Термографический контроль с ультразвуковой стимуляцией нагрева рабочей лопатки первой ступени газотурбинного двигателя

Авторы

Жуков О. М.^*, Ширяев Е. А.^**, Вдовенко А. Г.^***

Объединенная двигателестроителъная корпорация «Сатурн», проспект Ленина, 163, Рыбинск, Ярославская область, 152903, Россия

*e-mail: gerbant876@gmail.com
**e-mail: evgeny.shiryaev@uec-saturn.ru
***e-mail: vdovenko_ag@mail.ru

Аннотация

Рассмотрена возможность использования инновационного в отечественной практике термографического метода неразрушающего контроля с ультразвуковой стимуляцией нагрева применительно к рабочей лопатке первой ступени газотурбинного двигателя. Представлены результаты проведенного металлографического исследования участков, выявленных в результате термографического контроля, в которых фиксируется локальное повышение температуры в процессе ультразвуковой стимуляции. Выполнен сравнительный анализ результатов термографического метода неразрушающего контроля с результатами металлографического исследования. Определены типы дефектов, на которых происходит генерация тепла при вводе ультразвуковых колебаний в лопатку, а также диапазоны повышения температуры в местах этих дефектов. 

Ключевые слова:

Рабочая лопатка первой ступени, тепловой контроль, ультразвуковая стимуляция, жаропрочный никелевый сплав, термограмма, температурный профиль, дефекты теплозащитного покрытия

Библиографический список

1. Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели. Пермь: Авиадвигатель, 2006. 456 с.
2. Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. М.: Машиностроение, 2007. Т. 1, 208 с.
3. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1974. 520 с.
4. Осипов С.К., Брызгунов П.А., Рогалев Н.Д. и др. Моделирование гидрогазодинамических процессов в каналах охлаждаемых лопаток ГТД с учетом априорной оценки размера ячейки расчетной сетки // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 1. С. 123–133.
5. Чулков А.О., Вавилов В.П., Жуков О.М. Тепловой неразрушающий контроль трещин в газотурбинных лопатках с использованием ультразвуковой стимуляции // Дефектоскопия. 2024. № 5. С. 61–70. DOI: 10.31857/S0130308224040052.
6. Панков В.П., Бабаян А.Л., Куликов М.В. и др. Теплозащитные покрытия лопаток турбин авиационных газотурбинных двигателей // Ползуновский вестник. 2021. № 1. С. 161–172. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2021.01.023.
7. Метель А.С., Сухова Н.А., Хмыров Р.С. и др. Технология получения высокоэнтропийных катодов-мишеней для синтеза защитных покрытий вакуумными ионно-плазменными методами // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 2. С. 179–187. DOI: 10.34759/vst-2023-2-179-187.
8. Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. М.: ИД «Спектр», 2009. 544 с.
9. Gleiter A., Riegert G., Zweschper Th. et al. Ultrasound lock-in thermography for advanced depth resolved defect selective imaging // Insight. 2007. Vol. 49. No. 5, pp. 272–274. DOI: 10.1784/insi.2007.49.5.272.
10. Mignogna R.B., Green R.E., Duke J. et al. Thermographic Investigation of High-Power Ultrasonic Heating in Materials // Ultrasonics. 1981. Vol. 19. No. 4, pp. 161–163.
11. Абгарян В.К., Абгарян М.В., Могулкин А.И. и др. Тепловизионные измерения температур ускоряющего электрода высокочастотного ионного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 3. С. 128–138.
12. Власов А.Б., Мухин Е.А. Применение тепловизионной диагностики для оценки теплового состояния электрооборудования и температуры обмотки судовых электродвигателей // Вестник МГТУ. 2010. Т. 13. № 4/2. С. 937–941.
13. Соковиков М.А. Исследование локализации пластической деформации и разрушения при динамическом нагружении методом инфракрасной термографии // Вестник Пермского университета. 2018. Т. 40. № 2. С. 52–57.
14. Жуков О.М., Жуков А.А. Термомеханические процессы при ультразвуковом воздействии на металлы // Прогрессивные материалы и технологии изготовления заготовок: Материалы VI Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых (20 октября 2023; Рыбинск). Рыбинск: РГАТУ, 2023. С. 42–47.
15. Reifsnider K.L, Henneke E.G., Stinchcomb W.W. The Mechanics of Vibrothermography // In: Stinchcomb W.W. (ed) Mechanics of Nondestructive Testing. New York: Plenum Press, 1980, pp. 249–276.
16. Burke M.W., Miller W.O. Status of VibroIR at Lawrence Livermore National Laboratory // “Thermosense-XXVI”: Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2004. Vol. 5405, pp. 313–321. DOI: 10.1117/12.544895.
17. Вавилов В.П., Хорев В.С., Чулков А.О. Исследование метода ультразвукового инфракрасного контроля трещин в композиционных материалах // Контроль. Диагностика. 2012. № 13. С. 197–201.
18. Rizi A.S., Hedayatrasa S., Maldague X. et al. FEM Modelling of Ultrasonic Vibrothermography of a Damaged Plate and Qualitative Study of Heating Mechanisms // Infrared Physics & Technology. 2013. Vol. 61, pp. 101–110. DOI: 10.1016/j.infrared.2013.07.011.
19. Pieczonka L., Szwedo M., Uhl T. Vibrothermography: Measurement System Development and Testing // Diagnostyka – Diagnostics and Structural Health Monitoring. 2011. Vol. 2. No. 58, pp. 61–66.
20. Вавилов В.П., Нестерук Д.А., Хорев В.С. Ультразвуковой инфракрасный метод выявления ударных повреждений и усталостных трещин в металлах и композитах // В мире неразрушающего контроля. 2010. № 1(47). С. 56–58.
21. Ширяев В.В., Хорев В.С. Тепловой контроль ударных повреждений в углепластике с применением ультразвуковой стимуляции // Контроль. Диагностика. 2011. № S. С. 112–114.
22. Вавилов В.П., Хорев В.С., Чулков А.О. Исследование метода ультразвукового инфракрасного контроля трещин в композитных материалах // Контроль. Диагностика. 2012. № 13. С. 197–201.
23. Лившиц Б.Г. Металлография. М.: Металлургия, 1990. 236 с.