ES2372264T3 - Procedimiento para ensayar un revestimiento de pie de álabe. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para ensayar un revestimiento (36) para pie de alabe que comprende las siguientes etapas: - se suministra una probeta, denominada de disco (22) , que tiene al menos un asiento, y otra probeta, denominada de alabe (32) , que tiene al menos un asiento (34) revestido por dicho revestimiento, estando compuesta la probeta de alabe por dos semiprobetas (32) aptas para ser encajadas a una parte y a otra de la probeta de disco; - se somete la probeta de alabe (32) encajada con la probeta de disco (22) a unos ciclos de tracción durante los cuales las probetas son solicitadas a tracción una con respecto a otra según una dirección de tracción (A) , transmitiéndose el esfuerzo de tracción a través de los asientos en contacto de la probeta de alabe y de la probeta de disco; - se evalua dicho revestimiento en función de un criterio de evaluación predeterminado.
Description
Procedimiento para ensayar un revestimiento de pie de alabe
El invento se refiere al campo del control de calidad de revestimientos antifricci6n para pies de alabes de turbomaquina. Mas precisamente, el invento se refiere a un procedimiento para ensayar un revestimiento destinado a revestir un pie de alabe para una turbomaquina.
Los alabes, y en particular los alabes de soplantes en las turbomaquinas aeronauticas (turborreactores o turbopropulsores) son unas piezas mecanicas sometidas a esfuerzos extremos. Por este motivo el pie de alabe, que es la parte de sujeci6n del alabe, es una parte del alabe particularmente crftica. El pie de alabe tiene unas superficies de contacto con el disco del rotor, o asientos, que estan sometidos en funcionamiento a esfuerzos y temperaturas elevadas. Para reducir los esfuerzos, y sobre todo los de cizallamiento, que se aplican a los asientos de los pies de alabe, se utilizan de forma conocida revestimientos antifricci6n. Estos revestimientos, denominados "antifretting" (antidesgaste), pueden ser depositados principalmente por proyecci6n termica. Pueden ser multicapa. La calidad del revestimiento antifricci6n es esencial, pues un modo principal de fallo de los alabes esta ligado a la disgregaci6n (por escamado, por fisuraci6n, por pulverizaci6n, o por desgaste) del revestimiento.
Tfpicamente, la vida util del revestimiento de un pie de alabe esta relacionada con el numero de ciclos (denominados "ciclos de motor" experimentados por el alabe. Tal ciclo es de hecho el conjunto de las solicitaciones a las que es sometido el alabe durante una fase completa de funcionamiento de la turbomaquina (durante un vuelo, en el caso de un turborreactor montado en un avi6n), es decir desde el arranque hasta la parada. Asf en particular para un avi6n un ciclo comprende un despegue y un aterrizaje.
La vida util del revestimiento expresada en numero de ciclos puede estar ligada a un acuerdo comercial, responder a un pliego de condiciones o ser especificada por un gabinete de estudios. El revestimiento de pie de alabe debe seguir siendo funcional durante toda la vida util del alabe, ya que habitualmente no se ha previsto intervenci6n alguna sobre el revestimiento de un pie de alabe a lo largo de su explotaci6n.
Para asegurarse de la calidad de este revestimiento, y de su interfaz con el material del alabe en sf, se procede de manera conocida a examenes de revestimiento por micrograffa, que generalmente consisten en hacer una secci6n del revestimiento y del pie de alabe y en examinar al microscopio el aspecto de este corte. Tal ensayo permite verificar la estructura interna y el espesor del revestimiento, y en una cierta medida la calidad de su interfase con el material del pie de alabe propiamente dicho. Tambien se conoce el ensayo de la calidad de este revestimiento mediante ensayos normalizados de dureza o incluso mediante ensayos de adherencia a tracci6n o a cizallamiento.
No obstante, parece que estos diferentes ensayos se muestran insuficientes para distinguir revestimientos de calidad superior con respecto a revestimientos de calidad simplemente pasable y de hacerse una idea precisa de la vida util y del comportamiento mecanico en servicio del revestimiento depositado en el pie de alabe. En otros terminos, los ensayos actuales no permiten distinguir cualitativamente los diferentes revestimientos ya que resisten de forma satisfactoria un cierto numero de ciclos.
Otros procedimientos de ensayo estan por otra parte expuestos en los documentos EP 1.705.261, US 6.250.166, US
3.802.255 y EP 1.598.655.
