Дослідження процесів руйнування лопаток турбін авіаційних двигунів та способи їх захисту

Abstract

Створення сучасних конкурентоспроможних газотурбінних двигунів (ГТД) неможливе без використання сучасних перспективних матеріалів, вони дозволяють підвищити ресурс та експлуатаційну надійність двигунів. Зростання питомої тяги двигуна може бути забезпечене за рахунок підвищення температури газів на виході з камери згоряння, це призводить до необхідності використання в конструкціях лопаток турбіни нових надлегких матеріалів та технологій захисту поверхні від високотемпературної газової корозії (ВГК). До сучасних перспективних матеріалів, що використовуються в конструкціях лопаток турбін відносяться інтерметалідні сплави на основі фаз TiAl і Ti3Al, питома вага яких в середньому в 1,5 ... 2 рази нижче, ніж у сучасних жароміцних нікелевих сплавів. Застосування аналогічного матеріалу для лопаток останніх ступенів двигунів, що виготовляються фірмою General Electric дозволило їм знизити масу всього виробу приблизно на 78 кг. В даний час перед підприємствами авіаційної промисловості стоїть завдання виробництва робочих лопаток 5 та 6 ступенів турбіни низького тиску (ТНТ) ГТД із надлегкого інтерметалідного титан-алюмінієвого сплаву. Надійність будь-якого технічного виробу, і авіаційного двигуна також, визначається надійністю його складових частин. Зазвичай ресурс "гарячої" частини двигуна істотно нижче, ніж "холодний", і ремонт, пов'язаний із заміною лопаток турбіни може бути в 10 разів дорожче, ніж при заміні лопаток компресора двигуна [3, 4]. Тому збільшення ресурсу лопаток турбіни має важливе значення. При експлуатації ГТД, робочі лопатки турбіни зазнають підвищених теплових, механічних та вібраційних навантажень. Численні дослідження, проведені у різних науково-дослідних інститутах, показали, що дефекти деталей гарячої частини двигуна є однією з найпоширеніших причин відмов, що призводять до знімання та ремонту всього двигуна. При цьому суттєвим фактором, що призводить до зміни експлуатаційних характеристик авіаційних турбін, є високотемпературна газова корозія робочих та соплових лопаток.