МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ГОУ ВПО ЛНР «ЛУГАНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ» Быкадоров В.В., Данилейченко А.А. Любченко Д.И. ПОВЫШЕНИЕ РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ КОМПРЕССОРНЫХ ЛОПАТОК С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛУЖИВАНИИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Монография Луганск 2019 1 УДК 629.7.036.3-253.5.004.15 Рекомендовано Ученым советом Луганского национального университета имени Владимира Даля Протокол № ____ от «___» ________ 20___ г. Р е ц е н з е н т ы: Васильев И. П., кандидат технических наук, доцент национального университета имени Владимира Даля Тырловой С. И., кандидат технических наук, доцент национального университета имени Владимира Даля Быкадоров В.В., Данилейченко А.А. Любченко Д.И. Повышение ремонтопригодности компрессорных лопаток с защитными покрытиями при техническом обслуживании газотурбинных двигателей: монография / Быкадоров В.В., Данилейченко А.А., Любченко Д.И. - Луганск: 2019. - 113 с. Табл.: 1. Граф.: 1. Ил.: 64. Библиогр.: 42 назв. Рассмотрены возможности повышения надежности характеристик газотурбинных двигателей при нанесении на лопатки компрессора эрозионно стойких защитных покрытий на основе нитрид титана с учетом необходимости улучшения ремонтопригодности таких лопаток при техническом обслуживании двигателей (средний и капитальный ремонты). Проанализирован опыт нанесения подобных покрытий авиационной промышленностью и последующий ремонт лопаток с изношенным в эксплуатации эрозионно стойким покрытием. Проведены теоретические и практические исследования с целью выявления оптимального варианта нанесения защитных покрытий для повышения эрозионной стойкости лопаток и снижения затрат на их последующий ремонт. Монография предназначена для студентов и аспирантов, которые проходят курс обучения по дисциплине «Двигатели летательных аппаратов» или по другой технической дисциплине в Луганском национальном университете имени В.Даля, для инженерно-технических работников, специализируются на вопросах эксплуатации и технического обслуживания газотурбинных двигателей. УДК 629.7.036.3-253.5.004.15 Быкадоров В.В., 20___ г. Данилейченко А.А., 20___ г. Любченко Д.И., 20____ Луганский национальный университет имени Владимира Даля, 20____ 2 Перечень сокращений, условных обозначений и терминов АРЗ (АРП) – авиационный ремонтный завод (предприятие) АТ – авиационная техника ВИАМ - Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов ВНА – входной направляющий аппарат ГВТ – газо-воздушный тракт ГТД ГТД ‒ газотурбинный двигатель ДНТУ – Донецкий национальный технический университет ЛА – летательный аппарат ЛКП – лако-красочные покрытия КПВ – клапан перепуска воздуха КПД – коэффициент полезного действия ММР – межремонтный ресурс НА – направляющий аппарат НИИ – научно-исследовательский институт ПЗУ – пылезащитное устройство ППД – попадание постороннего предмета в компрессор ГТД РК – ротор компрессора РТК – ротор турбины компрессора СА – сопловой аппарат СМЗ – Снежнянский машиностроительный завод, г. Снежное TiN – нитрид титана ЦИАМ – Центральный институт авиационного двигателестроения ЭО – эксплуатирующая организация (структура, в своих целях использующая принадлежащую ей технику по ее прямому назначению) 3 ПРЕДИСЛОВИЕ С точки зрения конструктивного исполнения ГТД подвергается разрушительному воздействию как изнутри (прогар лопаток турбины и сопловых аппаратов, разрушение подшипников, масляное голодание и т.п.), так и под внешним воздействием (нарушение требований эксплуатации, повышенный или ускоренный износ составных частей двигателя и пр.). Как внешнее воздействие всасываемый наружный воздух начинает воздействовать на ГТД сразу же с первых часов его эксплуатации. Причиной тому является неизбежная запыленность пропускаемого через компрессор воздуха. Компрессор является первой составной частью двигателя, которая воспринимает на себя основной удар внешнего разрушительного воздействия взвешенных в воздухе твердых частиц. Опытным путем установлено, что в особых условиях эксплуатации двигатель даже с имеющимся на входе пылезащитным устройством может пропускать через себя до выработки половины МРР не менее 100 кг пыли, вследствие чего степень сжатия компрессора уменьшается примерно на 8 %, а его КПД – на 3 %. В результате износа лопаток и, как следствие, снижения компрессии происходит недопустимое увеличение температуры газов за турбиной на 50 – 60 0С, увеличивается расхода топлива на 6 – 8 %, возникает угроза возникновения помпажа, дальнейшее снижение и без того ограниченной продолжительности работы ГТД на предельных режимах максимала, взлета или чрезвычайного режима. В случае эрозионного износа лопаток компрессора выше допустимых норм газотурбинный двигатель подлежит досрочному съему с эксплуатации и отправке в ремонт вне зависимости от его работоспособности. При поступлении ГТД в специализированные ремонтные предприятия возникает вопрос ремонтопригодности лопаток компрессора (способность поддаваться ремонту), получивших недопустимый для дальнейшей эксплуатации эрозионный износ (повреждения). Имеются два варианта решения подобной проблемы: а) покупка лопаток первой категории (новых) взамен получивших износ либо 4 б) ремонт на АРП изношенных лопаток до технического состояния, допускаемого руководящей ремонтной документацией. Понятно, что вариант б) для ЭО наиболее предпочтителен. Именно запросы эксплуатантов по варианту б), а также необходимость поддержания безопасности полетов на требуемом уровне привели к тому, что с конца 1980-х годов отечественная и зарубежная авиационная промышленность, НИИ, университеты и ЭО приступили к системному изучению такого явления, как снижение надежности компрессора двигателя из-за эрозионного износа роторных и статорных лопаток, совместно работающих на сжатие подаваемого в камеру сгорания ГТД воздуха. В результате появился ряд предложений по повышению надежности работы ГТД путем нанесения на лопатки их компрессоров эрозионно стойких защитных покрытий. Наиболее дешевым и эффективным в этом плане оказался TiN и его варианты химических соединений с рядом элементов. Причем это в равной степени относится как к наземным энергетическим установкам, так и к двигателям летательных аппаратов. В результате задачу по повышению износостойкости компрессорных лопаток и увеличения наработки ГТД до съема с эксплуатации к началу 2000-х годов можно было считать решенной, хотя дальнейшие исследования в этом направлении ведутся до сих пор. Однако в тот период мало кто задумывался о том, что лопатка с высокопрочным эрозионно стойким покрытием плохо поддается стандартному ремонту. В результате ЭО получили проблему удорожания ремонта собственной авиатехники из-за необходимости бракования недопустимо изношенных компрессорных лопаток даже с покрытиями на основе TiN. Перед АРП, ратующих за дешевизну своего ремонта, стала проблема удаления и последующего восстановления таких лопаток. Первыми в решении проблемы ремонта лопаток с изношенным TiN покрытием столкнулись именно АРП и начали самостоятельно решать эти вопросы, привлекая для отработки технологий НИИ, а для их допуска к применению на АТ – и изготовителей. И все же проблема ремонта компрессорных лопаток остается актуальной до сих пор. Поэтому объектом исследования в данной монографии является лопатка компрессора ГТД, подвергающаяся повреждениям от эрозионного воздействия всасываемого компрессором воздуха, содержащего примеси твердых частиц (пыль, песок и прочее). В монографии изложены проведенные на базе Луганского национального университета имени В.Даля и Луганского АРП исследования 5 возможности повышения надежности характеристик ГТД при нанесении на лопатки эрозионно стойких защитных покрытий на основе TiN. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования ставили перед собой цель: - изучения и систематизации величин зависимости устойчивости лопаток компрессора ГТД к эрозионному воздействию твердых примесей воздуха по результатам уже применяемых износостойких защитных покрытий на основе TiN; - подбора новых вариантов нанесения на лопатки износостойких покрытий; - подбора оптимальных вариантов и отработки нового или нескольких предложений по нанесению износостойких защитных покрытий на основе TiN; - выбора наиболее стойкого варианта из предложенных новых вариантов защитного покрытия на основе TiN в лабораторных (стендовое оборудование) и эксплуатационных условиях (на объекте в ГТД); - улучшения в процессе ТО ремонтопригодности лопаток (после работы в составе ГТД) путем подбора оптимального решения по зональности и очередности нанесения на перо лопатки выбранного защитного покрытия. Таким образом, в монографии отражена задача, которую можно сформулировать как «два в одном», то есть подобрать такое покрытие на основе TiN и нанести его на лопатку так, чтобы при поступлении двигателя на АРП такая лопатка поддавалась серийному ремонту. 6 1 ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ РАБОТЫ ГТД ЧЕРЕЗ ЗНАНЕСЕНИЕ НА ЛОПАТКИ КОМПРЕССОРА ЭРОЗИОННО СТОЙКИХ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ 1.1 Предыстория проблемы повышения надежности ГТД О том, что эрозионный износ лопаток компрессора ГТД представляет собой серьезную проблему, стало известно далеко не сразу. На заре реактивной авиации конструкторов и изготовителей авиационной техники волновали иные проблемы. Главными из них оказалась борьба с помпажом и обрывом лопаток. Здесь авторы данной монографии считают необходимым привести два таких показательных примера. В своих воспоминаниях сотрудник одного из авиационных конструкторских бюро Л.П. Берне, отдавший сорок лет своей жизни испытаниям советских авиационных двигателей и будучи непосредственным участником становления отечественной реактивной авиации, так описывает первые проблемы отечественных ГТД [1]. В начале 1953 года, когда отечественные авиадвигателисты приступили к созданию ГТД АМ-11, способного придавать самолету скорость вдвое большую скорости звука, М > 2, одной из существенных проблем являлась разработка такого компрессора, который способен обеспечивать устойчивую экономическую работу двигателя во всем диапазоне скоростей полета. В результате в АМ-11 конструктивно заложили двухкаскадную схему высоконапорного компрессора всего с шестью ступенями компрессии, по три на каждый каскад. В результате его конкурент, американский J-79, имел те же технические характеристики, что наш АМ-11, только с 14-ступенчатым компрессором. А это – излишняя масса и низкие удельные характеристики. Л.П. Берне в своих воспоминаниях подчеркивает, в середине 1950-х годов бывший Советский Союз вышел в бесспорные лидеры по созданию сверхзвуковых самолетов. И одним из визитных карточек той эпохи стал легендарный истребитель МиГ-21, силовой установкой для которого служил тот самый АМ-11 (Р11-300). Помимо внедрения двухкаскадного компрессора на двигателе впервые в мире применены турбинные лопатки с бандажом (зацеплением друг с другом по верхней кромке пера), повышавшие надежность работы турбины. 7 Что же касается полученных успехов, то разработчик данного двигателя А.А. Микулин придерживался правила «надо делать хорошо, хотя это займет и больше времени». Понятно, что такой принцип многих не страивал. С этим принципом сталкивались многие. Не утратил свою актуальность он и сейчас. Пример тому – двадцатилетние исследования отечественного авиапрома найти эффективную защиту от эрозионного износа компрессорных лопаток. И если первый приведенный пример по АМ-11 коснулся одной проблематики надежности работы компрессора ГТД – помпажа, то следующая проблематика, обрыв лопаток, приводятся авторами монографии на следующем примере. Этот эпизод произошел во времена военного присутствия Советского Союза в Афганистане. В первые годы указанных боевых действий интенсивные полеты армейской авиации вывили ненадежную работу компрессоров авиадвигателей Р29-300, устанавливавшихся на фронтовые истребители МиГ-23. Происходил массовый обрыв лопаток компрессора двигателя. Проблема оказалась настолько серьезной, что командующий советскими ВВС лично встретился с тогдашним директором 121-го авиационного ремонтного завода (г. Кубинка, Московская обл.) и приказал ему в течение двух месяцев, в процессе ремонта двигателей, устранить данную проблему и доложить. Будучи военным, директору авиаремзавода ничего не оставалось делать, как взять под козырек и ответить «Есть!». В противном случае ему грозило увольнение и с должности, и с армии. Безусловно, не в компетенции авиаремонтного завода вносить конструктивные изменения в руководящую ремонтную документацию, тем более самостоятельно изменять конструкцию или материал лопаток. А потому директор Кубинского АРЗ тут же отправился по адресам разработчика, изготовителя двигателя и НИИ решать поставленную перед ним задачу. Как оказалось, отечественная инженерная мысль уже билась над обрывом лопаток не один месяц и пыталась обеспечить отечественную авиацию более совершенным двигателем Р29-300 с улучшенными надежностными характеристиками вообще и компрессора в частности. К счастью директора, к моменту его поездок по кабинетам авиационной промышленности генеральные конструкторы и академики уже нащупали решение проблемы, и спустя короткое время снабженцы Кубинского АРЗ обеспечили свой завод новыми лопатками измененной 8 конструкции. В результате отремонтированные на этом АРЗ ГТД возвратились в войска, и больше летных происшествий и катастроф по лопаткам не происходило. Директор отчитался перед начальством о выполнении поставленной задачи. Как видно на этих двух примерах, с двумя серьезными проблемами компрессоров ГТД, и не только по силовым установкам МиГ-23, отечественный авиапром справился. А вот с эрозионным износом компрессорных лопаток давняя проблема полностью не решена до сих пор. Если говорить о турбинных лопатках, подверженных воздействию высоких температур и разрушительному воздействию агрессивных газов из камеры сгорания, то с ними проблема относительно решена – на их поверхность наносится слой алюминия или его соединения, данный процесс называется алитированием лопаток, либо керамические покрытия. Такие защитные покрытия создают на поверхности материала высокопрочный жаростойкий слой оксида алюминия или керамики, защищающий тело турбинных лопаток от коррозии и прогара в агрессивных средах. Многолетний опыт ремонта ГТД показывает, подобные покрытия достаточно устойчивы к разрушению, однако и они не долговечно. А потому в процессе капитального ремонта, при необходимости, применятся снятие с турбинных лопаток старого поврежденного термостойкого слоя, ремонт основного материала лопатки и нанесение нового слоя. Ниже на рисунке 1 представлены современные основные принципы защиты лопаток компрессора и турбины двигателя. Нынешние методы удаления алитированного покрытия, среди прочего, предусматривают химическое травление удаляемого слоя с последующей механической его обработкой на шлифовальных кругах до основного металла. Для нивелирования воздействия химического разрушения от травления (разрыхления) на основной металл в химическом растворе применяют добавки, например, хромовый ангидрид, он же бихромат калия. Современные исследования в этой области повышения надежности ГТД направлены на внедрение новых технологий снятия поврежденного покрытия с турбинных лопаток, например, электролитноплазменной обработкой [2] и нанесением новых более стойких алюминиевых и керамических покрытий. Например, ВИАМ совместно с Пермским моторным заводом внедрена технология электронно-лучевого 9 нанесения на турбинные лопатки высокопрочных жаростойких покрытий на основе керамики. Такая защита уже покрывает лопатки двигателя ПД-14, устанавливаемого на новый перспективный российский пассажирский самолет МС-14 [3]. Лопатки НА и РК ГТД Основное воздействие на лопатки – эрозионный и коррозионный износ, а также ударные нагрузкт от попадания постороннего предмета (tmax = 500 оС) Лопатки СА и РТК ГТД Основное воздействие на лопатки – температурный износ под действием агрессивных газов от камеры сгорания (tmax = 2000 оС) Основные методы защиты лопаток Нанесение износостойких противоэрозионных покрытий на основе нитрид титана и других подобных ему материалов Нанесение температуростойких покрытий на основе оксида алюминия (алитирование) или керамических покрытий Рис. 1 – Лопатки ГТД и методы их защиты 10 Возвращаясь к повышению надежности компрессорных лопаток ГТД, следует отметить, что опыт эксплуатации вертолетной техники в Афганистане потребовал приступить к этой тематике задолго до появления аналогичной проблемы по самолетной технике. Например, изготовитель силовых установок на вертолеты типа Ми, нынешний запорожский «Мотор Сич», приступил к работам по повышению надежности работы своих двигателей в условиях повышенного износа лопаток еще в середине 1980-х годов. И только к середине 1990-х годов ВИАМ разработал монослойные эрозионностойкие покрытия из нитрида циркония и карбида хрома для лопаток компрессора из титановых сплавов и сталей для самолетных двигателей [4]. Более детально об этом описано ниже в монографии. И все же проблема эксплуатации ГТД в условиях запыленности воздуха до полного ее исчезновения не решена до сих пор. Насколько серьезен данный вопрос, легко понять, визуально представив эксплуатацию вертолетов в жарком климате. Рисунки 2.1 и 2.2 демонстрируют особенности такой эксплуатации. Повышенная запыленность воздуха и грунта влекут за собой всасывание пыли в компрессор ГТД… Рис. 2.1 – Отечественный вертолет Ми-17 11 …и ускоренный эрозионный износ лопаток компрессора за счет абразивного воздействия на них твердых примесей в воздухе Рис. 2.2 – Американский вертолет НС-47 В таких условиях эксплуатации отсутствие защиты компрессора не только снижает установленные ресурсные показатели ГТД, но и ухудшает надежностные характеристики авиационной техники. Так, например, в течение выработки межремонтного ресурса, при котором через двигатель даже с установленным на входе пылезащитным устройством проходит не менее 100 кг пыли, степень сжатия компрессора уменьшается примерно на 8 %, а КПД компрессора – на 3 %. Это приводит: - к увеличению температуры газа за турбиной ГТД на 50-60оС (рост на 4-6 %) с выходом на недопустимые температурные режимы работы турбинных и сопловых лопаток; - к увеличению расхода топлива ГТД на 6-8 %; - к угрозе возникновения помпажа; - к дальнейшему снижению и без того ограниченной продолжительности работы ГТД на предельных режимах максимала, взлета или чрезвычайного режима. В результате летчик может не проконтролировать выработку ресурса на еще более укороченных по времени предель12 ных режимах и перегреть двигатель, что влечет за собой угрозу его заклинивания в полете. 