«СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ РЕМОНТА ГАЗОТУРБИННЫХ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ...»

Наибольшее распространение при ремонте, выполняемом на «НПО «Сатурн», ультразвуковой и магнитный.

Для контроля деталей из цветных металлов и сплавов применяют капиллярный метод дефектоскопии. Сущность капиллярной дефектоскопии заключается в том, что на контролируемую поверхность наносят слой специального цвето-контрастного жидкого индикаторного вещества [3].

Разновидностью капиллярного метода служит люминесцентный способ контроля дефектов, основанный на свойстве некоторых веществ светиться при облучении их ультрафиолетовыми лучами. Очищенные и обезжиренные детали помещают в ванну с флюоресцирующей жидкостью. Жидкость проникает в дефекты и там задерживается. Остатки жидкости смывают холодной водой, деталь сушат сжатым воздухом и припудривают порошком селикагеля. При освещении детали ультрафиолетовым излучением порошок селикагеля, пропитанный флюоресцирующей жидкостью, будет ярко светиться желтозеленым светом. Трещины будут видны в виде широких полос, поры — в виде пятен. Люминесцентные дефектоскопы позволяют выявить трещины шириной 0,01 мм.

Ультразвуковой метод дефектоскопии основан на свойстве ультразвука проходить через металлические изделия и отражаться от границы раздела двух сред, обладающих разными акустическими свойствами. Метод ультразвуковой неметаллические включения и т. д.), залегающие на глубине 1—2500 мм.

Совокупность используемых методов позволяет выявить все возможные контактирующих поверхностей, коррозию, нагар и другие). После выявления дефектов производят комплектование деталей. Целью первого комплектования является группирование деталей и агрегатов по узлам для передачи в соответствующий ремонтный цех или участок. При дефектации производится отбраковка деталей, содержащих недопустимые дефекты, которые заменяют новыми или отремонтированными. Укомплектованные по группам детали передают в ремонтные цеха вместе с формулярами и картами промеров [3].

1.2. Анализ причин дефектов деталей Дефекты авиационных двигателей с технологической точки зрения классифицируются как дефекты узлов и дефекты деталей. Дефекты деталей, в свою очередь разделяются на поверхностные и объемные. К поверхностным дефектам относятся искажения формы и размеров поверхностей, нарушения поверхностного слоя (налет, коррозии, забоины, надиры, риски, наклеп, следы схватывания, отклонения от круглости и цилиндричности, эрозия). На зарождение и развитие поверхностных дефектов особенно влияет качество поверхностного слоя и прежде всего остаточные напряжения и шероховатость поверхности.

Объемные дефекты охватывают большую глубину. Их устранение создает значительные технологические затруднения и далеко не всегда возможно. В объемах металла накапливаются цикловая усталость, термическая усталость, ползучесть, протекает межкристаллическая коррозия.

Современные авиационные двигатели представляет собой сложную конструкцию, состоящую из большого количества различных по форме, размерам, материалам, условиям работы и назначению деталей. В процессе эксплуатации под воздействием статических и динамических нагрузок, температур, по причине конструктивных и производственных дефектов, а также возможных нарушений условий технического обслуживания детали повреждаются. Как правило, большинство повреждений приводит к потере работоспособного состояния.

Изделия снимают с эксплуатации и, если они ремонтопригодны, отправляют в ремонт.

Основными причинами дефектов являются:

- износ элементов конструкции;

- конструктивные недостатки и производственные дефекты;

- нарушения правил эксплуатации.

В процессе эксплуатации авиадвигатели находятся под воздействием сил (различных нагрузок), вибраций, пыли, различных газов, высоких температур и атмосферных условий. Все эти факторы вызывают естественный износ деталей и агрегатов, заключающийся в постепенном изменении их размеров, формы, качества поверхности и прочностных свойств. Эти изменения ведут к снижению надежности и, в конечном счете, к выходу из строя деталей авиадвигателей [1].

Существуют различные виды естественного износа: контактный, окислительный, абразивный, эрозионный, тепловой, деформационный, коррозионный и усталостный.

Конструкции авиадвигателя включают большое количество неподвижных и подвижных сочленений. В этих сочленениях участвуют контактирующие детали, а именно: валы и отверстия. Силы, действующие при работе на элементы сочленений, измеряются десятками тысяч ньютонов. При некоторых режимах работы в конструкции двигателя возникают вибрации и знакопеременные нагрузки.

разрушается. Частицы поверхностного слоя выкрашиваются и отделяются в виде продуктов износа – металлической пыли.

Под воздействием кислорода и различных химических элементов и соединений, находящихся в маслах, в газах и воде, тем или иным путем попадающих в нагруженное сочленение, на рабочих поверхностях появляются тонкие оксидные пленки с пониженным сопротивлением износу. В результате развивается окислительный износ сопутствующий контактному износу и усиливающий его.

Под воздействием твердых частиц пыли, проникающих в подвижные сочленения, и продуктов износа, частично остающихся в нем, на рабочих поверхностях может развиваться абразивный износ. Этот износ выражается в рисках и задирах на рабочих поверхностях трущихся деталей сочленения. В рисках и задирах задерживаются абразивные твердые частицы и таким образом абразивный износ нарастает.

Особое место занимает абразивный износ внешних поверхностей деталей, на которых ударами твердых частиц, увлекаемых воздушным потоком, образуются царапины и забоины.

Поверхности, находящиеся под воздействием скоростных потоков жидкостей и горячих газов, подвержены эрозионному износу. В этом случае на рабочей поверхности изделий появляются густо расположенные «лунки». Такому износу подвержены, например, рабочие поверхности форсунок, сопел, лопатки газовых турбин, стенки камер сгорания двигателей и т.п.

На трущихся поверхностях при значительных удельных давлениях и плохой смазке развиваются высокие температуры, вызывающие тепловой износ поверхностей. При высоких температурах структура поверхностных слоев металлов трущихся деталей изменяется. В результате первоначальное соотношение твердостей сочленения уменьшается, а вместе с этим увеличивается износ деталей. Признаком начала теплового износа являются цвета побежалости на рабочих поверхностях.

В некоторых случаях в местах особо высоких контактных напряжений температура в поверхностных слоях деталей сочленения настолько повышается, что возникает мгновенное местное сваривание частиц металлов соединенных деталей.

При дальнейшем взаимном перемещении деталей приварившиеся частицы металла вырываются из поверхности менее прочного металла, оставляя на ней задиры. Те же частицы металла остаются приваренными к поверхности более прочного металла, делая её грубо шероховатой, вызывающей в дальнейшем интенсивный абразивный износ рабочих поверхностей контактирующих деталей.

Деформационный износ характеризуется тем, что в условиях значительных статических, динамических и тепловых напряжений металл пластически деформируется (наклеп, смятие, вытяжка) и теряет прочность. Так, например, стяжные болты вытягиваются под влиянием длительного действия сил затяжки;

спиральные пружины, находясь длительное время в сжатом или растянутом состоянии, теряют упругость; вытягиваются и ослабевают заклепки. При деформационном износе в его аварийной стадии происходит разрыв детали по сечению, в котором металл перешел за предел пластичности.

В результате взаимодействий металла с внешней средой поверхности деталей самолетов и двигателей, подверженные систематическому воздействию контактирующие с горячими газами, гидравлическими смесями и жидким топливом, постепенно корродируют.

Коррозия развивается на внешних поверхностях двигателей (обшивке, деталях компрессора, на диске турбины), а также на внутренних поверхностях агрегатов, насосов, баков, трубопроводов гидравлической и топливной систем.

Коррозионный налет на металле постепенно утолщается. Это может привести к постепенному изменению размеров изделий и к снижению прочности их поверхностей.

Разновидностью естественного износа является развитие усталостных явлений в металле конструкций самолетов и двигателей, возникающих под воздействием знакопеременных напряжений в процессе работы. Эти явления развиваются в местах концентрации напряжений: вокруг отверстий, вокруг задиров, забоин и коррозии на поверхностях. Усталостный износ металла проявляется в сетке мелких трещин на поверхности детали. Эти трещины, концентрируя напряжения на своих концах, развиваются в длину и глубину, значительно ослабляя пораженную ими деталь и вызывая, в конце концов, её разрушение.

