Ремонт камеры сrорания

­На характер дефектов камеры сrорания основное влияние оказыва-

ют температурные воздействия. Из­за HepaBHoMepHoro HarpeBa жаро-

вых труб по оси, радиусу и в окружном направлении возникают тем-

пературные напряжения. На жаровых трубах, патрубках, кожухах,

диффузорах появляются термоусталостные трещины.

Неполное сrорание топлива и наличие в нем серы и друrих ве-

ществ приводит к наrарообразованию. Слой Harapa на стенках ухудша-

ет охлаждение камеры, создает условия для MecTHoro переrрева, что

Вызывает коробление и растрескивание.

Колебания давления rазов в rBT и колебания участков камер cro-

рания при резонансных частотах MOryT Вызвать усталостные трещины

и разрушения. Процессы зарождения и развития трещин стимулируют-

ся концентраторами напряжений: отверстиями, заклепками, сварными

швами, резкими изменениями размеров.

rазовая коррозия поверхностей rBT снижает статическую и ДИна­

мическую прочность деталей. В посадочных поясах возникают износы

при трении, вызывающие наклепы, которые нарушают посадки, цен-

Трирование корпусов и диффузоров. Износ при трении может быть

очень значительным.

Технические требования на ремонт камеры сrорания реrламентиру-

ют следующие параметры:

. точность формы и размеры посадочных поверхностей корпусов,

кожухов, жаровых труб;

. величину биения, осевые зазоры, зазоры в щелях поверхностей

жаровых труб;

. неперпендикулярность торцевых поверхностей фланцев к поса-

дочным поверхностям;

. неплоскостность поверхностей стыков;

. rерметичность сварных соединений.

Основу ремонта камер сrорания составляет ремонт корпусов и жа­

ровых труб. Технолоrической особенностью ремонта является преоб­

ладание узловой обработки. Эта особенность обусловлена большим ко-

личеством неподвижных неразъемных соединений в узлах камер cro-

рания. При восстановлении таких соединений широко используется

сварка.

Основными элементами камеры сrорания являются корпус камеры

сrорания, жаровая труба и топливный коллектор.

Конструктивная схема камеры сrорания представлена на рис. 3.7.

­ 14. Ремонт корпуса камеры сzорания

­Корпуса камеры сrорания в процессе узловой обработки подверrа-

ются: проверке на rерметичность по сварным швам; испытанию, кон-

тролю и восстановлению размеров и формы рабочих и посадочных по-

верхностей; устранению поверхностных дефектов и трещин.

rерметичность сварных швов проверяется методом проникающих

жидкостей. Если обнаруживается трещина, шов подваривается и про-

верка повторяется. Периодически корпуса после про верки швов на

rерметичность проходят rидроиспытания, при которых во внутренних

полостях корпуса создается давление жидкости 7­8 МПа, что соот-

ветствует рабочим давлениям при больших сверхзвуковых скоростях

полета (см. ниже). После испытаний производится контроль rеометри­

ческих размеров. Выявленные искажения формы и размеров устраня­

ются слесарными методами, механической обработкой. В процессе об-

работки должны обеспечиваться плоскостность и параллельность TOp­

цов фланцев, точность формы и размеров центрирующих поверхно­

стей корпусов. Там, rде это возможно, в качестве баз используются

посадочные поверхности подшипников опор.

Определение техническоrо состояния деталей и узлов корпуса

камеры сrорания. Одним из важнейших качеств камеры сrорания яв-

ляется равномерность температурноrо поля на выходе в окружном Ha­

правлении и изменение температуры rаза в радиальном направлении

(по высоте лопатки) по требуемому закону в соответствии с нормами

ТУ. Нарушение этих требований может привести к местным переrpе-

вам и оплавлениям частей жаровых труб и их короблению, переrpеву

лопаток сопловых аппаратов, местному увеличению температуры rаза

перед турбиной, деформации корпусов турбины.

у каждой камеры после ремонта проверяют неравномерность поля

температур rаза на полноразмерной установке. В случае HeCOOTBeтCT­

вия неравномерности полей температур установленным нормам камера

сrорания направляется для про верки соответствия ее изrотовления

чертежу и доработки соrласно инструкции.