1.2 Эксплуатационные особенности контроля технического состояния компрессора ГТД Именно такая мысль заложена в один из лозунгов, до сих пор сохранившимся на входе в цех ремонта самолетных двигателей на Луганском авиаремонтном заводе. Авиация и космонавтика занимают специфическое место в жизнедеятельности человека. Причин две. Во-первых, эти сферы деятельности человека являются воплощением передовых достижений науки и техники, ибо наличие авиационных и космических технологий характеризует уровень развития научной мысли того или иного государства. Например, известно, что для выведения одного килограмма полезного груза на орбиту ракете-носителю требуется 10 кг топлива, а проблема обеспечения космонавтов кислородом, электроэнергией и водой решена сложнейшим путем через замкнутый цикл автономной выработки таких ресурсов за счет тех же источников, которые имеются на космическом корабле. Понятно, что решение даже указанных проблем остается актуальным до сих пор. Авиация, сама предоставив первичные технологии для становления и развития космонавтики, до сих пор продолжает впитывать в себя все новые и новые передовые технологии повышения надежности работы ГТД. Но все это, как уже сказано, во-первых. Вторая причина не менее существенна. Так, главнейшей задачей авиации и космонавтики была, есть и будет являться безопасность полетов. Именно этот фактор регламентирует все требования к тому, что летает над головами жителей планеты. Известно, например, что автомобиль, если у него отказал двигатель или трансмиссия, представляет относительно небольшую угрозу участникам дорожного движения и инфраструктуре дороги – ему требуется всего лишь принудительно остановиться на дороге, ему падать некуда. В этом случае угроза жизни человеку может ограничиваться узким кругом потерпевших, оказавшихся на пути торможения автомобиля. Наоборот, отказ силовой установки и падение воздушного судна на землю может повлечь за собой не только гибель всего экипажа и пассажиров, но и сотни тех местных жителей, которые оказались в зоне па13 дения и траектории инерционного движения по поверхности земли потерпевшего катастрофу воздушного судна. Особенно массовая гибель людей происходит в случае падения авиалайнеров или боевых самолетов на густонаселенные кварталы городов. И такие катастрофы, к сожалению, не редкость. Вот почему в авиации термины «надежность» и «безопасность полетов» имеют особенный смысл, а эксплуатация воздушных суден после выработки их граничных ресурсов категорически запрещена. В этом ракурсе надежность авиационной техники приобретает строго регламентированный смысл. Именно она характеризует способность воздушного судна удовлетворять не только требованиям нормативных документов, но и «вылетывать» свои ресурсы без происшествий. Современное понятие надежности подразумевает свойство объекта сохранять во времени способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования [5]. Одной из задач промышленности (разработчики, изготовители авиационной техники и ремонтные организации) – обеспечивать эксплуатационную надежность авиационной техники. Выполняется она различными способами. Прежде всего, это конструктивное исполнение, предусматривающее достижение таких целей. Другим способом является анализ эксплуатации воздушных суден и их компонентов. Анализ проводится как самими эксплуатационными службами, так и авиапромышленностью. По выявленным результатам вносятся изменения в конструкцию разрабатываемых или уже серийно изготавливаемых летательных аппаратов. Так, одной из возможностей выявить скорость износа лопаток компрессоров ГТД в процессе их эксплуатации является замер эрозионного повреждения (износа) лопаток в местах базирования авиации. Большинство Руководств по технической эксплуатации и обслуживанию ГТД предусматривает возможность замера в эксплуатации износа передних кромок лопаток компрессора. Замер производится непосредственно на объекте, то есть, не демонтируя двигатель с основного изделия. Рисунок 3 дает представление о расположении двигателей на вертолете. Например, Руководство по технической эксплуатации авиационного турбовального двигателя ТВ2-117, устанавливаемого на вертолеты типа Ми-8Т, Ми-9 и их модификации, содержит два таких раздела. 14 Один – по замеру износа рабочих лопаток первой ступени ротора компрессора и второй – по замеру лопаток направляющего аппарата шестой ступени компрессора. Для второго измерения в конструкции ГТД имеется специальный технологический лючок. Рис. 3 – Силовая установка вертолета Ми-17 с открытыми капотами Для замера износа лопаток компрессора исполнителю работ требуется подняться наверх к двигателям со штатными приспособлениями. Внешний вид таких приспособлений и принцип их использования представлен на рисунке 4. Так, измерение износа передней кромки рабочих лопаток первой ступени РК, подверженных наиболее сильному эрозионному износу, производится приспособлением, состоящим из стандартного индикатора часового типа и опоры в виде штанги. Он представлен на рис. 4 слева и достигает в длину около метра. 15 Рис. 4 – Способы измерения в эксплуатации величин износа лопаток компрессора ГТД Большая детализация применения приспособления дана на рисунке 5. Рис. 5 – Принцип установки приспособления для измерения износа входной кромки лопаток первой ступени РК ГТД 16 Прибор предварительно настраивается по шаблону, после чего производится замер износа передней кромки лопаток через входное устройство двигателя. Принцип действия состоит в следующем. Неподвижная часть мерительной ножки упирается в основание лопатки, подвижная – в верхнюю часть лопатки, подверженной максимальному износу. Индикатор часового типа покажет размер износа лопатки по подвижной части мерителя. Измерения следует производить не менее чем у восьми лопаток первой ступени компрессора. Допустимый в эксплуатации износ – до 2мм [6]. Максимальные показания записываются в формуляр двигателя. Контроль износа лопаток шестой ступени компрессора производится другим методом. Осмотр и замер производится через съемную заглушку на левой стороне корпуса компрессора сверху на коробке клапана перепуска воздуха. На рисунках 6 и 7 даны визуальные пояснения. Рис. 6 – Монтаж приспособления для замера эрозионного износа лопаток направляющего аппарата в технологическом лючке 17 Прибор (приспособление) со щупом для замера износа статорных лопаток (НА). Замер производится вручную авиационным техником Пример технологической заглушки, показанной стрелкой, монтируется на корпус двигателя с помощью болтов Рис. 7 – Монтаж приспособления для замера эрозионного износа лопаток НА в технологическом лючке 18 Настройка прибора производится по месту его установки в компрессор. После этого путем поворота щупа измеряется угол между выходными кромками соседних лопаток направляющего аппарата. Для большего понимания технологии измерения износа лопаток на рисунке представлена схема и место замера износа лопаток направляющего аппарата. Монтаж приспособления осуществляется через технологический лючок для замера эрозионного износа лопаток НА. На рисунке сверху представлены два крайних положения щупа, получаемых вращением приспособления, снизу – нейтральное положение до начала замеров. Рис. 8 – Износ и место его замера щупом на корне выходной кромки лопатки направляющего аппарата Угол между кромками неизношенных соседних лопаток составляет 83°. 19 Допустимый эрозионный износ между выходными кромками соседних лопаток направляющего аппарата не должен превышать угла 145°. Максимальные показания износа также записываются в формуляр двигателя. При превышении допустимых значений двигатель снимается с эксплуатации, демонтируется с вертолета и отправляется в средний или капитальный ремонт на специализированные предприятия, например, на Луганский авиационный ремонтный завод, ремонтирующий данный тип двигателей с 2000 года. 1.3 Современные способы борьбы с эрозией лопаток компрессоров Уменьшение эрозионного износа элементов проточной части двигателей, работающих в условиях повышенной запыленности, достигается двумя способами (вместе и/или по-отдельности): - применением пылезащитных устройств ПЗУ; - поверхностным упрочнением лопаток ротора и статора компрессора за счет наложения на них специальных защитных покрытий. 1.3.1 Механическая защита на входе в ГВТ ПЗУ представляет собой механический очиститель воздуха, устанавливаемый на входное устройство ГТД. В авиации свое широкое применение ПЗУ нашло на вертолетной технике (см. рисунки 9 и 10). Рис. 9 – Вертолет без ПЗУ 20 Рис. 10 – ПЗУ на вертолете Широко распространенное ПЗУ (см. рисунок 11) имеет две ступени механической очистки воздуха центробежного типа. Среднестатистическая степень очистки воздуха при запыленности 1 г/м3 достигает 70%, при этом потеря мощности двигателя (за счет торможения воздушного потока в ступенях очистки) достигает не более 5 % [7]. Для стандартных ПЗУ загрязненный на оставшиеся 30 % воздух поступает в компрессор на лопатки его ротора и статора. Таким образом, защита лопаток ротора, даже при наличии ПЗУ, остается актуальной. Поэтому современные ПЗУ имеют различные конструкции и системы очистки всасываемого в компрессор воздуха. Работы НИИ и авиапрома по дальнейшему усовершенствованию защитных возможностей ПЗУ продолжаются. 21 1 – центральный обтекатель, 2- обтекатель воздухозаборника двигателя, 3 – входной тоннель ПЗУ, 4 – эжектор, 5 – пылевая ловушка, 6 – сепаратор очистителя, 7 – трубопровод сброса пыли Рис. 11 – Пример конструкции ПЗУ вертолета Как видно из рисунка 11, такой механический принцип очистки входящего воздуха от примесей основан на центробежных силах, способных при искривлении потока воздуха отбрасывать тяжелые примеси в ловушки и принудительно выводить их наружу под действием сжатого воздуха от компрессора. Понятно, что механическая очистка воздуха в ПЗУ не позволяет полностью защитить ГТД от эрозионного износа лопаток. Поэтому существует несколько конструкций ПЗУ. В зависимости от их вариантов исполнения максимальная защита компрессора двигателя достигает 9022 95 % при увеличении потери мощности двигателя за счет сопротивления потоку воздуха на входе в двигатель. Однако такое не всегда приемлемо на высокогорье или для боевой авиации. 1.3.2 Внутренняя защита компрессора Для устранения указанного в 1.3.1 эффекта остается второй способ, часто применяющийся как отдельно, так и в комплексе с ПЗУ – поверхностное упрочнением деталей компрессора за счет специальных защитных покрытий, способных противодействовать их эрозионному повреждению. Самым восприимчивыми такому повреждению оказываются компрессорные и статорные лопатки, причем первые – за счет собственного встречного движения навстречу потоку воздуха, статорные – за счет центробежных сил, отбрасывающих поток воздуха в радиальном направлении компрессора от ротора к стенкам корпуса компрессора (статора). Пример конструкции компрессора ГТД представлен на рисунке 11. Рис. 11 – Принципиальное устройство компрессора ГТД 23 На современном этапе развития науки и технологий предложен пока единственный способ поверхностного упрочнения деталей, не считая ранее существующей галтовки (или дробеструйной обработки) – нанесение на поверхность лопаток высокотвердых эрозионно устойчивых покрытий. Ибо, с одной стороны, возможная замена материала лопаток на более твердые марки сталей приводит к существенному удорожанию стоимости как изготовления двигателей, так и их ремонта, а с другой – полностью устранить эрозионные повреждения лопаток даже из более твердых материалов все равно не представляется возможным (варианты нанесения защитного покрытия представлены на рисунках 12 и 13). Рис. 12 – Верхняя половина лопаток РК имеет эрозионно стойкое покрытие (желто-золотистого цвета). Вид во входной ГВТ ГТД 24 Рис. 13 – Здесь вся длина лопаток РК покрыта эрозионно стойким покрытием. Виден имеющийся износ такого слоя (светлый желтый оттенок ближе к законцовкам лопаток) на фоне более темного Поэтому для того или иного ГТД его компрессор оснащается лопатками из различных оптимальных нагрузкам марок сталей, способных противостоять не столько эрозионному износу в стандартных условиях эксплуатации двигателя, сколько соответствовать прочностным характеристикам надежности работы ГТД в заданных режимах работы. Как говорилось выше, с точки зрения движения потока воздуха по компрессору наибольшее воздействие от ударных нагрузок и трения твердых частиц об лопатки приходится на периферийную часть компрессора, т.е. на верхнюю половину лопаток ротора и корневую часть лопаток статора (направляющих аппаратов и спрямляющего аппарата). Этот эффект представлен на рисунке 14. 25 Рис. 14 – Схема движения потока воздуха по компрессору ГТД представлена светлыми полосами Для устранения неравномерности сжатия воздуха и достижения одинаковых нагрузок на лопатки в ряде случаев применяют увеличивающийся по ступеням диаметр ротора или сужающийся диметр статора. На рис. 14 представлены оба варианта решения проблемы распределения равномерной нагрузки по радиальной длине пера лопатки. И все же эффект максимально равномерного износа лопаток по радиусу компрессора полностью устранить не удается. Визуально это представлено на рисунках 15 и 16. Красной чертой отмечена зона (величина) эрозионного износа входной кромки лопатки первых ступеней ротора компрессора. Рис. 15 – Лопатка РК забракована по недопустимой эрозии входной кромки и пера лопатки 26 Заметны поврежденные от эрозии верхние края входных кромок лопаток Рис. 16 – Спрямляющий аппарат как последняя ступень НА По различным ступеням компрессии место и величина износа меняются, что связано с вышеуказанным изменениями диаметров ротора и статора компрессора, длины пера лопаток и характера потока сжимаемого воздуха. Сущность нанесения износостойких противоэрозионных покрытий состоит в улучшении заданных характеристик компрессоров ГТД путем максимально возможного увеличения их срока службы, что положительно отражается на надежности двигателей и позволяет им вырабатывать установленные ресурсы. В качестве примера целесообразно привести отчеты заводаизготовителя авиационных двигателей АО «Мотор Сич» [8]. На предприятие в 2015 году поступили в ремонт вертолетные двигатели ТВ3-117, установленные на вертолет типа Ми-8, эксплуатировавшийся в Республике Алжир. Причина поступления в ремонт – досрочное снятие ГТД с эксплуатации в связи с износом хорды рабочих лопаток компрессора первой ступени в верхней кромке пера свыше двух миллиметров (см. рисунок 5). Как следствие – снижение характеристик компрессора 27 привело к недопустимому росту температуры выходящих из камеры сгорания газов перед турбиной и разрегулировке параметров ГТД. Сущность провала по хорде лопатки представлена на рисунке 17. Провал по хорде ведет к снижению давления воздуха по ступеням компрессора, к недостатку поступления воздуха в камеру сгорания, к падению мощности двигателя и его выходу на нерасчетные и неустойчивые режимы работы. длина менее ТУ, износ более 2 мм п о ТУ а) б) а) внешний вид забракованной лопатки с дефектом «провал по хорде», б) сущность провала по хорде Рис. 17 – Брак лопатки с провалом по хорде (не учитывая износ поверхности корыта) На рисунке 17 представлена лопатка с уже нанесенным на ее верхнюю половину пера защитным эрозионно стойким покрытием, которое увеличило срок службы лопатки до бракования по техническому 28 состоянию, однако не уберегло ее от недопустимого износа. Заметно истирание защитного покрытия в нижней его части (покрытие нанесено только на верхнюю часть пера) и более сильный износ – в зоне входной кромки пера лопатки. В отчете АО «Мотор Сич» указывается, что для выше указанного анализа взяты два двигателя ТВ3-117, один с наработкой в диапазоне 350÷450 часов, второй – на 100 часов больше. Для первого ГТД выработка межремонтного ресурса составила 20 %, для второго – 30 процентов. Далее, для понимания процесса воздействия на лопатки компрессора твердых включений во всасываемом воздухе, следует указать, что выдаваемое компрессором давление в камеру сгорания составляет 960 кПа (101 кПа у поверхности моря) и 337 0С. При таких условиях на уровне двигателей вертолета Ми-8 измеренная концентрация пыли составляет: - до 0,20 г/м3 при вращающемся несущем винте, шасси без отрыва от поверхности или во время висения «на привязи» в метре от земли; - до 0,25 г/м3 при полете над взлетной полосой на высоте 35 м со скоростью 15 км/ч; - до 0,10 г/м3 при полете над взлетной полосой на высоте до 100м со скоростью до 150 км/ч. Таким образом, запуск двигателей, взлет, набор высоты и обратные действия вызывают поднятие пыли с грунта и в той или иной степени попадание ее в компрессор ГТД. При этом самому максимальному воздействию эрозии подвержены первые ступени компрессора, где частицы пыли еще «холодные», а потому достаточно твердые. Для сравнения с изображением на рисунке 17, где представлена лопатка компрессора первой ступени ТВ3-117, на рисунках 18, 19а и 19б представлена поворотная лопатка ВНА и четвертой ступени компрессора. 29 Рис. 18 – Схема расположения лопаток ВНА а) б) Рис. 19 – Поворотная лопатка 4-й ступени направляющего аппарата, позиции а) вид со стороны спинки и б) вид со стороны корыта лопатки На рисунке 19а видно, что защитный противоэрозионный слой стерт до металла на задней стороне спинки лопатки. Имеется износ и самого оголенного металла. Кроме того, слегка заметно изменение профиля верхней части входной кромки пера подобно изображению на рисунке 17. На рисунке 19б защитный слой на корыте лопатки относительно цел, однако заметно, что входная кромка лопатки осталась полностью без износостойкого покрытия. При этом выемка части металла на входной кромке пера обусловлена ранее имевшимся в этом месте дефектом – вмятиной или забоиной, устранение которой допускается технологией ремонта в зависимости от размера дефекта. Что касается целостности и остатков покрытия лопатки, то такое обусловлено условиями ее работы в потоке воздуха. Для предотвращения помпажа компрессора поворотные лопатки ВНА и НА автоматиче30 ски, по режимам работы ГТД, разворачиваются спинкой к потоку воздуха и практически плашмя воспринимают эрозионное воздействие запыленного воздуха. На рисунке 20 представлено изображение принципа действия поворотных лопаток ВНА. а) б) При закрытии на переходных режимах работы ГТД проходного сечения компрессора спинка лопатки попадает под воздействие набегающего потока воздуха Рис. 20 – Схема поворота лопаток ВНА и НА в компрессоре двигателя Сравнивая на позиции б) рисунка 20 положение поворотной лопатки направляющего аппарата для уменьшения пропускной способно31 сти компрессора и представленный на рисунке 19а износ спинки этой же лопатки, понятно, что набегающий поток воздуха практически перпендикулярно воздействовал на перо и стер защитный слой в зоне выходной кромки пера. При этом входная кромка пера претерпела более сильный износ, чем задняя часть спинки лопатки. В итоге можно сделать вывод, что наиболее уязвимым местом лопатки даже с защитным износостойким покрытиям является именно ее входная кромка. На рисунках 21 и 22 и схеме 1 представлены последствия эксплуатационного воздействия на лопатки эрозионных включений во всасываемом в компрессор воздухе. Рис. 21 – Лопатки РК с характерным эрозионным износом защитного покрытия и основного металла Заметно, что под действием находящегося во всасываемом воздухе абразива сперва происходит износ защитного покрытия, а после – основного материала лопатки, начинающегося с износа входной кромки пера. 32 На правой лопатке имеется повреждение от ППД Рис. 22 – Износ поворотных лопаток НА Экспериментальным путем на пескоструйном оборудовании Луганского АРЗ получена зависимость (график 1) скорости износа лопатки с защитным покрытием и без него. Как видно из кривой 2 графика 1, сначала происходит равномерный износ покрытия, после его истирания начинается ускоренный износ более мягкого, основного, металла лопатки. График 1 – Принципиальный график зависимости износа лопаток компрессора ГТД с защитным покрытием и без него унос массы, (mo – mi)/mo 1 1 – унос массы метала с лопатки без покрытия 2 2 – унос массы метала с лопатки с защитным покрытием. время эрозионного воздействия, 33 t Скачок скорости износа наблюдается после истирания эрозионно стойкого покрытия 2 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ Возвращаясь к изображениям на рисунках 17а и 17б, следует констатировать, что наибольшее негативное воздействие набегающий воздушный поток с абразивными примесями оказывает на лопатку компрессора не по корыту или спинке, а по ее торцу, то есть на входную и выходную кромку пера. И в большей степени – именно на входную кромку пера. Это легко объяснимо, ибо входная кромка лопатки является тонким элементом конструкции, постоянно подвергающимся абразивному воздействию примесей вне зависимости от положения лопатки относительно набегающего потока воздуха. 