El objeto del invento es proponer un procedimiento para ensayar un revestimiento de pie de alabe, que se muestre mas discriminatorio que los anteriores ensayos en cuanto a la calidad de los revestimientos, y que permita obtener unos resultados estrechamente correlacionados con las verificaciones reales sobre el comportamiento a lo largo del tiempo de los revestimientos de pies de alabes, tales que obtenidos durante toda la vida util de un alabe sean corrientemente de 10.000 a 15.000 ciclos.
Este objeto se ha conseguido gracias a un procedimiento que comprende las siguientes etapas:
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- se suministra una probeta denominada de disco que al menos tiene un asiento, y otra probeta denominada de alabe que tiene al menos un asiento revestido con dicho revestimiento que hay que ensayar, componiendose la probeta de alabe de dos semiprobetas aptas para ser encajadas a una parte y a otra de la probeta de disco;
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- se somete la probeta de alabe encajada con la probeta de disco a ciclos de tracci6n durante los cuales las probetas son solicitadas a tracci6n la una con respecto a la otra segun una direcci6n de tracci6n, transmitiendose el esfuerzo de tracci6n a traves de los asientos en contacto de la probeta de alabe y de la probeta de disco;
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- se evalua dicho revestimiento en funci6n de un criterio de evaluaci6n predeterminado.
El principio del ensayo asf definido es fundamentalmente diferente de los ensayos anteriormente conocidos. En efecto, en lugar de fundarse en el examen de pies de alabe nuevos consiste en someter pies de alabe, y mas precisamente los asientos de estos, a ensayos de fatiga representativos de las solicitaciones a las que estan expuestos durante la vida util del alabe. Ventajosamente, el procedimiento no necesita la utilizaci6n de alabes sino
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simplemente la utilizaci6n de dos probetas, de las cuales en particular la probeta de alabe tiene un asiento cubierto por el revestimiento que hay que ensayar. Se observara que es perfectamente posible ademas que la probeta de alabe presente no solamente uno sino varios asientos, teniendo la probeta de disco entonces un asiento para cada uno de los asientos de la probeta de alabe.
El objetivo del ensayo del revestimiento de alabe puede ser por ejemplo ensayar de forma general un nuevo revestimiento, o incluso validar de forma efectiva la calidad del revestimiento aplicado en una serie de alabes antes de ser puestos en explotaci6n. Segun el objetivo perseguido las probetas utilizadas y las condiciones de ensayo (numero de ciclos, fuerza maxima aplicada durante estos) pueden ser mas o menos representativas de las solicitaciones reales a las que esta sometido el revestimiento durante la explotaci6n del pie de alabe. Asf normalmente, el numero de ciclos de tracci6n y la fuerza de tracci6n maxima aplicada a las probetas se determinan para un revestimiento dado en funci6n de la presi6n maxima admisible en los asientos del pie de alabe y del numero de ciclos motores previstos durante la vida util del alabe.
Por otra parte, durante los ciclos de tracci6n, los desplazamientos se producen en funci6n de los esfuerzos transmitidos. Un ciclo de tracci6n esta caracterizado por la curva de variaci6n de la fuerza de tracci6n en funci6n del tiempo. En la practica, se hace crecer la fuerza de tracci6n desde un valor inicial nulo, o al menos bajo (con respecto al valor maximo), hasta un valor maximo y despues se vuelve al valor inicial. El valor inicial y el valor maximo pueden eventualmente ser mantenidos, el uno y/o el otro independientemente, durante un cierto espacio de tiempo. Por lo demas se pueden considerar otros tipos de perfiles de ciclos de tracci6n segun la manera en la que se quieran simular las diferentes fases de funcionamiento de la turbomaquina. Se puede ajustar el parametro de velocidad de subida en carga, es decir el aumento de la fuerza de tracci6n por unidad de tiempo.
Normalmente, la probeta de alabe es sometida de 3.000 a 15.000 ciclos de tracci6n, con unas fuerzas de tracci6n que pueden variar entre 15.000 y 30.000 daN.
La evaluaci6n de las probetas puede realizarsebien durante los ciclos de tracci6n (utilizando por ejemplo captadores montados en la maquina de ensayo como camaras y/o captadores de ultrasonidos), bien a la salida de los ciclos de tracci6n, una vez desmontadas las probetas.
