Menu
Výroba turbovrtulového motoru v 6 krocích

Výroba turbovrtulového motoru v 6 krocích

16. 12. 2015
Právě teď je ve vzduchu přes 2 200 letadel poháněných motory GE. Mnohé z nich jsou motory turbovrtulové. Podívejte se, jak takový motor vzniká od plánování, přes práci s materiály, výrobu komponentů, montáž, testování a expedici.

 

Právě vzlétlo další letadlo s motorem od společnosti General Electrics

Představte si, že právě teď, teď hned, je ve vzduchu 2 200 takových letadel. A můžeme pokračovat. Kdybychom sečetli všechny lidi na jejich palubách, dostali bychom se k číslu 300 000! Část těchto letadel, konkrétně ta menší, která jsou postavena do drsnějších podmínek, se vznáší díky turbovrtulovým motorům, které se vyrábějí v Praze.

Jak to takový motor funguje?

Dříve než vstoupíme do centra výroby turbovrtulových motorů v pražských Letňanech, musíme si říct, z čeho se takový motor skládá a díky čemu dokáže letadlo pohánět.

Generátor

Srdcem motoru je generátor, který se skládá z kompresoru, komory a generátorové turbíny. Vzduch z okolní atmosféry je nasáván do kompresoru, kde je stlačen a přesunut dále do spalovací komory. Do ní se vstřikuje palivo, které hoří, a takto vzniklé horké plyny pohánějí turbínu generátoru. Tato turbína pohání na spolčené hřídeli kompresor, a tak získává stlačený vzduch, který potřebuje k hoření paliva.

Volná turbína a rotor (neboli převodovka)

Energie, která zbývá v horkých plynech za generátorovou turbínou, se využívá pro pohon volné turbíny, která je přes reduktor připojena k vrtuli. Reduktor je převodovka o stálém poměru cca 1:15, jež má za účel snížit vysoké otáčky volné turbíny na úroveň použitelnou pro vrtuli (v nejnovější verzi GE turbovrtulového motoru, GE H85, je to 1 950 otáček za minutu).

 

1. Plánování výroby motoru

Každý nový motor je přesně popsán ve vlastní výrobní dokumentaci, která popisuje nejen jeho jednotlivé komponenty, ale také uvádí požadavky na materiály, z kterých tyto komponenty vzniknou. Výroba se plánuje především z toho důvodu, aby se jednotlivé části motoru setkaly ve správný čas a na správných místech. Některé díly (jako například radiální kolo kompresoru) totiž mají průběžnou dobu výroby více než jeden rok a jejich výroba zahrnuje přes stovku kontrolních operací. Plánování výroby má na starosti oddělení logistiky, které se tak stará o to, aby dokončené díly strávily ve skladu co nejméně času.

Běžně to trvá více než 1 rok, než se 3D vizualizace motoru stane skutečností.

2. Práce s materiály

Základních požadavků na materiály je hned několik:

  • U vnitřních komponentů je to odolnost vůči vysokým teplotám.
  • Prakticky u všech částí motoru se vyžaduje pevnost a žáruvzdornost, aby vydržely v provozu několik tisíc hodin.
  • A v neposlední řadě jde také o lehkost. Snížením váhy motoru se pochopitelně snižuje celková váha letadla. A čím lehčí letadlo, tím nižší spotřeba paliva.

 

Jako polotovar pro výrobu jednotlivých komponentů slouží jak základní hutní materiál, tak i speciální odlitky a výkovky od dodavatelů. Výsledný díl vznikne z polotovaru až po sérii operací v dílně. Obrábění dílů do požadovaných tvarů a rozměrů probíhá nejčastěji na souřadnicových obráběcích strojích, ať už frézkách či soustruzích. Při výrobě komponentů je nejdůležitější absolutní přesnost, klíčové rozměry jsou tolerovány v odchylce pouhých 0,001mm.

Po opracování dílu do přesného tvaru následuje řada dalších kontrol a tepelných zpracování. Je to např. žíhání na odstranění vnitřního pnutí, které se do materiálu zaneslo jeho obráběním. Díly dále vyžadují leštění, odhraňování a v neposlední řadě také nanesení povrchových ochran proti korozi (pasivace, elox atd.).

Výroba letadlového motoru tedy navazuje na dlouhý řetězec práce dodavatelů. Od dolů přes hutě, výrobce trubek nebo tyčí, slévárny, kovárny a další, kteří dodávají polotovary k dalšímu zpracování. Např. trubky dodané z hutní výroby se dále upravují ručně, jedná se především o ohýbání a pájení. Už zde začíná práce Oddělení výroby komponentů.

I když se v GE využívá počítačově ovládaných strojů, některé části jako třeba lopatky kompresoru vyžadují ruční práci.

3. Výroba komponentů

Turbovrtulový motor GE série H se skládá přibližně z 3 000 částí. Můžeme je rozdělit na kritické díly a nekritické díly (drobný spojovací materiál, sítka). Kritické díly jsou ty, jejichž porucha může kriticky ovlivnit chod motoru, mají tedy zásadní vliv na bezpečnost. Patří sem např. některé díly kompresoru, turbína, ale i některé nerotační díly, jejichž poničení by způsobila zastavení motoru.