2.1 Наименее защищенная часть лопатки Принципиальное воздействие потока воздуха на лопатку без защитного и с защитным противоэрозионным покрытием в четыре слоя представлено на рисунках 23 и 24. Рис. 23 – Теоретическая схема набегания всасываемого воздуха на лопатку ГТД 34 Фактическое ударное лобовое воздействие набегающего потока воздуха (здесь и далее на рисунках показано стрелками) на входную кромку лопатки и скользящим ударом – на ее перо Рис. 24 – Лопатка с защитными противоэрозионными слоями и принцип обтекания ее воздухом На рисунке 24 легко заметить, что входная кромка, как наиболее слабый (тонкий) элемент конструкции, принимает на себя лобовой удар, отчего легко подвержена износу. Остальные поверхности обтекаются потоком воздуха. Понятно, что вслед за разрушением входной кромки возрастает торцевая площадь соприкосновения лопатки с набегающим потоком воздуха, а значит, износ теперь уже расширенной входной кромки от лобового удара твердых частиц возрастает еще больше. В результате длительного воздействия эрозии появляется провал по хорде. На рисунке 24 видно, что возможный износ защитного покрытия на входной кромке оголяет торец пера лопатки и приводит к повторению эффекта, указанного, в том числе, на рисунках 17 и 21. Как следствие, эрозионное стирание защитного слоя на входной кромке лопатки влечет за собой: - такой же провал по хорде, как без защитного покрытия; - боковой, по торцам, дальнейший срыв или истирание защитного покрытия вдоль поверхности пера лопатки. 35 Проблема только в том, как долго защитное покрытие сможет удержаться на входной кромке пера и не разрушаться при эрозионном износе торца лопатки. Справочно. В качестве аналогии можно привести пример слоеного пирога, который легко разъединяется на коржи, если прикладывать силу именно в торец пирога, вдоль расположения его слоев. Безусловно, набегающий поток воздуха, среди прочего, воздействует на стыки, на узкую ширину слоев защитного покрытия и истирает их точно так же быстро, как входную кромку лопатки. В результате защитное покрытие первоначально начинает воспринимать эрозионное воздействие не вдоль всей поверхности, не скольжением твердых примесей по ней, а лобовым ударом встык слоев. Данный эффект представлен на рисунке 25. На лопатке уже стерто защитное покрытие на входной кромке пера. Далее начинается износ слоев путем воздействия воздуха на них встык Рис. 25 – Начало эрозионного износа основного материала входной кромки лопатки В качестве подтверждения того факта, что входная кромка лопатки подвергается усиленному абразивному износу, ниже представлены изображения 26а и 26б таких лопаток компрессора. 36 а) б) Рис. 26 – Изображения а) лопаток третьей и б) четвертой ступеней РК с оголенной входной кромкой пера после истирания противоэрозионного покрытия На рисунке 26а особенно четко проявился износ верхней оголенной части входной кромки пера (полоса стального блеска) вплоть до появления мелких забоин. Кроме того, заметно на верхней части выходной кромки начавшийся износ защитного покрытия. 37 На рисунках 27 и 28 представлены две лопатки с еще более сильным эрозионным износом входной кромки и последовавшим за ним уничтожением смежной поверхности защитного покрытия и повреждения самого тела лопатки. Рис. 27 – Изношенные лопатки первых ступеней компрессоров двух ГТД с остатками нанесенного на верхнюю половину пера защитного противоэрозионного покрытия Рис. 28 – Аналогичный износ лопатки РК на другом ГТД На рисунках 27 и 28 видно, что входные кромки имеют различную степень повреждений, причем на лопатке (рисунок 27) уже на глаз заметен как провал по хорде, так и недопустимые дефекты. 38 Итак, можно утверждать, разрушение на входной кромке защитного покрытия влечет за собой ускоренное истирание близлежащих к ней слоев, износ оголенной поверхности самой лопатки и начало эрозионного износа материала самой лопатки. Однако это не все проблемы, которые сопутствуют таким изношенным лопаткам. 2.2 Особенности ремонта лопаток с износостойкими покрытиями Поступая в капитальный ремонт, ГТД подвергается полной разборке на все свои составные части. Снимаются с барабана компрессора и лопатки (см. рисунок 29). Рис. 29 – РК с лопатками (на которые нанесено противоэрозионное защитное покрытие) после разборки двигателя ТВ3-117 39 В процессе разборки призводится «разлапачивание» самого ротора на лопатки, барабан, крепеж. На рисунке 29 лопатки имеют противоэрозионное защитное покрытие на основе TiN. После промывки, осушки и дефектации пригодные к ремонту лопатки поступают на участки механической обработки деталей для их шлифовки и полировки. Эти технологические операции позволяют удалять повреждения на поверхности лопаток и приводить их внешнее состояние к требованиям Технических условий и Руководства по капитальному ремонту. Исполнитель полирует лопатку, выводя с ее поверхности эксплуатационные повреждения Рис. 30 – Ручная шлифовка и полировка лопаток в процессе их ремонта На рисунке 31 представлены последствия неудачных попыток снятия с пера лопатки изношенного противоэрозионного покрытия. 40 Рис. 31 – Следы пережогов пера лопатки в процессе ручной попытки снятия остатков износостойкого противоэрозионного покрытия Наиболее распространенными и качественными операциями по ремонту компрессорных лопаток признаны ручная обработка на полировальном оборудовании с использованием шлифовальных и полировальных кругов, когда исполнитель постоянно видит процесс обработки лопатки и качество своей работы. В этом ракурсе более осторожная попытка снять защитное покрытие представлена на рисунке 32. 41 1 2 1 – снятие покрытия до оголения основного металла и утонение пера лопатки вследствие неаккуратности работы исполнителя (более светлый оттенок), 2 – снятие верхнего поверхностного слоя защитного покрытия (заметен матовый оттенок после обработки шлифовальным кругом) Рис. 32 – Пример попытки опытного снятия нового эрозионно стойкого покрытия с пера лопатки после его нанесения В примере, приведенном на рисунке 32, обдирка нитрид титанового покрытия в одном месте не привела к полному удалению покрытия, в другом месте более сильное воздействие обдирочного круга привело к снятию и покрытия, и части материала лопатки, уменьшив ее толщину. В процессе обработки данной лопатки исполнитель (сотрудник Луганского АРЗ) выполнял зачистку лопатки в объеме экспериментальных работ по исследованию ремонтопригодности лопаток с защитными покрытиями. 42 Примеры на рисунках 31 и 32 показывают, насколько тяжело производить ремонт компрессорных лопаток (только на двигателе ТВ3-117 насчитывается чуть менее девятисот штук) толщиной в самой широкой части всего около одного миллиметра после адгезионного воздействия на нее высокопрочными твердыми защитными покрытиями на основе TiN. А наличие сцепляющих подслоев еще больше затрудняет обработку лопатки, ибо подслой еще глубже проникает в структуру металла. Такой пример представлен на рисунке 33. Это – одна из попыток авиационной промышленности и НИИ подобрать оптимальный вариант нанесения защитных противоэрозионных слов на компрессорные лопатки ГТД. Наружный слой TiN Сцепляющая основа между основным материалом лопатки ВТ-8 и TiN – подслой оксида титана Рис. 33 – Попытки снятия эрозионного покрытия с лопатки, имеющей подслой оксида титана 43 2.3 Два направления одного исследования Таким образом, в процессе исследования защитных покрытий на базе Луганского национального университета имени В.Даля и Луганского АРЗ авторами монографии ставились две цели, которые сформулированы следующим образом: 1) предложить способ увеличения противоэрозионной стойкости входных кромок лопаток; 2) предложить ремонтопригодный способ улучшения надежности работы лопаток компрессора. Указанные две цели должны быть взаимосвязанными. Кроме того, в задачах исследования проводился анализ имеющегося опыта защиты компрессорных лопаток ГТД от эрозионного износа, опыт ремонта таких лопаток с изношенным противоэрозионным покрытием и имеющиеся варианты улучшения противоэрозионной стойкости и ремонтопригодности компрессорных лопаток. 44 3 УСПЕХИ И ПРОБЛЕМЫ АВИАЦИОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПО ЗАЩИТЕ КОМПРЕССОРНЫХ ЛОПАТОК ОТ ЭРОЗИОННОГО ИЗНОСА 3.1 Попытки завода-изготовителя вертолетных двигателей по повышению надежности ГТД К решению проблем повышения эрозионной стойкости лопаток компрессора вертолетных ГТД, эксплуатируемых в условиях повышенной запыленности атмосферы, на предприятии-изготовителе таких двигателей АО «Мотор Сич», г. Запорожье, приступили в начале 1980-х годов. Причина возникновения проблемы крылась в интенсивной эксплуатации вертолетной техники в условиях Республики Афганистан, характеризующихся повышенной запыленностью воздуха, малым количеством стационарных аэродромов и большим количеством полевых стоянок. На изучение вопроса и путей его решения потребовалось значительное время, и лишь только в 1989-1990 гг. АО «Мотор Сич» провело стендовые сравнительные эрозионные испытания лопаток компрессора на основании первых данных о работоспособности лопаток с покрытием нитрид титана TiN в реальных условиях эксплуатации [9]. Для лучшего понимания сути вопроса предприятие использовало несколько вариантов разработанных совместно с ВИАМ покрытий. Данные покрытия представлены в таблице 1. Таблица 1 – Примененные покрытия во время стендовых сравнительных испытаний лопаток компрессора ГТД Вар. покр. 1 2 3 Покрытие Вар. покр. TiCrN 9 хромовый нитрид титана CoTiC титановый карбид кобаль- 10 та CoTiN титановый нитрид кобаль- 11 та 45 Покрытие TiC карбид титана MoN нитрид молибдена TiAlN алюмо-нитрид титана Продолжение таблицы 1 TiCrN 4 12 TiN хромовый нитрид титана TiAlYN алюмо-иттриевый 5 13 TiN (многослойное) нитрид титана TiZrN 6 циркониевый нитрид тита- 14 TiZrN на TiN 7 15 TiN (серийное) нитрид титана TiAlN 8 алюминиевый нитрид ти- 16 без покрытия тана Примечание. Повторяющиеся материалы покрытий – от разных производителей Из теории работы компрессора ГТД и опыта эксплуатации установлено, что максимальный эрозионный износ наблюдается в верхней концевой (периферийной) части компрессорных лопаток из-за центробежного движения абразивных частиц и более высоких скоростей набегания газо-абразивного потока на поверхность лопатки. Механизм износа лопаток без покрытия следующий: по мере воздействия газо-абразивным потоком на входную кромку и поверхность пера со стороны корыта происходит износ входной кромки в периферийной части и утонение профиля за счет уноса материала лопатки абразивными частицами. Такой же эффект наблюдается и на законцовке верхней части лопатки, однако он наступает значительно позже, хоть и более интенсивнее за счет увеличения поперечной площади набегающего потока воздуха от износа входной кромки пера. Наличие покрытия с высокой твердостью на поверхности корыта препятствует износу лопатки, поэтому одним из критериев его работоспособности является наличие достаточно твердого покрытия толщиной от шести до 10 мкм на входной кромке лопатки, способной не только защитить саму входную кромку, но и препятствовать износу выходной кроки в периферийной зоне пера. Визуальная оценка состояния лопаток после эрозионных испытаний показала, что все типы испытанных покрытий на входной кромке подвержены износу; по корыту и выходной кромке состояние покрытия 46 для каждого типа различное. В итоге определяющим параметром, характеризующим эрозионный износ лопаток с покрытием, является изменение размера хорды в периферийном сечении до и после испытаний. На рисунке 34 приведены относительные изменения хорд лопаток шестой ступени в периферийном сечении с различными типами покрытий. Рис. 34 – Величина износа хорды пера лопатки (провал пера) по покрытиям, указанным в таблице 1 Проведенные работы показали, что покрытие из нитрида титана является эффективным средством защиты лопаток компрессора вертолетных ГТД от пылевой эрозии [10]. Однако, как показывает рисунок 34, не смотря на положительные выводы исследования АО «Мотор Сич», повышенная концентрация пылевых абразивных частиц во всасываемом воздухе не устраняет износ как таковой, лопатки продолжают получать недопустимые повреждения, выходящие за требования эксплуатационной документации, однако наступает это позже. И все же можно констатировать, что надежность работы компрессора заметно повышается при наличии на лопатках защитных покрытий. Другой вопрос, насколько интенсивно эксплуатируются двигатели, чтобы лопатки с защитным покрытием могли спасать двигатель от досрочного снятия с эксплуатации и безотказно выработать установленный межремонтный ресурс. 47 Согласно программе, согласованной с ЦИАМ, сравнительные эрозионные испытания проведены на АО «Мотор Сич» в четыре этапа с общей наработкой двигателя ~ 6 часов при расходе абразива ~ 16 кг. В качестве абразивного материала использовался кварц молотый пылевидный КП-2 марки Б с грануляцией помола 0,020 мм. Таким образом, при сравнительных эрозионных испытаниях воспроизведены условия работы двигателя с ПЗУ. Результаты представлены на рисунке 35. Рис. 35 – Изображения лопаток демонстрируют первичный износ входной кромки пера на периферии по сравнению с остальной защищенной поверхностью лопаток Из результатов измерений хорд следует, что целый ряд покрытий различного состава неплохо противостоят эрозионному износу лопаток компрессоров ГТД. Как видно, на лопатках с эрозионным износом уменьшение размера хорд происходит вследствие износа входной кромки, причем недопустимый износ входной кромки наступает в первую очередь и гораздо 48 быстрее, чем недопустимый износ выходной кромки пера, происходящий несколько позже. Выбор заводом-изготовителем шестой ступени ротора компрессора для анализа состояния лопаток обусловлен его статистикой забраковки, проведенного на 20 двигателях [8] с наработкой 400 и 600 часов (межремонтный ресурс 1500 часов). Причем при втором значении наработки на шестой ступени компрессоров наблюдался максимальный провал по хордам, в два раза превышающий допустимые в эксплуатации значения, 4 мм вместо 2 мм, превышающий даже износ лопаток первой ступени (см. рисунок 36). Рис. 36 – Статистика АО «Мотор Сич» по забраковке лопаток по ступеням компрессора 20 двигателей ТВ3-117 с наработкой около 600 часов Эти данные кардинально разнятся с данными по забраковке Луганского авиационного ремонтного завода, составленные по результатам дефектации 208 двигателей в течение трех лет. Статистика такой забраковки представлена на рисунке 37. 49 Рис. 37 – Статистика Луганского АРЗ по забраковке лопаток по ступеням компрессора 208 единиц двигателей ТВ3-117, вырабатывавших ресурс до 1500 часов Сравнивая два графика по рисункам 27 и 28, легко заметить, что с шестой по двенадцатую ступени компрессора тенденция износа лопаток совпадает, а с первой по пятую тенденция износа кардинально разнится. Насколько верен один или второй график, можно судить по степени износа лопаток восьмой ступени. С точки зрения представителей АО «Мотор Сич» их статистика по данной ступени объясняется нахождением перед восьмой ступенью КПВ, предупреждающего появление помпажа. На переходных режимах работы ГТД клапан открывается, и часть давления воздуха стравливается наружу. Однако наличие КПВ подразумевает лишь местное падение давления сжатого воздуха, и, как следствие, ускорение движения воздуха, а значит, и повышенный эрозионный износ передней кромки пера лопаток восьмой ступени, воспринимающий суммарно два потока движения пылевых частиц (навстречу лопатке – по оси компрессора под действием давления и вдоль пера лопатки – под действием центробежных сил, в 50 результате чего возникает удвоенный износ). Как следствие, эрозионный износ должен увеличиваться. Что и совпадает со статистикой Луганского авиаремзавода. Однако представители АО «Мотор Сич» делают акцент в исследованиях на именно шестую ступень, потому что в эксплуатации только ее и седьмую ступени можно осмотреть эндоскопом и проверить износ (провал по хорде). Но лопатки седьмой ступени не такие показательные. Поэтому степень износа шестой ступени экстраполируется на весь компрессор, под нее представителями АО «Мотор Сич» и могут быть подогнаны свои статистические данные корпоративной забраковки. Исходя из нейтральной статистики Луганского авиаремзавода, более надежно анализировать степень износа лопаток четвертой, шестой, восьмой, девятой и одиннадцатой ступеней, где наблюдается максимальный износ лопаток – от 15,1 % до 17,2 % [11]. Однако в эксплуатации это невозможно из-за конструктивного исполнения статора (корпуса) компрессора. Следует обратить внимание на тот факт, что своевременное по заявкам и полное получение комплекта лопаток именно одиннадцатой ступени у завода-изготовителя являлось извечной проблемой для Луганского авиаремонтного завода. Что еще раз подтверждает, что одиннадцатая ступень являлась проблемной и для АО «Мотор Сич». Вцелом эрозионный износ пера лопаток компрессора достигает по количеству 70 % от поступающих в ремонт ГТД. При этом еще один характерный дефект – повреждение входной кромки и пера лопатки от попадания посторонних предметов в компрессор – всего лишь 15 % [8]. В заключение подпункта целесообразно привести еще одни статистические данные, указанные в [8]. Согласно исследованием специалистов АО «Мотор Сич» на первых трех-четырех ступенях компрессора изнашиваются, преимущественно, входные кромки лопаток, тогда как лопатки последующих ступеней получают износ как входной, так и выходной кромки пера. Этот нюанс хоть и любопытен, однако он мало на что влияет. И доказательство тому – на рисунке 38. 