государственных и эксплуатационных испытаний. Эти испытания краткосрочны и в них участвует ограниченное число опытных образцов. Поэтому в процессе испытаний не удается выявить все недостатки конструкции. Лишь в процессе массовой эксплуатации самолетов и двигателей появляется возможность выявить все слабые места конструкции изделий. В разнообразных условиях конструктивные недостатки, которые могут привести к выходу двигателей из строя.

В результате в ремонтных службах приходится не только ремонтировать двигатели, но и решать вопросы о доработке конструкций.

Начало эксплуатации новых типов двигателей совпадает обычно с запуском их в серийное производство. Технологические процессы на серийных заводах отличны от опытных заводов. Здесь иные способы заготовки деталей, ускоренные процессы механической и термической обработки. Все эти изменения могут на первых порах вызвать производственные дефекты, не наблюдавшиеся на опытных образцах. Дефектные детали могут появиться и в результате нарушения технологической дисциплины и недостаточно строгого контроля качества на заводах-изготовителях.

Характерными производственными дефектами деталей двигателей являются несоответствие структуры металла в результате неправильной технологии штамповки, сварки или термообработки; остаточные напряжения в сварных конструкциях в результате нарушения режима сварки; поверхностные трещины в результате неправильных режимов шлифования; отслоения гальванопокрытий в результате неверной заточки и заправки шлифовальных кругов и т.д.

Сокращение количества производственных дефектов обеспечивается ростом технической культуры на заводах, повышением квалификации рабочих и инженерно-технических работников и строгим соблюдением технологической дисциплины на производстве.

Исправность двигателей в значительной степени обуславливается строгим соблюдением рекомендаций по летной и технической эксплуатации. В результате не полно проведенных осмотров и подготовок двигателей могут остаться незамеченными дефекты, влекущие за собой отказы изделий авиационной техники.

Так, например, достаточно не зашплинтовать или не законтрить гайку, чтобы под влиянием вибраций в полете она самопроизвольно отвернулась, крепление ослабло и в результате появилась течь масла или горючего.

Небрежный осмотр форсунок двигателя или засорение горючего при заправке ведут к засорению форсунок, нарушению режима горения и в результате к обрыву лопаток и выходу двигателя из строя.

Нарушения правил пилотирования (чрезмерный форсаж двигателя и т.п.) приводят к перегрузкам элементов конструкции. К таким же результатам приводят грубые посадки. В результате ускоряется развитие усталостных явлений и выход конструкции из строя.

При эксплуатации наиболее сильному физико-химическому воздействию подвергается поверхностный слой детали. Разрушение детали в большинстве случаев начинается с поверхности (например, развитие усталостной трещины, износ, эрозия, коррозия).

Анализ отказов газотурбинных двигателей в процессе эксплуатации показывает, что большинство повреждений деталей носит усталостный характер, поэтому практическое значение проблемы обеспечения их несущей способности трудно переоценить. Непрерывно растут требования к надежности и материалоемкости ГТД, все более жесткими становятся условия работы и режимы эксплуатационной нагруженноcти.

Роторы авиационных двигателей подвергаются большому количеству нагрузок, сил и различных разрушающих факторов, под воздействием которых в деталях возникают дефекты. К деталям роторов предъявляются высокие требования по их надежности. При поступлении в ремонт эти детали подвергают тщательному контролю, с целью выявить все возможные дефекты и в дальнейшем выбрать набор методов по их устранению.

Из деталей роторов можно выделить три основные группы: лопатки, диски и валы. В процессе работы двигателя эти детали подвергаются воздействию знакопеременных и центробежных нагрузок, дополнительных нагрузок от высокочастотных вибраций при наличии коррозионной среды и повышенных температур. Перечисленные детали выполняют различные функции, испытывают разные нагрузки и, соответственно, имеют различные дефекты. На лопатках, эксплуатирующихся в неблагоприятных условиях, развивается эрозия и образуются механические повреждения в виде точечных забоин и вмятин. Диски как и лопатки имеют эрозионное повреждение поверхностей проточной части, а также поверхностей полотна, на поверхностях контактирующих в другими деталями наблюдается износ, на отдельных деталях встречаются и трещины.

Условия работы и эксплуатационная нагруженность этих деталей заставляет предъявлять к материалам и свойствам поверхностного слоя очень высокие требования.

Диски являются одними из самых массивных и ответственных деталей двигателей, они воспринимают большее количество нагрузок по сравнению с другими деталями, это влияет на возникающие в дисках дефекты и, соответственно, на требуемые методы ремонта. Так как диски являются самыми ответственными деталями, все мероприятия ремонта должны быть направлены на восстановление и поддержание их надежности.

Мероприятия ремонта требуют больших затрат различных видов ресурсов.

При выполнении ремонта самыми затратными являются диски. На ремонт дисков экономических, трудовых). Вывод о том, что диски являются самыми затратными из деталей роторов можно сделать, оценив несколько показателей ремонта.

Такими показателями являются стоимость ремонта детали и трудоемкость.

Средние показатели по каждому виду деталей двигателей Д-30КУ/КП представлены в таблице 1.1.

По данным показателям можно сделать вывод, что диски являются наиболее трудоемкими и дорогостоящими деталями при ремонте. Поэтому особое внимание при решении вопросов ресурсосбережения в ремонтном производстве заслуживают детали типа диск. Необходимо при ремонте найти все возможные способы экономии ресурсов, а также разработать алгоритм выбора оптимальных методов ремонта.

Таблица 1.1 – Показатели ремонта деталей Рассмотрим ротор компрессора двигателя Д-30КУ/КП. Диск первой ступени компрессора изготовлен из титанового сплава ВТ3-1. Сплав ВТ3-1 используется для изготовления ответственных деталей, работающих при температуре 600°С.

Важнейшими преимуществами титановых сплавов перед другими конструкционными материалами является их высокая удельная прочность и жаропрочность в сочетании с высокой коррозионной стойкостью.

К дефектам дисков, возникающим при эксплуатации, можно отнести усталостные трещины, повреждение поверхностей деталей, составляющих проточную часть двигателя, а также поверхностей расположенных вблизи подвижных элементов или в непосредственном контакте с другими деталями.

Параметрами внешнего воздействия на титановые диски компрессора являются частота нагружения, асимметрия цикла, сочетание малоцикловой усталости и малых амплитуд нагрузок, в том числе выдержка материала под нагрузкой. Поверхностному растрескиванию способствуют легкие вещества –, что связано с образованием хрупких, газонасыщенных фаз.

Анализ эксплуатационных повреждений, растрескиваний, позволяет получить интегральную оценку реакции титанового сплава на условия нагружения при конкретном структурном состоянии самого материала и не всегда позволяет однозначно разделить роль условий нагружения и роль чувствительности самого материала к условиям эксплуатационного нагружения.

Сочетание нагрузок с низкими амплитудами, выдержек материала под нагрузкой, воздействия окружающей среды – все это, в совокупности, существенно сокращает период зарождения усталостной трещины и снижает общую долговечность титановых дисков. Остаточные напряжения (в результате местного упрочнения поверхности) позволяют увеличить долговечность и снизить чувствительность материала к внешним воздействиям.

Очаги разрушения встречаются в зоне радиусного перехода дна паза к боковой поверхности межпазового выступа со стороны острого угла и выхода.

Разрушения носят усталостный характер. Критической зоной (местом локализации максимальных напряжений, определяющих ресурс детали) данного диска является именно зона радиусного перехода дна паза к боковой поверхности межпазового выступа со стороны острого угла и выхода. При эксплуатации одного из двигателей Д30-КУ/КП произошло разрушение диска первой ступени 17600 ч. На диске произошел вырыв сектора с частью полотна (Рисунок 1.1).

компрессора низкого давления. Наработка данного двигателя составила более Деталь была направлена на исследования. С целью определения характера разрушения и качества материала, сохранившийся фрагмент диска подвергался металлографическому исследованию. При контроле методом ЛЮМ1-ОВ на диске в 2-х лопаточных пазах выявлены трещины. Вид трещин представлен на рисунках 1.2 и 1.3.

