大修航空发动机涡轮叶片的检修技术.doc

行业资料：_大修航空发动机涡轮叶片的检修技术单位：_部门：_日期：_年_月_日第 1 页 共 12 页大修航空发动机涡轮叶片的检修技术介绍了涡轮叶片的清洗、无损检测、叶型完整性检测等预处理，以及包括表面损伤修理、叶顶修复、热静压、喷丸强化及涂层修复等在内的先进修理技术。涡轮叶片的工作条件非常恶劣，因此，在性能先进的航空发动机上，涡轮叶片都采用了性能优异但价格十分昂贵的镍基和钴基高温合金材料以及复杂的制造工艺，例如，定向凝固叶片和单晶叶片。在维修车间采用先进的修理技术对存在缺陷和损伤的叶片进行修复，延长其使用寿命，减少更换叶片，可获得可观的经济收益。为了有效提高航空发动机的工作可靠性和经济性，涡轮叶片先进的修理技术日益受到发动机用户和修理单位的重视，并获得了广泛的应用。1.修理前的处理与检测涡轮叶片在实施修理工艺之前进行必要的预处理和检测，以清除其表面的附着杂质；对叶片损伤形式和损伤程度做出评估，从而确定叶片的可修理度和采用的修理技术手段。1.1清洗由于涡轮叶片表面黏附有燃料燃烧后的沉积物以及涂层和(或)基体经过高温氧化腐蚀后所产生的热蚀层，一般统称为积炭。积炭致使涡轮效率下降，热蚀层会降低叶片的机械强度和叶片表面处理的工艺效果，同时积炭也掩盖了叶片表面的损伤，不便于检测。因此，叶片在进行检测和修理前，要清除积炭。1.2无损检测在修理前，使用先进的检测仪器对叶片的叶型完整性和内部结构进行检测，以评估磨损、烧熔、腐蚀、掉块、裂纹、积炭和散热孔堵塞等损伤缺陷情况，从而指导叶片的具体修理工艺。目前，CT已经成为适用于测量涡轮叶片壁厚和内部裂纹的主要方法。一台CT机由x辐射源和专用计算机组成。检测时，辐射源以扇形释放光子，通过被检叶片后被探测器采集。其光子量和密度被综合后，产生一幅二维层析x光照片，即物体的截面图，从中分析叶片内部组织结构，得出裂纹的准确位置及尺度。连续拍摄物体的二维扫描，可生成数字化三维扫描图，用于检测整个叶片的缺陷，还可检测空心叶片冷却通道的情况。CT可探测到10-2mm级的裂纹。1.3叶型的精确检测目前，在坐标测量机(CMM)的基础上，编制微机控制自动检测所用的应用软件，发展研制了检测涡轮叶片的叶身几何形状的坐标测量系统(CMMS)，可自动检测叶身的几何形状，并与标准叶型比较；自动给出偏差检测结果，来判断叶片的可用度和所需采用的修理手段。不同CMMS制造商所采用的测量方法有所不同，但都有以下共同点：自动化程度高；检测速度快，通常一个叶片在1分钟内检测完毕；检测结果精度高；软件扩充性好，只要修改标准叶型数据库就可以适用不同型号的叶片的检测。2.叶片修理技术采用先进的叶片修理技术，修复叶片表面以及内部的缺陷，恢复甚至增强其原有的性能等，这都将大大降低发动机的寿命周期费用，有效提高其经济性。目前国内外在涡轮叶片修理中所应用的工艺和技术主要有以下几种。2.1表面损伤的修理如果经检验，叶片表面的微小裂纹或者由烧蚀、腐蚀所导致的缺陷尺度在允许修理范围内，则对其进行修补。目前先进的修补方法有以下几种。一是活化扩散愈合法。其原理及工艺特点是借助低熔点焊接合金把高温合金粉末注入裂纹中，通过液相烧结使焊接合金同时向高温合金粉末和基体金属中扩散，从而使裂纹得到愈合。另外一种方法是激光熔覆，是利用一定功率密度的激光束照射(扫描)覆于裂纹、缺陷处的合金粉末，使之完全融化，而基材金属表层微熔，冷凝后在基材表面形成一个低稀释度的包覆层，从而弥合裂纹及缺陷。