При дефектации корпуса камеры сrорания проверяются диаметры

крышки лабиринтов: А, Б, 13, r, Д Срис. 6.20). Допускается изменение

диаметров крышек лабиринтов в пределах, обеспечивающих зазоры co­

rласно нормам, приведенным в ТУ. Фактическое значение диаметров

записывается в ведомость обмеров. При несоответствии диаметральных

зазоров установленным нормам крышку лабиринтов заменяют.

При дефектации также проверяют врезание по сотам от rpебешков

лабиринта ротора квд, намины по сотам, выкрашивание сот. Если эти

дефекты находятся в пределах установленных норм, крышка лабирин-

тов допускается к дальнейшей эксплуатации. В случае превышения

норм она подлежит замене.

При изrотовлении в серийном производстве и после ремонта каж-

дый корпус камеры сrорания проходит проверку на прочность и rep-

метичность Сводой под давлением). rидроиспытания про водятся по

схеме, приведенной на рис. 6.21. Корпус камеры сrорания устанавли-

вается на приспособление, с по­ мощью KOToporo создается rep-

метичность внутренней полости. Далее происходит плавное сту-

пенчатое наrружение полостей давлением Р] (Р] == 3, 5 МПа) и Р 2

(Р2 == 0, 875 МПа) воды с выдержкой на каждой ступени в тече-

ние 3 мин. Осмотр камеры про изводится после выхода на давления

Р] == 2, 8 МПа и Р 2 == 0, 7 МПа и выдержки при этом давлении

в течение 10 мин. Скорость Ha­ Рис. 6.21. Принципиальная схема rидроис-

rружения и снятия давлений пытаний корпуса камеры сrорания

приведена в ТУ. rерметичность

при испытаниях должна быть полная. При обнаружении неrерметично-

сти на сварных швах корпуса отмечаются места течи. Производится

разделка мест неrерметичности и подварка сварных швов в местах раз-

делки. Сила тока, марка и диаметр присадочной проволоки, марка

электрода, расход aproHa приведены в ТУ. После подварки произво-

дятся повторное rидроиспытание корпуса камеры сrорания.

Для периодическоrо контроля качества изrотовления корпусов Ka­

мер сrорания в серийном производстве ежеrодно про водятся статиче-

ские испытания корпусов до разрушения. Во время этих испытаний

корпус камеры сrорания плавно наrружается внутренними избыточны­

ми давлениями Р] == Р 2 == 0, 8 МПа, после чеro осуществляется визуаль-

ная оценка rерметичности стыков приспособления и сброс давления.

Затем про изводится плавное ступенчатое наrpужение камеры внут-

ренними избыточными давлениями Р\ и Р 2 дО разрушения корпуса ка-

меры. Отношения избыточных давлений разрушения корпуса камеры

сrорания должно быть Р\/Р 2;;:: 7, 0/1, 75 МПа. При получении избыточ-

Horo разрушающеrо давления меньше указанноrо выше уровня испы­

танию подверrаются дополнительно два корпуса камеры.

При разрушении камеры сrорания при отношении давлений разру­

шения менее Р]/Р 2 == 5, 30/1, 325 исследуются причины разрушения по

специальной проrpамме и про водятся следующие р а б о т ы:

. вырезается из KopIlyca дефектное место;

. замеряются толщины всех элементов стенки корпуса вдоль изло-

ма;

. проводится металлоrpафическое исследование материала;

. определяются механические свойства материала.

­ На основе исследований и проведенных работ принимается реше­

ние по устранению дефекта.

­ 15. Ремонт жаровой трубы

­Ремонт жаровых труб включает следующие операции: подrотовку

к ремонту, восстановление, доработку и замену деталей Счастей), сбор-

ку, узловую сборку и испытание. Подrотовка к ремонту заключается

в проведении качественной дефектации. При этом в зависимости от

типа камеры сrорания ПРОиЗВОДИТСЯ частичная или полная разборка

для очистки и дефектации труднодоступных мест. Тщательно проверя­

ются сварные швы. В некоторых случаях хорошие результаты дает

удаление Harapa путем «выжиrания». Оно осуществляется HarpeBoM

жаровой трубы до температуры 60­ 7000 С, при которой Harap из­за

выrорания уrлерода утрачивает сцепляемость со стенками и леrко yдa­

ляется при леrком простукивании.

Жаровую трубу на двиrателе АЛ-31Ф изrотовляют двух типов: то-

ченую и листовую.