Segun un modo de realizaci6n durante la etapa de evaluaci6n del procedimiento se examina la probeta de alabe con objeto de determinar si presenta un escamado o una pulverizaci6n en su o sus asientos.
La ventaja del procedimiento segun el invento es que suministra unos resultados muy representativos del comportamiento y del envejecimiento de los revestimientos de los pies de alabes reales.
De forma conocida la fijaci6n de un alabe en un disco de rotor se hace en general mediante un acoplamiento espiga/mortaja que forma una uni6n. Esta uni6n esta constituida por una espiga dispuesta en un extremo radialmente interior del alabe, que esta fijado en una mortaja prevista en la periferia del disco de rotor. Los pies de alabes por una parte, las protuberancias o espigas de disco de rotor formadas entre las mortajas de disco de rotor por otra parte, tienen de este modo unas formas complementarias en cola de milano, dispuestas radialmente en sentido opuesto, de forma que se asegure la fijaci6n mutua entre los alabes y el disco de rotor.
En una rueda de alabes, estos estan regularmente unidos en la periferia exterior del disco de rotor, que tiene asf tantos alveolos de fijaci6n como alabes que fijar.
Las uniones de los alabes en el disco de rotor forman un motivo que se repite en el sentido circunferencial y que puede ser definido por ejemplo por el pie de alabe y la mortaja correspondiente del disco de rotor, o incluso por la espiga en cola de milano (o cola de milano) del disco de rotor y los dos semipies de alabes que aprietan este en la rueda de alabes.
Se comprende por tanto que el principio del procedimiento segun el invento consiste precisamente en reproducir las solicitaciones cfclicas sufridas por el motivo, a saber las solicitaciones de la espiga en cola de milano del disco de rotor retenido por dos semipies de alabes.
La probeta de alabe se compone de dos semiprobetas aptas para ser encajadas a una parte y a otra de la probeta de disco, o contraprobeta, que reproduce un motivo unitario. La disposici6n simetrica de las semiprobetas alrededor de la contraprobeta permite que los esfuerzos laterales ejercidos sobre esta durante los ciclos de tracci6n sean simetricos de sentido opuesto y que por tanto se anulen. De este modo, ventajosamente el procedimiento no necesita medios mecanicos aptos para soportar esfuerzos laterales que experimentarfa la contraprobeta durante los ciclos de tracci6n. Ademas, en el caso en que el pie de alabe tenga asientos en sus dos caras que no sean simetricos, esta disposici6n con dos semiprobetas que encierran una contraprobeta permite que las probetas tengan asientos representativos de las dos caras en contacto del pie de alabe. Como estos asientos son ensayados durante el mismo ensayo, esto permite ensayar y verificar al mismo tiempo el comportamiento del revestimiento para las dos caras del pie de alabe.
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Ademas, el procedimiento permite obtener unos resultados muy representativos de la realidad. En efecto, la disposici6n de las probetas corresponde a sus posiciones respectivas en una turbomaquina. Las dos semiprobetas representativas de las dos mitades de un pie de alabe encierran a una parte y a otra y retienen una contraprobeta representativa de una espiga del disco de rotor. Se ha verificado que en esta disposici6n se obtiene una excelente representatividad de los resultados.
Segun un modo de realizaci6n el o los asientos de la probeta de alabe y de la probeta de disco tienen formas complementarias y se extienden en una direcci6n oblicua con respecto a la direcci6n de tracci6n, de tal forma que el contacto entre estos asientos es representativo del de un pie de alabe con una espiga de un disco de rotor de turbomaquina. La forma oblicua de los asientos convierte los esfuerzos de tracci6n radiales en esfuerzos en la direcci6n transversal o circunferencial.
Ventajosamente, los asientos de la probeta de alabe y/o de la probeta de disco forman un angulo de aproximadamente 45° con respecto a la direcci6n de tracci6n. Mas generalmente, este angulo puede variar entre 30° y 60°.
Segun un modo de realizaci6n la probeta de alabe tiene en la proximidad de su o sus asientos una forma representativa de un pie de alabe de turbomaquina, siendo el eje de tracci6n el eje radial de dicho pie de alabe. Esta forma de la probeta de alabe permite ensayar el revestimiento en las condiciones mas representativas de sus condiciones de explotaci6n. Especialmente, la probeta de alabe puede tener un comportamiento y unas deformaciones mecanicas representativas de las de un pie de alabe o del pie de alabe para el que esta previsto el revestimiento.
