Лопатки турбины высокого среднего и низкого давления

Когда слышишь про лопатки турбины высокого давления, сразу представляешь идеальные профили из учебников. На практике же геометрия каждой ступени — это компромисс между КПД и ресурсом, причём для СНД и СВД этот баланс вообще разный.

Почему средняя ступень чаще ?вылетает? первой

Вот смотрю на остатки лопаток среднего давления после вскрытия ГТД-110. Там трещины по переходной зоне пера к замку — классика. Всегда думал, что ВД берёт на себя основной температурный удар, а оказалось, СД работает в зоне резонансных частот при переходных режимах.

На стенде в ООО Дунгуань Кэхуатун Электроника Технологии как-раз показывали осциллограммы вибраций. Для лопаток низкого давления амплитуда меньше, но там своя беда — эрозия тыльной кромки от капель влаги. Кстати, их сайт https://www.dgkhtparts.ru выложил любопытные данные по усталостным испытаниям — там видно, как меняется предел выносливости после плазменного напыления.

Запомнился случай с модернизацией Т-100 — перешли на монокристаллические сплавы для ВД, а для СД оставили дешевый ЖС6У. Через 800 моточасов получили шестимиллиметровые зазоры из-за ползучести. Пришлось экстренно заказывать партию с добавкой рения — благо, у Кэхуатун как раз была готовая оснастка для подобных доработок.

Технологические тонкости, которые не пишут в ТУ

Если для лопаток турбины низкого давления допуск на крутку ±0.3° ещё как-то выдерживается, то для ВД те же 0.1° иногда становятся проблемой. Особенно после замены фрез с немецких на китайские — пришлось вводить поправку на температурное расширение станины.

В их цеху в Сунху Чжигу обратил внимание на систему промывки после ЭХО — для лопаток среднего давления используют щелочной раствор, а для ВД с защитным покрытием только деионизированную воду. Мелочь, но без этого ресурс падает на 15-20%.

Самое сложное — балансировка пакетов СНД. Помню, собирали узел где три ступени — последнюю пришлось перетачивать четыре раза. Опытный технолог из Кэхуатун тогда предложил сместить центр масс на 0.05 мм против направления вращения — сработало.

Ошибки при ремонте, которые дорого обходятся

Никогда не понимал коллег, которые счищают задиры на лопатки турбины высокого давления абразивными лентами. После такой ?доводки? усталостная прочность падает в разы. Правильнее — электрохимическая обработка, но её могут позволить только предприятия уровня Кэхуатун с их лабораторией на 3000 м2.

Был у нас казус с термобарьерным покрытием — нанесли равномерно, но при обкатке на лопатках низкого давления появились сколы. Оказалось, проблема в субстрате — перед напылением не провели ионную очистку. Теперь всегда спрашиваю у поставщиков про предподготовку.

Самое обидное — когда для лопаток среднего давления используют ремонтные размеры не по госту, а ?как у соседей?. В результате замки недожимаются, появляется фреттинг-коррозия. Пришлось разрабатывать собственный альбом технологических карт — частично использовали наработки китайских коллег.

Что действительно влияет на межремонтный ресурс

Для лопаток турбины высокого давления критичен не столько состав сплава, сколько режим термообработки. Видел как одна партия ВД-лопаток от проверенного поставщика пошла с разнотвёрдостью в 3-4 единицы HRC — пришлось отправлять на переотпуск.

У Кэхуатун в декабре 2021 года как раз внедрили систему лазерного маркирования каждой лопатки турбины низкого давления — теперь можно отследить полную историю эксплуатации. Неожиданно выяснилось, что лопатки из одной плавки ведут себя по-разному в зависимости от позиции в турбине.

Самое важное — контроль состояния замков. Для лопаток среднего давления разработали специальный шаблон с пневмодатчиками. Раньше зазоры мерили щупами, погрешность достигала 0.08 мм. Сейчас отклонение больше 0.01 мм — уже повод для углублённой диагностики.

Перспективные материалы и ограничения

Пробовали ставить керамические напыления на лопатки турбины высокого давления — теоретически должно держать +150°C к рабочей температуре. Но при термоциклировании появляются микротрещины. В ООО Дунгуань Кэхуатун Электроника Технологии сейчас экспериментируют с градиентными покрытиями — слой за слоем меняют коэффициент теплового расширения.

Для лопаток низкого давления интересно выглядит армирование углеродным волокном — но пока только для стационарных турбин. В авиации не проходит по вибронагруженности.

Самое перспективное — аддитивные технологии для лопаток среднего давления. Кэхуатун уже показывали опытные образцы с внутренними каналами охлаждения сложной формы. Правда, пока цена такого изделия в 4 раза выше литого аналога.