Una estrategia integral para mejorar la precisión de fabricación de álabes de turbina
Como componente clave de la conversión de energía dinámica de gas, la precisión dimensional de las palas de la turbina no solo está relacionada con si la turbina de gas se puede instalar sin problemas, sino también es la clave para garantizar su funcionamiento seguro. Las piezas de las palas de las turbinas son superficies espaciales complejas con espesores desiguales, y el proceso de fundición de precisión de inversión indefinida es complicado, en el que cada etapa tiene un impacto en la precisión dimensional de la pala final, y es difícil tener en cuenta las características geométricas de flexión y deformación por torsión de la hoja y curvatura de la hoja únicamente basándose en el método de reducción de la superficie del molde. Durante el proceso desde el molde de cera hasta la fundición de la paleta, no solo se producirá una contracción del volumen, sino que también las características geométricas cambiarán hasta cierto punto, lo que provocará que el tamaño de la fundición esté desalineado. Por lo tanto, en el proceso de producción real, cada eslabón de la fabricación de álabes de turbina debe medirse y controlarse con precisión. Ya en la década de 1970, el Reino Unido y los Estados Unidos lograron resultados notables en la tecnología de control del núcleo y se utilizan para la fundición. En los últimos años, los escáneres ópticos y la medición computarizada por tomografía industrial (CT) de los álabes de un motor de turbina de gas en países extranjeros requieren que la precisión de la medición de los álabes se controle entre 50 y 80 μμm, y la tolerancia permitida se controle dentro de ±±0,5 mm. Además, mediante el registro con el modelo CAD, la distorsión y deformación de cada parte de la pala se puede reflejar directamente [51-52].
Debido al papel fundamental de las palas y la dificultad de la tecnología de fabricación, el control de la forma de las palas de las turbinas se considera una tecnología fundamental en los países extranjeros y los resultados de sus investigaciones rara vez se divulgan. La tecnología de prueba de palas de motores de turbinas de gas en China aún se encuentra en un proceso de desarrollo. En términos de estándares de tecnología de prueba, los estándares de referencia de la industria de la aviación nacional son solo HB5647-98 y HB20126-201. Por lo tanto, algunos fabricantes nacionales e instituciones de investigación han presentado sus propios requisitos técnicos de prueba y aceptación para la aceptación interna, lo cual es conveniente para la gestión de aplicaciones. En este proceso, combinaron medios de tecnología de medición extranjera y, según si el dispositivo de medición está en contacto con el objeto medido, el método de medición del álabe del motor de turbina de gas se divide en contacto y sin contacto. Los métodos de medición por contacto incluyen principalmente: método de medición de plantilla estándar, método de medición de inductancia y método de medición de tres coordenadas. Los métodos de medición sin contacto incluyen principalmente: medición de escaneo láser, detección ultrasónica, medición de visión artificial y medición de CT industrial [53]. Además, en la actualidad, algunos investigadores han llevado a cabo investigaciones sobre el control del tamaño de las palas basado en simulación numérica, y la acumulación y transmisión de errores basada en big data y simulación numérica se ha convertido en un método importante para el desarrollo futuro.
Basado en las características estructurales y las características del proceso de fundición de las palas de turbina de gas cilíndricas/de cristal único, el control de la precisión dimensional de todo el proceso de fundición de precisión es la clave para mejorar la tasa calificada del tamaño de las palas. En base a esto, este grupo de investigación adopta el método de medición de escaneo láser 3D y el método de medición CT industrial, combinados con métodos de detección ultrasónica y de coordenadas tridimensionales, para realizar la detección de defectos y la medición del tamaño para el proceso de preparación de todo el proceso de las palas de los motores de turbinas de gas. (pieza en bruto de molde de cera, pieza en bruto de núcleo, núcleo de cerámica, núcleo de prensa de cera, carcasa de molde con cera, carcasa de molde sin cera, fundición). Se estableció la precisión dimensional y el modelo de control de errores de todo el proceso de preparación de palas de turbina.
HIGO. 18 muestra el análisis de los resultados de la medición del tamaño de las palas de aspectos clave como la pieza en bruto, el núcleo y la fundición de palas de turbina de gran tamaño de un determinado tipo de turbina de gas desarrollada por nosotros. Para piezas fundidas, consulte DCPG5 en GB/T 6414−−2017, la tolerancia permitida es ±±0.5 mm y se requiere que la precisión de la medición se controle a 120 μμm; La tolerancia permitida del núcleo cerámico es ±±0,3 mm y se requiere controlar la precisión de la medición a 80 μμ.
metro. En el proceso de desarrollo de las palas, se realizará un control de la precisión dimensional de todas las palas preparadas durante todo el proceso, y se analizarán con la ayuda la precisión dimensional y los errores en las etapas de pieza en bruto, núcleo y fundición durante el proceso de preparación de las palas del motor de turbina de gas. del software de verificación inversa Geomajic-Control o GOM. Se revelaron preliminarmente la desviación dimensional y la ley de deformación de todo el proceso de preparación de la hoja. Los resultados muestran que los métodos de medición no destructivos, como el escaneo láser 3D, la tomografía computarizada industrial y las pruebas ultrasónicas, pueden cumplir con los requisitos de precisión de medición de un determinado tipo de álabe de motor de turbina de gas. El método de medición por escaneo láser tridimensional puede obtener el contorno de los componentes intermedios clave, como la pala, el molde de cera y el núcleo cerámico del motor de turbina de gas, y puede evaluar con precisión la deformación torsional de la pala. La TC industrial no solo puede detectar los defectos internos del núcleo cerámico, el molde de cera y la carcasa del molde, sino que también puede medir el contorno, la estructura de la cavidad interna, el espesor de la pared y otras partes clave con alta precisión. La inspección ultrasónica puede medir con precisión la estructura del espesor de la pared del molde de cera y la cuchilla. Estos métodos de medición avanzados garantizan la medición del tamaño y el control preciso de todo el proceso de álabes de turbina de gran tamaño, especialmente la medición del tamaño de la carcasa del molde basada en la tecnología de detección CT industrial, que puede extraer la estructura de la cavidad interna de la carcasa del molde y comparar. con el modelo, logrando así una medición precisa del tamaño de la carcasa del molde, lo cual es imposible de lograr con los métodos de medición tradicionales.
En la actualidad, los métodos de prueba que se están madurando gradualmente y se incorporan a la aplicación de ingeniería de las palas de los motores de turbinas de gas acortan en gran medida el ciclo de desarrollo de las palas, mejoran la tasa calificada de tamaño de las palas y reducen el costo de las palas. Sin embargo, en lo que respecta a las palas de los motores de turbina de gas, todavía existen las siguientes deficiencias: especificaciones técnicas y sistema estándar incompletos para las pruebas de las palas, falta de medios técnicos de verificación eficaces, acumulación insuficiente de datos relacionados con el cambio dimensional y acumulación de errores durante la preparación de las palas, y falta de autoconocimiento. -Software desarrollado para medir y analizar el tamaño de las palas. Con la amplia aplicación de la tecnología informática en el campo de la fabricación de palas, la tecnología de fabricación inteligente basada en el aprendizaje automático y la simulación numérica también desempeñará un papel importante en el control de errores de todo el proceso de la pala, a fin de mejorar la precisión del control del tamaño. de la hoja.
