ВСЁ О СЕЛЬСКОМ И ФЕРМЕРСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ В РОССИИ И СНГ

Сельское и фермерское хозяйство - отрасль народного хозяйства: хозяйственная деятельность в области земледелия, полеводства, животноводства, лесоводства, а так-же отрасль экономики, направленная на обеспечение населения продовольствием и получение сырья для ряда отраслей промышленности.

Лазерное сверление охлаждающих отверстий сложной формы для повышения эфективности в камерах сгорания турбинных двигателей

Цилиндрические отверстия охлаждения ранее использовались как промышленный стандарт для пленочного воздушного охлаждения на компонентах турбинных двигателей. Охлаждающие отверстия традиционно получали с помощью электроэрозионных машин (EDM)

лазерное сверлениеЦилиндрические отверстия охлаждения ранее использовались как промышленный стандарт для пленочного воздушного охлаждения на компонентах турбинных двигателей. Охлаждающие отверстия традиционно получали с помощью электроэрозионных машин (EDM) с круглым электродом, который медленно обрабатывал деталь до окончания формирования отверстия. Процесс занимал много времени и был достаточно дорогостоящим, потому что на типичной лопатке турбины двигателя расположено несколько сотен отверстий.

С развитием технологии покрытий изготовители компонентов турбин стали наносить керамическое теплозащитное покрытие (TBC) для защиты лопаток в связи с тем, что несколько лет назад было предложено увеличить температуру газа в турбине для достижения более высокой производительности. Это привело к тому, что стало невозможно использовать процесс EDM через TBC, нанесенное на лопатки и направляющие. Одно из главных ограничений процесса EDM заключается в том, что он требует проводящей поверхности материала, так как процесс идет при наличии электрической цепи.

Процесс получения отверстий сложной формы на турбинных лопатках развивался как двухступенчатый процесс механической обработки с ограничениями, обусловленными наличием TBC. Перед нанесением керамического непроводящего покрытия цилиндрические отверстия в лопатке сверлили с помощью лазера. Лазерное сверление концентрирует луч высокой энергии последовательного монохроматического света на поверхности лопатки и практически испаряет основной металл. Далее на поверхность лопатки наносят слой TBC для теплозащиты основного металла. При этом отверстия, полученные лазерным сверлением, могут быть частично перекрыты слоем TBC, таким образом уменьшая эффективность планируемой степени охлаждения лопатки. Обычно с помощью математических формул можно определить сужение отверстия, исходя из размера отверстия и толщины покрытия. Кроме того, покрытие TBC, нанесенное после сверления, также увеличивало завихрения в потоке охлаждающего воздуха.

На втором этапе механической обработки электрод EDM сложной формы подводился к каждому отверстию, выполненному ранее лазером, для того чтобы получить отверстие сложной формы с диффузором, выходящим на поверхность. Эта форма отверстия (в отличие от традиционного круглого отверстия) распределяет выходящий поток воздуха и обеспечивает более однородный эффект охлаждения поверхности. Но поскольку это был двухступенчатый процесс, вероятность не-совпадения отверстий и диффузоров препятствовала плавному течению потока воздуха. Весь процесс занимал достаточно много времени и требовал нескольких переустановок, чтобы получить лопатку в соответствии со спецификацией. Однако в то время этот технологический процесс помог изготовить следующее поколение компонентов турбинных двигателей.

Новые технологии скоростного лазерного сверления.
Сегодня на большинстве компонентов турбинных двигателей используется непроводящий слой TBC. Таким образом, окончательное формирование отверстия через слой TBC стало возможным благодаря последним разработкам в технологии лазерного сверления. Технология лазерного сверления уже не ограничивается только получением цилиндрического отверстия или диффузора. Современная технология лазерного сверления из двухступенчатого процесса превратилась в единый процесс, который формирует отверстия через TBC, слой подложки и основной сплав лопатки для получения готового изделия.

Современное лазерное сверление и инструменты для получения сложных форм могут обеспечить изготовление законченной лопатки при сверлении через керамическое теплозащитное покрытие. Прежний процесс требовал нанесения керамического покрытия после лазерного сверления и приводил к снижению качества готового изделия.

Технологический процесс позволяет сверлить сквозные отверстия в форме трапецоида, расположенного по ходу течения охлаждающего потока и раскрывающегося на поверхности лопатки. Благодаря этому охлаждающий воздух распределяется равномерно по выпуклым и вогнутым поверхностям лопатки. Увеличившаяся площадь поперечного сечения охлаждающего отверстия функционирует как распылитель, уменьшая скорость охлаждающих воздушных потоков, выходящих из отверстий. Низкая скорость воздушного потока обеспечивают более надежный контакт с поверхностью лопатки, что позволяет увеличить эффективность охлаждения через воздушную пленку.

Лазерное сверление отверстий сложной формы
Современные технологические процессы лазерного формирования отверстий учитывают также и более сложные схемы теплопередачи, которые выполняются за один установ на поверхности лопатки или других компонентах. Все охлаждающие отверстия получают с использованием одного лазерного источника, который легко формирует отверстие, обеспечивая сложные формы диффузора, которые ранее потребовали бы поэтапных процессов. Отверстия сложной формы создают однородный поток воздуха на поверхности лопатки для обеспечения схемы теплопередачи, заложенной инженером ранее.

Другое преимущество – окончательное сверление лазером в размер и получение готового компонента, поскольку все покрытия были нанесены до сверления. Механическое воздействие лазерного сверления и процесса формирования отверстия на TBC незначительно.

Лазер формирует направленные под нужным углом отверстия для управления потоком охлаждающего воздуха, проходящего через лопатку. Эта лопатка обработана и готова к заключительной проверке качества перед отгрузкой. Белая часть лопатки – керамическое теплозащитное покрытие для работы лопатки при более высоких температурах.