Важным этапом при ремонте является определение техническоrо

состояния жаровых труб. Ниже приведены

некоторые ха р а к т е р н ы е Д е Ф е к т ы, которые MOryT появиться во

время эксплуатации, и методы их устранения:

· потеря подвижности завихрителя и выработка ero посадочных

мест. В этом случае завихритель дорабатывается;

· суммарное смещение поверхностей Ф734, 5 Аз и Ф620, 5 Сз от

номинальноrо положения на величину более 2, 0 мм;

· увеличение зазоров между патрубками на величину более 2, 2

мм. Патрубки рихтуются до получения чертежных размеров;

· обrар, оплавление и трещины выходных кромок и ребер патруб-

ка. В пределах допустимых норм устраняется зачисткой, в про-

тивном случае rоловка заменяется;

· трещины: у компенсационных прорезей обечайки, на обечайке,

от отверстий компенсационных прорезей, от отбортовки отвер-

стий до торца обечайки, по основному материалу, по перемычке

между отверстиями и по сварному шву, и расходящиеся трещи-

ны от кромок основных отверстий, и др. Если трещины в преде-

лах допустимых норм, жаровая труба допускается к дальнейшей

эксплуатации. В противном случае трещины заваривают aproH­

но-дуrовой сваркой с последующей зачисткой швов шлифоваль-

ной rоловкой;

· уменьшение и увеличение щелей охлаждения на внутреннем

и наружном смесителях сверхдопустимых норм Ссм. рис. 6.22)

устраняется рихтовкой с применением специальных оправок

и щупов;

· местные сколы теплозащитноrо покрытия ВКПН­5 на поверхно­

стях жаровых труб сверхдопустимых норм перепокрываются.

Замена rоловки, наружноrо смесителя и BHyтpeHHero смесителя

жаровой трубы. Листовая жаровая труба по сравнению с точеной бо-

лее приспособлена для ремонта и восстановления ее элементов. При

замене rоловки срезаются заклепки и снимается наружный смеситель

4 с rоловки жаровой трубы. Отрезается хвостовая часть rоловки

жаровой трубы по сварному шву приварки воздухоза­борника 6 в месте

А. Затем rоловка жаровой трубы устанавливается на

специальное приспособление, в котором центрируется по семи отвер-

стиям Б в кронштейнах 7 и закрепляется. Подрезается торец воздухо-

заборника 6 до необходимоrо размера, острые кромки притупляются,

­размеры контролируются штанrенрейсмасом. Зачищаются до металли­

ческоrо блеска поверхности под арrонно-дуrовую сварку в воздухоза-

борнике, rоловке жаровой трубы, обе чайки и BHYTpeHHero смесителя.

Привариваются все детали сборочной единицы АДс. После сварки жа-

ровая труба устанавливается на контрольно-измерительный прибор

с фиксацией по семи отверстиям Б для проверки ее размеров и биения

поверхностей. Для обеспечения величины биения допускается леrкая

рихтовка BHYTpeHHero смесителя.

Затем на внутреннюю поверхность смесителя и rоловки жаровой

трубы по месту сварки наносят покрытие ВКПН­5.