51 Рис. 38 – Характерный эрозионный износ лопаток средних ступеней ротора компрессора вертолетного двигателя с остатками нитрид титанового покрытия Как видно из рисунков 17, 21, 26, 38 и др., все-таки первичный износ получает именно входная кромка пера лопатки. С ее стороны и большее воздействие сил эрозии на перо лопатки. 3.2 Попытки НИИ и авиапрома по повышению надежности ГТД Если проблемой повышения надежности работы ГТД впервые озадачились на заводе-изготовителе вертолетных двигателей АО «Мотор Сич, г. Запорожье, еще в 1980-е годы, и связано это с эксплуатацией вертолетов в условиях повышенной запыленности воздуха Афганистана, то российские разработчики и изготовители авиационной техники подошли к этой проблеме только к середине-концу 1990-х годов [12]. В те годы, когда авиационная отрасль Российской Федерации начала оживать, необходимость защиты компрессора ГТД от воздей52 ствия загрязненной среды превратилась из теоретической проблемы в одну из важнейших при разработке новых или конвертирования уже существовавших на тот момент отечественных ГТД. Начавшийся анализ исследований и практических работ в области технологий проектирования газотурбинных двигателей показал, что теперь разработчики вынуждены учитывать специфические условия работы и принимать ряд конструктивных и технологических мер для обеспечения работоспособности и увеличения срока службы ГТД [13]. Однако в те годы, отмечают авторы монографии, когда технологии нанесения износостойкий покрытий только разрабатывались, а результаты эксплуатации таких двигателей еще не были известны, вопросы насчет ремонтопригодности компрессорных лопаток после нанесения на них эрозионно стойких покрытий не рассматривались. К работам по разработке защитных покрытий привлекались ряд научных организаций России [14]. Так, например, в попытках создать российский аналог вертолетному двигателю ТВ3-117 изготовления ПАО «Мотор Сич» конструкторское бюро-разработчик этого двигателя ПАО «Климов», г. Санкт-Петербург, в этот период привлекло ЦИАМ им. П.И. Баранова и ВИАМ, г. Москва, к исследованию влияния запыленного воздуха на компрессор будущего двигателя и к разработке средств защиты лопаток от износа. В ходе таких работ создаваемый на ПАО «Климов» российский аналог украинского ТВ3-117ВМА-СБМ-1В, уже ВК-2500, предусматривал в себе возможность установки лопаток с различными вариантами нитрид титанового покрытия. В соответствии со своим профилем деятельности ВИАМ вплотную занялось не только разработкой и исследованием самих эрозионно стойких защитных покрытий, но и приступило к разработке оборудования для таких процессов [3]. Например, в 2007 году ВИАМ, разработав ионно-плазменную установку МАП-3, получили на ней технологию ассистированного осаждения нитрид титана и нитрид хрома. В этом же году появился отчет ВИАМ, согласно которому для защиты сталей и жаропрочных сплавов от эрозионного износа наиболее подходящим покрытием является карбид хрома, а для защиты титановых сплавов – нитрид циркония [15]. Из титанового сплава ВТ-8 изготавливаются компрессорные лопатки на вертолетные двигатели семейства ТВ3-117 и ВК-2500, устанавливаемые на эксплуатируемые по всему миру вертолеты типа Ми-8, Ми-14, Ми-17, Ми-24, Ми-28, Ми-35, Ка-27, Ка-29, Ка-32, Ка-35, Ка-50, 53 Ка-52. Последних два типа вертолетов Ка-50, Ка-52 пока находятся на вооружении только в РФ. В настоящее время в ВИАМ продолжаются работы по разработке эрозионно-коррозионностойких покрытий для стальных и титановых лопаток компрессора ГТД. В процессе работ исследованы различные типы и конструкции таких покрытий [16]. Исследовались композиционные покрытия, состоящие из нижнего конденсированного коррозионностойкого подслоя на основе чистых металлов и сплавов, карбидов титана и алюминия, ионное насыщение в плазме алюминия, карбида титана и др., и верхнего эрозионностойкого слоя из карбидов и нитридов металлов (СrC, TiN, ZrN), а также нанослойные эрозионно-коррозионностойкие покрытия, состоящие из чередующихся слоев карбидов или нитридов металлов (Ti, Cr, Zr, Al). Покрытия имели общую толщину от 18 до 25 мкм и содержали от 300 до 2500 нанослоев в зависимости от их толщины. Испытания на эрозионную стойкость композиций «основа (сплав) ‒ покрытие» показали, что переход на ассистированное осаждение позволяет многократно повысить эрозионную стойкость композиции. Стоит пояснить, что к ассистированному осаждению относятся технологии низкотемпературной плазмы, в которых покрытие образуется в результате химических реакций, протекающих в плазме, возбуждаемой тлеющим, дуговыми ВЧ или СВЧ разрядами [17]. Ассистированное осаждение характеризуется относительно низкими затратами на нанесение покрытий. Так, для разработанного в середине 1990-х годов серийного эрозионностойкого покрытия из монослойного ZrN переход на ассистированное осаждение позволяет повысить более чем в два раза эрозионную стойкость композиции при двух углах атаки пылевоздушного потока, и это повышение эрозионной стойкости вызвано изменением структурнофазового состояния покрытия. Для нанослойных покрытий ассистированное осаждение обеспечивает увеличение эрозионной стойкости в десятки раз по сравнению со стойкостью покрытий, полученных при обычном ионно-плазменном осаждении. Установлено, что эрозионная стойкость нанослойных покрытий снижается при уменьшении толщины нанослоев, и наиболее высокой стойкостью обладают покрытия с общей толщиной нанослоев на уровне 50‒80 нм [16]. Это порядка от десяти до пятнадцати слоев. 54 Однако практика поступления в ремонт ГТД показывает, что в условиях эксплуатации абразивный износ лопаток происходит при любом количестве слоев, и до полной выработки межремонтного ресурса лопатки продолжают работать уже со стертым покрытием (один из примеров – на рисунке 29). Этот вывод в ходе исследовательских работ подтверждены опытом работы Луганского АРЗ и обменом информацией с иными отечественными АРП. В ВИАМ наряду с нанослойными покрытиями исследовались также слоистые покрытия, состоящие из слоев различного состава (модифицированный слой либо слой на основе сложного многокомпонентного карбида с внешними монослоями или нанослоями на основе нитридов или карбидов металлов). В эти же годы появились патенты на защиту разработок по защитным антиэрозионным покрытиям. Так, например, один из таких патентов предлагает следующее [18]. В компрессорной лопатке газотурбинного двигателя с защитным ионно-плазменным износо- и коррозионностойким покрытием на основе адгезионного подслоя титана и полифункционального слоя нитрида титана, под адгезионным подслоем титана расположен обладающий повышенной микротвердостью поверхностный слой материала пера. Этот слой, в свою очередь, предварительно сформирован в вакууме низкоэнергетической бомбардировкой поверхности пера ионами титана с образованием поверхностного слоя. В результате обработанный материал пера и верхнее ионноплазменное покрытие образуют слоисто-структурную рабочую поверхность оболочки лопатки, обеспечивающую ее надежную эксплуатацию в условиях воздействия на лопатку вибрационных нагрузок, эрозионного воздействия и развития точечной коррозии поверхности лопатки (характерно для химически нейтральных сплавов). В итоге компрессорная лопатка имеет слоисто-структурную рабочую поверхностную оболочку, состоящую из чередующихся: - поверхностного слоя материала пера из стали, подвергнутой приповерхностному микронаклепу в вакууме низкоэнергетическими ионами титана (при энергии ионов 1000 кэВ) до достижения микротвердости поверхности 320-350 кгс/мм2 (при исходной микротвердости 250 280 кгс/мм2); - среднего адгезионного подслоя титана толщиной 0,5-1,0 мкм; - наружного слоя нитрида титана толщиной 3,0-6,0 мкм. 55 В результате, как отмечается в патенте, повышение стойкости лопаток составило 10 %. Принципиальный вид указанного в патенте покрытия, который относится и ко множеству остальных вариантов нанесения защитных слоев, представлен на рисунке 39. Рис. 39 – Принципиальная схема варианта нанесенного на лопатку трехслойного покрытия на основе нитрид титана TiN На рисунке 39 компрессорная лопатка содержит перо 1 с обладающим повышенной микротвердостью поверхностным слоем 2 (после галтовки) и нанесенными поочередно адгезионным подслоем 3 титана и слоем 4 нитрид титана. Последней работой специалистов ВИАМ, исходя из имеющейся информации, следует считать исследования 2016 года [19]. В тот период рассмотрены эрозионностойкие покрытия из ZrN и Cr3C2 для защиты титановых и стальных лопаток компрессора ГТД. Показано, что эрозионная стойкость композиции подложка-покрытие зависит от толщины, режима осаждения и текстуры покрытия. 56 Ассистированное осаждение изменяет структурно-фазовое состояние покрытий и позволяет существенно повысить их эрозионную стойкость. Установлено, что для титановых сплавов лучшим эрозионнокоррозионностойким покрытием является нанослойное 2D-покрытие TiN / CrN со средней толщиной нанослоев ~60 нм, а для сталей – покрытие (NiCrTiAlHf)C + CrC, получаемые ассистированным осаждением. Испытания лопаток компрессора из сплава ВТ-8 на двигателе (по всей видимости, двигатель ВК-2500 – прим. авторов монографии) подтвердили высокие защитные свойства нанослойного 2D-покрытия TiN / CrN. Однако в этих работах так и не указывается, как ремонтировать лопатки, имеющие износ покрытий на основе нитридов металлов. Нет указаний и на себестоимость этих работ. Подтверждением тому являются материалы Екатеринбургского авиационного ремонтного завода ПАО «Уральский завод гражданской авиации». По имеющейся на Луганском АРЗ информации данный авиаремонтный завод наносит всего семь покрытий на основе TiN на лопатки компрессорной части вертолетных двигателей ТВ2-117 и ТВ3-117. Как указывается в рекламных материалах уральского предприятия, до внедрения износостойких покрытий досрочный съем двигателей ТВ2-117 составлял 35 % по абразивному износу лопаток компрессора этого ГТД. После нанесения покрытия досрочный съем составил 7 %. В соответствии с авиационными нормами ПАО «УЗГА» получил от разработчика указанных двигателей ПАО «Климов» допуск в виде трех бюллетеней: С79-917БР-Г для ТВ2-117, К78-032БР и К78-036БР, предоставляющих предприятию право наносить такие покрытия. Как указывается в рекламных проспектах этого АРП, затраты на нанесение эрозионно стойкого покрытия в два раза ниже стоимости новых лопаток, требующих замены в ремонте по причине их эрозионного износа. Разрешение для ПАО «УЗГА» на нанесение нитрид титановых покрытий представлено на рисунках 40 и 41. Однако следует указать, в рекламных материалах Уральского завода гражданской авиации не указывается о наличии технологии ремонта лопаток с нанесенным противоэрозионным покрытием. 57 Рис. 40 – Титульный лист документа, изданного разработчиком и изготовителем двигателей ТВ3-117 и ВК-2500 Рис. 41 – Лист из документа с указанием бюллетеней К78-032БР и К78036БР, касающихся разрешения для ПАО «УЗГА» наносить нитрид титановые покрытия на лопатки компрессоров ГТД 58 Как видно, эта проблематика не особо затрагивается и в исследованиях ВИАМ, и в научно-исследовательских работах других авиастроительных предприятий России. В частности, представителями московского ФГУП «НПЦ газотурбостроения Салют» в 2011 году оформлен патент на свой метод нанесения защитных противоэрозионных покрытий [20]. Согласно ему предлагается а) ионно-плазменное осаждение чередующихся слоев металлов и их нитридов с предварительной очисткой поверхности лопаток ионами аргона и б) последующее ионное осаждения покрытия. Как указывается, чередование таких покрытий происходит несколько раз. Принципиальная схема обозначенного в патенте технологического оборудования представлена на рисунке 42. 1 - вакуумная камера; 2 - генератор металлической плазмы; 3 - генератор газовой плазмы, 4 – лопатки ротора компрессора; 5 - защитные экраны; 6 - инфракрасные нагреватели; 7 - высоковольтный генератор; 8 - поворотный стол; 9 - плазменный фильтр (ПФ); 10 – пирометр (бесконтактный измеритель температуры лопатки) Рис. 42 – Принципиальная схема установки нанесения нитрид титанового покрытия 59 Перед началом работ лопатки полируют. Далее в вакуумной камере (1) ионоплазменной установки на поворотном столе (8) закрепляют лопатки (4) и подвергают очистке и обезгаживанию при давлении от 1 до 2 Па ионами аргона, извлекаемыми из плазмы газового источника (3). Длительность процесса очистки составляет от 20 до 40 минут. При газовой очистке на лопатки подают короткоимпульсный высокочастотный высоковольтный потенциал смещения с длительностью импульса 5 мкс, коэффициентом заполнения импульса 0,55 и амплитудой 4 кВ. Обработку лопаток ионами титана осуществляют с достижением температуры от 400 до 450 °С и последующим снижением потенциала смещения до 600 В в импульсно-периодическом режиме или до 300 В при постоянном потенциале. Далее осуществляют ионное азотирование поверхности. Для этого переключают генератор газовой плазмы на азот, на деталь подают короткоимпульсный высокочастотный потенциал смещения с длительностью импульса до 5 мкс, с коэффициентом заполнения импульсов 0,55, при амплитуде потенциала смещения 4 кВ. Облучение ионами азота происходит при давлении в камере 1 Па, время облучения составляет 10 минут. Затем в течение 15 минут осуществляется нагрев лопаток до требуемой температуры от 400 до 450 °С и одновременно насаждаются ионы титана в азотированный поверхностный слой лопатки. Для этого включают генераторы (2) титановой плазмы на основе вакуумнодугового разряда. Генераторы оснащены плазменными фильтрами (9). Плазма вакуумной дуги проходит через плазменный фильтр и очищается от микрочастиц продуктов эрозии материала катода в катодном пятне. При этом на лопатки (4) подают от высоковольтного генератора (7) отрицательный импульсно-периодический потенциал смещения с параметрами: длительность импульса до 5 мкс с коэффициентом заполнения импульсов в пределах 0,55 и амплитудой напряжения смещения до 4 кВ. Далее амплитуду потенциала смещения снижают до 400 В и сначала осаждают подслой титана, а затем наносят слой нитрида титана той же толщины от 150 до 200 нм. При этом температуру лопатки поддерживают на уровне от 400 до 450 °С. В последующем наносят многослойное градиентное покрытие TiN/TiAlN, состоящее из наноразмерных слоев толщиной в пределах от 150 до 300 нм. Формирование переходного подслоя, слоя нитрида титана и осаждение многослойного покрытия сопровождается снижением температуры поверхности конденсации. С целью поддержания температуры 60 поверхности конденсации в заданных пределах от 400 до 450 °С процесс формирования покрытия реализуется в двух вариантах: - в одном случае температуру лопаток поддерживают за счет дополнительного нагрева лопаток инфракрасными нагревателями 6; - во втором случае поддерживание температуры лопаток достигается в условиях динамически изменяющейся энергии ионов. Формирование покрытий осуществляется в среде азота при давлении 1,0 Па. Для поддержания заданного температурного режима в каждом секторе напротив лопаток установлены дополнительные инфракрасные нагревательные элементы 6. Для формирования резкой границы раздела между отдельными слоями вакуумный объем камеры разделен на сектора с помощью защитных экранов 5. Формирование многослойного покрытия производят перемещением изделий от одного вакуумно-дугового генератора металлической плазмы к другому. Требуемый состав многослойного покрытия получается при токе вакуумно-дугового разряда на одноэлементных катодах: на Al – 80 А, на Ti – 110 А. Толщина отдельных слоев покрытия задается скоростью перемещения вращающихся вокруг своей оси лопаток от одного вакуумно-дугового испарителя к другому. Осаждение многослойного покрытия осуществляется как при постоянном потенциале смещения амплитудой 300 В, так и при импульсно-периодическом потенциале смещения амплитудой 600 В. Для повышения прочности покрытий один или несколько слоев подвергают ионной имплантации азотом (аргоном, углеродом или бором) в процессе осаждения или после окончания процесса осаждения, а после нанесения покрытия проводят виброобработку микрошариками (галтовка). Нанесение чередующихся слоев покрытия осуществляется с применением одноэлементных катодов из титана, алюминия и/или композиционных Ti-Al в среде азота. Слои покрытия типа TiAlN наносятся составом: Ti 23 – 28 %, Al 23 – 28 %, N 44 – 54 %, а слои TiN: Ti 44 – 54 %, N 56 – 46 %. Авторы патента утверждают, если применить 22 чередующихся по составу слоя толщиной ~ 230 нм с четким их разделением, то кромки лопаток сохраняют четкую геометрическую форму без признаков оплавления, а покрытия рабочих лопаток TiN и TiAlN имеют равномерную толщину по их поверхности. 