Tehnologija izdelave rezil nove generacije je bila uvedena v proizvodnjo v umpo. Od monokristalnih nehlajenih lopatic do turbinskih lopatic s prodornim (transpiracijskim) hlajenjem, izdelanih z uporabo aditivnih tehnologij (pregled tehnologije

Lopatice plinskoturbinskih motorjev (GTE) so najmasovnejši deli v proizvodnji teh elektrarn.

Skupno število rezil v rotorju in statorju GTE, odvisno od njegove zasnove, lahko doseže več tisoč kosov z razponom od dveh do treh ducatov predmetov, medtem ko se lahko po velikosti gibljejo od nekaj deset milimetrov do enega in pol metra. Turbinske lopatice so najtežje izdelati in najbolj odgovorne pri delovanju. Delovna intenzivnost izdelave teh delov v skupnih stroških dela za proizvodnjo plinskoturbinskih motorjev znaša najmanj 70 - 80%.

Popolnost tehnoloških procesov proizvodnja lopatic plinskoturbinskih motorjev (GTE) bi morala predvsem rešiti problem povečanja ekonomski kazalniki proces, in sicer: povečanje stopnje izkoriščenosti materiala; zmanjšanje kompleksnosti proizvodnje; zmanjšanje tehnološkega cikla za izdelavo delov in stroškov tehnološke priprave proizvodnje.

Osnova za reševanje tega problema je razvoj skupinskih tehnologij za izdelavo glavnih delov plinskoturbinskega motorja, ki določajo njegovo ceno. Ti deli vključujejo predvsem lopatice turbine in kompresorja, odprta in polzaprta rotorja. Izbira ene ali druge tehnologije je odvisna od oblikovne značilnosti podrobnosti. Vendar pa je za isto zasnovo rezila mogoče uporabiti različne tehnološke procese, od katerih je določena izbira najbolj optimalnega ekonomska izvedljivost njegova uporaba v okviru določenega programa izdaje, tj. pri izdelavi istega dela na različnih stopnjah razvoja proizvodnje - od posamezne do serijske - se uporabljajo različne tehnologije, prehod iz ene tehnologije v drugo pa je ob upoštevanju določenih splošnih načel mogoče bistveno zmanjšati.

Ta načela morajo izpolnjevati pogoje avtomatizirana proizvodnja, kjer je doseganje zahtevane geometrijske natančnosti in kakovosti površinskega sloja zagotovljeno z upoštevanjem ene ali druge skupinske tehnologije, ki se izvaja na večnamenskih strojih in z uporabo posebnih postopkov.

Eden od uglednih sovjetskih znanstvenikov in oblikovalcev je bil Mihail Mil. Ta edinstvena oseba je delala kot glavni projektant pri konstrukciji helikopterjev. Z njegovim izjemnim znanjem so nastali helikopterji Mi-1, Mi-2, Mi-4, Mi-6, Mi-8, Mi-10, Mi-12, Mi-24 itd.

Skupinska tehnologija temelji na standardnih izvedbah delov. Razvrstitev slednjih Različne vrste se izvaja ob upoštevanju podobnosti njihovih oblikovnih značilnosti in funkcionalnega namena. To omogoča obdelavo delov določene skupine za uporabo podobnih tehnologij. Osnova za oblikovanje skupin podobnih delov so različni deli, ki se uporabljajo v plinskoturbinskih motorjih (GTE).

Na podlagi enotnih znakov podobnosti in razlike delov se lahko oblikujejo naslednje skupine z značilnimi lastnostmi: lopatice rotorja turbine; rezila šob; lopatice kompresorja; prstani; diski; gredi; deflektorji; podpore itd. Tako je podana skupina delov - lopatice kompresorja GTE, ki naj bi bile izdelane v okviru ene standardne tehnologije.

Uporaba skupinske tehnologije kot ene od stopenj proizvodnje zahteva njeno obvezno kodiranje na podlagi sistema klasifikacije delov. Ta sistem je zgrajen na principu razdelitve delov v skupine s strani oblikovalca izdelka. Pri tem ima odločilno vlogo geometrijska podobnost detajlov. Ta podobnost določa še eno skupnost – podobnost metod obdelave, t.j. enako zaporedje operacij, metode rezanja in s tem enako tehnološko opremo za njihovo izdelavo.

