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Un blisk ( acrónimo de bladed disk ) es un componente de turbomáquina que comprende tanto el disco del rotor como las palas como una sola pieza en lugar de un disco ensamblado con palas individuales extraíbles. Los blisks generalmente tienen una mejor aerodinámica que los rotores convencionales con palas individuales y son más livianos. Pueden fabricarse de forma aditiva, fundirse integralmente, mecanizarse a partir de una pieza sólida de material o fabricarse soldando palas individuales a un disco del rotor. El término se utiliza principalmente en el diseño de motores aeroespaciales . Los blisks también pueden conocerse como rotores de palas integrales ( IBR ).
La fabricación con blisk se ha utilizado desde mediados de la década de 1980. La primera vez que lo utilizó fue en 1985 en Sermatech-Lehr (ahora conocida como GKN Aerospace [1] ) para los compresores del motor del helicóptero T700 . Desde entonces, su uso ha seguido aumentando en aplicaciones importantes tanto para compresores como para rotores de álabes de ventiladores. Algunos ejemplos incluyen el motor cohete Rocketdyne RS-68 y el turbofán General Electric F110 .
La variante F-35B del Joint Strike Fighter utiliza blisks para lograr un despegue corto y un aterrizaje vertical . [2]
El fabricante de motores CFM International está utilizando tecnología blisk en la sección de compresores de su programa de motores de demostración LEAP-X , que ya ha completado las pruebas en plataformas a escala real. [3] Los motores PowerJet SaM146 utilizados en los Sukhoi Superjet 100 también están equipados con blisks. [4]
El motor Passport (anteriormente "TechX") de General Electric utiliza blisks tanto para su ventilador principal de 52" como para 5 de sus 10 etapas de compresor de alta presión. [5] [6] El GEnx ya utiliza blisks en algunas etapas.
En lugar de fabricar discos de compresor desnudos y fijar las palas más tarde, los blisks son elementos únicos que combinan ambos. Esto elimina la necesidad de fijar las palas al disco (mediante tornillos, pernos, etc.), lo que reduce la cantidad de componentes en el compresor, al mismo tiempo que reduce la resistencia y aumenta la eficiencia de la compresión del aire en el motor. La eliminación de la fijación en cola de milano que se encuentra en las palas de turbina tradicionales elimina una fuente de inicio de grietas y su posterior propagación. [7]
Se pueden conseguir mejoras de eficiencia de hasta un 8%. [8]
Cualquier daño en las palas de un rotor con álabes integrados, más allá de pequeñas abolladuras, requiere la extracción completa del motor para poder reemplazar el rotor o, si es posible, soldar palas de repuesto. El mantenimiento de esta naturaleza no se puede realizar en la pista de vuelo y, a menudo, debe realizarse en una instalación especializada. Las palas de un rotor con álabes integrados deben someterse a rigurosas pruebas de vibración armónica , así como a un equilibrado dinámico de un estándar extremadamente alto, ya que la amortiguación natural de la unión en cola de milano de una pala de turbina típica ya no está presente. [7]
Los blisks se pueden producir con varios procesos de fabricación diferentes, incluidos el fresado CNC , la fundición de precisión , el mecanizado electroquímico , la impresión 3D o la soldadura . Se están realizando investigaciones para producirlos utilizando soldadura por fricción de formas de piezas "casi netas" que luego se mecanizan hasta obtener la forma final del blisk. [9]
La medición e inspección de los blisks es crucial para garantizar el rendimiento del motor al final de los procesos de fabricación. Tradicionalmente, esto se ha logrado utilizando dispositivos táctiles, como las máquinas de medición por coordenadas (CMM), pero a medida que aumentan las geometrías y los requisitos, la tendencia en las fábricas modernas es realizar sistemas de inspección de escaneo 3D . [10] Esto tiene ventajas en la velocidad de medición en comparación con los dispositivos táctiles, al tiempo que recopila datos 3D para relacionarlos con las características de diseño. Usando datos 3D, las piezas se pueden catalogar de esta manera, a menudo llamado gemelo digital , lo que permite monitorear el producto a través de su ciclo de vida.
Los blisks que funcionan con el motor plantean su propio conjunto de requisitos únicos. Una vez que las piezas han estado en servicio en el motor, se observarán cantidades notables de daños y desgaste. Siempre que el daño y el desgaste se encuentren dentro de los umbrales establecidos por la autoridad de diseño, es posible que los blisks se puedan reparar.
La reparación de los componentes de los blisks es compleja y, en primer lugar, se requiere una representación 3D precisa del componente. La forma más rápida de hacerlo es escaneando el producto en 3D. [10] Después de escanear la pieza, se puede pasar un archivo STL (estereolitografía) a un software de generación de código CNC como NX CAM . Las trayectorias de las herramientas se regeneran para adaptarse a la geometría medida y no al CAD generado nominalmente en un proceso conocido como mecanizado adaptativo . [11]
Los procesos normalmente implican la eliminación de parte o la totalidad de una o más palas, seguido de una soldadura hasta el tamaño aproximado antes de terminar con el mecanizado final hasta recuperar la forma aerodinámica. [12]