Segun un modo de realizaci6n la probeta de disco tiene en la proximidad de su o sus asientos una forma representativa de una espiga de un disco de rotor de turbomaquina. Esta forma se refiere a la parte de la probeta que esta situada del lado de la probeta de alabe.
Los respectivos asientos de las probetas son asf respectivamente representativos de los asientos del pie de alabe y de la espiga que corresponden al disco de rotor.
Por otra parte, para permitir una representaci6n fiel del comportamiento de la uni6n, es decir del pie de alabe con respecto a las espigas del disco de rotor, se fabrica habitualmente la probeta de alabe del mismo material que el pie de alabe, es decir tfpicamente de una aleaci6n a base de titanio para el compresor de baja presi6n y de alta presi6n, y de una aleaci6n a base de nfquel para las partes del motor cuya temperatura de funcionamiento supera los 500°C. Por las mismas razones se puede igualmente elegir un material identico al del disco de rotor para la probeta de disco, a saber igualmente de una aleaci6n a base de titanio o de nfquel.
Los ensayos se realizan preferiblemente con la ayuda de una maquina de ensayo de tracci6n. Esta maquina tiene en un bastidor unos primeros y segundos medios de sujeci6n que sujetan respectivamente una primera y una segunda de las probetas. Estos medios de sujeci6n permiten sujetar a lo largo del ensayo las probetas en la posici6n requerida, que es la posici6n encajada de las dos probetas en la que sus asientos respectivos coinciden y estan en contacto. Esta posici6n reproduce preferiblemente las posiciones respectivas del pie de alabe y del disco de rotor en funcionamiento.
La maquina tiene ademas unos medios de tracci6n que imponen desplazamientos alternativos de un sistema de sujeci6n con respecto al otro, en una direcci6n de tracci6n. Los sistemas de sujeci6n estan entonces sometidos a unos movimientos de tracci6n relativos de uno con respecto a otro, de forma que los asientos estan sometidos, y sobre todo los asientos de la probeta de alabe, a solicitaciones representativas de las que experimenta el pie de alabe en funcionamiento. Los desplazamientos segun la direcci6n de tracci6n habitualmente se miden y registran mediante un sistema de medida del desplazamiento como un comparador.
Al final de los ciclos de tracci6n se evalua el revestimiento de los asientos de la probeta de alabe. Esta evaluaci6n se puede hacer principalmente por un examen visual (es decir macrografico) o micrografico; siendo igualmente posibles en esta fase unos examenes complementarios, como unos ensayos de adherencia, de comportamiento al choque u otros. Para este examen se debe definir un criterio de evaluaci6n para el revestimiento de pie de alabe en funci6n del cual se tome la decisi6n de aceptaci6n o de rechazo del revestimiento. El criterio consiste en la ausencia de disgregaci6n por escamado o pulverizaci6n del revestimiento en todo el o en todos los asientos de alabe. Por ejemplo, se utiliza una referencia visual que muestra las escamas maximas admitidas (en numero y dimensi6n). El respeto de una medida maxima para las escamas puede verificarse tambien mediante medidas geometricas.
Se observara finalmente que preferiblemente el procedimiento de ensayo no se ha puesto en practica una sola vez para un revestimiento dado, sino que al contrario generalmente el ensayo de evaluaci6n del revestimiento esta constituido por una serie de ensayos (tres por ejemplo) a fin de aumentar la fiabilidad de los resultados. Los resultados pueden de este modo ser calculados con la ayuda de metodos estadfsticos, lo que permite reducir su dispersi6n.
En este caso el procedimiento para ensayar el revestimiento de pie de alabe comprende los siguientes pasos:
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- se realiza el ensayo anteriormente definido en una probeta o en varios pares de ellas, comprendiendo cada par de probetas una probeta de alabe cuyo o cuyos asientos estan revestidos con el revestimiento que hay que ensayar, y una probeta de disco; y
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- se estudian los resultados obtenidos con la ayuda de metodos estadfsticos, con objeto de calificar la calidad del revestimiento de alabe.
El criterio de evaluaci6n de los alabes puede por ejemplo ser el siguiente: los alabes son calificados y aceptados si ninguno de ellos presenta un escamado despues de 13.500 ciclos con una fuerza maxima de tracci6n de 20.000 daN. Tambien es posible aceptar un porcentaje de defectos dado.
