WYŻSZA SZKOA
A OFICERSKA SIA
POWIETRZNYCH
W D
BLINIE
KATEDRA PA
ATOWCA I SILNIKA
PRACA Z PRZEDMIOTU TECHNOLOGIA LOTNICZA I KOSMICZNA
PRODUKCJA A
OPATEK SPR
ŻAREK TURBINOWYCH SILNIKÓW
ODRZUTOWYCH
A
opatki wirnika sprężarki są jednym z głównych elementów silnika odrzutowego. Tysiące
takich łopatek obracają się z prędkością do 400 obrotów na sekundę. Sprężone w ten sposób
powietrze jest tak gęste i gorące, że dosłownie wybucha w chwili, gdy w komorze dodaje się doń
paliwo.
W silniku odrzutowym wielkie tytanowe łopatki sprężarki niskiego ciśnienia zagęszczają
powietrze zanim zostanie ono podane na sprężarkę wysokiego ciśnienia gdzie sprężanie jest ono
jeszcze bardziej przez łopatki wykonane ze stopu niklu. Powietrze o temperaturze ponad 600 stopni
Celsjusza trafia do komory spalanie gdzie po zmieszaniu z paliwem eksploduje dając siłę ciągu.
Produkcja łopatek zaczyna się od granulatu (Zdj.1), który umieszczany jest na specjalnym
mechanizmie taśmowym (Zdj.2).Ceramiczna powłoka chroni metal przed utlenianiem się w trakcie
wygrzewania.
Zdj.1 Zdj.2
Każdy kołek ogrzewany jest przez 15 minut w temperaturze 980 stopni (Zdj.3). W tym
samym czasie specjalny robot pokrywa smarem matrycę prasy (Zdj.4).
Zdj.3 Zdj.4
Po rozgrzaniu kołki trafiają do pierwszej matrycy, która formuje je pod naciskiem 1000 ton
(Zdj.5). Po chwili wstępnie uformowane elementy trafiają do drugiej matrycy nadającej im surowy
kształt łopatek(Zdj.6), a następnie schładzane są wodą.
Zdj.5 Zdj.6
Po schłodzeniu specjalny robot szlifuje krawędzie łopatek(Zdj.7). Trzon łopatki zwany
jaskółczym ogonem zostanie obrobiony póz
niej. Po takiej obróbce otrzymujemy gotowy szlif
łopatki (Zdj.8)
Zdj.7 Zdj.8
Po nałożeniu kolejnej ceramicznej warstwy ochronnej na łopatkę (Zdj.9), trafia ona znów do
pieca o temp 980 stopni (Zdj.10), a następnie jest schładzana. Ogrzewanie i studzenie hartuje metal
czyniąc go bardziej wytrzymałym.
Zdj.9 Zdj.10
Prasa o nacisku 1600 ton nadaje łopatce ostateczny kształt (Zdj.11). Podczas gdy kolejna
prasa odcina naddatek materiału (Zdj.12). Takie ukształtowanie profilu trwa około godziny.
Zdj.11 Zdj.12
Zanim jaskółczy ogon zostanie obrobiony automat sprawdza wymiary wykonanego
elementu (Zdj.13). Jeśli błąd jest większy niż 2,5 �m element ten nie może być zakwalifikowany do
eksploatacji. Po takiej analizie element zostaje umieszczony w formie, w której zostanie zalany
ochronną warstwą cyny i bizmutu (Zdj.14).
Zdj.13 Zdj.14
Po zastygnięciu całość wygląda tak (Zdj.15)Przyszły jaskółczy ogon wystaje z brzegu
kostki, a całość trafia do automatu frezarskiego, który nadaje ostateczny kształt jaskółczemu
ogonowi(Zdj.16).
Zdj.15 Zdj.16
Następnie usuwany jest odlew, który chronił powierzchnie łopatki w czasie obróbki trzonu.
W tym celu element umieszczany jest w hydraulicznym siłowniku, który uderza w punkt
przełamania, przebijając osłonę na pół (Zdj.17). Gotowa łopatka jest nietknięta (Zdj.18).
Zdj.17 Zdj.18
Drukarka umieszcza na trzonie numer identyfikacyjny (Zdj.19). Po tym elementy zanurza
się w płynie, który wypełnia wszystkie ubytki w metalu celem sprawdzenia łopatek (Zdj.20).
Zdj.19 Zdj.20
To bardzo ważna kontrola, ponieważ nawet najmniejsze pęknięcia mogłoby spowodować
uszkodzenie silnika. Inspekcje prowadzi się w ultrafiolecie. Świecące kropki na powierzchni tej
łopatki wskazują miejsca mikropęknięć i osłabień (Zdj.21). Na jaskółczy ogon nakłada się dwa
paski silikonu, który będzie stanowił uszczelnienie, kiedy zaczep zostanie umieszczony w szczelnie
bębna sprężarki (Zdj.22).
Zdj.21 Zdj.22
Po takiej obróbce produkcja łopatki jest zakończona (Zdj.23). Pozostaje jedynie
umieszczenie jej w odpowiednich pudełkach podpisanych numerem serii i wysłanie do odbiorców
(Zdj.24).
Zdj.23 Zdj.24
Widzimy więc ze proces produkcji łopatek jest bardzo skomplikowany. Podczas ich
kształtowania elementy wielokrotnie poddawane są wysokiej temperaturze, hartowaniu,
galwanizacji itp. Dlatego też ze względu na to, że w silnikach turbinowych łopatki montowane są
tak licznie, wytwarza się je w warunkach produkcji wielkoseryjnej, nawet wtedy, gdy produkcja
silników jest jednostkowa. Koszt i czasochłonność wytwarzania łopatek stanowi zazwyczaj od 20%
do 35% kosztu i czasochłonności produkcji silnika. Podczas eksploatacji łopatki poddawane są:
�� Rozciąganiu i zginaniu pod wpływem sił odśrodkowych
�� Zginaniu i skręcaniu pod wpływem sił aerodynamicznych
�� Wpływowi zmiennych naprężeń spowodowanych drganiami
�� Wpływowi podwyższonej lub wysokiej temperatury
�� Zmęczeniu cieplnemu spowodowanemu gwałtownymi zmianami temperatury silnika
�� Erozji pyłowej, wodnej i gazowej
�� Korozji elektrochemicznej i gazowej wysokotemperaturowej w miejscach połączeń
W jednakowych warunkach obciążenia trwałość i niezawodność łopatek sprężarki i łopatek
turbiny zależą od wielu czynników, między innymi od:
�� Cech konstrukcyjnych łopatek zapewniających wyrównanie występujących naprężeń
i brak ich koncentracji,
�� Zastosowanych materiałów i ich stanu po ukształtowaniu półfabrykatu,
�� Stanu uzyskanej warstwy wierzchniej (chropowatości, znaku i wartości naprężeń
szczątkowych, stopnia umocnienia itp.),
�� Rodzaju i właściwości okrycia.
Trzy ostatnie z wymienionych czynników są bezpośrednio związane z procesem
produkcyjnym łopatki można sklasyfikować, przyjmując za kryterium:
�� przeznaczenie - wirnikowe (robocze) łopatki sprężarki, wirnikowe łopatki turbiny,
łopatki kierujące sprężarki, łopatki dyszowe turbiny,
�� cechy konstrukcyjne - pełne, wydrążone, wydrążone z deflektorem, z kanałami,
spajane z dwóch połówek' chłodzone transpiracyjnie, polikrystaliczne,
monokrystaliczne,
�� metody wykonania - przerabiane plastycznie (kute, walcowane, prasowane),
odlewane, spawane, spiekane.