Джон Пэтит, Джефри П. Бонс

Перевод с английского: Астапенков С.Г.

Источник: http://orca.byu.edu/Reports/Journals/2004%20Final%20reports/ET/Pettitt,%20John%20Frank.doc

    Газотурбинные двигатели (ГТД) используются очень широко в мощных установках. Работа лопаток турбины очень влияет на эффективность и долговечность двигателя. Так как ГТД функционирует, то долговечность и работа лопаток сокращается из-за налета материала. Налет может быть от грязного топлива или разъедающих веществ, или от частиц в воздухе. Фильтры были созданы для ГТД в усилии, чтобы отражать такие частицы. Когда частицы попадают в ГТД и пропитывают эти фильтры, они становятся расплавленными и прилипают к поверхностям лопатки турбины. Так как эти отложения создаются, они увеличивают аэродинамическую протекцию и повышают температуру лопаток.
     Изучение этого отложения материала на лопатках турбины является сложным процессом, необходимо тысячи часов для формирования отложений. Текущее исследование, выполняемое Янсен интертеймент, установило подходящее средство, чтобы ускорить и симулировать образование налета на более маленьких лопатках турбины. Это средство симулирует условия, создаваемые частью лопатки турбины ГТД, соответствуя условиям потока и концентрации воздушных частиц. Используя это средство, наше исследование сосредоточивается на определении влияния поверхности лопатки турбины на формирование налета.
     Ученые и инженеры уже создали много внешних параметров, чтобы обнаружить корреляции, которые точно предсказывают протекцию и передачу тепла. Эти параметры включают среднюю внешнюю шероховатость (Rа), среднюю высоту неровностей, параметры Rk, и др. Для того, чтобы сделать эти виды вычислений, мы использовали систему измерения поверхности Хоммель Инк. T800, чтобы производить карты топографии 3-D образцов до и после налета. Очень гладкий образец (Rа = 0.8 мкм) и неотполированный образец (Rа = 12 мкм) были оба подвержены процессу налета. Внешние карты этих образцов до процесса налета показаны на рис. 1.

    В течение налета образцы подвергнуты температуре 1200 C, струе со скоростью 450 миль в час смеси воздушных и расплавленных частиц с концентрацией около 150 частиц в течение периода 4 часа. Эта струя ударяется о поверхности образцов под углом 30 градусов. Эти условия созданы, чтобы симулировать поверхность лопатки турбины в рабочей среде ГТД. После процесса налета, образцы охлаждаются и большинство из созданных отложений треснули и отвалились. Такие явления и являются объектом изучения. Внешние карты двух образцов после налета показаны на рис. 2.

    На гладком образце отложения расположены более равномерно. Однако гладкий образец имеет более маленькую внешнюю область налета, область с налетом - наиболее густая. Еще любопытно, на грубом образце наибольшие особенностью является то, что налет занимает часть размера налета на гладком образце. Эти виды отличий могут иметь большое значение на сопротивление и температуру лопаток турбины.
    В добавление к этим картам и параметрам мы также используем налет химического состава, чтобы характеризовать отличия между образцами. Для того, чтобы определить эти характеристики налета, образцы нужно делить на части и приготовить для Сканирующего Электронного Микроскопа (СЭМ). Эти образцы не успели изготовить к выходу этой публикации. К тому же, для того, чтобы определить химический состав депозита, спектроскопия рентгеновского луча используется, чтобы проанализировать любую часть цифровых картин, взятых СЭМ. Подготовка образцов для СЭМ и Спектроскопии рентгеновского Луча гораздо более продолжительна, чем получение фото и нахождение химического состава.
    Исходя из полученной информации можно сказать, что качество поверхности значительно влияет на структуру налета. Дальнейшее изучение, более статистически сильные заключения могут быть сделаны относительно фактической природы налета (т.е. его химический состав) и относительно выборов проекта из альтернативных вариантов, которые нужно рассматривать при полировании лопаток турбины.