Por otra parte, la eficacia de los ensayos realizados puede ser incluso aumentada mediante la observaci6n de la evoluci6n del escamado de la probeta de alabe durante los ciclos de tracci6n (y no a la terminaci6n de estos). De este modo se llegan a detectar mas rapidamente los revestimientos no satisfactorios.
Volviendo a este principio, segun una variante del procedimiento del invento, la evaluaci6n de las probetas se realiza durante los ciclos de tracci6n, no habiendose fijado de antemano el numero de estos ciclos. En este caso los ciclos se detienen en el momento en que se ha alcanzado un criterio de parada, como por ejemplo la presencia de escamado en el revestimiento de los asientos de la probeta de alabe.
Segun otro modo de realizaci6n del invento, el procedimiento tiene ademas la siguiente etapa: se fijan de antemano los parametros de los ciclos de tracci6n. La evaluaci6n del revestimiento se realiza entonces tras un numero predeterminado de estos ciclos de tracci6n. Segun el procedimiento se fijan por tanto al comienzo los parametros de los ciclos de tracci6n y se elige un criterio de evaluaci6n; se someten las probetas a los ciclos de tracci6n asf previstos; y a la terminaci6n de los ciclos, en general despues de haber desmontado las probetas, se evaluan estas con respecto al criterio de evaluaci6n.
Los parametros de los ciclos de tracci6n son habitualmente el numero de ciclos, la fuerza maxima ejercida durante el ciclo, o incluso la velocidad de aumento o de disminuci6n de la fuerza de tracci6n en funci6n del tiempo, la temperatura, u otros. Se fijan antes del comienzo del ensayo, al igual que el numero de ciclos, en funci6n del revestimiento y del alabe que hay que evaluar, y de los modos de funcionamiento de la turbomaquina que se desea simular.
Se observara en particular que para ensayar la calidad de un revestimiento de pie de alabe utilizando el procedimiento segun el invento se puede elegir entre aumentar el numero de ciclos reduciendo la fuerza de tracci6n maxima durante el ciclo, o inversamente. En efecto, se ha verificado para los revestimientos de pie de alabe, que en tanto que los parametros permanecen en una gama de valores plausibles para el pie de alabe (excluyendo, por ejemplo, una presi6n que supere la resistencia mecanica del material del pie de alabe propiamente dicho) es sensiblemente equivalente para ensayar la calidad del revestimiento en un lote de probetas de alabe realizar un numero reducido de ciclos, con una fuerza de tracci6n elevada, o un numero mayor de ciclos con una menor fuerza de tracci6n. Por ejemplo, de forma sensiblemente equivalente se puede ensayar un revestimiento que reviste probetas sometiendolas bien a 15.000 ciclos de tracci6n con una fuerza maxima de 15.000 daN o bien a 6.000 ciclos de tracci6n con una fuerza maxima de 19.000 daN.
Segun un modelo de realizaci6n, durante los ciclos de tracci6n se limita por medios de recuperaci6n elastica la separaci6n lateral de las probetas que se produce en respuesta a la fuerza de separaci6n ejercida por las probetas la una sobre la otra por el efecto de la tracci6n. La separaci6n lateral (en la direcci6n perpendicular a la direcci6n de tracci6n) de las dos probetas reproduce el hecho de que en la turbomaquina durante el funcionamiento las espigas de disco de rotor y los pies de alabes se deforman, y esto sobre todo en el caso en el que las probetas tienen asientos dispuestos en una direcci6n oblicua con respecto a la direcci6n de tracci6n. Gracias a esta posibilidad de separaci6n lateral limitada de las probetas, gracias a movimientos de recuperaci6n elastica, ha aumentado la representatividad de los resultados obtenidos gracias al procedimiento.
Segun un perfeccionamiento del anterior modo de realizaci6n, con el fin de seguir el comportamiento de las probetas durante los ciclos de tracci6n, durante dichos ciclos de tracci6n se mide la separaci6n lateral de las probetas. Este parametro permite asegurar que las posiciones relativas de una con respecto a otra de las probetas siguen siendo muy representativas de las posiciones en las que se quiere ensayar el revestimiento.