Проанализируем, какие причины привели к возникновению трещин. Группы факторов, оказывающих влияние на эксплуатационные свойства, были описаны выше (конструктивные, эксплуатационные и технологические). Можно выделить ряд причин, по которым возникают дефекты в области паза: область перехода донышка паза к боковой поверхности является концентратором напряжений, конструкция должна быть такой, чтобы напряжения в этой области были минимальны; в процессе эксплуатации на боковой поверхности наблюдается фреттинг-износ, который оказывает влияние на рост трещин.

Микроструктура материала в поперечном сечениях ободной части диска в различных участках матовая и слабоблестящая, с величиной микрозерна 4-5 балла 10-ти бальной шкалы, при допустимой не более 9 более по ОСТ 1 90197-89.

Недопустимых по ОСТ 1 90197-89 деформационных линий интенсивного течения материала (четко, резко выраженной деформационной текстуры) в сечении диска не имеется.

Микроструктура материала диска в поперечном и продольном сечении ободной части глобулярно-пластинчатого типа и соответствует 4а-5а типу 9-ти типной шкалы, при допустимой по ОСТ 1 90197-89 1а-6а типа.

Образцы для испытания механических свойств вырезались из ободной части диска в высотном направлении из выступов лопаточных пазов и в хордовом направлении из обода со стороны выхода диска.

Механические свойства материала диска удовлетворяют требованиям ОСТ 1 90197-89 (Таблица 1.2 и 1.3). Химический состав диска, по данным количественного спектрального анализа, удовлетворительный для сплава ВТ3- (Таблица 1.4).

Таблица 1.2 – Механические свойства материала диска Наименование, Направление место вырезки вырезки Диск Обод сертификату Таблица 1.3 – Механические свойства материала диска Наименование, Направление Таблица 1.4 – Химический состав материала диска Наименование По результатам исследований разрушенного диска можно сделать вывод, что качество материала диска по химическому составу, механическим свойствам, твердости, макро и микроструктуре удовлетворяет требованиям на сплав ВТ3-1, требуемый по чертежу.

Трещины в диске растут медленно, длительность процесса разрушения может составлять сотни и тысячи полетных циклов или тысячи часов эксплуатации.

На зарождение и рост трещин в ободе диска может оказать влияние наблюдаются следы схватывания, задиры, усталостно-коррозионные процессы, перенос материала и другие повреждения, которые непосредственно влияют на работоспособность сопряжения. Вследствие фреттинга изменяются контактная жесткость и точность соединений.

Фреттинг-коррозия обнаруживается в таких ситуациях, где одна из контактирующих поверхностей подвергается переменному напряжению (хвостовик рабочей лопатки), в результате которого происходит переменная деформация. Если другая поверхность (паз диска) и примыкающие к ней более глубокие слои материала под поверхностью являются достаточно жесткими, чтобы преодолеть силу трения, величина которой зависит от коэффициента трения и нормальной нагрузки, то в результате будет происходить колебательное тангенциальное движение одного слоя материала относительно другого.

Результатом одновременного действия фреттинга и усталости является значительное снижение усталостной прочности сопрягаемых деталей. Об этом может свидетельствовать тот факт, что на разрушившихся деталях обнаруживаются усталостные трещины, берущие свое начало в зоне, пораженной фреттинг-коррозией. Более того, усталостное разрушение часто начинается не в наиболее нагруженных местах детали (местах концентрации напряжений), а на участках поврежденных фреттинг-износом. Особенно сильное влияние фреттингкоррозии на усталостную прочность по сравнению с различного рода концентраторами напряжений проявляется при невысоких циклических нагрузках.

Сопротивление усталости при фреттинге существенно зависит от факторов, которые определяют интенсивность самого процесса повреждения: амплитуды относительных перемещений, контактного давления, физико-механических свойств материалов контактирующих деталей, окружающей среды.

Фреттинг-износ приводит к потере конструктивных размеров и допусков, уменьшению расчетных сечений и изменению их моментов инерции, а, следовательно, к уменьшению запасов прочности деталей. Эта проблема особенно актуальна для большого числа ответственных деталей газотурбинных двигателей, которые, как известно, имеют минимальные значения коэффициентов запаса прочности по всем видам напряжений по сравнению с деталями других видов машин, с целью снижения удельного веса двигателя.

Рассматривая влияние фреттинг-износа, конструкции паза, особенностей материала и условий эксплуатации, можно сделать вывод, что эти факторы в отдельности не оказывают влияния на прочность. Так при изготовлении диска были проанализированы особенности его эксплуатации и предприняты все меры, чтобы не допустить разрушения, однако не всегда удается учесть все условия, оказывающие влияние на зарождение трещин. О том, что на зарождение трещин оказывает влияние фреттинг-износ и конструкция паза (наличие области концентрации напряжений), указывает то, что трещины были обнаружены вблизи радиуса перехода донышка паза к боковой стенке, на которой происходит износ.

На наличии фреттингкоррозии указывает тот факт, что при дефектации диска были обнаружены следы серебра на боковой поверхности паза, которое наносится на хвостовик лопатки для уменьшения коррозии.

Явление фреттинг-износа происходит и на других поверхностях детали. Так на торце центрального отверстия, наблюдаются вмятины и забоины, к их появлению могло привести трение между этой поверхностью и поверхностью другой детали (кольцом). Выработка на шейке диска, которая возникает в результате контакта с подшипником передней опоры и может приводить к увеличению вибраций.

Также при осмотре и дефектации диска были обнаружены другие дефекты, которые следует устранить для увеличения ресурса и надежности двигателя. При эксплуатации в двигатель могут попадать инородные предметы, такие как пыль, гравий, град, которые могут приводить к повреждениям проточной части.

Попадание пыли и гравия происходит при взлете и посадке самолета. Попадание града может происходить как при взлете и посадке, так и во время полета.

Внешняя коническая поверхность диска образует проточную часть. Попадание на неё твердых частиц может привести к повреждению и образованию царапин.

Также посторонние предметы могут попадать в зазоры между диском и элементами статора. При осмотре диска были обнаружены царапины на торцевых поверхностях диска и на поверхности, образующей проточную часть двигателя.

При разборке неразъемных соединений нередко повреждаются поверхности деталей входящих в это соединение. После снятия с диска лопаток и последующем осмотре были обнаружены дефекты в области отверстий под штифты, которые представляют собой надиры, царапины по окружности цилиндрической поверхности, при взгляде со стороны похожи на резьбу, вид дефекта представлен на рисунке 1.4. На появление данного дефекта могло оказать явление фреттинга, при эксплуатации центробежные силы вызывают смещение лопатки в радиальном направлении, вместе с лопаткой смещается и штифт, эти смещения вызывают трение поверхности штифта и отверстия, что и приводит к износу.

Рисунок 1.4 – Надиры в области отверстий под штифты Разборка ротора может привести к повреждению части резьбы. Это может сказаться на качестве послеремонтной сборки и отразиться на надежности узла и двигателя. Устраняется этот дефект путем зачистки участка резьбы или её калибровки.

Несоблюдение технологии при сборке и разборке двигателя приводит к повреждению деталей. Так при осмотре диска были обнаружены смятые торцевые шлицы. Повторная сборка и эксплуатация с поврежденными шлицами невозможна. Допускается срезание одного зуба до основания.

В центральном отверстии были обнаружены следы эрозии, которая возникает в результате взаимодействия с маслом.

обнаружены на поверхностях и других деталей. Так трещины были обнаружены на диске компрессора высокого давления (Рисунок 1.5). Трещина начинается с центрального отверстия и тянется к ободу диска.

Рисунок 1.5 – Трещина в диске компрессора высокого давления Трещина начинает зарождаться в месте концентрации напряжений, в области перехода боковой поверхности шлиц к донышку. Причиной этого дефекта является высокие напряжения в области отверстия, об этом свидетельствуют деформации (подмятие шлиц граничащих с трещиной, рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 – Подмятие шлиц, граничащих с трещиной При проведении дефектации турбины тоже были обнаружены дефекты на поверхностях дисков и валов. Турбины двигателей Д-30КУ и Д-30КП работают в условиях высоких температур, поэтому в отличие от деталей компрессора помимо механического воздействия они подвергаются действию высоких температур.