61 По завершении работ микротвердость основного материала лопатки составляет Hv(Vickers) 458±80, модуль упругости 108 ГПа. Из опыта Луганского АРЗ по нанесению в Донецком национальном техническом университете двух-трех слоев покрытия TiN упругость составляла до 60 ГПа. Эффективность описанной технологии согласно патенту ФГУП «НПЦ газотурбостроения Салют» подтверждается следующим образом: - лопатка с покрытием максимум на 28 % эрозионно устойчивее, чем без покрытия; - если сравнивать твердость двух защитных покрытий, многослойное TiAlN/TiN и просто TiAlN, то первое покрытие имеет противоэрозионную прочность до четырех раз выше, чем второе; - по отношению к TiN композитное многослойное покрытие TiAlN/TiN прочнее в десять раз. Из приведенного выше способа нанесения покрытия видно, насколько это трудоемкий и дорогостоящий способ. Причем для оценки трудоемкости и затратности работ в данной монографии приводится описание запатентованного в [20] метода с выдержками. Для визуализации применяемого оборудования для нанесения защитных противоэрозионных покрытий соответствующий производственный участок завода-изготовителя ГТД АО «Мотор Сич» представлен на рисунке 43. Рис. 43 – Производственный участок АО «Мотор Сич» с технологическим оборудованием по нанесению защитных противоэрозионных покрытий на лопатки компрессора ГТД 62 Согласно рекламному проспекту АО «Мотор Сич» время нанесения покрытия на партию лопаток занимает до трех с половиной часов, при этом «увеличен ресурс компрессорных лопаток в 2 – 2,5 раза». Что подразумевается под выражением ресурс, не уточняется. Скорее всего, имеется виду временнáя стойкость лопаток к износу. К примеру, если без нанесения покрытия лопатки в тяжелых условиях работы двигателей ТВ3-117 изнашиваются до указанных в Руководстве по эксплуатации пределов после 500-600 часов работы ГТД, то с нанесенным покрытием – к 1200 часам, а это все-таки не полная выработка межремонтного ресурса для подобных двигателей, как того требует Руководство по эксплуатации, 1500 ч. И здесь следует увидеть некое противоречие в выводах двигателестроительной компании. Так, если возвратиться к рисунку 34, то эрозионный износ лопаток в любом случае превышает допустимые нормы, установленные в Руководстве по эксплуатации двигателя ТВ3-117. Но с нанесенным защитным покрытием спасти лопатки от недопустимого износа, после которого следует досрочно снимать ГТД с эксплуатации и отправлять в ремонт, все равно проблему решить досконально не удается. Как указывалось выше, это 7 % ГТД. Подтверждение этому можно найти и на рисунке 36. Недопустимый износ незащищенных лопаток наблюдается у ГТД уже с наработкой 600 часов. Причем степень износа шестой ступени требует снимать ТВ3-117 с эксплуатации при провале по хорде более 2 мм, а это получается из рисунка 27 приблизительно 300 часов работы ГТД. Если противоэрозионная защита повышает ресурс лопаток в 2,0-2,5 раза, как утверждает АО «Мотор Сич», то несоответствие ГТД требованиям Руководства по эксплуатации наступает уже при выработке межремонтного ресурса до 700 часов, хотя двигатель должен «отлётывать» 1500 часов. В любом случае, ресурс компрессорных лопаток повышается, и с этим следует согласиться. Однако задачи и выводы данной монографии следует рассматривать так: что следует предпринимать в процессе ремонта ГТД, чтобы минимизировать затраты заказчика ремонта ГТД через увеличение послеремонтной надежности двигателей путем повышения износостойкости и ремонтопригодности компрессорных лопаток. 3.3 Итоги исследовательских работ Отечественная промышленность ориентируется на несколько критериев своего функционирования. Среди них эффективность, каче63 ство, надежность, востребованность, соответствие различным отечественным и международным стандартам, а также соблюдение требований защиты окружающей среды. Начавшиеся еще в 1980-е годы опытные работы и продолжающиеся о сих пор исследования по увеличению надежности работы ГТД путем нанесения на лопатки компрессоров защитных эрозионно стойких покрытий показали их перспективность с точки зрения соблюдения выше указанных критериев функционирования отечественной промышленности. Опытными работами установлено, количество пыли, содержащееся в воздухе, зависит от состава грунта и может, в среднем, достигать от 0,2 до 0,4 г/м3. В местах эксплуатации авиационной техники с повышенной запыленностью, а это, например, Африка, Ближний Восток, гористые каменистые местности, запыленность воздуха может быть и выше. А если учесть, что скорость всасывания загрязненного пылью воздуха в компрессор может достигать 200 м/с, воздушные примеси приобретают свойство наждака. Сильнейшему эрозионному износу подвергаются лопатки рабочих колес и направляющих аппаратов компрессора первых четырех-пяти ступеней (см. рисунок 37). Степень их износа зависит от размеров частиц пыли, их твердости, скорости и продолжительности работы компрессора, а также от его мощности. А вот износ лопаток турбины происходит в меньшей степени из-за «размягчения» частиц в горячем газе, прошедших через камеру сгорания. Таким образом, проблематика эрозионного износа твердыми частицами воздуха касается только надежности работы компрессора. Теорией установлено и практикой подтверждено, наибольший эрозионный износ лопаток происходит в их верхней части пера. Это легко объяснить за счет особенностей обтекания воздухом тела лопатки. Под действием вращения ротора, т.е. под действием центробежных сил, поток воздуха устремляется от корневого сечения лопатки к ее краю, где происходит максимальное сжатие воздуха. По этой причине в последние годы стало применяться частичное нанесение противоэрозионных защитных покрытий на лопатки компрессоров ГТД, что удешевляет конечную стоимость таких работ. Как видно, работы по увеличению износостойкости лопаток компрессоров ГТД продолжаются до сих пор, и оптимального варианта защитного покрытия так и не создано. Однако установлено, что одногодвух защитных слоев недостаточно. 64 Как оказалось, при одном слое в большинстве случаев его структура имеет зернистую размерность в 150 нм и внутреннее напряжение до 4 ГПа [16, 20, 21]. В результате в эксплуатации на «однослойных» лопатках наблюдались усталостные трещины такого покрытия. Нанесение второго слоя и более слоев устраняет этот недостаток. Да логически и одного слоя защитного покрытия недостаточно, чтобы продлить срок службы лопаток компрессора. Итак, как минимум, на лопатки требуется наносить три слоя нитрид титана, что и выполнялось на Луганском АРЗ для компрессоров двигателя ТВ3-117. Уральский завод гражданской авиации, г. Екатеринбург, наносил до семи слоев нитрид титана. В ряде исследований ВИАМ проводились опытные работы по нанесению комплексной защиты, состоящих из чередующихся от трехсот до двух с половиной тысяч слоев карбидов и нитридов металлов титана, хрома, циркония и алюминия, достигавших общей толщины до 25 мкм [16]. В указанном институте опытные работы проводились с композитными покрытиями в составе чередования защитных покрытий и подложек суммарно от пятнадцати до двадцати слоев общей толщиной до 35 мкм [22]. В [22] особо подчеркивается, что многослойность защитных покрытий предотвращает, кроме всего прочего, возникновение отслоений и трещин, а более мягкие промежуточные связующие подслои предотвращают проникновение возможных наружных трещин на нижние противоэрозионные высокопрочные слои. Как сообщается специалистами Института сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, опытные работы на момент публикации [22] продолжались. Впрочем, по мнению специалистов Луганского АРЗ, такое количество слоев излишне – лопатки все равно получают эрозионный износ, а покрытие местами стирается полностью. Дороговизна нанесения большого числа слоев не окупается ресурсной стойкостью лопаток к износу в условиях реальной эксплуатации. 65 4 НАЧАЛО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ НА ЛУГАНСКОМ НАЦИОНАЛЬНОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ИМЕНИ В. ДАЛЯ Исследования защитных эрозионностойких покрытий начались проводиться представителем Луганского АРЗ, ведущим технологом по специальным покрытиям, применяемым на ремонтируемой на АРЗ АТ, сотрудником технологической службы на базе кафедры материаловедения института технологий и инженерной механики Луганского Национального университета им. В.Даля и Луганского АРЗ. Работы проводились с 2008 года по 2014 год включительно. 4.1 Работы на первом этапе В ходе проведения работ по [23] изучалась возможность и целесообразность введения в состав покрытия на основе нитрид титана добавок циркония. В качестве обоснования целесообразности проведения исследований указывалось, что степень и характер эрозионного износа лопаток компрессоров вертолетных ГТД зависят от размера и количества абразивных частиц в воздухе, а также от скорости входящего в воздухозаборное устройство ГТД воздуха, дополнительно усиливающегося потоком от несущего винта [24]. Помимо эрозионного износа взвешенных твердых частиц внимание обращено на коррозионного воздействие в той или иной степени присутствующих во всасываемом воздухе активных частиц. Так, указывается, что коррозионный износ лопаток компрессоров особенно сильно возникает в морских условиях эксплуатации вертолетной техники, где в воздухе содержатся взвеси морской соленой воды и частиц пыли. В таких агрессивных средах скорость коррозионного повреждения лопаток возрастает с повышением температуры в компрессорной части ГТД, которые достигают величины до 300 оС для рассматриваемого двигателя ТВ3-117, устанавливаемого на вертолеты типа Ми и Ка. При этом на другой авиационной технике, эксплуатируемой в аналогичных условиях, температура повышения воздуха в конце компрессора перед вводом в камеру сгорания может достигать 500 оС и выше для компрессоров высокого давления [25]. Будучи профильным специалистом, сотрудник технологической службы указывает в своей работе следующие варианты и недостатки применяющихся на компрессорных лопаток ГТД защитных покрытий: 66 гальванические, лакокрасочные, конденсационно-вакуумные и эмалирование. Гальваническое покрытие типа никель-кадмиевое используется на лопатках компрессора для защиты от коррозии, но эрозионная стойкость и температура эксплуатации (до 300 оС) у него очень низкая. Причем, во время процесса снятия и нанесения покрытия необходимо учитывать возможность наводораживания основного металла лопатки, что отрицательно сказывается на ее механических свойствах. ЛКП на основе эпоксидных эмалей, например, КО-856, ЭП-140 или ЭП-586, нанесенных в пять-семь слоев, также защищают лопатки от коррозионного воздействия, однако, как и никель-кадмиевое покрытие, они имеют низкую температуру эксплуатации до 300-350оС. И все же эрозионная стойкость ЛКП вследствие своей эластичности несколько выше, чем у твердого никель-кадмиевого состава, поэтому они широко применяются на лопатках направляющего аппарата компрессора вертолетного ГТД. Эмалирование производится путем нанесения суспензии на основе, например, глины и никелевого порошка, с последующим отжигом. Покрытие защищает лопатки направляющих аппаратов от высокотемпературной коррозии до 400 оС. Однако такие лопатки все равно остаются подверженными эрозионным повреждениям, поскольку эмалированная поверхность подвержена истиранию или сколам в вышеописанных условиях эксплуатации. Пример износа приведен на рисунке 44. Рис. 44 – Эрозионно изношенная эмаль ЭП-140 желтого цвета и сами лопатки в корневой части на НА 67 Альтернативой двум выше указанным покрытиям является конденсационно-вакуумное покрытие. Известно, что нитрид титановое покрытие обладает хорошей коррозионной стойкостью в один балл по пятибалльной шкале, а также повышенной эрозионной стойкостью к эрозионному уносу материала от 0,019 до 0,028 г/мин [26]. При этом высокие защитные свойства сохраняются на необходимом уровне при температуре эксплуатации покрытия до 350 оС. Чтобы повысить межремонтный ресурс деталей, коррозионную и эрозионную стойкость, и рабочие температуры покрытия, в материал покрытия при его напылении было решено ввести цирконий. Цирконий имеет исключительную коррозионную стойкость во многих агрессивных средах, устойчив в воде и водяных парах до 300 оС. Экспериментальные исследования на базе Луганского Национального университета им. В.Даля состояли в следующем. В процессе исследования на очищенные рабочие лопатки компрессора двигателя ТВ3-117, лопатки из титанового сплава ВТ-8, наносилось покрытие из TiZrN (нитрида титана-циркония) в установке «Булат-6» плазменно-вакуумным методом в вакууме. Покрытие из TiZrN получилась светлого желтовато-золотистого цвета толщиной от 5,0 до 5,5 мкм (см. рисунок 45). Рис. 45 – Левая лопатка (TiZrN) имеет более светлый оттенок золотистого цвета, правая лопатка (TiN) – более темный оттенок 68 Для определения эрозионной и коррозионной стойкости покрытия проводились в рамках данного этапа исследования два контроля качества. В первом случае на один из двигателей ТВ3-117, где по условиям контракта на ремонт требовалось покрыть эрозионно защитным слоем все лопатки компрессора, на первую ступень компрессора поставлены по две лопатки с покрытиями TiZrN и TiN без уведомления об этом собственника двигателя. Зная, что покрытия достаточно надежны, идея заключалась в ожидании спустя какое-то время возможных вопросов от заказчика ремонта. О таком варианте исследования знал весьма ограниченный круг лиц. Как и ожидалось, в течение гарантийного срока эксплуатации и после выработки гарантийных ресурсов двигателя никаких претензий или иных вопросов от заказчика ремонта не поступало. Таким образом, отсутствие запросов по умолчанию показало надежность обоих покрытий. Второе исследование проводилось на базе Луганского АРЗ. В этом случае лопатки подвергались пескоструйной обработке в качестве имитации эрозионного износа. Суть работ заключалась во взвешивании лопаток до исследований на весах точного веса в центральной заводской лаборатории. После взвешивания лопатки помещались на поддон в установку для пескоструйной обработки деталей и одновременно обдувались песком одним охватом струи. Обдув происходил в течение пяти минут. После этого лопатки вновь взвешивались. Результаты подобных испытаний на эрозионную стойкость покрытия TiZrN и TiN на рабочих лопатках компрессора показали, что в первом случае скорость эрозии составляет всего 0,012 г/мин, тогда как во втором случае – 0,028 г/мин, что практически полностью подтверждает выводы в [26]. Для дополнительной проверки обдувались лопатки без покрытия, унос металла составил 0,036 г/мин. На базе Луганского национального университета им. В. Даля параллельно проводились испытания лопаток с нанесенными двумя видами покрытий на стойкость к нагреву. Испытания на коррозионную стойкость покрытия TiZrN привели к тому, что лопатка, как после 50 циклов испытания (нагрев до 350 оС и последующее охлаждение тонкораспыленным 5 % солевым раствором), так и после ста циклов не имела окислообразных коррозионных 69 поражений. Это, в свою очередь дает оценку 10 по десятибалльной шкале определения коррозионной стойкости. Кроме того, проведенные исследования на базе Луганского национального университета показали, что напыленное покрытие TiZrN имеет высокую микротвердость – 34 ГПа в сравнении с покрытием TiN 27,4 ГПа, что совпадает с контрольными значениями согласно [26]. Так, при увеличении температуры эксплуатации от 300 оС до 500 оС у лопатки с покрытием TiZrN, как и у TiZrN, происходит уменьшение микротвердости покрытия, а также увеличение скорости эрозии. Впрочем, для двигателей ТВ3-117 нагрев лопаток компрессора свыше 350 оС маловероятен. В ходе испытаний установлено, что скорость эрозии TiZrN в 2,3 раза ниже, чем у TiN и в три раза ниже, чем у лопаток без покрытия. При этом стоимость ремонта данного авиадвигателя с учетом напыления защитного покрытия на лопатки оказывается всего лишь на 3,5–5,0 % выше от исходной [27]. В отношении ротора компрессора затраты на нанесение противоэрозионного покрытия в два раза меньше закупки нового комплекта лопаток [28]. 4.2 Работы на втором этапе Как указывается во вступительной части исследований сотрудника Луганского АРЗ на базе Луганского Национального университета им. В. Даля [29], ее задачами являлись исследование и анализ физико-технических показателей ионно-плазменного многофункционального покрытия типа TiZrN, до этого нашедшего широкое применение в инструментальном производстве как способ повышения износостойкости режущих частей инструмента. В исследовании делается вывод о возможности применять TiZrN для защиты компрессорных лопаток из титанового сплава ВТ-8 вертолетного двигателя ТВ3-117. Исследование проводилось путем нанесения двух слоев покрытия. Здесь стоит акцентировать внимание, что в первом исследовании по 4.1 покрытие наносилось в один слой. В описываемом исследование применялось оборудование «Булат-6» Луганского национального университета. Подготовительные работы проводись обработкой поверхности лопаток бомбардировкой ионами циркония и титана в среде азота пониженного давления. Цель такой обработки – очищение верхних слоев ос70 новного материала от возможных примесей водорода и упрочнение осаждением соединений ZrN и TiN (катоды циркония и титана). После нанесения первого слоя производилось нанесение второго слоя от катода с покрытием Ti 80 % и Zr 20 %. Микротвердость лопатки с покрытием TiZrN также оценивалась на оборудовании университета, прибор ПМТ-3. Измерения производились поэтапно: до нанесения покрытия, после его нанесения и после нагрева лопатки до 300, 400, 500 и 600 ºС. Параметры измерений – нагрузка 500 грамм в течение семи секунд после трехчасового нагрева. На базе университета испытания лопаток проводились по коррозионной стойкости – в тумане солевой влаги на коррозионную устойчивость при нагревах лопатки влажной среды до 300, 400, 500 и 600 ºС. В результате выявлена высокая стойкость лопаток к солевым или окислообразным повреждениям. Повышение стойкости в сравнении с обычной лопаткой оценено в четыре-пять раз по времени выдержки в агрессивной среде. Вторая часть испытаний проводилась на базе Луганского авиационного ремонтного завода. Согласно условиям эксплуатации двигателя ТВ3-117, по чьим лопаткам производились исследования, на предельных режимах эксплуатации ГТД возможен нагрев воздуха за компрессором перед входом в камеру сгорания до 450 ºС, поэтому контрольная температура 600 ºС представляет интерес с точки зрения работы металла ВТ-8 на других авиадвигателях, где возможно его применение. Три часа температурной выдержки выбраны с точки зрения среднестатистического времени полета вертолета на основных режимах работы. Как и в 4.1, эрозионная стойкость покрытия TiZrN определялась взвешиванием лопатки до пескоструйной обработки и после. Перед испытанием и после него определяли массу лопатки взвешиванием с точностью до 0,001 г. Эрозионное воздействие имитировалось использованием электрокорундового песка дисперсностью 100…300 мкм (14А F60), которым бомбардировали поверхность лопаток под давлением 0,3…0,35 МПа. Выбранные параметры соответствуют условиям эксплуатации. Так, при условии полета вертолета в районах песочных почв дисперсность частиц засасываемого песка приблизительно соответствует 200 мкм и более, давление воздуха за компрессором вертолетного двигателя 71 ТВ3-117 достигает 0,4 МПа, что соответствует максимальному давлению [30, 31]. Исследования двухслойного покрытия показали, что до 300 ºС лопатки с внешним покрытием TiZrN получают более высокую эрозионную стойкость по уносу металла – до пяти раз по сравнению с лопаткой без подобного покрытия. После исследования на пескоструйном оборудовании Луганского АРЗ производился анализ изменения микротвердости на оборудовании Луганского национального университета. Микротвердость изношенного покрытия уменьшилась весьма незначительно. Подобные исследования в диапазоне температуры 350…400 ºС также выявили высокую эрозионную стойкость по уносу металла – от трех до 4,5 раз по сравнению с лопаткой без подобного покрытия. Микротведость снизилась на 5-8 %. При нагреве лопаток выше 400 ºС эрозионный унос сплава ВТ-8 возрос приблизительно в пять-шесть раз. На основании изложенных данных технолог Луганского АРЗ выстроил взаимосвязь (рисунок 46) между следующими физикотехническими показателями покрытия TiZrN: скорость эрозии и микротвердость, установленными при конкретных температурах. 