После этоrо rоловку жаровой трубы с внутренним смесителем yc­

танавливают на приспособление и центрируют по отверстиям Б. На-

ружный смеситель подrоняется по сопряrаемой поверхности к rоловке

жаровой трубы, обеспечивая плотное прилеrание поверхностей в мес-

тах клепочноrо соединения. Наружный смеситель 4 устанавливается

на rоловку жаровой трубы и фиксируется в уrловом положении по OT­

верстию В. Далее в rоловке жаровой трубы через отверстия в наруж-

ном смесителе 4 рассверливаются равномерно по окружности 12 от-

верстий. Прошиваются детали 2 и 4 технолоrическими заклепками

и рассверливаются последовательно остальные 100 отверстий через OT­

верстия в наружном смесителе. Затем из 12 отверстий удаляют техно-

­лоrические заклепки и про изводят клепку наружноrо смесителя

Собранная жаровая труба устанавливается на приспособление

и проверяется размер 309, 5 и биение поверхности r относительно

осей отверстия Б. Допускается рихтовка наружноrо смесителя С

Нанесение покрытия ВКНП­5 на внутреннюю поверхность жа­

ровой трубы. Теплозащитное покрытие ВКПН-5 наносится на внут-

реннюю поверхность жаровой трубы в случае ero повреждения сверх

допустимых норм и в местах сварных швов, сделанных во время ре-

монта. Подrотовка поверхности под нанесение покрытия заключается

в следующем. Места скола покрытий зачищают до металлическоrо

блеска. Сварные швы и зачищенные места обезжиривают бензином

и Просушивают на воздухе. Жаровая труба устанавливается в пескост-

руйную камеру, и зачищенные места обрабатываются электрокорундом

до получения равномерной матовой поверхности. Давление сжатоrо

воздуха при пескоструйной обработке составляет 0, ­, 6 МПа. После

обработки электрокорундом подrотовленные поверхности обдувают

сухим сжатым воздухом с целью удаления частиц электрокорунда.

Подrотовленную к напылению жаровую трубу устанавливают

в камеру напыления. Места напыления протирают спиртом и просу-

шивают.

Эластичный шнур ВКНА заправляется в rорелку, посредством ко-

торой осуществляется нанесение покрытия. Шнур должен быть диа-

метром 3, 9.......-4, 4 мм. В процессе работы допускается подбор и смена

сопел rорелки по фактическому диаметру шнура.

rорелку с вставленным в нее шнуром подводят к месту напыления

и включают вращатель камеры напыления, затем зажиrают rорелку

и напыляют подслой ВКНА толщиной 0, 05---------0, 1 мм на зачищенные

поверхности rазоплазменным методом. Толщина слоя покрытия обес­

печивается технолоrически за один проход.

Режим напыления: давление ацетилена 0, 06---------0, 1 МПа; давление

кислорода 0, ­, 6 МПа; давление BHYTpeHHero распыляющеrо сжато­

ro воздуха 0, 2---------0, 3 МПа; давление внешнеrо заrибающеrо сжатоrо

воздуха 0, 6---------0, 7 МПа; расстояние от сопла до напыляемой поверхно-

сти 80...100 мм; скорость подачи шнура I5Q........-200 мм/мин.

По той же технолоrии производится напыление покрытия ВКПН-5

на поверхности, покрытые слоем ВКНА. Толщина покрытия 0, 1---------0, 2

мм обеспечивается технолоrически за два прохода. Разрыв по времени

между нанесением покрытий ВКНА и ВКПН­5 не более двух часов.

Ремонт точеных жаровых труб. Элементы жаровых труб камер

сrорания работают в сложных условиях термомеханическоrо наrруже-

ния. Наиболее трудные условия работы в сужающейся части проточ-

Horo участка камеры сrорания. Особенно термонапряженными являют-

ся экраны внутренней стенки, направляющие воздух. Они разоrpева­

ются значительно сильнее Сдо 11000 С), чем внутренняя часть корпуса

(55Q........-770° С). Термические напряжения, возникающие в экранных ко-

зырьках на рабочем режиме, ­ сжимающие, превышающие предел уп­

руrости. Материал ползет, экран укорачивается. В эксплуатации во

время выключения двиrателя сократившийся в размерах экран начина-

ет в процессе охлаждения растяrиваться. После выработки в эксплуа-

тации первоrо ресурса наблюдается сильное растрескивание направ-

ляющих экранов в этой части rазовоrо тракта.

Возможность повышения термоциклической долrовечности путем

замены материала на более жаропрочный сплав ВЖ145 или ВХ4А ис-

следовалась в ЦИАМе. В диапазонах термоциклирования, о С:

25Q........-900, 25Q..-1000, 25Q..-IIOO ресурс образцов после 200.-300 цик-

лов наrружения увеличился с заменой материала, примерно, на 50%,

а после 1000 циклов, примерно, в 2 раза.

Более радикальным мероприятием, проведенным на ММПП «Са-

лют», была замена поврежденноrо участка жаровой трубы во время

ремонта на новый. При этом сохраняется самая дороrостоящая часть

камеры.

Наружный корпус камеры сrорания составной, разборный и про­

блем с заменой поврежденноrо участка не возникает. Внутренний ­

неразъемный из сварных колец. Поэтому при замене поврежденной

части ее отрезают, а затем при варивают новую. Повторная сварка вы-

зывает изменение структуры и химическоrо состава материала в ос-

новной (старой) части жаровой трубы, что может привести

к снижению ее прочностных свойств.