Детали роторов турбин подвергаются воздействию разных температур, также в каждой конкретной детали температуры в разных её частях различны, что приводит к температурных напряжений.

На поверхности дисков и валов турбин наблюдается износ поверхностей, находящихся в контакте с другими деталями. Как и в компрессоре, износ наблюдается на шлицевых соединениях, в пазах под лопатки, в отверстиях.

В отличие от компрессора в турбине наблюдаются еще и другие дефекты, причиной которых является воздействие высоких температур со стороны газового потока, который нагревается в камере сгорания. К подобным дефектам относятся коррозия и нагар. На лопатках турбин наблюдается выгорание материала и нагар.

Все дефекты ответственных деталей сведены в таблицу 1.5.

Таблица 1.5 – Дефекты ответственных деталей авиационных двигателей По данным этой таблицы видно, что на деталях наблюдаются однотипные дефекты. На деталях компрессора и турбины наблюдаются царапины, сколы, задиры, повреждение сопрягающихся поверхностей, а на деталях турбины наблюдаются прогары и нагары.

Основные причины дефектов можно представить в виде классификации разделив их на три категории:

- механическое воздействие;

- термическое воздействие;

- химическое воздействие.

Механическому воздействию подвергаются поверхности деталей, находящихся в контакте с другими деталями и вблизи поверхностей вращающихся деталей, поверхности образующие проточную часть. Термическому воздействию подвергаются детали, находящиеся в зоне высоких температур и испытывающие большие перепады температур. Химическому воздействию подвергаются детали, поверхности которых подвергаются воздействию коррозионной среды. Это поверхности, находящиеся в контакте с маслом, поверхности, на которые воздействует поток газов прошедших камеру сгорания.

Также дефекты можно разделить на:

- часто встречающиеся (механический износ трущихся и контактирующих поверхностей, нагар, риски, царапины, забоины);

- редко встречающиеся (трещины).

Данную классификацию можно представить и в другом виде, как менее и наиболее опасные дефекты. По последней можно отметить, что действия инженеров производящих и эксплуатирующих авиационные двигатели направлены на повышение надежности, однако на практике оказывается избежать дефектов полностью невозможно. Любой инженер стремится избежать катастрофических последствий и устранить все причины приводящие к поломке изделия. Так, например, можно избежать или уменьшить вероятность зарождения трещин путем повышения запасов прочности, изменению конструкции как отдельных деталей так узлов и целого изделия. Однако нельзя полностью исключить воздействие на деталь таких факторов как износ, эрозия и коррозия, но можно уменьшить их влияние путем применения современных материалов и технологий.

1.3. Анализ существующих технологий ремонтного производства особо ответственных тяжелонагруженных деталей ГТД Ремонтное предприятие при выполнении работ должно выполнять следующие требования:

1 Обеспечение высокого уровня качества ремонта, послеремонтной надежности, а значит, и безопасности полетов летательного аппарата после их ремонта.

2 Обеспечение минимизации затрат на ремонт авиационного двигателя, восстановления деталей, узлов, агрегатов.

Эти требования находятся в противоречии друг к другу. Повышение уровня качества ремонта, послеремонтной надежности требует повышения затрат.

Сокращение затрат на ремонт может ухудшить качество ремонта, снизить послеремонтную надежность. В этой борьбе противоречий необходимо искать оптимальные решения.

Можно выделить ряд основных замечаний при контроле качества на этапах ремонта. Их распределение представлено в таблице 1.6.

Таблица 1.6 – Распределение замечаний при контроле качества на этапах ремонта.

Наименование замечаний Механические повреждения деталей, узлов, агрегатов, конструктивных элементов Некачественный ремонт, монтаж трубопроводов систем Касание, трение деталей друг о друга (некачественный монтаж) Некачественный монтаж крепления объектов Не законтрены соединения Некачественная регулировка Некачественный ремонт, монтаж, подгонка деталей соединения Продолжение таблицы 1. Некачественное соединение электропроводки при монтаже Другие замечания Типовые элементы технологических процессов ремонта узлов могут быть представлены в обобщенной схеме взаимосвязанных операций: подготовка к ремонту; восстановление, доработки и замена деталей и узлов; испытания и контроль узлов.

На качество ремонта оказывают влияние ряд факторов, представленных на рисунке 1. Подготовка к ремонту включает в себя комплектование деталей и узлов в ремонт, подготовку и отладку оборудования и оснастки к выполнению ремонтных работ, заданных дефектацией.

Конструктивно – производственное документация.

Рисунок 1.7 – Влияние основных факторов на качество ремонта Основными требованиями, предъявляемыми к технологическому процессу ремонта, являются:

1 Обеспечение высокого качества ремонта, послеремонтной надежности и безопасности эксплуатации после ремонта.

2 Экономическая эффективность ремонта.

3 Научно-обоснованный выбор прогрессивных методов, форм организации труда, технологий, способов и средств работы.

4 Рациональная загрузка оборудования, оснастки, рабочих мест.

5 Высокий уровень механизации, автоматизации.

6 Соблюдение охраны труда и окружающие среды.

Восстановление полной работоспособности изношенных деталей должно вестись с приданием им начальных размеров, правильной геометрической формы и поверхностных свойств, прежде всего твердости, поскольку все свойства сердцевины, как правило, сохраняются, если не считать отдельных случаев зарождения усталостных трещин в процессе изнашивания. При соблюдении этих условий взаимозаменяемость деталей и посадка сопряжений восстанавливаются полностью.

Детали двигателя, поступающего в ремонт, после дефектации отправляют на соответствующие участки, ремонт деталей компрессора и турбины осуществляется на соответствующих участках. Как уже указывалось, дефекты многих деталей роторов сходны. Эти дефекты возможно устранить на одном участке, что позволит сэкономить время и средства при выполнении ремонта.

газотурбинных двигателей получили распространение следующие основные способы восстановления изношенных деталей: механическая и слесарная обработка, сварка, наплавка, металлизация, нанесение покрытий гальваническими методами, упрочнение поверхностей деталей.

Механическая обработка позволяет удалить дефектные слои металла, тем самым избежать проникновения дефектов в основной слой детали и избежать катастрофических последствий.

Выявленные на дефектации дефекты (царапины, надиры, износ, коррозия) устраняются такими способами как шлифование, полирование, токарной обработкой, сверлением. В большинстве случаев эти способы не трудоемки, не требуют большой затраты труда и средств.

Рассмотрим детали компрессора и турбины, а также их дефекты в совокупности. Многие детали имеют схожие дефекты, такие как царапины, износ поверхностей, коррозию, так же детали турбины имеют дефекты другого характера, но их устранение в некоторых случаях выполняется тем же путем, что и других дефектов, это такой дефект как нагар. Нагар по возможности устраняют травлением поверхности, то есть удалением поврежденного слоя материала химическими способами. Однако в некоторых случаях дефект проникает в глубь материала и путем травления его полностью устранить не получается. В этом случае его приходится устранять механически, это выполняют путем обдува материала пескоструйной смесью или, такими же способами как и удаление других дефектов (царапины, риски, износ, коррозия). К таким методам относится шлифование, полирование, притирание поверхности.

Рассмотренные дефекты получили наибольшее распространение и встречаются практически на каждой из рассмотренных деталей, следовательно детали с этими дефектами возможно обрабатывать на одном участке, тем самым сэкономив время на транспортирование деталей, а это в свою очередь позволит сохранить время на ремонт двигателя и простой летательного аппарата. Также это позволит экономить средства, а именно не потребуется закупать отдельное оборудование для участка специализированного для ремонта деталей конкретного узла.

В деталях помимо дефектов, устранимых механическим путем, существуют дефекты, которые невозможно удалить только механически. Удалив дефекты, иногда приходится восстанавливать поверхности деталей, так как размеры этих деталей уже не соответствуют требованиям чертежа и данная деталь уже не сможет выполнять свои функции в узле. Для восстановления поверхностей используют наплавку (аргонно-дуговую). Этот способ позволяет восстановить поверхность, а последующая механическая обработка позволит восстановить требуемый чертежом размер, что позволит вернуть детали её работоспособность.