Naslednja stopnja klasifikacije je uporaba kod (številk) skupinskih tehnoloških operacij. Šifra operacije mora pomeniti določeno tehnološko operacijo, ki določa eno ali drugo stopnjo skupinske tehnologije.

Na primer, operacija 005 - izdelava tehnoloških podlag za obdelavo iz livarskih baz; operacija 095 - obdelava površin, ki se parijo z drugim delom iz tehnološke osnove itd. Tako pri sestavljanju nova tehnologija za izdelavo dela, ki je vključen v določeno skupino, se uporablja številka operacije (šifra) za integracijo tega dela v tehnološke zmogljivosti, vključene v to operacijo.

Vendar pa obstoječe industrije že vključujejo veliko število tehnologije, ustvarjene v preteklem obdobju, ki jih je treba združiti tudi v okviru skupinske tehnologije, pri tem pa ohraniti obstoječi klasifikacijski sistem za dele, tehnološke procese, orodja ipd.

Poleg tega lahko znotraj iste skupine obstajajo deli z oblikovnimi razlikami, ki pomenijo uvedbo dodatnih operacij v tehnologijo. Te operacije ne spremenijo radikalno skupinske tehnologije, izvajajo se v njenem okviru. Vendar bistveno spremenijo tehnologijo določenega dela, ki je vključen v to skupino. Zaradi teh oblikovnih razlik se lahko uporablja za izvedbo ene ali druge stopnje skupinske tehnologije za določen del drugačna številka tehnološke operacije in s tem tudi naprave, rezanje in merilno orodje itd.

Tako je tehnološki sistem skupinskih tehnologij zasnovan na eni strani za posploševanje izkušenj prejšnjih stopenj razvoja podjetja, po drugi strani pa za ustvarjanje urejenega sistema tehnološke priprave proizvodnje za nadaljnji razvoj podjetja.

Uporabni model se nanaša na področje strojegradnje in se lahko uporablja v lopaticah plinskoturbinskega motorja (GTE) za uporabo v letalstvu, ladji in na tleh (kot del elektrarne). Uporabni model rešuje problem povečanja upogibne utrujenosti rezila z zmanjšanjem nateznih napetosti v njegovi ključavnici, da se prepreči prezgodnja okvara rezila. Dodatna naloga je možnost uporabe predlagane rešitve na hlajenih GTE rezilih. Težavo rešuje dejstvo, da lopatica turbine GTE vsebuje ključavnico za božično drevo, na kateri je v obliki luknje izdelan koncentrator napetosti. Novost v predlaganem uporabnem modelu je, da se luknja nahaja vzdolž osi rezila GTE. Rezilo lahko vsebuje kanal, ki komunicira z luknjo in tvori en sam koncentrator napetosti. Ta zasnova zapora ribje kosti lopatice turbine GTE poveča upogibno utrujenost lopatice z zmanjšanjem nateznih napetosti v njeni ključavnici, kar omogoča preprečitev prezgodnje okvare rezila.

Uporabni model se nanaša na gradnjo motorjev in se lahko uporablja v lopaticah plinskoturbinskega motorja (GTE) za uporabo v letalstvu, ladji in na tleh (kot del elektrarne).

Znan po zasnovi turbinskih lopatic plinskoturbinskega motorja, ki vsebuje ključavnico za božično drevo (Skubachevsky G.S. Letalski plinskoturbinski motorji. Načrtovanje in izračun delov. - M.: Mashinostroenie, 1981, str. 89, slika 3.27).

Pomanjkljivost rezila s takšno ključavnico je, da ne omogoča izvedbe koncentratorja napetosti. Odsotnost koncentratorja vodi do uničenja ne le rezil, temveč tudi diska, ko se obremenitev nenadoma odstrani.

Znana je tudi zasnova GTE rezila, ki vsebuje ključavnico za božično drevesce in vsaj en koncentrator napetosti v obliki luknje v ključavnici, ki se nahaja čez os rezila (patent GB 1468470 z dne 30. 3. 1977).

Pomanjkljivost te zasnove je, da je ključavnica božičnega drevesa med delovanjem izpostavljena nateznim obremenitvam, katerih povečanje vodi do nezadostne upogibne utrujenosti. Posledica je prezgodnja okvara rezila GTE. Prav tako te zasnove ni mogoče uporabiti pri ohlajenih rezilih, saj prihaja do puščanja hladilnega zraka.