El invento sera bien comprendido y sus ventajas apareceran mejor tras la lectura de la descripci6n detallada que sigue de los modos de realizaci6n representados a tftulo de ejemplos no limitativos. La descripci6n se refiere a los dibujos anejos, en los cuales:
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- las figuras 1 y 2 son vistas parciales en secci6n, respectivamente de frente y de lado, de probetas utilizadas para la puesta en practica del procedimiento segun el invento, representadas en una maquina de ensayo;
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- la figura 3 es una vista parcial en secci6n axial de estas probetas en la zona de sus asientos; y
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- la figura 4 es una vista en secci6n axial de una maquina de ensayo que permiten la puesta en practica del procedimiento segun el invento.
Las figuras 1 y 2 son vistas parciales en secci6n de las probetas 22, 32 utilizadas para la puesta en practica del procedimiento segun el invento, presentadas montadas en una maquina de ensayo.
Segun el procedimiento, para ensayar un revestimiento de pie de alabe una primera etapa consiste en fabricar unas probetas, que seran utilizadas y consumidas durante el ensayo. Estas probetas son fabricadas por pares, teniendo cada par una probeta denominada de alabe 32, y una probeta denominada de disco 22.
La probeta de disco 22 es tambien denominada contraprobeta. En un extremo (su extremo superior en la figura 1) tiene un bulbo relativamente simetrico cuyos lados 23 sobrepasan de forma inestable una parte y otra de su eje. En su otro extremo tiene ademas unos medios de fijaci6n que permiten su fijaci6n en la maquina de ensayo con la ayuda de unos primeros medios de sujeci6n que sirven para retener la probeta de disco durante los ensayos de tracci6n. Estos medios son aquf un taladro, previsto para hacer pasar un eje de fijaci6n 26 de la maquina de ensayo.
La probeta de alabe por su parte esta compuesta por dos semiprobetas 32 situadas alrededor de la probeta de disco
22. Las semiprobetas 32 tienen superficies de contacto, o asientos, que estan enfrentados y en contacto en posici6n de ensayo con los correspondientes asientos de la probeta 22. Los asientos 34 de las semiprobetas 32 se encuentran en las caras superiores inclinadas de los abombamientos 35 formados en la base de las semiprobetas
32. Los asientos 34 de las semiprobetas 32 son superficies de contacto que son asimilables a los asientos de un pie de alabe, siendo los asientos de la probeta en cuanto a ellos asimilables a los asientos de la espiga en cola de milano del disco de rotor.
En la maquina de ensayo que permite la puesta en practica del procedimiento segun el invento, como lo muestran las figuras 1 y 2, las semiprobetas 32 son fijadas por un sistema de fijaci6n 30. El papel de este es fijar las dos semiprobetas 32, y mas precisamente fijar los asientos 34 de estas enfrente de los correspondientes asientos de la contraprobeta 22, durante toda la duraci6n del ensayo. El sistema de fijaci6n 30 tiene unos montantes 38 paralelos, y unos medios de recuperaci6n elastica 40 de los montantes 38 del uno con respecto al otro. Estos medios de recuperaci6n elastica son en el ejemplo cuatro tornillos 40, que fijan firmemente en posici6n las semiprobetas alrededor de la contraprobeta 22. Las semiprobetas 32 se fijan en los montantes 38 mediante los tornillos 42, que atraviesan unos agujeros alargados 41 dispuestos en las semiprobetas en partes de estas distantes de sus abombamientos 35.
Se observara ademas que el procedimiento puede ser tambien puesto en practica con dos montantes 38 fijados rfgidamente el uno al otro o incluso no formando mas que una unica pieza, pero constituyendo ventajosamente los montantes 38 unas partes independientes dentro del sistema de fijaci6n 30.
La figura 3 hace aparecer con mas detalle las formas de contacto de la probeta 22 y de una semiprobeta 32. La semiprobeta 32 esta representada apoyada sobre el montante 38, por sus caras inferior 31 y trasera 33. La semiprobeta 32 tiene un asiento 34 que se extiende entre un punto B y un punto D. En este asiento 34 la semiprobeta 32 esta revestida por el revestimiento 36 que hay que ensayar. Este revestimiento es de la misma naturaleza y se aplica segun el mismo metodo que el utilizado para proteger los asientos de los pies de alabes. Este revestimiento sobrepasa a una parte y a otra la zona de contacto 24 que es una parte del asiento 34. De hecho, en la posici6n relativa representada de la semiprobeta 32 y de la contraprobeta 22, la zona de contacto 24 no se extiende mas que sobre una parte del asiento 34, entre los puntos B y C. Durante los ensayos de tracci6n la posici6n de la zona de contacto puede variar con respecto al asiento 34.