Существующие технологические процессы позволяют полностью устранить имеющиеся дефекты, восстановить рабочие поверхности деталей и подготовить изделие к эксплуатации. Однако они имеют резерв для экономии, не только материальных затрат, но и трудовых, и, соответственно, экономических.

Современные технологии позволяют восстанавливать изношенные поверхности с меньшими затратами материалов, подвергая эти поверхности в дальнейшем только финишной механической обработке, при этом качество поверхности должно удовлетворять требуемому и деталь будет выполнять свои функции.

1.4. Анализ существующих технологий ремонтного производства с позиции ресурсосбережения ресурсосбережения необходимо определить, что такое ресурсосбережение, какие ресурсы включает это понятие и какие факторы необходимо анализировать при использовании технологий, позволяющих экономить ресурсы.

Ресурсосбережение – совокупность мер по бережливому и эффективному использованию фактов производства (капитала, земли, труда). Обеспечивается посредством использования ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий; снижения фондоемкости и материалоемкости продукции; повышения производительности труда; сокращения затрат живого и овеществленного труда;

повышения качества продукции; рационального применения труда менеджеров и маркетологов; использования выгод международного разделения труда и другое.

Согласно ГОСТ Р ИСО 9004—2001 к ресурсам относят работников, инфраструктуру, производственную среду, информацию, поставщиков и партнеров, природные и финансовые ресурсы; материальные ресурсы (усовершенствованные механизмы, содействующие инновационным постоянным улучшениям.

Анализируя технологии нельзя оставлять без внимания аспекты ресурсосбережения. Аспекты ресурсосбережения можно разделить на четыре основные категории: ресурсные; производственные; экологические; социальноэкономические (Рисунок 1.8).

При ремонте двигателя, если предприятие, выполняющее ремонт, стремится идти в ногу с существующими тенденциями и принимает решение использовать ресурсосберегающие технологии при составлении технологических процессов, необходимо стремиться анализировать и рассматривать влияние нововведения во всех аспектах ресурсосбережения. Конечно, этот анализ трудоемкий и при его выполнении можно упустить тот или иной фактор, однако при выполнении грамотного анализа можно добиться неплохих результатов и составить такие технологические процессы, которые позволят экономить ресурсы. В таких технологических процессах можно получить хорошие результаты в области ресурсосбережения даже при увеличении затрат на одном из факторов ресурсосбережения или одного из видов ресурсов, при этом суммарный результат должен быть положительным.

Всегда при производстве, эксплуатации и ремонте все инженеры, имеющие отношение к механизмам, старались использовать технику с наименьшими потерями. При производстве применялось и применяется оборудование, позволяющее изготавливать и восстанавливать работоспособность деталей с наименьшими потерями ресурсов, расходование материала на стружку, а также с наименьшими расходами энергии. Перед инженерами всегда стояла задача производить технику более дешевую и востребованную, чем у конкурирующих фирм. При этом техника должна быть дешевле не только на момент куплипродажи, но и в период эксплуатации. Это означает, что техника должна быть надежной, долговечной, потреблять меньше ресурсов, иметь оптимальное воздействие на окружающую среду, то есть создавать уровень шума и вредных выбросов в окружающую среду в соответствии с нормами.

Техника постоянно совершенствуется, применяются новые технологии, это зачастую ведет к удорожанию техники на том или ином периоде её производства и эксплуатации. В то же время, это удорожание влечет удешевление на других периодах. Так, например, при производстве удорожание на этапе заготовки ведет к удешевлению на этапе механической обработки; удорожание периода производства за счет применения новых технологий, позволяющих повысить надежность за счет уменьшения износа и коррозии, что ведет к увеличению межремонтного ресурса и уменьшению расходов на периоде эксплуатации. При ремонте применяя современные технологии, возможно, не только восстановить работоспособность изделия, но и увеличить его надежность, продлить назначенный ресурс.

При рассмотрении ремонтного производства можно сделать вывод, что ремонт это своего рода метод ресурсосбережения, потому что он позволяет продлить назначенный ресурс техники, а это значит, что не требуется заменять изношенный двигатель новым, на производство которого необходимо затратить материальные ресурсы и потратить энергию.

Если учесть, что ремонт это своего рода ресурсосбережение, то тогда найдутся сторонники, которые скажут, что тут не на чем экономить, более того даже нельзя экономить на этой операции. Все это, потому что ремонт это ответственный шаг, это восстановление изношенной техники и рисковать на этом нецелесообразно. При устранении дефектов необходимо применять методы и средства, которые не просто устранят дефект, но и восстановят рабочие характеристики детали, узла и изделия. Часто можно услышать, что при устранении дефекта существует вероятность того, что этот дефект будет устранен не полностью, а нанесенный материал, для восстановления геометрии детали, может не полностью сцепиться с базовым материалом детали и привнести в деталь новые дефекты, такие как пустоты и остаточные напряжения.

Также существует мнение, что ремонт авиационной техники (назначенный ресурс, которой уже был увеличен неоднократно) это неоправданный шаг, что в наше время и так происходит много катастроф. Конечно, с этим мнением поспорить трудно, однако применение новых технологий на ремонтируемом двигателе (например, нанесение износостойких покрытий) может послужить экспериментальной базой, использованной в дальнейшем, как на ремонтируемом двигателе, так и примененной на новом двигателе. Естественно требуется тщательное изучение нововведений и испытание двигателя. Только полное изучение и испытание позволит экономить ресурсы, а именно применение современных технологий в комплексе с их исследованием позволит подготовить двигатели по-настоящему надежные. Отработка новых технологий на ремонтном двигателе это, во-первых, увеличение ресурса двигателя, во-вторых, это один из шагов к созданию нового двигателя, при этом технологии, примененные на нем, уже будут частично отработаны. Все это позволит, как минимум, избежать поломок двигателя и тем самым сохранить ресурсы.

Причинами увеличения расхода материальных ресурсов является [14]:

1) увеличение объема производства;

2) значительное исчерпание материальных ресурсов в освоенных районах;

3) перенос добычи материальных ресурсов в труднодоступные районы.

Пути и степень влияния на экономию материалов и энергии зависят от:

- уровня совершенства технологического процесса;

- структуры технологического процесса;

- достигнутого прогресса.

Одним из методов восстановления геометрии изношенных деталей является метод наплавки. Наплавка – нанесение слоя металла на поверхность заготовки или изделия посредством сварки плавлением. Существуют различные способы наплавки, которые отличаются производительностью и толщиной наплавленного слоя. Сравнительная характеристика некоторых способов наплавки представлена в таблице 1.7.

Таблица 1.7 – Сравнительная характеристика некоторых способов наплавки или проволоки неплавящимся электродом защитном газе электродами Технологии, применяемые для ремонта двигателя сейчас, существенно отличаются от тех, что применялись 10-20 лет назад. Так, например, можно увидеть разницу, выполнив сравнение технологий восстановления лопаток, на кромках которых в процессе эксплуатации возникают трещины и забоины.

На «НПО «Сатурн» для устранения дефектов и восстановления геометрии применялся и применяется метод электроннолучевой сварки. Выполнялись следующие основные операции:

- поврежденная область удаляется фрезерованием до полного устранения дефекта;

- подготавливается специальный вкладыш, который подгоняется по месту фрезерования пера лопатки;

- производится наварка вкладыша;

- производится механическая обработка для получения необходимой геометрии детали и характеристики поверхностного слоя.

Данный метод является трудоемким и требует затраты различных ресурсов (трудовых, материальных, энергетических). Для осуществления данного метода необходимо подготовить вкладыш, который имеет размеры, значительно превышающие размеры детали. Сварка производится в условиях глубокого вакуума, ток луча определяется толщиной вкладыша. Затем производится разрезка вкладыша параллельно кромке лопатки электроимпульсным способом.

