны заклепки приваривают к сектору.