Tehnični cilj uporabnega modela je povečati utrujenost pri upogibanju rezila z zmanjšanjem nateznih napetosti v njegovi ključavnici, da se prepreči prezgodnja okvara rezila.

Dodaten tehnični izziv je možnost uporabe predlagane rešitve na hlajenih GTE rezilih.

Težavo rešuje dejstvo, da lopatica turbine GTE vsebuje ključavnico za božično drevo, na kateri je v obliki luknje izdelan koncentrator napetosti.

Novost v predlaganem uporabnem modelu je, da se luknja nahaja vzdolž osi rezila GTE.

Poleg tega lahko rezilo vsebuje kanal, ki komunicira z luknjo in tvori en sam koncentrator napetosti.

Predlagana risba prikazuje vzdolžni prerez lopatice plinske turbine.

Rezilo plinskoturbinskega motorja vključuje ključavnico za božično drevo 1. Ključavnica za božično drevo 1 vsebuje koncentrator napetosti v obliki luknje 2, ki je narejena vzdolž osi 3 rezila.

Turbinska lopatica GTE je opremljena s kanalom 4 za hlajenje, ki je povezan z luknjo 2.

Med delovanjem turbinskega kolesa GTE se v primeru okvare zaradi nenadne odstranitve obremenitve hitrost vrtenja diska poveča pod vplivom naraščajočih centrifugalnih sil. Po drugi strani pa centrifugalne sile povečajo tlačne in upogibne napetosti v smrekovi ključavnici 1 in v kolutu (ni prikazano na risbi), medtem ko se natezne napetosti zmanjšajo zaradi prisotnosti koncentratorja napetosti v obliki luknje 2. na smrekovi ključavnici 1 vzdolž osi rezila. To vodi do povečanja trdnosti upogibne utrujenosti v ključavnici rezila, kar preprečuje prezgodnjo okvaro rezila.

Turbinska lopatica plinskoturbinskega motorja deluje kot ohlajena lopatica, ko zrak prehaja skozi kanal 4 za hlajenje, ki je povezan z luknjo 2 za hlajenje jelke zapornice 1 lopatice.

Ta zasnova lopatice GTE turbine omogoča povečanje upogibne utrujene trdnosti lopatice zaradi zmanjšanja nateznih napetosti v njeni ključavnici, da se prepreči prezgodnje uničenje lopatice; lahko se uporablja na ohlajenih GTE lopaticah.

Formula uporabnega modela

1. Turbinska lopatica plinskoturbinskega motorja, ki vsebuje ključavnico za božično drevo, na kateri je v obliki luknje izdelan vsaj en koncentrator napetosti, označen s tem, da je luknja izvedena vzdolž osi lopatice.

2. Turbinska lopatica plinskoturbinskega motorja po zahtevku 1, označena s tem, da lopatica vsebuje vsaj en kanal za hlajenje, ki je v povezavi z luknjo.

Proizvodnja rezil GTE zavzema posebno mesto v industriji letalskih motorjev, kar je posledica številnih dejavnikov, med katerimi so glavni:

zapletena geometrijska oblika zračnega profila in stebla rezila;

visoka natančnost izdelave;

uporaba dragih in redkih materialov za izdelavo rezil;

množična proizvodnja rezil;

opremljanje tehnološkega procesa izdelave rezil z drago specializirano opremo;

celotna kompleksnost izdelave.

Lopatice kompresorja in turbine so najbolj masivni deli plinskoturbinskih motorjev. Njihovo število v enem kompletu motorja doseže 3000, delovna intenzivnost proizvodnje pa je 25 ... 35% celotne delovne intenzivnosti motorja.

Pero lopatice ima razširjeno kompleksno prostorsko obliko

Dolžina delovnega dela peresa je od 30-500 mm s spremenljivim profilom v prerezih vzdolž osi. Ti odseki so strogo usmerjeni glede na osnovno konstrukcijsko ravnino in profil zapora. AT prečni prerezi podane so izračunane vrednosti točk, ki določajo profil hrbta in korita rezila v koordinatnem sistemu. Vrednosti teh koordinat so podane v tabeli. Prečni prerezi se zasukajo drug glede na drugega in ustvarijo zasuk peresa rezila.