Далее выполняется механическая обработка, которая включает все операции, которые выполнялись при изготовлении такой детали, только выполняются они на участке детали. Производится грубая механическая обработка (фрезерование), при которой удаляется значительная часть припуска, затем выполняется шлифование и полирование вкладыша для получения профиля. [4] Метод применялся также для восстановления длины лопатки. Данный метод требует затраты материальных и энергетических ресурсов, которые расходуются на изготовление вкладыша, а затем на удаление лишнего материала. По сравнению с этим методам, современные технологии являются более экономичными и требуют затраты меньшего количества ресурсов. К таким методам относятся метод газотемпературной наплавки. Для выполнения данного метода не требуется подготовки вкладыша, материал наплавляется на ремонтируемый участок, затем излишки материала удаляются механическим способом, производится финишная обработка для получения необходимых характеристик поверхностного слоя. При этом излишки материала по сравнению с методом электроннолучевой сварки значительно меньше и для его удаления не требуется применения грубых методов обработки.

По этому анализу можно отметить, что по сравнению с тем, что было несколько десятилетий назад существующие методы, которые применяются при выполнении ремонта, требуют меньше ресурсов. Это свидетельствует о том, что прогресс приводит к экономии и что методы, применяемые сейчас, по сравнению со «старыми» являются ресурсосберегающими. Однако среди существующих технологий можно найти и другие, которые будут иметь преимущество в плане ресурсосбережения. К таким методам относится метод низкотемпературного лазерного диффузионно-порошкового наплавления.

низкотемпературного лазерного диффузионно-порошкового наплавления намного низкотемпературного лазерного диффузионно-порошкового наплавления ввиду термического влияния, в которой к тому же практически не наблюдаются микротрещины.

Данный метод применяется в европейских странах на предприятиях крупных производителей авиационных двигателей. На «НПО «Сатурн» было закуплено оборудование и сейчас производится опробация данного метода.

Производится наплавка бандажных полок лопаток.

Данный метод по сравнению с другими с точки зрения ресурсосбережения имеет ряд преимуществ:

- меньший объём «лишнего» металла;

- меньшая затрата энергии.

Стоимость метода включает в себя следующие основные компоненты:

потребляемого металлического порошка. Помимо этого необходимо учитывать и менее значимые факторы: зарплата, аргон и прочее.

При производстве нового двигателя существуют различные способы экономии ресурсов. На каждом этапе подготовки производства существуют резервы экономии материалов. Степень возможного воздействия на экономию ресурсов зависит от технологической фазы производства. При этом, как показывает практика, на этапе получения заготовок влияние сильнее, чем при обработке деталей и сборке [7].

При производстве двигателей начиная с этапа проектирования стараются найти пути экономии материалов и энергии. Проектируют узлы, состоящие из деталей, имеющих одинаковую конфигурацию. Это позволяет разбить детали на группы, что обеспечивает возможность составления такого технологического процесса, при котором их изготовление осуществляется наиболее рационально и экономично. Такие технологические процессы возможно применять и при ремонте газотурбинного двигателя, однако это представляет некоторые трудности.

Применение групповых технологических процессов при ремонте имеет трудности. Это связано с тем, что детали имеют различные условия работы, испытывают действия различных сил и следовательно в них возникают различные дефекты. Детали, которые при производстве обрабатывались по групповому технологическому процессу, при ремонте иногда не получается объединить в одну группу. Так, например, диски турбины никого давления испытывают действия различных сил со стороны лопаток, это обусловлено как весом лопаток, так и изменяющимся газовым потоком, воздействующим на лопатки. Еще одной трудностью применения группового технологического процесса, является то, что даже на одних и тех же деталях одинаковых двигателей порой возникают разные дефекты.

Несмотря на перечисленные трудности, групповые технологические процессы возможно применять. Это возможно сделать, если составить технологический процесс со всеми возможными операциями, а при дефектации указать в сопроводительной карте, какие операции требуется выполнять при ремонте конкретной детали.

Выделим основные группы деталей роторов. Группы можно разделить на два типа:

- по общим геометрическим параметрам;

- по общим дефектам.

Для наглядности занесем их в таблицу 1.8.

Таблица 1.8 – Группы деталей Группы по общим геометрическим параметрам Группа 1 Диски 1-4 ступеней турбины низкого давления Группа 3 Реборды дисков 2 и 3 ступеней компрессора низкого давления Замковая часть лопаток 2 и 3 ступеней компрессора низкого Группа Группа 5 (6) Детали, имеющие на своих поверхностях царапины и нагары Группа 7 Лопатки компрессора с изменением длины К этим группам можно отнестись критически. Так, например, в 7 группе «Лопатки компрессора с изменением длины» все детали имеют различную конфигурацию. Восстановление деталей производят методом наплавки с последующей механической обработкой. Наплавку можно производить разными способами: ручным или на оборудовании с программным обеспечением. В случае наплавки вручную можно использовать групповые технологии при нанесении покрытий, если же производится на оборудовании с программным обеспечением тогда необходимо к каждой детали подходить индивидуально и на каждую деталь должна быть составлена программа.

Наиболее выгодными для применения групповых технологий являются диски 1-4 ступеней турбины низкого давления и реборды дисков 2 и 3 ступеней компрессора низкого давления.

Часто при дефектации деталей в них обнаруживают такие дефекты, при которых дальнейшая эксплуатация невозможна, к таким дефектам относятся трещины в дисках. Ремонт таких деталей невозможно осуществить из-за того что эти детали являются очень ответственными, а при устранении дефекта возможно зарождение производственных дефектов, которые при эксплуатации приведут к катастрофе. Но если выполнить ремонт с отработанными и испытанными технологиями на подобных деталях и выполнить тщательный контроль набором методов, которые выявят все возможные дефекты, возникающие при выполнении ремонта, то деталь можно восстановить и возможно, что её характеристики не будут отличаться от характеристик новой детали.

Так, например, трещины в дисках, если они имеют допустимую для устранения глубину, можно удалить механически (фрезерованием), затем произвести контроль области, где была трещина, чтобы уточнить полностью ли была удалена трещина. После чего можно восстановить часть детали, где был дефект методом наплавки. Затем обработать деталь набором механических методов для получения геометрии и характеристик поверхностного слоя.

Конечно, применение подобных методов связано с определенным риском. В ходе восстановления детали могут возникнуть дефекты, такие как остаточные напряжение и производственные дефекты, которые при эксплуатации приведут к разрушению детали. Однако при отработанных технологиях возможно восстановление деталей без дефектов. Зачастую многие технологии, применяемые успешно на одном предприятии, при введении их на другом не дают положительных результатов, однако при их отработке добиваются положительных результатов.

Многие машиностроительные предприятия идут на риск и производят ремонт своей техники. Причем выполняют ремонт ответственных деталей, ремонт которых может иметь тяжелые последствия. В современном мире есть возможность восстановить работоспособность любой детали, только необходимо подобрать методы восстановления и произвести полный контроль выполненного ремонта, с целью выявления всех возможных дефектов, оставшихся или вновь возникших в процессе ремонта.

Для достижения результатов в ресурсосбережении необходимо выполнить ряд изменений в управлении:

- ресурсами;

- энергией;

- организацией производства;

- экономике предприятия.

Как уже отмечалось для управления ресурсами и энергией необходимо применение новых технологий. В современном мире развитие технологий идет быстрыми темпами и в последнее время появляется ряд решений, которые позволяют устранить имеющиеся проблемы (удалить дефекты деталей) и как правило новые методы по сравнению с имеющимися можно отнести к ресурсосберегающим. Часто предприятия принимают решения о внедрении новых методов и закупке нового оборудования и к сожалению их первое применение не дает ожидаемых результатов. Например, при нанесении ремонтного покрытия возникают дефекты, которые свидетельствуют о том, что выполненный ремонт не позволяет дальнейшей эксплуатации деталей.

Экономия может проявляться не только в ресурсах, также экономить можно и в использовании энергии. Для этого необходимо применять современное оборудование, коэффициент полезного действия, которого как правило, больше устаревшего.