2.2叶顶的修复对于叶片受损(主要是磨损、腐蚀和硫化)的顶部，可用等离子电弧焊及钨极惰性气体保护焊来修复，即先堆焊上合适的材料，再磨削到所要求的叶片高度。钴基合金抗热腐蚀性能好，是一种合适的堆焊材料。经验表明，合金结合此工艺修复的叶片具有良好的结构完整性。除焊修外，低压等离子喷涂涂层，已成功地用于修复叶片的顶部了，涂层厚度为。2.3热静压热静压是将叶片保持在温度和压力的热等压条件下，可用于以下目的修复：消除焊后存在于金属中的内应力；冶金成分退化修复，涡轮叶片在工作过程中会沿晶界出现脆生相，将降低叶片的塑性和强度，热静压固溶处理可有效恢复叶片结构的退化情况；低循环疲劳的修复；蠕变损坏的修复。热静压可恢复叶片原有的强度极限和延伸率，延长蠕变断裂寿命。2.4喷丸强化喷丸是以高速弹丸流撞击受喷工件表面，在受喷材料的再结晶温度下进行的一种冷加工方法。叶片喷丸强化可提高抗疲劳和抗应力腐蚀性能。它是利用高速弹丸在撞击叶片时，叶片表面迅速伸长，从而引起表层材料在一定深度范围内的塑性流动塑性变形。变形层的深度取决于弹丸撞击程度和工件材料的力学性能，通常变形层深度可达。改变喷丸参数，也可以得到合适的变层深度。当喷丸引起叶片表层材料塑性变形时，与表层相邻的次表层材料也将由于表层变形而变形。但与表层相比较，次表层的变形程度较小，未达到该材料屈服点而保持弹性变形状态，因此，表层与次表层的这种不均匀塑性变形，能引起材料受喷后的残余应力场（即应力分布）的改变。试验表明，喷丸后表层呈现残余压缩应力，而在一定深度的次表层则为拉伸应力。表层的残余压缩应力可比次表层的拉伸应力高达数倍。这种残余应力分步模式很有利于疲劳强度和抗应力腐蚀性能的提高。2.5涂层修复许多性能先进的航空发动机涡轮叶片已应用涂层技术提高其抗氧化、抗腐蚀、耐磨、耐高温性能以及涡轮的气动效率，但叶片在使用过程中涂层会不同程度地缺损，因此，在叶片修理时都要对防护涂层进行修复，一般都要将原涂层剥落，重新涂覆新的涂层。另外，原没有涂层的涡轮叶片，也可以在叶片基体表面涂覆防护涂层，以提高叶片的工作可靠性和使用寿命。目前，涡轮叶片所应用的涂层种类主要有抗氧化耐腐蚀涂层、金属基陶瓷热障涂层、耐磨涂层主要用于叶冠和叶根、封严涂层等，所采用的涂层制备工艺主要有以下几种。扩散渗金属法：将某种防腐蚀金属的化学成分在高温下从填充物中释放，转移到部件上并扩散到里面，形成部件防腐的致密层。热喷涂工艺：采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧作热源，将金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化、喷射沉积到工件表面而形成附着牢固的表层的方法。物理沉积工艺及化学相沉积工艺：通过金属或化学成分的蒸气相迁移到基体金属表面。此工艺受到工装设备的限制，应用较少。由于涡轮叶片工作环境恶劣、合金材料价格贵，其机械状态检测和修理受到航空动力界更多的重视。多年的实践表明，先进的修理技术在航空发动机涡轮叶片的维修中的广泛应用，在很大程度上有效提高了发动机的航线工作可靠性，降低了全寿命费用。当然，采用何种检测技术及修理工艺，也要充分考虑维修的经济性，因此，工艺复杂的维修技术一般只用于合金材料昂贵、制造工艺难度大的叶片。目前，在我国，航空发动机涡轮叶片的机上孔探检查已广泛使用，但叶片的先进的修理技术应用不多，这与我国自己制造的发动机叶片材料并不十分昂贵有关。但随着新型高性能的发动机研制生产，也将采用先进的涡轮叶片材料和制造工艺，这会使涡轮叶片的造价大幅增加。