1 – степенная зависимость эрозии от микротвердости; 2 – показательная; 3 – линейная; 4 – парабола второго порядка; 5 – гиперболическая зависимость Рис. 46 – График зависимости скорости эрозии покрытия TiZrN на лопатках от его микротвердости (черные точки – опытные значения скорости эрозии) 72 Рассматривая пять основных функций зависимостей, которые наиболее часто встречаются при описании опытных кривых, и, решая системы нормальных уравнений для них, технологом Луганского АРЗ подтверждена функциональная зависимость параболы второго порядка (поз. 4), которая с большей или меньшей степенью точности соответствует экспериментальным данным. Эксперимент подтвердил, при эрозионном воздействии на лопатку первый слой TiZrN работает как армирующий элемент, который предотвращает появление микротрещин, сколов и задиров на покрытии в целом. Второй слой покрытия TiZrN, благодаря плотности и высокой микротвердости, защищает лопатку от ударных нагрузок со стороны абразивных частиц и имеет улучшенное сопротивление эрозионному износу и фреттинг-коррозии. 4.3 Итоговые данные исследовательских работ Выводы сделаны представителем Луганского АРЗ по результатам исследовательских работ следующие. Теоретически выведенная функция (парабола второго порядка) на основании практических результатов определяет зависимость скорости эрозии двухслойного покрытия TiZrN от его микротвердости, отражает тесную взаимосвязь выбранных параметров, достаточно хорошо соответствует опытными значениям, что, в свою очередь, позволяет использовать данную модель при разработке деталей и узлов авиационной техники, проектируемых для условий эксплуатации, подобным вышеописанным. Таким образом, двухслойное покрытие TiN + TiZrN возможно применять не только для повышения износостойкости режущего инструмента, но и на авиационной технике, например, на лопатках компрессора ГТД. Изложенные в данной монографии работы, проведенные несколько позже, развивают ранее проведенные работы. Во-первых, доказана возможность применения двухслойного покрытия на основе TiN с применением в наружном слое циркония в качестве усиливающего износостойкость покрытия вещества. Вовторых, полученные результаты по первому исследованию продолжены в практических работах на базе ЧП «Технополис» (на базе ДНТУ, ДНР) для нанесения защитных противоэрозионных покрытий по требованиям заказчика на ремонт его ГТД ТВ3-117. 73 В-третьих, по успешным результатам планировалось продолжать исследования по экспериментальному включению тех или иных веществ в состав нитрид титановых покрытий для выявления наиболее оптимальных комплексных покрытий с точки зрения повышения износостойкости компрессорных лопатках ГТД. Как указывалось выше, по ряду причин на тот момент работы остались незаконченными. Что касается использования имеющихся наработок, то они приемлемы для продолжения исследовательских работ по разделу 5. 74 5 ПРОДОЛЖЕНИЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ НА ЛУГАНСКОМ НАЦИОНАЛЬНОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ИМЕНИ В. ДАЛЯ Авторами данной монографии, с целью улучшения понимания сути предлагаемых решений, выше уже частично обращено внимание на два рассматриваемых вопроса изучения. Таким образом, к началу данного раздела авторами монографии уже подведена пояснительная база данных, способствующих более лучшему восприятию предложений, которые будут излагаться в текущем разделе. Дополнительно следует отметить, отличие данной монографии от исследований представителя Луганского АРЗ в том, что он не рассматривались такие вопросы, как: - повышение надежности работы ГТД путем увеличения износостойкости лопаток через улучшение эрозионной стойкости их входных кромок, с которых в первую очередь начинается износ покрытий на основе нитрид титана TiN; - ремонт лопаток с изношенным покрытием на основе нитрид титана. На тот момент ставились иные цели, достигнуть которые помешали обстоятельства. С этого ракурса вопроса предложения авторов данной монографии продолжают начатые на Луганском авиационной ремонтном заводе наработки и раскрывают новые стороны исследований и предложений по повышению надежности ГТД и ремонтопригодности лопаток, о чем указывается далее. 5.1 Варианты увеличения износостойкости лопаток компрессоров Как уже указывалось выше, первичную по мере воздействия нагрузку от поступающего в компрессор ГТД воздуха воспринимают на себя входные кромки лопаток. Они воспринимают на себя лобовой удар взвешенных твердых примесей, в то время, как стенки лопаток, в большей степени корыто, в меньшей – спинка, воспринимают воздействие от скользящего набегающего потока воздуха. 75 Поэтому задача в нанесении износостойких покрытий на основе TiN должна, в первую очередь, выражаться необходимостью существенно большего усиления износостойкости входной кромки лопатки, чем остальных ее поверхностей. Для понимания сути вопроса следует обратить внимание на «СМЗ», ДНР. Предприятие изготавливает компрессорные лопатки и диски турбин для ГТД. Как известно авторам монографии, на определенные комплекты компрессорных лопаток наносится один слой чистого нитрид титана TiN (без включения дополнительных элементов по типу алюминия, циркония и других). Ремонт лопаток на производстве не производится. Но это лопатки 1-й категории, которые не имеют наработки и без эксплуатационных дефектов. Однако в процессе ремонта двигателей лопатки получают царапины, трещины и иные подобные дефекты. Согласно исследованиям по [22] ремонтные лопатки ГТД, содержащие очень тонкие, средние и не очень глубокие микротрещины, полностью восстанавливаются в процессе конденсации с ионной бомбардировкой и последующего заращивания таких трещин путем нанесения на поверхность лопатки толстого, в 15 мкм покрытия из титанового материала лопатки. Более протяженные или глубокие трещины частично заростаются (затягиваются) покрытием. Аналогичный эффект наблюдался специалистами ЧП «Технополис» и представителями ГП «ЛАРЗ» при нанесении нитрид титановых покрытий на лопатки ГТД ТВ3-117 в период их ремонта на Луганском АРЗ. В первую очередь осаждение покрытия происходило на острых частях пера лопаток. Внешний вид таких дефектов на пере лопатки представлен на рисунке 47. 76 Рис. 47 – Микротрещины на входной кромке лопатки до нанесения защитного эрозионностойкого покрытия и после. На правом снимке масштаб увеличения больше Как видно из рисунка 47, после заращивания длина больших микротрещин, это порядка 0,5 мм, уменьшается в пять раз, мелкие трещины заполняются и исчезают. На снимках заметно, что царапины на боковых стенках лопатки полностью закрыты нанесенным покрытием. Понятно, что в дополнение к лобовому удару абразивных частиц, содержащихся во всасываемом в компрессор ГТД воздухе, свое весомое негативное влияние оказывают большие микротрещины, находящиеся на входной кромке лопатки. Их наличие ускоряет срыв защит77 ного покрытия с торца лопатки, происходит ее более быстрое оголение, что, в свою очередь, ускоряет поэтапный торцевой срыв (скол) защитного покрытия на остальной части лопатки. Принцип такого износа представлен на рисунке 48. Рис. 48 – Принцип ускоренного износа корыта лопатки Для большего понимания рисунок 48 можно сравнить с рисунком 25. Как видно из рисунка 48, истирание защитного покрытия на входной кромке лопатки ведет не только к началу эрозионного износа тела лопатки, но и к дальнейшему торцевому скалыванию остатков покрытия. Таким образом, логично предположить, что входная кромка лопатки требует нанесения большего числа слоев эрозионно устойчивых покрытий, чем корыто и спинка лопатки. Внешне это предложение схематично представлено на рисунке 49. Заметно, что входная кромка лопатки имеет более толстый слой покрытия на корыте пера, чем все остальные поверхности пера лопатки. 78 Рис. 49 – Схематичное представление предложения по повышению износостойкости входной кромки лопатки Как видно из рисунка 49, усиленной защите подвергается входная кромка лопатки именно со стороны набегающего потока воздуха и прилегающая к ней зона поверхности корыта. На необходимость подобной защиты указывается и в работе [32]. Так, эрозионно-коррозионный износ лопатки имеет определенные особенности, а именно: - входная кромка и прилегающая к ней зона имеют переменный износ по своей длине, увеличивающийся от нижней части лопатки к ее периферии, величина которого может изменяться более двух раз; - выходная кромка и прилегающая к ней зона имеют переменный износ по своей длине, увеличивающийся от нижней части лопатки к ее периферии, величина которого может изменяться до 1,5 раз; - периферийная кромка имеет переменный износ по своей длине, уменьшающийся от входной к выходной кромке, величина которого может изменяться от 1,3 до 1,5 раза, а иногда и более; - поверхность корыта пера лопатки имеет переменный износ, изменяющийся по поверхности более двух раз; - поверхность спинки пера лопатки имеет сравнительно незначительный износ. В отличие от [32] авторами монографии предлагается усиливать входную кромку лопатки с наиболее подверженной эрозии стороны, в то время как в [32] предлагается это делать равномерно с двух сторон – и с корыта, и со спинки пера лопатки. 79 На рисунке 50 представлено предложение из [32]. Рис. 50 – Схема варианта нанесения шести переменных по площади эрозионно стойких одинаковых по составу слоев на лопатку В работе [32] сообщается, что ее результаты внедрены на «СМЗ» и на АО «Мотор Сич». Однако выше указывалось, что на СМЗ покрытие TiN наносится в один слой. Таким образом, достоверность информации по [32] вызывает сомнение. Единственно, с чем следует согласиться, что на этом предприятии проводились работы опытные, но не серийные. Помимо варианта из шести различных по площади защитных покрытий предлагается и более дешевый для заказчика вариант из четырех (рисунок 51). 80 Рис. 51 – Принцип варианта нанесения четырех переменных по площади эрозионно стойких одинаковых по составу слоев на лопатку Но и в варианте из четырех разнопеременных по площади слоев покрытие наносится аналогичным образом равномерной толщиной уложения с двух сторон. Такой вариант решения проблемы представляется авторам монографии расточительным, что объясняется отсутствием необходимости наносить на спинку лопатки аналогичное корыту количество антиэрозионных слоев. По сути дела, для защиты спинки пера лопатки требуется всего один слой нитрид титанового покрытия, максимум два. С точки зрения характера и особенностей износа лопаток предложение авторов монографии позволяет снизить затраты на нанесение покрытия путем уменьшения расхода материала на основе нитрид титана. Предложенный вариант защиты лопаток по [32] увеличивает стоимость всех лопаток компрессора для двигателя ТВ3-117 в эквиваленте на 16 тыс. 040 долларов США, что повышает стоимость лопаток компресса на 12,4 %. Стоимость лопаток компрессора без покрытия составляет в эквиваленте 129 тыс. 600 долларов США. Таким образом, после нанесения покрытия стоимость комплекта лопаток может составлять более 145 тыс. долларов. 81 Очевидно, что такое удорожание нивелируется слабой защитой входной кромки пера лопатки, что и представлено на рисунках 52 и 53. На верхней лопатке покрытие целое, но на входной кромке защитное покрытие стерто. На нижней лопатке дальнейшая эрозия привела к уничтожению защитного слоя в прилегающей зоне входной кроки лопатки (нижняя часть лопатки защитой не покрывалась) Рис. 52 – Лопатки с характерным износом по входной кромке пера И далее на рисунке 53. 82 Рис. 53 – Два варианта нанесения защитного противоэрозионного покрытия – на половину и на всю длину лопатки – демонстрируют весьма слабый износ спинки лопаток Таким образом, авторы монографии предлагают следующий вариант увеличения износостойкости лопаток компрессора ГТД, который представлен на рисунке 45, – предлагается основной упор в нанесении износостойких защитных покрытий на основе нитрид титана производить на входных кромках лопаток. 83 Визуализация предложения авторов монографии по повышению износостойкости компрессорных лопаток ГТД путем предварительного нанесения нескольких слоев покрытия на основе нитрид титана TiN непосредственно на входную кромку лопаток Рис. 54 – Очередность нанесения защитных слоев Как видно из рисунка 54, входная кромка получает в данном случае предварительную тройную защиту перед нанесением сверху на нее дополнительных трех слоев нитрид титанового покрытия. Таким образом, лопатка получает максимальную защиту именно в той области, где подвергается первичному износу. До этого предложения авторов монографии входная кромка лопатки компрессора ГТД рассматривалась как обычный элемент конструкции, подвергаемый эрозионному износу в равной степени с остальными участками пера лопатки. Единственным исключением, и то с натяжкой, можно считать работу [32], основное отличие выводов авторов данной монографии от которой состоит в следующем: 1) непосредственно входная кромка лопатки требует наложения большего количества противоэрозионных слоев, чем прилегающая к ней зона и остальные поверхности пера лопатки; 2) корыто лопатки, подверженное большему эрозионному воздействию, подлежит более сильной защите, требует большего количества слоев на основе нитрид титана, чем спинка лопатки; 3) нанесение защитных слоев требуется проводить с различным оттенком их цвета. 84 Только что изложенные предложения авторов монографии в 1) и 2) являются предложением по увеличению надежности работы компрессора ГТД и не затрагивают проблематику ремонта таких покрытий по 3). Поэтому следующий вопрос ремонтопригодности лопаток с защитными покрытиями на основе нитрид титана согласно 3) освещен в виде предложений авторов монографии в пункте 5.2. 5.2 Анализ имеющихся способов ремонта лопаток с защитными противоэрозионными покрытиями История возникновения проблематики по ремонтопригодности лопаток компрессора ГТД лежит в плоскости профессиональной деятельности автора данной монографии. Будучи работником авиаремонтного производства, ему хорошо известны трудности ремонта ГТД и его комплектующих, из которых самыми наименее пригодными для ремонта являются лопатки компрессора, подшипники и шестерни. Для компрессорных лопаток на авиационную технику предусматривается их очистка, дефектация и, в случае износа верхней кромки – наплавка металла с последующей обработкой в размер геометрии. Для подшипников и шестерен нынешний уровень технологии ремонта предусматривает только очистку и хромирование посадочных поверхностей с последующей обработкой в размер. При этом толщина слоя хрома весьма ограничена, до 0,3 мм. Свыше этой толщины покрытию свойственно скалывание. Что касается ремонта пера лопаток путем наплавки, то визуальное представление можно получить из рисунка 55а и 55б. Рис. 55а 85 В процессе наплавки противоэрозионное покрытие на основе нитрид титана TiN, как и другие аналогично функциональные покрытия, обгорают, имея предел стойкости не выше 500-600 оС (см. рисунок 55а). Износ кромок пера лопатки ГТД восстанавливается наплавкой с последующей обработкой в геометрию и в размер Рис. 55б – Ремонт лопатки методом наплавления верхней кромки Как видно из примера рисунка 55, цвета побежалости, связанные с термическим воздействием на кристаллическую решетку лопатки, могут вести к недопустимому снижению твердости места наплавки. После обработки лопатки в геометрию и в размер упрочнение ее поверхностного слоя возможно производить в галтовочном оборудовании согласно технологии обработки либо термообработкой отпуска и калки. На Луганском авиаремонтном заводе применялась галтовка в течение 30 минут. В качестве варианта подтверждения соответствия макротвердости восстановленной лопатки возможна экспериментальная проверка на 86 твердомере, например, по методу Роквелла, выборки из партии восстановленных методом наплавки лопаток. Измеренная твердость наплавки и зоны перехода подтвердит качество проведенных ремонтных работ. Наплавка входной кромки не практикуется. Общий допуск восстановленных тем или иным методом наплавки лопаток компрессора к постановке на ГТД определяется специальным разрешением разработчика и изготовителя основного изделия. Такой допуск подтверждает требуемый уровень качества технологии наплавки. Понятно, что после наплавки обгоревшее противоэрозионного покрытие и его остатки на остальной поверхности лопатки требуют восстановления точно так же, как на тех лопатках, для которых наплавка кромок не производилась. При этом поверхность основного материала должна удовлетворять требованиям Технических условий и чертежа на изготовление данной детали. 5.3 Попытки автоматизированного снятия с лопатки изношенного износостойкого покрытия После краткого освещения варианта ремонта лопаток методом наплавки кромок и последующего восстановления их геометрии следует рассмотреть другой этап ремонта лопаток компрессора ГТД с точки зрения снятия изношенного или обгоревшего защитного противоэрозионного покрытия с последующим его восстановлением. Основной проблемой в ремонте противоэрозионных покрытий является их микротвердость. Так, например, согласно [33] микротвердость основного материала 12Х13 и 20Х13 лопаток компрессора для ГТД типа ГТК-25И и ГТК-10И наземного использования в газоперекачивающих станциях достигает 320 кг/см2 (31 МПа), а нанесенное нитрид титановое покрытие имеет в шесть раз большую микротвердость, достигающую 2000 кг/см2 (0,196 ГПа). В среднем повышение микротвердости рабочей поверхности с нитрид титаном происходит в 5-7 раз, повышение эрозионной стойкости рабочей поверхности – на 25 %, восстановление предела выносливости и продление общего срока службы компрессорных лопаток данных ГТД увеличивается в 1,8-2,0 раза [34, 35]. Для сравнения указанной в [33] микротвердости целесообразно привести данные из пункта 4.1. В нем указывается, что напыленное в ходе исследований покрытие TiZrN имеет высокую микротвердость – 34ГПа в сравнении с покрытием TiN 27,4 ГПа. 87 Еще одни данные по микротвердости покрытий на основе комплексных нитрид титановых покрытий представлены в [36], где их прочность соответствует 34-37 ГПа. Таким образом, следует отметить, что предложенная в [33] технология ремонта лопаток с вариантом противоэрозионного покрытия на основе нитрид титана для наземного ГТД (газоперекачивающая станция) имеет более, чем в десять раз меньшую микротвердость по сравнению с тенденцией в авиации достигать больших значений. Это значит, что процесс снятия покрытия с лопаток вышеуказанного наземного ГТД путем механообработки обдиркой, шлифовкой и полировкой более легкий, чем обработка высокотвердых покрытий, применяемых на авиационной технике. Поэтому повышенная микротвердость хоть и увеличивает стойкость лопатки к износу, о чем уже говорилось выше, однако имеет и негативную сторону. Понятно, что лопатка с изношенным покрытием гораздо тяжелее обрабатывается с точки зрения ее ремонта: обдирки, шлифовки и полировки поверхности под снятие изношенного слоя и последующее нанесение нового слоя на основе TiN. По этой причине проблема ремонта лопаток компрессоров ГТД с изношенным высокостойким противоэрозионным покрытием остается до конца нерешенной. И здесь современная инженерная мысль изобрела только два способа борьбы с поврежденным в эксплуатации эрозионностойким покрытием, в том числе на основе TiN: а) механическая обработка лопаток, о чем уже указывалось; б) гальваническое снятие покрытий на основе TiN. О варианте ремонта лопаток по варианту а) авторами монографии выше уже вскользь указывалось. Однако по этой тематике стоит акцентировать внимание на опытных работах, проведенных в 2014 году на базе ДНТУ [37]. Суть предложения заключается в констатации факта более высокой микротвердости остатков нитрид титанового покрытия, чем основного металла ремонтируемой лопатки. Так, указывается, что при подготовке пера лопатки к ремонту необходимо обеспечивать совместную обработку двух различных материалов, имеющих различные физико-механические свойства, когда микротвердость нитрид титанового покрытия достигает диапазона от 21 до 23 ГПа, а основного материала пера лопатки из титанового сплава, например ВТ-8М – микротвердость 1,2 – 1,5 ГПа. В случае механизированной обработки лопатки на станочном оборудовании ЧПУ «возникают 88 случаи продавливания покрытия и углубления инструмента в основной материал пера лопатки». Для борьбы с этим явлением появления брака в процессе ремонта в ДНТУ предложен такой вариант расположения полировального круга, когда его основная часть соприкосновения с поверхностью лопатки приходится на твердую часть покрытия TiN, это 75 %, остальная часть площади приложения круга в 25 % приходится основной материал лопатки. Визуально принцип предлагаемого «опорного полирования» представлен на рисунке 56. Для понимания сложности обоснования предложенного метода все обозначения на изображении оставлены авторами монографии без изменения. 