Como se ve en la figura 3, los asientos de la probeta 22 y de la semiprobeta 32 estan dispuestos en una direcci6n oblicua o inclinada con respecto a la direcci6n E, que es la direcci6n de tracci6n. Esta inclinaci6n es la que se encuentra al nivel de la fijaci6n del pie de alabe en el disco de rotor. El angulo de inclinaci6n a es pr6ximo a 45°.
La segunda etapa del procedimiento consiste en someter las probetas a ciclos de tracci6n. Esta operaci6n se realiza en una maquina de ensayo como la anteriormente mencionada, representada en la figura 4.
Esta maquina 10 tiene una estructura portante 12 constituida generalmente por un bastidor soldado mecanicamente. Esta estructura portante 12 soporta dos sistemas de fijaci6n 20 y 30.
El primer sistema de fijaci6n 20 situado en la parte baja de la maquina tiene una columna fija 29 que mantiene en posici6n la contraprobeta 22. Dicha contraprobeta 22 tiene un taladro por el que pasa un eje 26 del primer sistema de fijaci6n, eje gracias al cual la contraprobeta 22 es mantenida independientemente de las solicitaciones de tracci6n a las que este sometida.
El segundo sistema de fijaci6n 30 sirve para mantener en posici6n las dos semiprobetas 32. Este sistema de fijaci6n 30 tiene una viga m6vil 39 puesta en movimiento alternativo de traslaci6n rectilfnea en la direcci6n vertical segun la doble flecha A por un actuador lineal 14 o cualquier otro medio de actuaci6n equivalente. Esta viga 39 es guiada en su movimiento vertical alternativo de traslaci6n por las gufas deslizantes 16. El sistema de fijaci6n 30 tiene ademas
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unos medios para unir rfgidamente las semiprobetas 32 con respecto a la viga 39, que tienen sobre todo los montantes 38 anteriormente citados.
Las caracterfsticas del actuador lineal 14 se eligen de tal forma que este pueda imprimir al segundo sistema de fijaci6n 30 con respecto al primero 20 unos movimientos verticales de traslaci6n que sean representativos de los que efectua un alabe, y mas precisamente el pie del alabe, con respecto al disco de rotor durante el funcionamiento de la turbomaquina a la que pertenece el alabe. Estos movimientos son debidos a las fuerzas centrffugas considerables recibidas por los alabes durante la rotaci6n del rotor. Estas fuerzas centrffugas pueden ser asimiladas a una tracci6n radial en el alabe.
El principio de los ciclos de tracci6n consiste en someter las probetas a ciclos de solicitaciones en una direcci6n, denominada direcci6n de tracci6n, estando las probetas dispuestas de tal forma que los esfuerzos de tracci6n se transmitan a traves de sus asientos enfrentados, como se muestra en las diferentes figuras. Los asientos respectivos de las semiprobetas y de la contraprobeta son de este modo forzados y presionados en contacto uno con otro, lo que permite ensayar, poner a prueba el revestimiento de la probeta de alabe (aquf las dos semiprobetas). En la maquina de la figura 4 las solicitaciones se aplican a las semiprobetas 32, estando la probeta 22 fija (es decir a la contraprobeta). La configuraci6n inversa es totalmente posible.
En la maquina 10 cuando la probeta 22 es solicitada a tracci6n (flecha E) su asiento entra en contacto con el asiento 34 de la semiprobeta. Debido al angulo de inclinaci6n a, por el efecto del contacto, la fuerza axial en la direcci6n de tracci6n E aplicada en la probeta 22 se convierte en una fuerza transversal en el sentido de la flecha F aplicada en la semiprobeta 32. Para resistir estas fuerzas de separaci6n los montantes 38 estan unidos por los tornillos 40 que impiden que se separen. Estos tornillos poseen una ligera elasticidad, calculada, que les permite alargarse ligeramente como respuesta a estas fuerzas y de este modo reproducir la deformaci6n del pie de alabe y de las espigas de disco de rotor por el efecto de la rotaci6n del rotor.
Esta posibilidad de desplazamiento lateral de los dos montantes 38 en la direcci6n circunferencial con respecto al pie de alabe (es decir perpendicularmente a la direcci6n de tracci6n y a los asientos del pie de alabe) permite reproducir mejor las condiciones de fijaci6n del alabe en funcionamiento.