Также на энергосбережение в пределах металлорежущего оборудования оказывает влияние такой фактор как применение смазочно-охлаждающих жидкостей. Смазочно-охлаждающие жидкости применяют главным образом для отвода тепла от режущего инструмента. Они снижают температуру в зоне обработки и тем самым повышают стойкость режущего инструмента, улучшают качество обрабатываемой поверхности и предохраняют от коррозии режущий инструмент и обрабатываемую заготовку. Рациональное применение смазочноохлаждающих жидкостей позволяет в ряде случаев повысить стойкость режущего инструмента от 1,5 до 4 раз. Смазочно-охлаждающие жидкости и способы их применения, эффективные для одной группы обрабатываемых материалов и видов обработки, могут быть малоэффективными для других обрабатываемых материалов и видов обработки и даже оказывать вредное влияние. Каждой комбинации: обрабатываемый материал — вид обработки — инструментальный материал — режим резания должна соответствовать определенная, наиболее эффективная для данных условий смазочно-охлаждающая жидкость. Смазочноохлаждающие жидкости в значительной мере определяют экономичность и надежность работы многочисленной и разнообразной металлообрабатывающей техники, а именно: увеличивают стойкость режущего инструмента, улучшают качество изделий, снижают силы резания и потребную мощность. Таким образом применение смазочно-охлаждающих жидкостей способствует экономии на электроэнергии и на инструменте.

В ремонтном производстве существует также возможность влияния на снижение затрат при складировании, хранении и транспортировке разного рода продукции внутри промышленного предприятия. Имеется реальная возможность влиять на величину затрат в транспортных и складских операциях практически по всему спектру звеньев, как внешней (взаимоотношения между поставщиками и потребителями ремонтных процессов), так и внутренней (на промышленном предприятии).

Давно известно было и рассматривалось в работах ученых, что выделение, как минимум отдельного цеха для ремонта, способствует повышению производительности, а также снижению затрат на ремонте и снижает нагрузку на производственные цеха. На «НПО «Сатурн» несмотря на выделение отдельного цеха на ремонт двигателей, снять полностью нагрузку с других цехов не получилось, детали для выполнения некоторых этапов ремонта отправляются в производственные цеха, что с точки ресурсосбережения не выгодно. Конечно в целом для предприятия это, возможно, и выгодно, потому что не требуется закупать новое оборудование, но с точки зрения производства, это задерживает производство нового изделия и следовательно увеличивает затраты на производство. С точки зрения ремонта отправка деталей в другой цех задерживает транспортировку, часто детали задерживаются в производственных цехах, ожидая выполнения операций. Часто детали даже задерживаются, ожидая отправки в другой цех, это происходит из-за несогласованности в работе цехов, а так как цеха заняты разными производствами и не имеют взаимных интересов, то это происходит довольно часто. Еще к одной проблеме, задержки выполнения операций ремонта в производственном цехе, можно отнести проблему «бюрократии», часто цеха требуют друг от друга множества согласований с другими подразделениями и общим руководством.

1.5. Анализ ранее выполненных научных исследований по проблемам ремонта Развитие технологий не стоит на месте, и существующие технологии позволяют изготовить современные изделия достаточно надежными и долговечными. Но, несмотря на прогресс, износ изделий полностью остановить невозможно, постепенно изделия приходят в негодность, и их приходится ремонтировать.

Наряду с прогрессом в производстве не стоит развитие и в ремонте.

Разрабатываются новые методы, появляется новое оборудование. Постепенно ремонтное производство выходит на новый уровень. По сравнению с западноевропейскими странами в России развитие ремонта происходит не так быстро, и новые технологии внедряются гораздо позже, чем это происходит в других странах. Это зачастую связано с политикой предприятий. Несмотря на то, что предприятия и стремятся производить и подготавливать качественную технику, введение новых методов связано с рисками.

Сейчас существует много технологий, которые позволяют восстановить полную работоспособность детали, при этом она способна выдержать все силы, которые действуют на неё во время работы изделия. Многие из таких технологий были рассмотрены на «13-й международной научно-практической конференции»

материалы, которой собраны в сборнике докладов. Представляемые на конференции доклады, направлены на повышение качества ремонта, а также на экономию ресурсов. Доклады направлены на применение прогрессивных технологий ремонта, восстановления, упрочнения и защиты от коррозии;

экономичного оборудования нового поколения для нанесения защитных покрытий, наплавки, напыления, упрочнения и сварки; конструкционных и эксплуатационных методов повышения долговечности. Эти технологии представляют интерес для специалистов, работающих в области повышения надежности, долговечности, качества и конкурентоспособности выпускаемых и эксплуатируемых машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки [11, 12].

Существующие исследования в основном направлены на повышение качества и на снижение затрат преимущественно с экономической точки зрения.

Многие инженеры на сегодняшний день стараются разработать такие технологии, которые позволят не просто снизить стоимость конечной продукции, а уменьшить расход различных видов ресурсов, например, таких как материальные, энергетические, трудовые и, конечно же, экологические, которые в настоящее время должны находиться на особом положении.

Сейчас разработан ряд технологий, которые позволяют наряду с экономией материальных ресурсов экономить на энергетических, трудовых, экономических и даже экологических ресурсах. К таким технологиям можно отнести плазменные технологии, которые сейчас получают распространение, как в ремонтном, так и производственном процессе. Также сейчас находит свое применение в ремонтном производстве метод низкотемпературного диффузионно-порошкового наплавления. Методы, по сравнению с теми, что применялись до этого, можно отнести к ресурсосберегающим, а это большой шаг к применению методов ресурсосбережения в ремонте. На данный момент мало работ посвященных ресурсосбережению при выполнении ремонта, этому есть оправдание. Как уже отмечалось ранее ремонт – это есть один из методов ресурсосбережения и многие, считая, что в нем не просто не на чем экономить, а даже не стоит этого делать, не ищут пути экономии. Конечно, если рассматривать все этапы от начала этапа производства до утилизации отработанной техники, чем дальше движемся к последнему, тем меньше вариантов экономии, но эти варианты возможно найти.

Также сейчас существуют технологии не только восстановления, но и упрочнения деталей к таким технологиям относится плазменное упрочнение.

концентрированными потоками энергии (электронный луч, лазерное излучение, плазменная дуга) являются существенным резервом экономии материальных, трудовых и энергетических затрат. Опыт показывает, что плазменный источник поверхностного нагрева можно во многих случаях применять наряду с такими источниками, как лазерный и электронно-лучевой, обеспечивая высокие техникоэкономические показатели процесса.[15] Основные теоретические и практические положения, касающиеся технологии и организации ремонтного производства, отражены в трудах таких отечественных учёных, как Е.А. Гриценко, А.А. Иноземцев, Л.Ф. Красников, В.И.

Люлька, A.M. Матвеенко, Ю.Н. Нечаев, В.А. Пивоваров,, В.М. Чуйко, Стрижов А.Н., Румянцева Н.В. и др. В их трудах изложены вопросы надежности и увеличения ресурса авиационных двигателей, описаны современные методы контроля и технической диагностики газотурбинных двигателей. Особое внимание уделяется ремонту и восстановлению работоспособности основных деталей и узлов двигателя. Также в их работах рассматриваются вопросы испытаний авиационных двигателей. В области диагностирования основные положения отражены в трудах А.И. Биргера, С.М. Дорошко, И. В. Кеба и др.

В работе Кебы изложены задачи технической диагностики авиационных двигателей, рассмотрены методы построения алгоритмов диагностирования для проверки исправности, работоспособности и правильности функционирования газотурбинных двигателей на различных этапах его эксплуатации.

В научных трудах И. А. Биргера изложены теоретические основы технической диагностики, статические метода распознавания и разделения в пространстве признаков, метрические и логические методы диагностики.

Значительное внимание уделено теории информации и её приложению к задачам диагностики. Его работы ориентированы на проблемы диагностики механических систем (двигателей, машин и т.д.).

Существует несколько диссертационных работ, посвящённых ремонту авиационных двигателей. К ним относятся диссертационные работы Стрижова А.

Н. и Румянцевой Н. В., в которых рассмотрены направления совершенствования технологий ремонта на основе применения прогрессивных достижений производительность ремонта, его качество, надежность изделия, а также снизить затраты на ремонт.