1 – основной материал лопатки, 2 – остатки защитного покрытия Рис. 56 – Принципиальная схема так называемого «опорного полирования» лопатки с остатками нитрид титанового покрытия 89 В результате, поясняется в работе [37], для обработки покрытия необходимы усиленные режимы обработки, а именно удельное давление полирования поверхности с покрытием должно превышать в 1,5 – 2,0 раза по сравнению с обработкой основного материала пера лопатки. И этот усиленный режим обработки будет приходиться на часть той зоны соприкосновения круг-лопатка, где обрабатывается твердое покрытие. По мере его снятия обрабатывающий круг перемещается по лопатке согласно движению по S0, далее по S1 от стартовой точки D (рисунок 56). Данный способ ремонта лопаток с остатками нитрид титанового покрытия единственный, который можно найти в интернете в ракурсе механообработки. Но он имеет бросающуюся в глаза проблему. Прежде всего, зона соприкосновения круга с лопаткой мизерная, крайне узкой полосы. Это объясняется твердостью круга. И если, к примеру, резиновое колесо автомобиля подвергается деформации и действительно оставляет прямоугольный след на асфальте, его пятно контакта имеет большую площадь, как это представлено на рисунке 56 шириной L, то абразивный круг подобной деформации не подвергается, а потому ширина L на рисунке 56 является надуманной, не отвечающей действительности. В реальности зона прикосновения составит ширину точки А или В, или С. Понятно, что в таком случае ни о каком подборе 75 % опоры на твердое покрытие и речи вестись не может, эту полоску соприкосновения уловить невозможно. Именно поэтому в работе [37] не представлены снимки проводимых работ на настоящем оборудовании ЧПУ, нет и изображений ремонта лопаток до, во время и после предложенного способа обработки. Хотя в других работах, касающихся нанесения покрытия, специалисты ДНТУ изображения к тексту прилагали (например, это рисунок 51). В результате работу [37] следует считать чисто гипотетической, теорией, не подкрепленной доказательствами практического ее осуществления. К тому же следует учитывать, что вряд ли все ремонтные предприятия располагают станочным оборудованием ЧПУ с такими компьютерными программами, на основании которых обрабатывающий материал станка позволяет повторять крайне сложный профиль лопатки ГТД. По этим двум причинам предложенный метод механообработки по [37] неприемлем. 90 По второму варианту б) также проводились опытные исследования как на Луганском авиационном ремонтном заводе, так на сторонних предприятиях. Суть ремонтных работ состоит в гальваническом снятии изношенного покрытия, когда активные жидкие вещества, кислоты, разъедают слой TiN. Такое, в частности, предлагается в [38, 39, 40]. Для этого используется ряд кислот и других активных веществ. Один из предлагаемых растворов должен содержать 38,5 40,5% азотной кислоты, 59,2 - 61,3 % плавиковой кислоты, 0,1 - 0,3 % фениламина. В пояснениях указывается, что «за время от одной до четырех минут достигается полное удаление покрытия из нитрида титана с поверхности деталей из титановых сплавов без значительного растравливания подложки». Таким образом, растравливание основного материала лопатки все-таки имеет место. 5.4 Результаты исследовательских работ на базе Луганского АРЗ и выполнение контроля качества работ Перед раскрытием содержания данного пункта следует указать на систему контроля порядка и качества выполнения работ на производстве, согласно которой должны проводиться не только серийные, но и опытные, исследовательские работы. Такая система содержит два направления контроля. Прежде всего, такие работы не должны противоречить внедренной системе менеджмента качества согласно требованиям ИСО. Применительно к Луганскому авиационному ремонтному заводу – это международный стандарт ИСО 9001-2008 Системы менеджмента качества. Требования (пересертификация ГП «ЛАРЗ» под требования ИСО 9001-2015 и далее не производилась по непреодолимым для АРП причинам. В соответствии с требованиями ИСО 9001 работы проводились установленным на предприятии системой менеджмента качества порядком. Это организация и контроль проведения работ, получение и списание материалов, привлечение подготовленных и допущенных к работам на авиатехнике работников, оформление текущих отчетных документов, необходимых для анализа. По второму направлению непосредственно сама технология работ и контроль их качества согласно требованиям Руководства по капи91 тальному ремонту основного изделия ГТД и его комплектующих, компрессорных лопаток, проводилась по технологическим картам дефектации и ремонта лопаток. Так, на Луганском АРЗ согласно [38, 39, 40] проводились опытные работы в 2013 году и в первой половине 2014 года. Результаты для поведения массового ремонта лопаток оказались неутешительными во всех различных растворах. Основная проблема заключается в отсутствии «понимания» активными веществами, где дóлжно разъедать материал, а где этого делать не следует. В результате снятие, растворение покрытия нитрид титана и основного материала происходило одновременно, что недопустимо. Визуально процесс гальванической обработки материалов представлен на рисунке 57. Рис. 57 – Ванная гальванической обработки деталей 92 Гальванический процесс позволяет не только наносить новые покрытия, но и разрыхлять, растравливать или вообще удалять старые. Такой эффект распространяется на всю открытую поверхность доступного для активных веществ материала Следует отметить, в ряде технологических процессов допускается перед гальванической обработкой металлов покрывать часть поверхности детали химически стойкими компонентами. Для этого, например, защищаемые от растравливания или от нанесения покрытия поверхности покрывают сургучом. После его снимают. Однако остатки нитрид титанового покрытия не имеют четких границ, толщина покрытия в местах износа плавно сходит на нет, что не позволяет наложить сургуч четко встык к краю оставшегося покрытия, особенно на пере лопатки размером, как на рисунке 58. Рис. 58 – Пример размера лопаток компрессора ГТД последних ступеней компрессора Исходя из рисунка 58, первоначально гальваническое покрытие нанесено только на перо лопатки. Полка и бандаж, по всей видимости, защищались от нанесения покрытия (для удешевления цены расхода материала TiN). Однако теперь нанести защитное покрытие на оголенный основной материал пера такой лопатки встык к остаткам TiN перед их растравливанием проблематично. 93 После окончания гальванической обработки, когда изношенный слой нитрид титана с поверхности лопатки исчезал, сама толщина лопатки недопустимо утонялась. После шлифовки и полировки этот негативный эффект усиливался. К примеру, максимальная толщина пера лопатки на рисунке 58 составляет 0,5 мм. Здесь следует понимать, что значительная доля лопаток имеет толщину основного материала менее одного миллиметра, а потому его даже «незначительное» растравливание опасно. Тем более, что после этого требуется доводка пера лопаток полировкой. С учетом того, что только на барабане компрессора на вертолетном двигателе ТВ3-117 чуть менее девятисот штук лопаток, и у всех у них по ступеням различная степень износа (см. рисунки 34, 36 и 37), предложенный в [38, 39, 40] метод ремонта лопаток неэффективен. Он может быть приемлем для ручной обработки единичной продукции, но не для ремонта весьма больших объемов лопаток при их серийном ремонте. Для восприятия сложности ремонта лопатки на рисунке 59 представлен внешний вид вручную отполированной лопатки (min 9 класс чистоты поверхности) под нанесение эрозионно-стойкого покрытия и далее – контроль качества полировки. Рис. 59 – Пример качества обработки поверхности пера лопатки под нанесение покрытия 94 Подготовка поверхности пера лопатки под нанесение покрытия производится вручную его полированием войлочным кругом на полировальном станке (пример представлен на рисунке 30). Поверхность доводится до девятого класса чистоты, не ниже. Контроль качества обработки производится сличением с контрольным образцом – либо по стандартному эталону поверхности промышленного изготовления, либо по эталону лопатки, специально для этого подготовленной и оформленной соответствующим образом. После нанесения эрозионно стойкого защитного покрытия производится 100-процентный визуальный контроль состояния качества нанесенного покрытия (см. рисунок 60). а) б) Рис. 60 – а) эталон покрытия а) и б) дефект покрытия «изморозь» 95 В процессе дефектации после выполнения работ по нанесению защитного слоя производится визуальный контроль качества TiN по эталону поверхности. Этот эталон – специально отобранная лопатка с нанесенным покрытием без каких-либо дефектов на защитном слое TiN. Допускаются: - непокрытые поверхности в замковой части лопатки; - слабые оттенки цвета. Не допускаются: - непокрытые участки на пере лопатки; - «изморозь», рябь, трещины. После визуального контроля производится проверка твердости защитного слоя. Для этого выполняется инструментальный контроль с использованием, например, твердомера ПМТ-3, представленного на рисунке 61. Согласно нормативным документам следует контролировать два процента от партии, но не менее двух единиц продукции. Рис. 61 – Твердомер ПМТ-3 96 В результате контроль твердости нанесенного покрытия производится на двух-трех контрольных лопатках от партии. Замер осуществляется на хвостовике, если на него тоже наносится покрытие. Тогда лопатка допускается к постановке на ГТД. Если хвостовик остается непокрытым, тогда в партию под нанесение покрытия закладываются дополнительные лопатки, непригодные для постановки в барабан РК. Замер твердомером производится на таких лопатках непосредственно на пере, что следует считать методом разрушающего контроля, после которого лопатка непригодна к дальнейшему использованию по прямому назначению. При качественно нанесенном покрытии микротвердость должна составлять не ниже 27 ГПа. Таким образом, опытные работы по абзацу б) пункта 5.3 на Луганском АРЗ опровергли возможность внедрения в серийное производство химического травления износостойких неравномерно изношенных покрытий на подложке, основном материале. Распространяя результаты опытных работ на нескольких лопатках, брак по результатам гальванических работ с последующей шлифовкой на комплекте ротора или направляющих аппаратов может достигать 80 %, что недопустимо. Относительно абзаца а) пункта 5.3 даже покупка станка ЧПУ под обработку лопатки требует наличия установленного в его компьютер программного обеспечения по повторению обрабатывающим материалом профиля лопатки. Понятно, что такую компьютерную программу требуется закупать на заводе-изготовителе лопаток, что невозможно изза коммерциализации и соблюдения коммерческой тайны продавца. Таким образом, предлагается производить ремонт лопаток компрессора ГТД путем ручной механической обработки на шлифовальнополировальных станках-бабках. Причем этот вариант визуализации промежуточных результатов работ оказывается самым оптимальным с точки зрения достижения минимального уровня соотношения «трудоемкость-брак». 5.5 Полученные результаты в ходе исследовательских работ Сведения, приведенные в разделе 5, демонстрируют непрекращающиеся попытки промышленности и научных учреждений увеличивать надежностные характеристики ГТД путем нанесения на лопатки защитных покрытий на основе TiN. 97 Для этого предлагаются новые износостойкие покрытия по составу, предлагаются различные варианты их нанесения. Однако крайне мало предлагается способов ремонта лопаток компрессорной части ГТД с эрозионно стойкими покрытиями, получивших износ в процессе эксплуатации. Эта проблематика, в виду ее сложности, обходится стороной. Авторами монографии представлены обоснования и практические результаты исследования некоторых предложенных промышленностью и научными учреждениями вариантов повышения надежностных характеристик ГТД путем нанесения на лопатки защитных покрытий на основе нитрид титана TiN. Эти обоснования отталкиваются от необходимости последующего проведения ремонтных работ, которые оказываются, с одной стороны, трудоемкими, а с другой, ведут к существенному увеличению брака. Не менее существенен при этом контроль технического состояния лопатки после эксплуатации, после проведения исследовательских работ и проведенного ремонта перед допуском к нанесению покрытия на лопатки ГТД, что представлено на рисунках 62 и 63. Рис. 62 – Пример некоторых размеров, контролируемых на лопатке РК 98 Рисунок 62 демонстрирует размеры, которые замеряются в процессе микрообмера лопаток. Размер хорды В соответствует длине прямой от входной до выходной кромки пера лопатки. Количество таких замеряемых прямых по хорде варьируется от высоты пера лопатки. В Рис. 63 – Замер хорды В и иных размеров геометрии лопатки производится штангенциркулем с ценой деления 0,05 мм После исследовательских работ на лопатках с опытным вариантом покрытий размер В замерялся несколько раз по высоте пера лопатки L, на рисунке 63 по горизонталям от 1 до 11, после чего давалось заключение о способности износостойкого покрытия удовлетворять заданным в нормативной технической документации требованиям. В случае уменьшения размера В ьаким требованиям, это называется провалом по хорде, лопатка бракуется. 99 При отсутствии провала по хорде и иных критичных дефектов (результаты дефектации) лопатка отправляется в ремонт на снятие/подготовку и восстановление покрытия. Кроме указанных методов контроля для проверки стабильности технологического процесса нанесения слоев износостойкого покрытия на основе TiN (в том числе и в ходе проведения опытных работ) проводится анализ качества нанесенных слоев с помощью шлифов (рисунок 64). Слои покрытия двух типов слоев на основе TiN выделяются различными оттенками желтого цвета. Стальная основа лопатки серого цвета Рис. 64 – Шлиф лопатки под микроскопом Сущность визуализации контроля качества подготовки изношенной поверхности лопатки под новое нанесение покрытия типа TiN демонстрирует изображение 64 – проверка лопатки на шлиф. Выборочная лопатка подвергается перпендикулярному разрезу и осмотру под микроскопом. Слои покрытий TiZrN-TiN-TiZrN имеют некоторые цве100 товые оттенки. Их абразивное удаление позволяет исполнителю контролировать приближение шлифовального (полировального) круга к основному материалу лопатки (серый цвет) и регулировать ручное усилие на ремонтируемую лопатку. Сам процесс ремонта лопатки и контроль качества работ выглядит следующим образом. - повреждения на спинке и корыте пера лопатки зачищаются шлифовальным (полировальным) кругом, при этом обеспечивая по краям изношенного покрытия плавный переход к основной поверхности, не нарушая геометрии и размеров лопатки и в соответствии с контрольным образцом (эталоном). Допускается зачистка повреждений, дающих местное уменьшение толщины пера (утонение) не более чем на 0,1 мм ниже нижнего предела в сечениях, отстоящих от полки замка на расстоянии не менее 5 мм. При совпадении повреждения на спинке и корыте суммарная глубина зачисток не должна превышать 0,1 мм. Далее зачищаются повреждения на входной и выходной кромках пера лопатки. При этом допускается зачистка повреждений, дающих местное уменьшение хорды до размера Вmin в сечениях, отстоящих от полки замка на расстоянии не менее 5 мм. После этого кромки глянцуются (полируются), обеспечивая плавный переход к основной поверхности пера лопатки, не нарушая ее размеров и геометрии и в соответствии с образцом. Контроль работ – 100 % партии лопаток визуально по контрольному образцу и микроообмером. Итак. Возвращаясь к формулировке выводов, следует констатировать следующее. I) Окончательными выводами по разделу являются следующие результаты исследований: - чем надежнее защищена входная кромка лопатки, тем такая лопатка получает меньший эрозионный износ в процесс эксплуатации основного изделия, тем лучше устойчивость работы компрессора ГТД, тем выше надежностные характеристики авиационной техники или наземных энергетических установок; - чем надежнее защищена входная кромка лопатки, тем меньше износ лопатки, тем легче ее ремонтировать, тем ниже процент брака в процессе ремонта; - не смотря на малую в научной среде заинтересованность изучать проблематику ремонта лопаток с защитными покрытиями, полу101 чившими эрозионный износ, из опыта работы Луганского АРЗ ремонтное производство требует решения проблемы. II) Как вариант такого решения указанных проблем авторы данной монографии формулируют полученные результаты исследований как применение следующих взаимосвязанных предложений: 1) усиление входной кромки пера местным путем нанесения дополнительных разнооттеночных слоев на основе нитрид титана; 2) применение нескольких разнооттеночных защитных слоев по всей поверхности пера лопатки на основе нитрид титана, причем на спинке лопатки их может быть меньше вплоть до одного слоя, на корыте их должно как минимум три; 3) для нанесения нового покрытия на основе нитрид титана в процессе ремонта лопатки не требуется полное снятие старого изношенного слоя, достаточно старый слой и основной металл лопатки вручную подготовить к полировке под требования наложения нового защитного слоя. 102 ЗАКЛЮЧЕНИЕ С точки зрения требований к восстановлению работоспособного