Natančnost profila aeroprofila lopatic v koordinatnem sistemu je določena z dovoljenim odstopanjem od danih nazivnih vrednosti vsake točke profila aeroprofila. V primeru je to 0,5 mm, medtem ko kotna napaka pri zasuku peresa ne sme presegati 20 '.

Debelina peresa ima majhne vrednosti, na vstopu in izstopu zračnega toka v kompresor se giblje od 1,45 mm do 2,5 mm za različne odseke. V tem primeru se toleranca debeline giblje od 0,2 do 0,1 mm. Visoke zahteve so postavljene tudi pri oblikovanju prehodnega polmera na vstopu in izstopu iz aeroprofila lopatic. Polmer se v tem primeru spremeni od 0,5 mm do 0,8 mm.

Hrapavost profila aeroprofila rezila mora biti najmanj 0,32 µm.

V srednjem delu aeroprofila lopatic so podporne police za pokrov kompleksne oblike profila. Te police igrajo vlogo pomožnih oblikovnih površin rezil, na njihove nosilne površine pa se nanesejo prevleke iz trde zlitine iz volframovega karbida in titanovega karbida. Srednje ohišne police, ki se med seboj povezujejo, tvorijo en sam podporni obroč v prvem kolesu rotorja kompresorja.

V spodnjem delu rezila je zaklepna polica, ki ima kompleksno prostorsko obliko s spremenljivimi parametri prečnega prereza. Spodnje police rezil ustvarjajo zaprt krog v kolesu kompresorja in zagotavljajo nemoten dovod zraka v kompresor. Spreminjanje vrzeli med temi policami se izvede znotraj 0,1 ... 0,2 mm. Zgornji del aeroprofila rezila ima oblikovano površino, katere tvornica je natančno nameščena glede na profil ključavnice in sprednji rob aeroprofila. Razdalja med vrhovi rezil in ohišjem statorskega kolesa kompresorja je odvisna od natančnosti tega profila.

Delovni profil peresa pokrova in ključavnice je podvržen metodam obdelave utrjevanja, da se ustvarijo tlačne napetosti na površinah tvornice. Visoke zahteve so postavljene tudi za stanje površin rezila, na katerih niso dovoljene razpoke, opekline in druge proizvodne napake.

Material rezila spada v drugo kontrolno skupino, ki omogoča temeljito preverjanje kakovosti vsakega rezila. Za serijo rezil se pripravi tudi poseben vzorec, ki je podvržen laboratorijski analizi. Zahteve za kakovost lopatic kompresorja so zelo visoke.

Metode za pridobivanje začetnih surovcev za takšne dele ter uporaba tradicionalnih in posebnih metod za nadaljnjo obdelavo določajo kakovost proizvodnje in ekonomske kazalnike proizvodnje. Začetne izdelke kompresorskih lopatic dobimo z žigosanjem. V tem primeru je mogoče dobiti obdelovance povečane natančnosti z majhnimi dodatki za obdelavo. Spodaj obravnavamo tehnološki postopek izdelave kompresorskih rezil, originalnega obdelovanca, ki je bil pridobljen z vročim žigosanjem običajne natančnosti. Pri ustvarjanju takšnega obdelovanca so bili ugotovljeni načini, ki zmanjšujejo kompleksnost izdelave in izvajanje navedenih kazalnikov, kakovost lopatic kompresorja.

Pri razvoju tehnološkega procesa so bile zastavljene naslednje naloge:

Izdelava začetnega surovca ​​z vročim žigosanjem z minimalnim dovoljenjem za pero rezila.

Ustvarjanje tehnoloških dobičkov za orientacijo in zanesljivo pritrditev obdelovanca v tehnološki sistem.

Razvoj tehnološke opreme in uporaba metode orientacije začetnega obdelovanca v tehnološkem sistemu glede na profil aeroprofila rezila z namenom razporeditve (optimizacije) dodatka na različnih stopnjah obdelave.

Uporaba CNC stroja za obdelavo kompleksnih kontur pri rezkanju.

Uporaba zaključnih metod obdelave z brušenjem in poliranjem z jamstvom kazalnikov kakovosti površin.

Vzpostavitev sistema nadzora kakovosti za izvajanje operacij v glavnih fazah proizvodnje.

