СВЧ-СПОСОБ УДАЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ ИЗ ОХЛАЖДАЕМЫХ ЛОПАТОК ГТД

Владимир Анатольевич Щербаков

 

Существующие в настоящее время способы удаления керамических стержней, формирующих охлаждаемую полость лопатки ГТД, базируются на использовании щелочей и бифторида калия (KHF2), которые с точки зрения экологии токсичны (особенно KHF₂).

Предлагаемый автором способ использования СВЧ-электромагнитных волн для удаления стержней высокоэкологичен и, кроме того, что важно для промышленности, обладает высокой производительностью. В имеющейся по этому вопросу специальной литературе (США) указывается, что керамика весьма интенсивно поглощает СВЧ энергию, нагреваясь со скоростью 300°С/мин (рис. 1). Для количественной оценки порядка необходимой частоты сложный по своей геометрической конфигурации стержень моделируется элементарной прямоугольной пластиной, имеющей размеры 1x10x100 мм. Таким образом, система “металлическая лопатка - керамический стержень” заменяется керамическим волноводом с металлическими стенками. При этом для проникновения СВЧ-энергии в такой волновод необходима длина волны λ, пропорциональная ширине пластины волновода (10 мм), что обеспечивается при частоте ω = 30 ГГц.

Колебания с такими частотами создают СВЧ-генераторы, называемые гиротронами. Указанную выше скорость разогрева керамики обеспечивают гиротронные генераторы с частотой ω = 60 ГГц (λ = 5 мм).

Однако для того, чтобы разупрочнить керамику стержня с ее последующим удалением, соответствия несущей частоты ω оказывается недостаточно. СВЧ-волну необходимо модулировать частотой Ω, равной собственной (резонансной) частоте колебаний лопатки. Для лопатки, использованной в эксперименте, она составила примерно 10 КГц (рис. 2).

Воздействие сигнала с несущей частотой ω, модулированного частотой Ω на керамику, приводит к следующему: частота  ω создает в стержне систему множественных микротрещин, которые под действием частоты Ω глобализируются с образованием макротрещин.

В течение короткого времени, зависящего от величины мощности СВЧ-энергии, поглощаемой керамикой, стержень превращается в порошкообразную субстанцию, для удаления которой достаточно продуть лопаточную полость воздухом. При мощности примерно 1 КВт, поглощаемой одной лопаткой, для удаления стержней из отлитого лопаточного блока (освобожденного от керамической оболочки) достаточно примерно 10 мин. В то же время для выполнения той же работы с помощью химических реактивов требуется несколько часов.

Расчеты показывают, что такая установка может за одну смену удалить стержни из более чем 100 лопаток. Предлагаемая технология удаления стержней может быть практически реализована на СВЧ-аппаратуре, применяемой на радиолокационных станциях, работающих в импульсном режиме. При этом частота ω соответствует несущей частоте станции, а частота Ω - частоте следования импульсов.

В заключение автор выражает благодарность старшему научному сотруднику Ю.И. Фоломейкину за помощь при подготовке статьи к печати.