Аналіз конструкції та умов роботи виробу

 

Газотурбінний двигун – це габаритна і складна конструкція, яка служить для перетворення теплової енергії в механічну. Важливими конструкційними деталями ГТД є соплові лопатки, які визначають його ресурс, так як працюють при великих нанвантаженнях. Вони підвергаються високотемпературному окисненю та гарячій корозії від продуктів згорання палива, до складу якого зазвичай входять мікродомішки азоту, сірки, ванадію, та аніони хлору. Лопатки соплового апарату першої ступені підвергаються найбільш високих температур газового потоку, виходячих безпосередньо з камери згорання. Напруження, виникаючі від газових сил та від зміни температури, відносно невеликі. Проте в лопатках соплового апарату виникають високі циклічні термічні напруження, повязанні з постійними змінами режимів роботи ГТД. Соплові лопатки швидко прогріваються при запуску установки і швидко охолоджуються при її зупинці.[2] Необхідність захисту лопаток від дії теплового потоку потребує, щоб сучасні захисні покриття володіли високою корозійною стійкостью та служили термічним бар'єром по відношеню до теплового випромінювання продуктів згорання палива.

Такого типу покриття на лопатках зазвичай виконують шляхом плазменого нанесення захисних шарів з кераміки, володіючими низькою теплопровідністю. Найбільш підходящим матеріалом являеться диоксид ZrО₂

Лопатки мають складну конфігурацію. З середини соплова лопатка оснащена багатьма каналами та отворами для охолодження її під час роботи. Це один із методів захисту її від дії високої температури. Але цього мало для запобігання руйнації її робочої поверхні.

При роботі ГТД на лопатку діє струмінь продуктів згоряння палива. Тобто, вона працює у режимі високих температур (Т = 950 – 1050 ˚С) протягом довгого проміжку часу. Саме тому виготовляють такі деталі із жаростійкого сплаву. А також наносять теплозахисне покриття (ТЗП), тобто покриття, яке матиме якомога менший коефіцієнт теплопровідності.

ТЗП, в першу чергу, повинно захищати основний матеріал лопатки від руйнуючої дії температури та корозійних пошкоджень.

Пошкодження також можуть виникати у вигляді розтріскувань та відшарувань матеріалу покриття від основи. Ці дефекти вважаються недопустимими. Утворення їх пояснюється різницею коефіцієнта температурно розширення (КТР) між матеріалом основи і самим покриттям.

Більш високими експлуатаційними властивостями характеризуються покриття з плавною зміною складу при переході від металевої основи до поверхневого керамічного шару.

Саме для цього частіше теплозахисні покриття наносять з тришаровою структурою (рис. 1.1)

 

Рис. 1.1. Тришарова структура.

1 – основа;

2 – підшар (Со-Сr-Al-Y-Si);

3 – проміжний шар (Со-Сr-Al-Y-Si + 15% ZrО₂ (7% Y₂О₃));

4 – теплозахисний шар (ZrО₂ (7% Y₂О₃));

 

Шари відрізняються між собою коефіцієнтом температурно розширення. Проміжний шар напилюється із суміші порошків для підшарку і теплозахисного шару для зменшення різниці КТР.

Це залежить від поверхневих фізико-хімічних процесів, що проходять при напиленні. Внаслідок удару об поверхню розплавленої частинки вона деформується і набуває форму луски.

Так, як незалежно від способу отримання порошку його частинки відрізняються одна від одної розмірами, формою та іншими признаками. Переведення вихідного матеріалу в порошковий стан дуже рідко є кінцевою стадією тієї чи іншої технології. У більшості випадків частинки порошку мають складну неправильну форму, для точного опису геометрії якої потребується велике число параметрів, головним з яких, як правило, є розмір частинок.[3].

На практиці для отримання необхідного розмірного діапазону грубо дисперсного порошку застосовують метод ситового аналізу (ДСТУ 2640-94 (ГОСТ 18218-94) [4]).