Tehnologija poti za izdelavo rezil. Žigosanje in vse povezane operacije se izvajajo s konvencionalno natančno tehnologijo vročega žigosanja. Obdelava se izvaja na ročičnih stiskalnicah v skladu s tehničnimi zahtevami. Naklon žigosa je 7…10°. Prehodni polmeri vtiskovalnih površin so izvedeni v okviru R=4mm. Tolerance za vodoravne in navpične mere v skladu z IT-15. Dovoljeni premik vzdolž ločilne črte žigov ni večji od 2 mm. Pero prvotnega obdelovanca je podvrženo profiliranemu teku. Utripajoče sledi vzdolž celotne konture obdelovanca ne smejo presegati 1 mm.

Kompresorske lopatice so eden najbolj kritičnih in množično proizvedenih motornih izdelkov in imajo življenjsko dobo od nekaj ur do nekaj deset tisoč ur in doživljajo širok spekter učinkov dinamičnih in statičnih napetosti, visokotemperaturnega plinskega toka, ki vsebuje abrazivne snovi. delci, kot tudi oksidativni produkti okolja in gorivo za izgorevanje. Hkrati je treba opozoriti, da se glede na geografsko lokacijo delovanja in način delovanja motorja temperatura na njegovi poti giblje od -50 ... -40 ° C do

700…800 ° C v kompresorju. Kot gradbeni materiali za kompresorske lopatice sodobnih plinskoturbinskih motorjev se uporabljajo titanove zlitine (VT22, VT3-1, VT6, VT8, VT33), toplotno odporna jekla (EN961 Sh, EP517Sh) in lite zlitine na osnovi niklja (ZhS6U, ZhS32). uporablja se za turbinske lopatice.

Izkušnje z delovanjem in popravilom motorjev za vojaška letala kažejo, da je zagotavljanje dodeljenega vira 500-1500 ur v veliki meri odvisno od stopnje poškodbe lopatic kompresorja in turbine. Hkrati je v večini primerov povezana s pojavom zarez, razpok zaradi utrujenosti in toplotne utrujenosti, piting in plinske korozije ter erozivne obrabe.

Padec meje utrujenosti za rezila 4. stopnje na podlagi 20 * 10 6 ciklov je 30 % (od 480 MPa za rezila brez napak na 340 MPa za rezila za popravilo), čeprav so največje obremenitve na popravljenih rezilih 4. stopnja, čeprav se zmanjšajo, še vedno znatno presegajo obremenitev na robovih rezila brez zarez. Zareze na lopaticah rotorja kompresorja vodijo do znatne izgube utrujenosti novih lopatic. Precejšnje število rezil je zavrženih in nepovratno izgubljenih, saj imajo zareze, ki presegajo mejo tolerance popravila. Konstrukcije iz titana z relativno majhno težo imajo visoko korozijsko odpornost, dobre mehanske lastnosti in lep videz.

Izum se nanaša na livarsko proizvodnjo. Rezilo plinskoturbinskega motorja je izdelano z investicijskim litjem. Lopatica vsebuje pero 4, na koncu katerega je peta 5, izdelana v obliki enega kosa s peresom. Peta vsebuje platformo 5a, v kateri je prva kopel 12 izdelana z radialnimi površinami 13 in dnom 14. Kopel 12 zmanjšuje debelino pete. V prvi kopeli je na nivoju vmesne cone 15 med perjem in peto izdelana druga kopel 16, ki omogoča vlivanje kovine v školjko le na eni točki. Zaradi enakomerne porazdelitve kovine se prepreči nastanek poroznosti v lopati. 3 n. in 3 z.p. f-ly, 4 ill.

Risbe k patentu RF 2477196

Predloženi izum se nanaša na lito kovinsko rezilo in postopek za izdelavo le-tega.

Plinskoturbinski motor, kot je turboreaktivni motor, vključuje ventilator, eno ali več stopenj kompresorja, zgorevalno komoro, eno ali več turbinskih stopenj in šobo. Pline poganjajo rotorji ventilatorja, kompresorja in turbine, zaradi prisotnosti radialnih lopatic, pritrjenih na obodu rotorjev.

Koncepte notranjega, izvenkrmnega, radialnega, sprednjega ali zadnjega položaja ali lokacije je treba upoštevati glede na glavno os plinskoturbinskega motorja in smer pretoka plina v tem motorju.