состояния изделия средний или капитальный ремонты ГТД подразумевает не разовую постановку деталей от ремонта до очередного ремонта с их заменой на новые, а возможность выполнения на них финансово затратных ремонтных работ с восстановлением заданных технических характеристик и с последующей постановкой отремонтированных комплектующих обратно на изделие. В таком случае ремонт становится привлекательным для ЭО и позволяет в среднем на 30-60 % сократить его расходы в случае закупки новых аналогичных деталей [41]. По лопаткам компрессорной части ГТД нынешний уровень развития технологий и оборудования позволяет проводить относительно малый объем непосредственно ремонтных операций: зачистка, наплавка и обработка верхних кромок, заполировка допустимых дефектов, снятие части металла на пере лопатки для приведения ее в требуемый диапазон частоты собственных колебаний, галтовка для упрочнения поверхности. Для единичных типов ГТД, в основном, для наземных силовых установок, может предусматриваться рихтовка погнутых краев лопаток. При этом основными причинами бракования лопаток компрессорной части ГТД по результатам: - эксплуатации являются: коррозионные повреждения, ударные повреждения от попадания постороннего предмета, трещины, деформация, износ или повреждения замковой части, эрозионный провал по хорде, - ремонта являются: утонение толщины пера лопатки, пережоги краев, нарушение геометрии. Как видно, перечень причин для бракования больше, чем возможностей для ремонта. При этом, как указывалось в [8], именно эрозионный износ является в семи из десяти случаев причиной бракования лопаток компрессора ГТД, а такие, казалось бы, логически частые случаи, как попадание посторонних предметов во входное устройство компрессора (воздухозаборник), занимают всего лишь 15 процентов. Понятно, что одно из основных задач для повышения надежностных характеристик ГТД является увеличение стойкости лопаток к возникновению подобных дефектов. Что касается эксплуатационных повреждений пера лопатки, то, согласно [42], наибольшая повреждаемость в эксплуатации лопаток компрессора приходится на первую ступень, в среднем 21 %, 72 % по103 вреждений – на входную кромку, 17 % – на выходную. До 90 % лопаток имеют только одно повреждение, по большей части в верхней половине пера. На современном этапе развития опытным путем, в период с 1980-х годов по настоящее время, с установлено, что наиболее оптимальным способом повышения износостойкости таких лопаток является нанесение на их поверхность износостойких покрытий. Наиболее подходящими для этого признаны покрытия на основе нитрид титана TiN. На данном этапе продолжаются исследовательские работы по увеличению износостойкости этого покрытия в следующих четырех направлениях: - поиск наилучшего состава композиционного покрытия; - изменение кристаллической структуры покрытия; - отработка режимов нанесения покрытия; - оптимизация по площади и очередности наложения слоев на лопатку. При этом, не смотря на огромное количество научных трудов и полученных патентов, крайне мало уделяется внимания проблематике последующего ремонта таких лопаток с эксплуатационными эрозионными повреждениями. И причина в этом кроется в сложности обработки остатков нитрид титанового покрытия после эксплуатационного эрозионного износа лопаток компрессоров ГТД, ведущих к недопустимому увеличению забраковки лопаток в процессе их ремонта. На данном этапе отечественной инженерной мыслью предложено всего два новых направления таких ремонтных работ: - обработка лопаток на станках ЧПУ путем механического снятия или полировки остатков поврежденного покрытия на абразивных (шлифовальных, полировальных) кругах; - гальваническое травление остатков покрытия до их полного снятия с основного пера лопатки. Авторами монографии освещены недостатки этих двух методов, дано обоснование невозможности их полноценного внедрения в серийное ремонтное производство. Однако следует сделать вывод, что подобные исследования крайне важны, и их нарастающее количество рано или поздно перейдет в качество. Поэтому основной целью данной монографии является озвучить необходимость приблизить практику серийного ремонта ГТД к показателям качественного ремонта компрессорных лопаток с остатками нит104 рид титанового покрытия, что влечет за собой увеличение послеремонтных надежностных характеристик ГТД. На основании опыта ремонта ГТД технологической службой Луганского авиационного ремонтного завода, участием представителей ГП «ЛАРЗ» в данных работах по нуждам производства и в части исследовательских работ, авторами монографии предлагаются выводы и два практических предложения, направленных на повышение надежности характеристик ГТД путем нового варианта нанесении на лопатки эрозионно стойких защитных покрытий на основе TiN. При этом одновременно учитывается фактор необходимости улучшения качества серийного ремонта лопаток с остатками покрытия. Первое предложение состоит в увеличении защиты непосредственно входной кромки пера лопатки путем предварительного нанесения непосредственно на нее как минимум трех слоев: «циркониевое нитрид титановое покрытие – титановое покрытие – циркониевое нитрид титановое покрытие». После этого все перо лопатки вновь покрывается таким же составом трехслойного покрытия. В результате входная кромка лопатки получает в два раза большую толщину защитного слоя, чем остальная поверхность лопатки компрессора ГТД. Второе предложение продолжает первое. Ремонт лопаток в процессе серийного капитального ремонта ГТД наиболее оптимален путем ручной обработки (шлифовки и полировки) остатков эрозионно стойкого покрытия без полного его снятия с пера лопатки. При этом, с целью снижения брака от возможного пережога или утонения пера лопатки трехслойное «циркониевое нитрид титановое покрытие – титановое покрытие – циркониевое нитрид титановое покрытие», имея разные цветовые оттенки, позволяет исполнителю работ видеть, какой слой обрабатывается, и оперативно изменять свое ручное усилие прижатия лопатки к вращающемуся шлифовальному или полировальному кругу, не допуская излишней обработки основного материала лопатки и недопустимой нагрузки, от которой получается утонение или пережог, а значит, брак при ремонте. Данные два предложения прошли проверку на базе Луганского Национального университета имени В. Даля, на базе Луганского авиационного ремонтного завода и обосновывают выводы и предложения авторов данной монографии. 105 Литература 1 Берне Л.П. Как все начиналось. Издание ІІ, дополненное: / ООО «Редакция журнала «Двигатели» - М.: Двигатель, 2012. – 464 с. – с ил. С. 274-279. 2 Попова С.В. Удаление жаростойких конденсационнодиффузионных покрытий с поверхности лопаток ГТД до и после наработки / Добрынин Д.А., Мубояджян С.А., Будиновский С.А. // [Электронный ресурс] – М.: Труды ВИАМ. – 2017. – № 1. С. 32–40. URL: http://viam-works.ru/plugins/content/ journal/uploads/articles/pdf/1053.pdf 3 Мубояджян С.А. Мы впервые в мировой практике применили принцип конструирования покрытия… / Мубояджян С.А. [Электронный ресурс] – М.: ВИАМ. 2015, URL: https://viam.ru/interview/2044 4 Мубояджян С.А. ВИАМ. Там же. 5 Надежность в технике. Термины и определения: ГОСТ 27.0022015. – Введен 2017-03-01. Взамен ГОСТ 27.002-89. – М.: Стандартинформ, 2016 – 24 с. 6 Авиационный турбореактивный двигатель ТВ2-117А и редуктор ВР-8А. М.: Машиностроение, 1987 г., 256 с. С. 227-231. 7 Техническое описание пылезащитного устройства (ПЗУ) с двухступенчатой очисткой воздуха от пыли. М.: Машиностроение, 1987, 18 с. – С. 2-3. 8 Павленко Д.В. Закономерности изнашивания рабочих лопаток компрессора вертолетных двигателей, эксплуатирующихся в условиях запыленной атмосферы. / Павленко Д.В., Двирник Я.В. // Вестник двигателестроения. Технология производства и ремонта. – М. – 2016. – № 1. – С. 44, 46 9 Ефанов В.С. Эрозионная стойкость лопаток компрессора вертолетных ГТД с различными типами покрытий / Ефанов В.С., Прокопенко А.Н., Овчинников А.В., Внуков Ю.Н. // Авиационная промышленность. – М. – 2017. – № 1. – С. 120–123. 10 Белан Н.В. Повышение эрозионной стойкости рабочих лопаток компрессора ГТД / Белан Н.В., Омельченко В.В., Прокопенко А.Н. и др. // Авиационная промышленность. – М. – 1986. – № 10. – С. 19–20. 11 Статистические данные по забраковке лопаток ротора компрессора двигателей ТВ3-117 за период с 2009 по 2013 годы / Луганский авиационный ремонтный завод. – Луганск. – 2018. 106 12 Пыль как фактор, подлежащий анализу и учету при конструировании вертолетного двигателя / Рысин Л. С. // Тез. докл. междунар. науч. конф. «Двигатели века XXІ» – М. – 2000. – С.78–79. 13 Еникеев Г.Г. Комплексная защита газотурбиного двигателя, эксплуатирующегося в запыленной атмосфере и морской среде / Вестник УГАТУ. Авиационная и ракетно-космическая техника.– Уфа. – 2000. – № 3. – Т. 17 – С.41–48. 14 Малоразмерные газотурбинные и поршневые двигатели. Научный вклад в создание авиационных двигателей / Пономарев Б.А. – М. Машиностроение. – 2000. – Кн. 1. – С. 193–216. 15 Каблов Е.Н. Ионно-плазменные защитные покрытия для лопаток газотурбинных двигателей / Каблов Е.Н., Мубояджян С.А., Будиновский С.А., Луценко А.Н. [Электронный ресурс] – М. – ВИАМ. – 2007. – URL: https://viam.ru/public/files/2007/2007-204852.pdf. 16 Мобояджян С.А. Защитные и упрочняющие ионноплазменные покрытия для лопаток и других ответственных деталей компрессора ГТД / Мобояджян С.А., Александров Д.А., Горлов Д.С., Егорова Л.П., Булавинцева Е.Е. [Электронный ресурс] – М. – ВИАМ. – 2012. – URL: https://viam.ru/public/files/2012/2012-206071.pdf. 17 Кривобоков В.П. Плазменные покрытия (методы и оборудование) / Кривобоков В.П. Сочугов Н.С., Соловьев А.А. // Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 104 с. – С. 9. 18 Компрессорная лопатка газотурбинного двигателя с защитным покрытием: патент на полезную модель № 63004 Рос. Федерация / ТарасенкоЮ.П., Царева И.Н., Фель Я.А., Тарасенко П.Ю., Мышляев Д.А. – заявл. 24.06.2006; опубл. 10.05.2007 – [Электронный ресурс] URL: https://patents.s3.yandex.net/ RU63004U1_20070510.pdf. 19 Каблов Е. Н. Эрозионностойкие покрытия для лопаток компрессора газотурбинных двигателей / Каблов Е.Н., Мубояджян С.А. // Электрометаллургия . – 15/10/2016 . – № 10 . – С. 23–38 . 20 Способ нанесения защитного покрытия газотермическим напылением: патент № 2430992 Рос. Федерация / Наговицын Е.М., ШароноваН.И., Гейкин В.А. [и др.] – заявл. 12.04.2010; опубл. 27.10.2011 – [Электронный ресурс] URL: http://www.findpatent.ru/patent/ 243/2430992.html. 21 Тарасенко Ю.П. Технологические особенности формирования полифункциональных наноструктурированных покрытий нитрида титана для компрессорных лопаток авиационных ГТД / Тарасенко Ю.П., 107 Царева И.Н., Кочеров Е.П., Вязовская Л.М. // Вестник Самарского ГАУ. – Самара. – 2012. – № 3 – С. 296-302. 22 Дабижа Е.В. Получение эрозионно- и жаростойких многослойных покрытий для лопаток ГТД способом микроэлектродугового ионно-плазменного вакуумного распыления материалов / Дабижа Е.В., Лещук А.А., Бондарь И.В., Борисова Н.Н. // Современная электрометаллургия. Плазменно-дуговая технология // Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины. – 2013. – № 1. – С. 21-28. [Электронный ресурс] URL: https://patonpublishinghouse.com/sem/pdf/2013/ pdfarticles/01/6.pdf. 23 Дзюба В.Л. Альтернативная защита лопаток авиадвигателей / ДзюбаВ.Л., Корсунов К.А., Ашихмина Е.А. [Электронный ресурс] URL: http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/Ptsm/2008_36/253-256.pdf; URL: http:// ptsm.donntu.org/arhiv%20nambe/36%20pdf/253-256.pdf. 24 Алексеев В.К. Распределение пылевых частиц в проточной части компрессора / Алексеев В.К., Волкова Л.Ф., Гликсон И.Л., Лукьянов В.С. // Авиационная промышленность. – М. – 1989. – № 7. – С. 24– 25. 25 Ржавин Ю.А. Осевые и центробежные компрессоры двигателей летательных аппаратов. / Ржавин Ю.А. – М: Изд-во МАИ, 1995 – 243с. 26 Душкин А.М. Защитные покрытия для стальных лопаток компрессора ГТД/ Душкин А.М., Прощин А.Б., Иванов Е.Г. //Авиационная промышленность. – М. – 1988. – № 7. – С. 13–15. 27 Затраты по нанесению покрытий нитрид титана на комплект лопаток двигателя ТВ3-117 в кооперации ГП «ЛАРЗ» и ЧП «Технополис» в период 2009-2010 гг. / Луганский авиационный ремонтный завод. – Луганск. – 2018. 28 Эрозионностойкое защитное покрытие / АО «УЗГА» // Рекламный проспект. – Екатеринбург. – 2010. С. 8 29 Корсунов К.А. Анализ некоторых физико-технических характеристик ионно-плазменного покрытия TiZrN на лопатках ротора компрессора газотурбинного двигателя ТВ3-117 / Корсунов К.А., АшихминаЕ.А. // Автоматическая сварка. – 2014. – № 2. – С. 49–54. [Электронный ресурс] URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/as_2014_2_8. 30 Хворостухин Л.А. Исследование эрозионной прочности ионно-плазменного покрытия из нитрида титана / Хворостухин Л.А., НожницкийЮ.А., Болманенков А.Е. // Авиац. пром-сть. – 1988. – № 6. – С. 59–61. 108 31 Виноградов В. Н. Абразивное изнашивание – М.: Машиностроение, 1990. – 224 с.: ил. – С. 170–181. 32 Михайлов Д.А. Технологическое обеспечение повышения работоспособности лопаток компрессора газотурбинного двигателя на основе функционально ориентированных покрытий: автореферат дис. на … канд. техн. наук / Михайлов Д.А. – Донецк. – 2016. [Электронный ресурс] URL: http://donntu.org/sites/default/files/documents/ avtoreferat_0.pdf 33 Тарасенко Ю.П. Повышение надежности и ресурса компрессорных лопаток газотурбинных двигателей газоперекачивающих агрегатов / Тарасенко Ю.П., Царева И.Н., Кривина Л.А. // Вестник научнотехнического развития // Национальная Технологическая Группа. – СПб. – 2011 г. № 2. – С. 57–62 34 Способ ремонта лопаток из легированной стали: патент на полезную модель № 2353496 Рос. Федерация / Смыслов А.М. и [др.]; заявл. 26.10.2006; опубл. 27.04.2009. [Электронный ресурс] URL: https://yandex.ru/ patents/doc/RU2353496C2_20090427. 35 Тарасенко Ю.П. Ремонтно-восстановительная технология с применением плазменных покрытий для лопаток газотурбинных двигателей газоперекачивающих агрегатов / Тарасенко Ю.П., Царева И.Н., Бердник О.Б., Фель Я.А. // 10-я Междунар. науч-практич. конф. «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки». – СПб. – 2008. Ч. 1. – С. 542–551. 36 Методы нанесения вакуумных покрытий методом химического осаждения из паровой фазы. Курс лекций / Жданов А.В. – ВГУВС. – Владимир. – 2014. – С. 161. – С. 142-159. 37 Михайлов А.Н. Особенности восстановления лопаток ГТД с эрозионно-коррозионными разрушениями вакуумных ионно-плазменных покрытий. / Михайлов А.Н., Михайлов Д.А., Недашковский А.П. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения // Междунар. сб. науч. раб. – Донецк: ДонНТУ: – 2014. № 1. – С. 159–163 38 Раствор для удаления покрытия из нитрида титана: патент № 2087591 Рос. Федерация / Остапов О.В., Хазанская И.И. [Электронный ресурс] URL: http://www.findpatent.ru/patent/208/2087591.html. 39 Раствор для удаления покрытия из нитрида титана: патент № 2471017 Рос. Федерация / Быбин А.А., Невьянцева Р.Р., Парфенов Е.В. [Электронный ресурс] URL: http://allpatents.ru/patent/2471017.html. 109 40 Раствор для удаления покрытия из нитрида титана: патент № 2081207 Рос. Федерация / Амирханова Н.А., Невьянцева Р.Р., Тимергазина Т.М. [Электронный ресурс] URL: http://www.findpatent.ru/ patent/208/2081207.html. 41 Опыт ремонта ГТД по экономическим показателям работ в период с 2009 по 2010 гг. / Луганский авиационный ремонтный завод. – Луганск. – 2018. 42 Рабочие лопатки авиационных ГТД. Эксплуатационная повреждаемость рабочих лопаток. / Чичков Б.А. // Учебн. пособ. по дисципл. «Конструкция и техническое обслуживание ЛА и АД», «Конструкция и прочность авиационных двигателей», «Конкретная АТ» для студ. 4 и 5 курсов спец-ти 160901 всех форм обуч., курсов. и дипл. проек-ния // Кафедра двигателей летательных аппаратов – М: МГТУ ГА. – 2000. – Ч. 1. – С. 74. – С. 9. [Электронный ресурс] URL: http://airspot.ru/book/file/ 942/rabochije_ lopatki_aviacionnyh_gtd.pdf. 110 ОГЛАВЛЕНИЕ Перечень сокращений, условных обозначений и терминов Предисловие 1 Повышение устойчивости работы ГТД через нанесение на лопатки компрессора эрозионно стойких защитных покрытий ……………………………………………………….. 1.1 Предыстория проблемы повышения надежности ГТД …………………………………………………….. 1.2 Эксплуатационные особенности контроля технического состояния компрессора ГТД ………………….. 1.3 Современные способы борьбы с эрозией лопаток компрессора …………………………………………… 1.3.1 Механическая защита на входе в ГВТ ………… 1.3.2 Внутренняя защита компрессора ……………… 2 Цели и задачи исследования ……………………………….. 2.1 Наименее защищенная часть лопатки ……………….. 2.2 Особенности ремонта лопаток с износостойкими покрытиями ……………………………………………. 2.3 Два направления одного исследования ……………… 3 Успехи и проблемы авиационной промышленности по защите компрессорных лопаток от эрозионного износа …. 3.1 Попытки завода-изготовителя вертолетных двигателей по повышению надежности ГТД ………………... 3.2 Попытки НИИ и авиапрома по повышению надежности ГТД ……………………………………………... 3.3 Итоги исследовательских работ ……………………... 4 Начало исследовательских работ на Луганском национальном университете имени В. Даля ……………………... 4.1 Работы на первом этапе ………………………………. 4.2 Работы на втором этапе ………………………………. 4.3 Итоговые данные исследовательских работ ………… 5 Продолжение исследовательских работ на Луганском национальном университете имени В. Даля ………………… 5.1 Варианты увеличения износостойкости лопаток компрессоров ………………………………………….. 5.2 Анализ имеющихся способов ремонта лопаток с за111 7 7 13 20 20 23 34 34 39 44 45 45 52 63 66 66 70 73 75 75 85 щитными противоэрозионными покрытиями ………. Попытки автоматизированного снятия с лопатки изношенного износостойкого покрытия …………….. 5.4 Результаты исследовательских работ на базе Луганского АРЗ и выполнение контроля качества работ 5.5 Полученные результаты в ходе исследовательских работ …………………………………………………… Заключение ………………………………………………………. Литература ……………………………………………………….. 5.3 112 87 91 97 103 106 Научное издание Быкадоров Вадим Викторович, Данилейченко Александр Анатольевич, Любченко Дмитрий Иванович ПОВЫШЕНИЕ РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ КОМПРЕССОРНЫХ ЛОПАТОК С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛУЖИВАНИИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Редактор И.И. Иванова Оригинал-макет В.В. Сидоров Подписано в печать ________ Формат 60 × 841/16 Бумага типограф. Гарнитура Times. Печать офсетная. Услов. печать. л. ______. Обл.-изд. л. ______. Тираж ____ экз. Изд. № ______. Заказ № _______. Цена договорная Издательство Луганского национального университета имени Владимира Даля Свидетельство о государственной регистрации издательства МИ-СРГ ИД 000003 от 20 ноября 2015 г. Адрес издательства: 91034, м. Луганск, кв. Молодежный, 20а Телефон: 8 (0642) 41-34-12, факс. 8 (0642) 41-31-60 E-mail: [email protected] http: www.dahluniver.ru 113