Kritické díly mají podrobný rodný list opatřený sériovým číslem (serial number), díky němuž můžeme dohledat celou jejich historii, včetně výroby základního materiálu. Dokumentace motoru se uchovává v tzv. Díle o motoru, které si můžete představit jako desky s více než tisícem stran. Na těchto stránkách jsou pečlivě popsány nejen všechny komponenty, ale také veškeré zásahy do motoru, ať už se jedná o opravy či generální technickou kontrolu. Zapisují se sem také všechny nemařené hodnoty a hodnoty utažení spojů.

V galvanovně se upravují povrchy kovů. Zde vidíte automatickou pokovovací linku, kde je teplota i elektrický proud řízen počítačem.

V každé části výroby se díly setkávají s náročnými kontrolami. Přes toto „síto“ projdou jen kusy, které splňují požadovanou kvalitu, a to jak na povrchu (rozměry, kvalita povrchu), tak i vně dílů. Využívá se k tomu celá řada kontrolních mechanismů, souřadnicové i optické měřící stroje. Mezi speciální kontroly patří např. barevná defektoskopie, rentgen či magnetická kontrola ocelí.

 

4. Montáž a vážení komponentů

S vyrobenými díly se nyní posouváme dál – k vytvoření stroje, který po celou dobu svého provozu nesmí zklamat, a jehož rotor se bude otáčet rychlostí až 37 000 otáček za minutu. Tuto přeměnu více než 3 000 dílů v jeden spolehlivý celek zajišťuje oddělení montáže.

Montáž začíná kompletací rotorových systémů, při níž se jednotlivé rotační prvky spojí v jeden celek. Z technologických důvodů se jednotlivé díly, tedy nejen každá lopatka, ale i každá matice, váží a zapisuje se jejich nevývaha. Když se pak nakonec dynamicky vyvažuje celý zkompletovaný rotor, jakákoli nevývaha se dá vylepšit úpravou konkrétního dílu.

Srdcem motoru je lopatkový rotor.

Rotorové systémy dále vstupují do montáže dvou základních modulů motoru

Rotor volné turbíny vstupuje do hnací části (1), rotor generátoru do generátorové části (2).

  1. V průběhu montáže hnací části se zkompletuje systém volné turbíny s reduktorem.

  2. Souběžně začne i montáž generátorové části, při níž se rotorový systém opatří nezbytnými částmi, jako jsou spalovací komora, vstup vzduchu do motoru a také olejové a palivové systémy.

Zkompletované moduly motoru jsou příliš těžké na to, aby se daly zvedat ručně. Pomocí závěsných zdvižných systémů a kolečkových stojanů se s motorem manipuluje napříč výrobou.

Oba moduly se následně spojí. Při finální kompletaci turbovrtulové jednotky je každý spoj kontrolován pomocí speciálních přípravků a nářadí. Momenty utažení jsou pevně definované ve výrobní dokumentaci motoru (někde se využívá měření protažení šroubu) a každý spoj je také po dokončení zajištěn proti povolení. Jednotlivé díly statoru (neboli nepohyblivé části motoru) musí být souosé. Vzájemné uložení částí má jasně definované vůle a přesahy.

Nakonec přijde instalace systémů na vnější plášť motoru, trubková instalace a instalace přístrojů, které zajišťují správnou funkci motoru (palivové čerpadlo, řízení dodávky paliva, olejové čerpadlo atd.).

 

5. Testování

I když je motor už zkompletovaný, ještě je daleko od toho, aby pomáhal lidem do vzduchu. Dříve než se motor zavěsí na letadlo, je nutné ho znovu celý zkontrolovat ve zkušebně.

Nejdříve se motor zavěsí na zkušební stojan a zapojí do systému, který imituje letadlo. Dále zkušební technik spolu s dalšími mechaniky motor nastartuje a přivede ho tak poprvé k životu. Motor je v průběhu této „jízdy“ řízen ze zkušební kabiny. Přístrojové vybavení a ovládání je podobné tomu, které má pilot v letadle.

Dříve než se motor dostane do letadla, je na zkušebním stojanu testován s ohledem na druh připojené vrtule.

Celý test by se dal rozdělit do tří základních částí:

  • spuštění a seřízení motoru

  • ověření parametrů motoru (spotřeby, výkonu, teploty a jejich vzájemných vztahů) a měření vibrace obou rotorových systémů

  • finální seřízení a zápis parametrů a charakteristik do Díla o motoru

 

6. Expedice aneb cesta za letadlem

V případě, že motor neprošel finálním testováním, je odevzdán zpět do oddělení montáže. Toto oddělení spolu se specialisty z oddělení Technologie a Inženýringu identifikuje příčiny neuspokojivého výsledku testování. Na doporučení specialistů pak montéři provedou všechny odpovídající úpravy. Motor je následně podroben další zatěžkávací zkoušce.

Pokud je vše v pořádku a v definovaných limitech, motor se svěsí ze zkušebního stojanu a předá oddělení expedice, kde podlehne závěrečné kontrole jak fyzické, tak administrativní. Poté se již může bezpečně zabalit pro zaslání zákazníkovi.

Všechny zmíněné kontroly a měření jsou bezpodmínečně nutné pro zajištění 100% spolehlivosti motoru. Vždyť motor je spolu s pilotem zodpovědný za lidské životy na palubě letadla.

 

Donedávna se turbovrtulové motory z dílny GE posílaly k zákazníkům v železných sudech. Dnes je postupně nahrazují dřevem vyztužené kartonové krabice, jejichž recyklace je šetrnější k životnímu prostředí.