Pomična turbinska lopatica vsebuje nogo, s katero je pritrjena na disk rotorja, platformo, ki tvori element notranje stene, ki omejuje pot plin-zrak, in pero, ki je nameščeno predvsem vzdolž radialne osi in se piha. s plini. Glede na stopnjo motorja in turbine se rezilo na svojem koncu, ki je oddaljeno od stebla, konča z elementom, prečnim na glavno (glavno) os aeroprofila, imenovanim peta, ki tvori element zunanje stene, ki omejuje plin. - zračna pot.

Na zunanji površini pete je izdelana ena ali več radialnih plošč ali pokrovčkov, ki skupaj s statorsko steno nasproti tvorijo labirintno tesnilo, ki zagotavlja tesnost glede na pline; za to je praviloma omenjena stena statorja izdelana v obliki obroča iz brusnega materiala, ob katerega se plošče drgnejo. Plošče vsebujejo sprednjo in zadnjo stran, ki se nahajata prečno na tok plina.

Rezilo je lahko monoblok, to pomeni, da so noga, platforma, pero in peta izdelani v obliki enega kosa. Rezilo je izdelano s postopkom litja, imenovanim "livanje izgubljenega voska" in je dobro poznano strokovnjakom. V to smer:

Prej je bil model lopatice izdelan iz voska;

Model je potopljen v ognjevzdržni keramični slip, ki po žganju tvori lupino;

Vosek se stopi in odstrani, kar omogoča pridobitev "oblike lupine" ognjevzdržnega materiala, katerega notranji volumen določa obliko rezila;

Staljena kovina se vlije v lupinski kalup, medtem ko se več školjkastih kalupov združi v blok za hkratno vlivanje kovine;

Kalup lupine je pokvarjen, kar omogoča pridobitev kovinske lopatice.

Na mestih, kjer se kovina vlije v kalup, se na oblikovanem kovinskem rezilu tvorijo razmeroma debeli kovinski izrastki, ki jih je treba po oblikovanju rezila strojno obdelati. Kovina se praviloma vlije na ravni pete rezila. Premer izlivalnega kanala in posledično naknadno oblikovanega nabora je pomemben, izlivanje pa poteka v bližini plošč labirintnega tesnila, ki imajo majhno debelino; posledično, če je zagotovljena samo ena ulivna točka, pride do slabe porazdelitve kovine v kalupu za lupino in težave s poroznostjo rezila, zlasti na ravni njegovih rezil.

Ta problem je mogoče rešiti z zagotovitvijo dveh izlivnih odprtin, pri čemer se ustrezno zmanjša premer točilnih kanalov. Tako namesto enega izlivalnega kanala velik premer dobimo dva ulivna kanala manjšega premera, oddaljena drug od drugega, kar zagotavlja boljšo porazdelitev kovine in se izogne ​​težavam s poroznostjo.

Vendar je zaželeno, da se te težave s poroznostjo obravnavajo tako, da se ohrani samo eno točko tečenja.

V zvezi s tem je predmet izuma z vlivanjem izdelana lopatica plinskoturbinskega motorja, ki vsebuje pero, na koncu katerega je peta, izdelana v obliki enega kosa s peresom, s katerim je povezana na nivoju vmesne cone, medtem ko peta vsebuje platformo, na kateri je po vsaj eni tesnilni plošči izdelana prva kopel v platformi, označena s tem, da je druga kopel izdelana v prvi kopeli pri raven vmesnika med perjem in peto.

Prisotnost ene kopeli v drugi kopeli na nivoju vmesne cone med zračnim profilom in peto omogoča, da se izognemo prevelikemu zgoščevanju v tej coni in med oblikovanjem rezila z litjem zagotavlja boljšo porazdelitev tekoče kovine v plesen. Izboljšana porazdelitev tekoče kovine v kalupu omogoča uporabo metode litja z enim samim kovinskim izlivom. Prednost izdelave rezila z enim samim izlivom je izjemna preprostost lupinskega kalupa in po potrebi bloka lupinskih kalupov; stroški izdelave rezil se zmanjšajo, njihova kakovost pa se izboljša.

Poleg tega je optimizirana količina materiala na nivoju pete, kar zmanjša težo in stroške rezila.

Poleg tega so mehanske obremenitve na peti in/ali peru optimizirane in jih rezilo bolje absorbira, saj je dosežena boljša porazdelitev mase.

Prednostno je prva kopel omejena z radialnimi površinami in dnom, druga kopel pa je oblikovana na dnu prve kopeli.