В связи с этим был исследован вопрос о влиянии повторной свар-

ки на прочностные свойства cBapHoro шва и зоны термическоrо влия­

ния сварки.

Для правильноrо выбора технолоrии ремонта жаровых труб необ-

ходимо было исследовать температурный режим стенок жаровых труб,

с тем чтобы определить места сварных швов при ремонте и исследо­

вать структуру материала caMoro шва и околошовной области, а также

исследовать напряжения в различных частях жаровой трубы на разных

режимах работы двиrателя.

С этой целью были проведены работы по термометрированию жа-

ровой трубы для определения температуры максимальноrо HarpeBa

стенки жаровой трубы в районе места приварки ремонтной секции.

Температурные данные бьти необходимы для проведения усталостных

ресурсных испытаний cBapHoro шва жаровой трубы.

С жаровой трубы бьт снят наружный смеситель, отрезан внутренний

смеситель с rоловки жаровой трубы и приварены новые секции внутрен-

Hero смесителя. Качество cвapHoro шва проверялось визуально с исполь-

зованием лупы четырехкратноro увеличения и рентrеноконтролем.

В камере сrорания были установлены термопары, а затем проведе-

ны оrневые испытания с замером температурноrо поля и определени-

ем температуры стенки жаровой трубы. Также бьти определены ско-

рости нарастания температур на выходе из компрессора, на выходе из

турбины и температуры переrрева стенки жаровой трубы в местах ус-

тановки термопар.

Полученные результаты термометрирования жаровой трубы ис-

пользовались при разработке технолоrии ремонта камеры сrорания.

Были проведены испытания на термоусталость образцов из MaTe­

риалов камер сrорания ВХ4А и ВЖI45 по режимам теплосмен, о с:

250­900; 250­ 1 000; 250­ 1100. Внутренний корпус жаровой тру-

бы на рабочем режиме наrружен не только внутренним давлением,

но и растяжением от сильно разоrретых экранных козырьков, т. е.

при максимальной температуре корпус в отличие от экрана будет

растянут. Во время охлаждения камеры в элементах BHYTpeHHero

корпуса возникают сжимающие термические напряжения от охлаж-

дающихся экранов. Таким образом, режим наrружения BHYTpeHHero корпуса находится в противофазе с режимом наrружения экранов. В ЦИАМе бьти проведены испыта­

ния образцов, вырезанных из внутренHero корпуса жаровых труб, и образцов

из экранных козырьков. Воспроизведение эксплуатационных условий работы

образцов было осуществлено на машине с термомеханическим нarpужением.

r Испытывались три партии образцов: 1) не имеющих эксплуатационной нара-

ботки, 2) с эксплуатационной наработ­кой 294 ч и 3) прошедших ремонт по-

сле эксплуатационной наработки. Цик­лическая долrовечность определялась

по наработке до полноrо разрушения рабочеrо участка образца. При подборе

режима испытаний заданной длитель- ности начальные уровни нarpузок на-

значались вблизи предела текучести материала при температуре 770 0 с.

На рис. 6.25 представлена текстура материала cBapHoro образца из сплава

ЭП648ВИ после разрушения. Стрелками показаны участки (1, 2, 3) с со--

ответствующей текстурой поверхности.

Анализ результатов испытаний образцов показал, что в материале

BHyтpeHHero корпуса секций жаровых труб значительноrо поврежде-

ния не накопилось, и циклическая долrовечность образцов из новых

и отработавших 500 ч секций практически одинаковая. Сопоставления

экспериментальных данных показали, что предложенная технолоrия

ремонта камеры сrорания полностью восстанавливает ее сопротивле­

ние термоциклическим нarрузкам.

Таким образом, место для приварки ремонтных секций внутренне-

ro корпуса жаровой трубы выбрано правильно.

При повреждении эмалевоrо покрытия жаровые трубы эмалируют

заново. Старый слой эмали удаляют растворителем в кислотной ванне.

После этоrо жаровую трубу промывают, нейтрализуют в содовом pac­

творе и просушивают. Поверхностям, покрываемым эмалью, придают

шероховатость обдувкой песком. Поверхности обезжиривают, промы-

вают и высушивают. Новый слой эмали наносят распылителем. Жаро-

вая труба с нанесенным слоем эмали подверrается обжиry. После ox­

лаждения контролируют качество эмали.