Analiza stosowanych technologii obróbki powierzchni zamka tarczy sprężarki i turbiny gazowej

Abstract

Powierzchnie elementów połączeń zamkowych w turbinie i sprężarce są jednymi z najbardziej obciążonych powierzchni podczas pracy silnika turbinowego. Obecność agresywnego środowiska (gorący gaz z popiołem i domieszkami znajdującymi się w paliwie), wysoka temperatura pracy, ciśnienie, obciążenia od działania sił odśrodkowych, gazodynamicznych oraz powstające drgania wywołują wiele procesów prowadzących często do uszkodzenia połączenia zamkowego, a w efekcie nawet awarii lub zniszczenia silnika turbinowego. Wymienione czynniki wpływające na powierzchnie połączeń zamkowych prowadzą do wzrostu naprężeń i napięć kontaktowych, aktywizacji procesów zużycia frettingowego, powodują również erozję i pękanie zmęczeniowe. Najczęściej stosowanym typem połączenia łopatki z tarczą wirników sprężarki jest zamek trapezowy lub tzw. „jaskółczy ogon”, dla turbiny zaś – jodełkowe połączenie zamkowe. W procesie projektowania i wytwarzania zamka należy szczególnie uwzględnić stabilną pracę zespołu wirnikowego sprężarki i turbiny oraz żywotność całego silnika oraz wziąć pod uwagę: wysokie wymagania dotyczące składu oraz jakości materiałów tarczy i łopatek, niską obrabialność tych materiałów, skomplikowany kształt i wysokie wymagania dotyczące dokładności, a także wzajemnego położenia powierzchni oraz jakość warstwy powierzchniowej zamka. Takie wymagania można spełnić za pomocą różnych metod obróbki skra-waniem (przeciąganie, frezowanie), obróbki elektrochemicznej (ECM) lub elektro-erozyjnej (EDM). Metoda obróbki elektrochemicznej zamka ma wiele zalet w stosunku do obróbki skrawaniem, m.in.: możliwość obróbki materiałów przewodzących prąd z różnymi właściwościami mechanicznymi, zapewnienie wysokiej jakości warstwy powierzchniowej, dużą produktywność przy długim okresie eksploatacji elektrody. Dokładność obróbki zamków metodą ECM jest jednak bardzo niska. Metoda przeciągania pozostaje więc jedną z najczęściej używanych, a na etapie wykańczania – jedyną możliwą metodą tworzenia dokładnego zamka z wysoką jakością warstwy powierzchniowej.