Prav tako je zaželeno, da je drugi pladenj izdelan vzdolž glavne osi rezila nasproti vmesne cone med peto in perjem.

Priporočljivo je, da je zračni profil lopatic sestavljen iz trdne stene in vsebuje ukrivljene površine v območju parjenja, druga kopel vsebuje ukrivljene radialne površine in spodnjo površino ter da so ukrivljene radialne površine druge kopeli nameščene v bistvu vzporedno z ukrivljene površine aeroprofila v coni parjenja, kar zagotavlja v bistvu konstantno debelino rezila v coni vmesnika.

Predmet izuma je tudi turbina, ki vsebuje vsaj eno lopatico v skladu s predloženim izumom.

Predmet izuma je tudi plinskoturbinski motor, ki vsebuje vsaj eno turbino v skladu s predloženim izumom.

Predmet izuma je tudi metoda za izdelavo lopatice plinskoturbinskega motorja, ki obsega naslednje korake:

Izdelan je voščeni model rezila, ki vsebuje pero, na koncu katerega je izdelana peta, ki tvori en sam del s peresom, s katerim je povezana na nivoju vmesne cone, peta pa vsebuje platformo. na katerem je izdelana vsaj ena tesnilna plošča, medtem ko se pri prvi kopeli izvaja na ploščadi, se druga kopel izvaja v prvi kopeli na nivoju konjugacijske cone med perjem in peto,

Lopatica iz voska je potopljena v ognjevzdržni drsnik,

Kalup za lupino je izdelan iz ognjevzdržnega materiala,

Staljena kovina se vlije v kalup skozi en sam dovod za izlivanje,

Oblika lupine se zlomi in dobimo lopatico.

Predloženi izum bo bolj razviden iz naslednjega opisa prednostne izvedbe rezila v skladu s predloženim izumom in metode izdelave le-tega s sklicevanjem na priložene risbe.

sl. 1 je shematski stranski pogled na lopatico turbine v skladu s predloženim izumom.

sl. 2 - izometrični pogled spredaj zunanja stran nožne pete.

sl. 3 je prerez rezila vzdolž ravnine III-III s sl. eno.

sl. 4 je izometrični stranski pogled na zunanjo stran pete lopatice.

Kot je prikazano na sl. 1 je rezilo 1 po predloženem izumu oblikovano v bistvu vzdolž glavne osi A, ki je v bistvu radialna glede na os B plinskoturbinskega motorja, ki vsebuje rezilo 1. V tem primeru govorimo o lopatici turbine turboreaktivnega motorja. Rezilo 1 vključuje nogo 2, ki se nahaja na notranji strani, platformo 3, pero 4 in peto 5, ki se nahaja na zunanji strani. Peta 5 se ujema s peresom 4 v vmesnem območju 15. Noga 2 je zasnovana za namestitev v vtičnico rotorja za montažo na ta rotor. Platforma 3 je izdelana med nogo 2 in peresom 4 in vsebuje površino, ki se nahaja prečno glede na os A rezila 1, ki tvori stenski element, ki omejuje pot plina in zraka njegovega znotraj; omenjeno steno tvorijo vse ploščadi 3 lopatic 1 zadevne turbinske stopnje, ki se nahajajo ena ob drugi. Pero 4 je na splošno nameščeno vzdolž glavne osi A rezila 1 in ima aerodinamično obliko, ki ustreza svojemu namenu, kot je znano strokovnjakom. Peta 5 vsebuje platformo 5a, ki je izdelana na zunanjem koncu aeroprofila 4 v bistvu prečno na glavno os A rezila 1.

Kot je prikazano na sl. 2 in 4, petna platforma 5 obsega sprednji rob 6 in zadnji rob 7, usmerjen prečno glede na tok plina (tok je na splošno vzporeden z osjo B turboreaktivnega motorja). Ta dva prečna robova, sprednji 6 in zadnji 7, sta povezana z dvema stranskima robovoma 8, 9, ki imata profil v obliki črke Z: vsak stranski rob 8, 9 vsebuje dva vzdolžna odseka (8a, 8b, 9a, 9b oz.) , medsebojno povezan odsek 8", 9", ki je v bistvu prečen ali izdelan vsaj pod kotom glede na smer toka plina. Ob stranskih robovih 8, 9 peta 5 pride v stik s petami dveh sosednjih rezil na rotorju. Zlasti za dušenje tresljajev, ki so jim izpostavljeni med delovanjem, so rezila nameščena na disk z znatno torzijsko napetostjo okoli svoje glavne osi A. Pete 5 so zasnovane tako, da so rezila izpostavljena torzijskim napetost pri podpori na sosednja rezila vzdolž prečnih prerezov 8" , 9" stranskih robov 8, 9.