Para controlar el buen funcionamiento de los ciclos de tracci6n a los que son sometidos los pies de alabe la maquina tiene ademas unos medios de medida de los movimientos de las probetas durante el ensayo. Esta medida permite asegurar el buen funcionamiento y el buen posicionamiento de las diferentes piezas durante el ensayo. Puede comprender un primer sistema de medida 19 de los desplazamientos segun el eje de tracci6n, y un segundo sistema de medida 18 de la separaci6n lateral de las semiprobetas 32.
A tftulo de ejemplo se detalla a continuaci6n, utilizando la maquina de la figura 4, un procedimiento concreto para ensayar un revestimiento de pie de alabe segun el procedimiento del invento.
Es preciso observar primeramente que para ensayar un par de probetas se procede de la siguiente manera:
- -
- se prepara un par de probetas constituido por dos semiprobetas de alabe y una probeta de disco;
- -
- se somete este par de probetas a 10.000 ciclos de tracci6n, variando la fuerza de tracci6n segun un mismo perfil en funci6n del tiempo durante cada uno de los ciclos de tracci6n; y
- -
- se examina entonces el estado de los asientos de las semiprobetas de alabe a fin de determinar si este estado es aceptable o no. El resultado del ensayo se juzga satisfactorio para el par de probetas si no existe escamado y/o desgaste hasta el material de la probeta propiamente dicha en los asientos de las semiprobetas de alabe.
El numero de ciclos de tracci6n (10.000) y el perfil de variaci6n de la fuerza de tracci6n del tiempo durante los ciclos de tracci6n se determinan previamente en funci6n del alabe al cual esta destinado el revestimiento.
Una vez definido el metodo para ensayar un par de probetas se puede ya precisar la forma en la que se califica el revestimiento de alabe.
Para calificar el revestimiento de alabe se ensayan segun el metodo anterior tres pares de probetas. El revestimiento se califica si se obtienen unos resultados satisfactorios en al menos dos de cada tres pares de probetas.
E09719579 18-11-2011
Claims (6)
- REIVINDICACIONES1. Procedimiento para ensayar un revestimiento (36) para pie de alabe que comprende las siguientes etapas:
- -
- se suministra una probeta, denominada de disco (22), que tiene al menos un asiento, y otra probeta, denominada de alabe (32), que tiene al menos un asiento (34) revestido por dicho revestimiento, estando 5 compuesta la probeta de alabe por dos semiprobetas (32) aptas para ser encajadas a una parte y a otra de la probeta de disco;
- -
- se somete la probeta de alabe (32) encajada con la probeta de disco (22) a unos ciclos de tracci6n durante los cuales las probetas son solicitadas a tracci6n una con respecto a otra segun una direcci6n de tracci6n (A), transmitiendose el esfuerzo de tracci6n a traves de los asientos en contacto de la probeta de alabe y de
10 la probeta de disco;- -
- se evalua dicho revestimiento en funci6n de un criterio de evaluaci6n predeterminado.
- 2. Procedimiento segun la reivindicaci6n 1, caracterizado porque los asientos de la probeta de alabe y de la probeta de disco tienen unas formas complementarias y se extienden en una direcci6n oblicua con respecto a la direcci6n de tracci6n (A).
- 15 3. Procedimiento segun la reivindicaci6n 1 6 2, caracterizado porque durante los ciclos de tracci6n se limita por medios de recuperaci6n elastica (40) la separaci6n lateral de las probetas que se producen en respuesta a la fuerza de separaci6n ejercida por las probetas una sobre la otra por el efecto de la tracci6n.
- 4. Procedimiento segun la reivindicaci6n 3, caracterizado porque durante los ciclos de tracci6n se mide dicha separaci6n lateral.
- 20 5. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la probeta de alabe (32) tiene en la proximidad de su o sus asientos una forma representativa de un pie de alabe de turbomaquina, siendo el eje de tracci6n el eje radial de dicho pie de alabe.
- 6. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la probeta de disco (22)tiene en la proximidad de su o sus asientos una forma representativa de una espiga de un disco de rotor de 25 turbomaquina.
- 7. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque consta ademas de la siguiente etapa: se fijan previamente los parametros de los ciclos de tracci6n, realizandose la evaluaci6n del revestimiento tras un numero determinado de ciclos de tracci6n.
- 8. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la evaluaci6n comprende 30 un examen visual o micrografico.E09719579 18-11-2011 E09719579 18-11-2011
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