因此，对于国产航空发动机来说，涡轮叶片精确检测与先进修理技术也有着非常广阔的应用前景。第 7 页 共 12 页大倾角煤层综采工作面安全回采技术实践摘要:该文以刘桥一矿煤矿II466综采面为例,从顶底板的稳定性控制和支架结构参数设置两方面入手,对大倾角综采工作面关键回采技术进行了研究。关键词:大倾角煤层;综采;支护系统;稳定性控制引言大倾角煤层是指埋藏倾角大于35的煤层。近年来快速发展的高产高效技术,使大部分矿区浅部开采条件好的煤层储量将在较短的时限内枯竭,促使大倾角煤层的开采问题进入了人们的视野,并引起高度重视,如兖州矿区、淮南和淮北矿区等,要保持这些矿区高产高效和可持续发展就必须解决大倾角煤层的开采问题。一、刘桥一矿工作面概况及开采技术特点工作面位于陈集向斜东翼,刘桥向斜穿过工作面内,煤层形态受陈集向斜和刘桥向斜的控制,总体呈单斜形态。本工作面采用走向长壁后退式综合机械化采煤,全部垮落法管理顶板。采用MGTY400/930-3.3D采煤机螺旋滚筒截割落煤,滚筒截深0.8m,采煤机螺旋滚筒配合SGZ800/800刮板运输机铲煤板装煤,采用ZY6000/18.5/38(中部)、ZYG6000/18.5/38(端头)、ZT23200/18/35(风巷)自移液压支架支护顶板。工作面支架允许最大采高3.8m,最小采高2.05m,平均3.4m,循环进度0.6m。本面采用双滚筒采煤机双向割煤,往返一次进两刀。在大倾角煤层中实施综采,具有如下开采技术特点如下:(1)由于工作面倾角较大,顶板破断垮落岩块将沿底板向工作面下部采空区滑、滚,走向长壁开采时在工作面倾斜方向形成不均匀充填特征,从而导致工作面不同区域矿压显现不同;(2)在大倾角煤层中实施综采,存在支架-围岩系统的不稳定性,特别是会出现大倾角形成的大变形,倾斜方向的动荷载,采场设备的下滑倾倒等问题;(3)随着煤层倾角的逐渐增大,围岩对支护系统的稳定性要求变得更加明显,所以在整个支护系统的布置上,既要考虑其支护阻力的大小,更要注意其整体稳定性控制。二、大倾角煤层综采关键技术1、支架-围岩相互作用关系通常所说的采场支架-围岩相互作用体系即老顶-直接顶-支架-底板系统。在这个系统中,支架与围岩是相互作用相互影响的,围岩的运动状态影响支架的工作状况和承载特性,而支架的工作状况又反过来影响到围岩稳定性的控制效果。因此把支架-围岩看作是一个相互作用和共同承载的力学体系,合理调节和处理支架-围岩相互作用关系,是大倾角煤层综采取得成功的关键。2、支架受力状况分析在工作面整个支护系统中,液压支架是维护采场安全生产的结构物,是控制围岩稳定的主要手段。3、支护系统稳定性控制措施就采场支护系统而言,工作面支护的直接对象是直接顶岩层,通过直接顶间接地对老顶的活动起一定的控制作用。在整个支护系统中,支架并不是孤立存在的,而是处在一个由围岩组成的支护体系之中,因此该支护体系的整体稳定性与工作面顶底板的运移、破坏规律及支架固有的结构与参数有密切关系。3.1顶板稳定性控制直接顶的厚度:老顶岩层对工作面顶板压力的影响主要取决于直接顶的厚度,也就是说,老顶离煤层越远,即直接顶厚度越大,破断后形成的缓慢下沉式平衡的可能性也越大。II466工作面直接顶厚度为13m,这样好的顶板条件为整个支护系统稳定性控制提供了天然保障。来压期间顶板控制措施:随着工作面的推进,顶板来压时,破断岩块的重量与支架的稳定性成反比例关系,即直接顶跨落岩块的范围越大,施加于支架上的荷载越大,整个支护系统的稳定性也就越差。