Разработка подхода к повышению когезионной прочности покрытия для деталей компрессора газотурбинного двигателя

Abstract

RU: Постановка проблемы. Оптимизация технологии плазменно-дугового напыления осложняется ее многокритериальностью и многопараметричностью. Поиск путей повышения служебных характеристик уплотнительного прирабатываемого покрытия для деталей компрессора газотурбинного двигателя обусловлен тем, что эти покрытия работают при температуре, не превышающей обычно 650 0С, что ограничивает область их использования. Поэтому разработка подхода к повышению когезионной прочности прирабатываемого покрытия позволит повысить срок эксплуатации газотурбинных двигателей. Материалы и методика. В работе предлагается с целью повышения когезионной прочности уплотнительного прирабатываемого покрытия применить метод планирования экстремальных экспериментов. Применение этого метода предусматривает проведение активных экспериментов в некоторой рабочей области процесса, заданной численными значениями управляемых переменных процесса газотермического напыления. Предполагается, что в этой части рабочей области управляемых переменных показатели функции цели имеют субоптимальные значения. Определена матрица планирования экспериментов 25. Результаты и их обсуждение. Определен диапазон значений 11 переменных, влияющих на когезионную прочность. Для проверки на воспроизводимость экспериментов, в каждой точке факторного пространства (в каждой строке матрицы) проводилось по четыре параллельных опыта. На основании анализа коэффициентов полученного многопараметрического уравнения от 11 заданных переменных определена степень влияния каждого переменного на функцию цели. Такой подход позволил установить пару переменных Х5 (мощность) и Х7 (расход азота), которые наиболее сильно по сравнению с рассматриваемыми переменными повышают показатели когезионной прочности. Мощность Х5 определялась показателями силы тока 280…400 А и напряжения 40…75 В. Получена модель прогноза когезионной прочности в зависимости от выбранной пары переменных. Выводы. Предложен подход к повышению когезионной прочности покрытия для деталей компрессора газотурбинного двигателя с применением метода планирования экстремальных экспериментов. Это позволило определить для выбранного критерия наиболее весомые управляемые переменные, которые обеспечивают его экстремум в заданной рабочей области.

UK: Постановка проблеми. Оптимізація технології плазмово-дугового напилення ускладнюється її багатокритерійністю та багатопараметричністю. Пошук шляхів підвищення службових характеристик ущільнювального припрацьованого покриття для деталей компресора газотурбінного двигуна зумовлений тим, що ці покриття працюють за температури, яка перевищує зазвичай 650 0С, що обмежує область їх використання. Тому розроблення підходу до підвищення когезійної міцності припрацьованого покриття дозволить підвищити термін експлуатації газотурбінних двигунів. Матеріали і методика. У статті пропонується з метою підвищення когезійної міцності ущільнювального припрацьованого покриття застосувати метод планування екстремальних експериментів. Застосування цього методу передбачає проведення активних експериментів у деякій робочій області процесу, що задана числовими значеннями керованих змінних процесу газотермічного напилення. Передбачається, що в цій частині робочої області керованих змінних показники функції мети мають субоптимальні значення. Визначено матрицю планування експериментів 25. Результати та їх обговорення. Обчислено діапазон значень одинадцяти змінних, що впливають на когезійну міцність. Для перевірки на відтворюваність експериментів у кожній точці факторного простору (в кожному рядку матриці) проводилося по чотири паралельні досліди. На підставі аналізу коефіцієнтів отриманого багатопараметричного рівняння від 11 заданих змінних визначено ступінь впливу кожної змінної на функцію мети. Такий підхід дозволив установити пару змінних Х5 (потужність) і Х7 (витрата азоту), які найсельніше порівняно з розглянутими змінними підвищують показники когезійної міцності. Потужність Х5 визначалася показниками сили струму 280...400 А і напруги 40...75 В. Отримано модель прогнозу когезійної міцності залежно від обраної пари змінних. Висновки. Запропоновано підхід до підвищення когезійної міцності покриття для деталей компресора газотурбінного двигуна із застосуванням методу планування екстремальних експериментів. Це дозволило визначити для обраного критерію найбільш вагомі керовані змінні, які забезпечують його екстремум у заданій робочій області.

EN: Formulation of the problem. Optimization of plasma-arc spraying technology is complicated by its multi-criteria and multi-parameter nature. The search for ways to increase the performance characteristics of the running-in sealing coating for the compressor parts of a gas turbine engine is due to the fact that these coatings operate at a temperature not exceeding usually 650 0C, which limits the scope of their use. Therefore, the development of an approach to increase the cohesive strength of the running-in coating will increase the life of gas turbine engines. Materials and methods. In this paper, it is proposed to apply the method of planning extreme experiments to increase the cohesive strength of a sealing run-in coating. The application of this method involves conducting active experiments in a certain working area of the process given by the numerical values of the controlled variables of the thermal spraying process. It is assumed that in this part of the workspace of controlled variables, the indicators of the goal function have suboptimal values. An experiment planning matrix 25 is defined. Results and discussion. The range of values of eleven variables that affect cohesive strength is determined. To test the reproducibility of experiments, four parallel experiments were carried out at each point of the factor space (in each row of the matrix). Based on the analysis of the coefficients of the obtained multi-parameter equation from 11 given variables, the degree of influence of each variable on the target function is determined. This approach made it possible to establish a pair of variables X5 (power) and X7 (nitrogen consumption), which increase the cohesion strength indicators most strongly compared with the variables under consideration. X5 power was determined by current strength indicators of 280 − 400 A and voltage of 40 − 75 V. A model for predicting cohesive strength depending on the selected pair of variables is obtained. Conclusions. An approach is proposed to increase the cohesive strength of the coating for compressor parts of a gas turbine engine using the method of planning extreme experiments. This made it possible to determine for the selected criterion the most significant controlled variables that ensure its extremum in a given work area.