В своей диссертационной работе А. Н. Стрижов предлагает использовать при ремонте методику отбора деталей и сборочных единиц, передаваемых в обособляемое ремонтное производство. Основными факторами, влияющими на отбор деталей и узлов, являются: экономические факторы, вопросы обеспечения качества, организационные факторы и другие.

Для оценки факторов автор предлагает использовать количественные коэффициенты для каждой категории факторов. Основная сложность оценки непосредственной количественной оценки. Однако автор решает данную задачу с эффективности ремонтного производства при его локализации путем определения уровня общих расходов.

Локализация ремонтного производства с помощью разработанных методик, инструментальных средств анализа и оценки передачи деталей из основного в обособленное ремонтное производство и применения прогрессивных технологий ремонта газотурбинных двигателей создаёт организационно-технологические предпосылки повысить как технико-экономические показатели производства, так и качество ремонта газотурбинных двигателей, а также разработанных на их базе различных силовых установок наземного применения.

Разработанная А. Н. Стрижовым методика отбора деталей в отдельное производство позволяет выполнять технологические процессы с учетом экономических и организационных факторов, а также вопросов обеспечения качества. Практическое использование данной методики позволяет обеспечить возможность использования прогрессивных технологических процессов при ремонте авиационных двигателей [34].

В диссертационной работе Н. В. Румянцевой проведено исследование эксплуатационной повреждаемости лопаток компрессора газотурбинного двигателя и разработана технология их ремонта на основе упрочняющих методов обработки. Автор предлагает технологические методы ремонта, основанные на поверхностно-пластическом деформировании, эти методы так же предусматривают одновременное удаление коррозии с поверхности детали со снятием минимального слоя металла и обеспечивающего требуемую шероховатость поверхности.

Исследование закономерностей изменения скорости коррозии образцов, поверхностно-пластического деформирования, которые выполнила Румянцева, показало, что ремонт методом поверхностно-пластического деформирования обеспечивает требования по коррозионной стойкости. К тому же за счет использования рекомендуемых режимов обработки можно увеличить срок «службы» лопаток компрессора, тем самым, увеличивая их ремонтопригодность [35].

Безусловно, в последнее время ученые-исследователи, занимающиеся разработкой новых технологий уделяют большое внимание применению прогрессивных технологий ремонта, что способствует повышению качества ремонта, надежности и долговечности газотурбинных двигателей. Также в современных научных трудах исследователи уделяют особое внимание технологиям, которые позволяют экономить различные виды ресурсов и энергии, но эти технологии, как правило, относятся к какому-то этапу технологического процесса. Вопрос о выборе и применении методов должен в большей степени рассматриваться инженерами на предприятиях, которые и должны определять оптимальное сочетание методов восстановления для конкретной детали, а для этого необходима разработанная и четко сформулированная методика.

Существуют стандарты, которые регламентируют ремонт, устанавливают правила и порядок обеспечения ремонтопригодности изделий. К таким стандартам относится ГОСТ 23660-79. В этом стандарте изложена цель обеспечения ремонтопригодности (снижение затрат времени, труда и средств на ремонт), указаны принципы отработки изделий на ремонтопригодность (снижение потребности в ремонте; повышение ремонтной технологичности; ограничение требований к квалификации персонала, осуществляющего ремонт). Также указано чем достигается повышение технологичности при ремонте (повышение контролепригодности, доступности, легкосъёмности, взаимозаменяемости;

ограничением числа и номенклатуры материалов, инструмента, приспособлений).

В стандарте изложены принципы обеспечения ремонтопригодности, правила обеспечения ремонтопригодности деталей, сборочных единиц и изделий В данном стандарте также представлены методы обеспечения и оценки ремонтопригодности. Они разделяются на количественные и качественные.

Методами количественной оценки являются: метод использования зависимостей и пооперационный метод.

Стандарт ГОСТ 21623-76 устанавливает термины и определения понятий в области показателей для оценки ремонтопригодности изделий всех отраслей промышленности, являющихся объектами технического обслуживания и ремонта.

В стандарте помимо терминов и определений представлены зависимости для определения показателей.

Помимо стандартов регламентирующих ремонт существует ряд стандартов по ресурсосбережению. К таким стандартам относятся ГОСТ 30116-95, ГОСТ 30167-95, ГОСТ 30772-2001, ГОСТ 30774-2001, ГОСТ Р 52107-2003, ГОСТ Р 52106-2003, ГОСТ 30773-2001.

Целью стандартизации в области ресурсосбережения является создание достаточной для проведения государственной технической политики, направленной на снижение ресурсоемкости получаемого дохода без ухудшения условий экономического развития страны при безусловном обеспечении высоких потребительских свойств продукции.

Объектами стандартизации требований ресурсосбережения являются все виды деятельности, связанные с добычей, переработкой, транспортированием, хранением, распределением, потреблением объектами материальных ресурсов, с утилизацией техногенных отходов, сбросов и выбросов (биосферозагрязнителей) на стадии избавления от них при ликвидации объектов.

подразделяют на три группы:

- к первой группе относят требования ресурсосбережения, определяющие совершенство процессов, продукции, работ и услуг, например по составу и количеству использованных материалов, массе, габаритам, объему изделия и т.д.

технологичности), определяющие возможность достижения оптимальных затрат ресурсов при изготовлении, ремонте и утилизации продукции, а также экологической безопасности.

- к третьей группе относят требования ресурсоэкономичности изделия, определяющие возможность достижения оптимальных затрат ресурсов при эксплуатации, ремонте и утилизации, а также при выполнении работ и оказании услуг.

номенклатуру показателей, определяющих рациональное использование и экономическое расходование материальных и энергетических ресурсов, термины и определения основных понятий, необходимых для регулирования, организации, проведения работ, а также нормативно-методического обеспечения. В стандартах приведены рекомендации по определению основных показателей ресурсосбережения, которые используют при потреблении материальных, энергетических ресурсов на стадиях жизненного цикла изделий.

В стандартах также изложены задачи ресурсосбережения. Основными задачами

ресурсосбережения являются:

- сбережение топлива и энергии (в том числе электрической энергии и тепловой, включая энергию пара, воды, сжатого воздуха, кислорода);

- рациональное использование и экономия материальных ресурсов;

- максимальное сохранение природных ресурсов;

- совершенствование систем управления качеством производства продукции, ее реализации и потребления, оказания услуг.

В рамках обеспечения работ по стандартизации в Российской Федерации ежегодно создается программа разработки национальных стандартов. При этом разработка национальных стандартов проводится с целью реализации принципа гармонизации технических требований со стандартами, что позволит выпускать энергоэффективную продукцию, конкурентоспособную на внутреннем и внешнем рынках. Предприятия-изготовители должны принимать активное участие в работах по стандартизации и создавать необходимую инновационную среду.

1.6. Выводы по главе Несмотря на существующий прогресс в области производства, отказаться от восстановительного ремонта невозможно. Любой произведенный двигатель имеет свой ресурс, который возможно увеличить, используя методы ремонта. Даже прогресс в области производства может только уменьшить такой вид дефекта как износ, но избавиться от него полностью невозможно.

Для выполнения ремонта необходимо применять прогрессивные методы, которые повышают качество ремонта, а, следовательно, надежность и долговечность двигателей. Для этого также необходимо использовать опыт иностранных фирм, которые тоже занимаются ремонтом, а также фирм, которые разрабатывают технологии ремонта.

Проведенный анализ эксплуатационных дефектов деталей и проводимого ремонта позволяет сделать следующие выводы:

При ремонте преимущественно применяются «старые» технологии, которые хоть и позволяют восстановить работоспособность изделия, но не удовлетворяют современным требованиям, предъявляемым к ремонтному производству.

Вопрос о применении современных технологий при выполнении ремонта изучен недостаточно.

технологических процессов при выполнении ремонта.

Недостаточно изучен вопрос по экономии ресурсов при выполнении ремонта, а существующие возможности экономии ресурсов при ремонте используются мало.

Недостаточно изучен вопрос по конструктивным особенностям деталей и дефектам, возникающим в них, а также влиянии различных методов ремонта на их надежность.