现场可采取的控制措施:顶板来压期间,应增大支架的初撑力和工作阻力,确保支护到位;支架基本垂直顶底板支设,迎山角不超过35,不得有退山现象,要确保与顶板接触严密,不允许空顶,不出现线接触移架必须一次到位,避免反复支撑顶板。3.2支架本身支架自身固有的结构及参数对整个支护系统的稳定性有显著影响,主要有支架的初撑力、工作阻力及支架底座宽度、支撑高度和支架重量等。支架的初撑力、工作阻力:由支架的受力状况分析可知,为了控制支架下滑,从提高支架整体稳定性角度出发,支架必须保证一定的初撑力,并在工作时充分利用工作阻力。刘桥一矿II466大倾角工作面,所选支架型号为ZY6000/18.5/38,其初撑力为3524kN,工作阻力为4400kN,支护强度满足顶板压力的要求。为提高支架的初撑力,应保持支架处于完好状态,不漏液、串液、不自动卸载,并及时检查供液管路,减少泵站压力损失。支架底座宽度D和支撑高度h:支架底座越宽,支撑高度越低,稳定性越好。现场可采取的措施有:加大支架底座面积,确保支架与煤层底板接触状况良好,既能使底板对支架的支撑力分布合适,又能确保支架加大工作阻力时不破坏煤层底板;严格控制采高,确保采煤高度在2.83.3m,并保持顶板割平,防止支架顶梁与顶板点接触或线接触。支架重量G:由于支架重量与稳定性成反比例关系,因此,只要支护强度能满足要求,应尽量减轻支架重量,以提高其稳定性。由于本工作面支架选型已经完成,支架本身的重量已经无法改变,在回采中主要是采取加快推进速度,由每班采2刀增加到每班采3刀,以避免破断的直接顶荷载长时间作用在支架上。3.3底板稳定性控制大倾角煤层开采后不仅引起工作面顶板岩层的移动和破坏,也将导致底板岩层沿工作面倾斜方向向下滑移。底板的这种滑移、破坏使大部分支架失去了理想的支撑基础,降低了支护体系刚度,增强了支架失稳破坏的趋势。影响底板破坏的因素主要有煤层倾角、支架与底板岩层间的摩擦等。煤层倾角:II466工作面煤层倾角平均为28.8,由于本工作面煤层倾角大,增强了底板失稳、滑移、破坏的趋势。底板摩擦因数:底板摩擦力越大,支架需要的抗滑力就会越小。为提高底板摩擦力,现场可采取以下措施:采煤机割煤后应及时清理工作面浮煤,避免因浮煤引起底板与支架底座之间摩擦力的减小;及时处理顶板淋水,并定期检查支架乳化液管路及各部位密封情况,以防因水的原因而降低了底板摩擦系数。三、结论(1)大倾角煤层综采技术的核心是工作面支护系统的稳定性。随煤层倾角增大,上覆岩层重力的切向分力增大而法向分力减小,因此工作面支护系统所受的工作载荷变小,而引起支护系统失稳的外载加大,所以,工作面岩层控制的重点不仅仅是提高支护系统的工作阻力,还应加强支护系统的整体稳定性。(2)采场支架并不是孤立存在的,而是处在一个由围岩组成的支护体系之中,该支护体系的整体稳定性与工作面顶底板的运移、破坏规律及支架固有结构与参数有密切关系。(3)大倾角煤层开采后不仅引起工作面顶板岩层的移动和破坏,也将导致底板岩层在一定范围的移动和破坏。参考文献:1钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制M.徐州:中国矿业大学出版社,xx,11.2余本胜,周胜贵,鄂长银.大倾角软煤层综采工作面矿压显现规律研究J.煤炭工程,xx,(4):5557.第 11 页 共 12 页行业资料本文至此结束，感谢您的浏览!（资料仅供参考）下载修改即可使用第 12 页 共 12 页