Od zunanje površine platforme 5a pete 5 so izdelane radialne plošče 10, 11 ali pokrovače 10, 11, v tem primeru v količini dveh; možno je zagotoviti tudi samo eno ploščo ali več kot dve plošči. Vsaka plošča 10, 11 je izdelana prečno na os B plinskoturbinskega motorja, začenši z zunanje površine platforme pete 5, med dvema nasprotnima vzdolžnima deloma (8a, 8b, 9a, 9b) stranskih robov 8 , 9 pete 5.

Platforma 5a pete 5 je na splošno oblikovana pod radialnim kotom glede na os B plinskoturbinskega motorja. Dejansko se v turbini presek plinsko-zračne poti poveča od vstopa do izstopa, da se zagotovi širjenje plinov; tako se platforma 5a pete 5 odmakne od osi B plinskoturbinskega motorja od vstopa do izstopa, medtem ko se notranja površina tvori zunanjo mejo poti plin-zrak.

V platformi 5a pete 5 se (zaradi konfiguracije kalupa) oblikuje prva kopel 12. Ta prva kopel 12 je votlina, ki jo tvorijo obrobne ploskve 13, ki tvorijo rob, ki so narejene od zunanje površine platformo 5a in so povezani s površino 14, ki tvorijo dno 14 kopeli 12. Obrobne površine 13 so razporejene v bistvu radialno in so v tem primeru navznoter ukrivljene in tvorijo spoj med zunanjo površino platforme 5a in površino dna 14 kopeli 12. Te ukrivljene radialne površine 15 so na splošno vzporedne s stranskimi robovi 8, 9 in prečnimi robovi 6, 7 platforme 5a pete 5, sledijo njihovi obliki, gledano od zgoraj (vzdolž glavna os A rezila 1). Nekatere cone pete 5 morda ne vsebujejo takšnih radialnih površin 13, pri čemer gre površina dna 14 kopeli 12 neposredno do stranskega roba (glej rob 9a na sliki 2) (opozoriti je treba, da je na sl. 4 te cone niso na istem mestu).

Kopel 12 te vrste je bila že uporabljena v znanih lopaticah. Njegova funkcija je olajšati peto 5, medtem ko jo obdrži mehanske lastnosti: debelina platforme 5a pete 5 je pomembna v bližini stranskih robov 8, 9, katerih stranske površine so v stiku s sosednjimi rezili med vrtenjem rezila 1 izpostavljene močnim obremenitvam, medtem ko so osrednje del platforme 5a pete 5, ki je izpostavljen manjši obremenitvi, je izdelan z vdolbino, ki tvori prvo kopel 12.

Poleg tega peta vsebuje kopel 16 v prvi kopeli 12, v nadaljnjem besedilu druga kopel 16. Druga kopel 16 je izdelana na nivoju vmesne cone 15 med peto 5 in peresom 4. Zlasti druga kopel je narejena vzdolž glavne osi A rezila 1 nasproti cone 15, ki se pari med peto 5 in perjem 4.

Druga kopel 16 je votlina, ki jo tvorijo obrobne ploskve 17, ki tvorijo bok, ki povezuje spodnjo površino 14 prve kopeli 12 s površino 18, ki tvori dno druge kopeli 16 (in se nahaja na notranji strani z glede na spodnjo površino 14 prve kopeli 12). Obrobne površine 17 so razporejene v bistvu radialno, v tem primeru so ukrivljene na zunanji in notranji strani ter tvorijo konjugacijo med spodnjo površino 14 prve kadi 14 in spodnjo površino 18 druge kadi 16. Te ukrivljene radialne površine 17 so v bistvu vzporedni s površinami peresa 4 in sledijo njihovi obliki, gledano od zgoraj (vzdolž glavne osi A rezila 1) (glej sliko 4).

Druga kad 16 je izdelana med oblikovanjem (z drugimi besedami, konfiguracija lupine kalupa za oblikovanje rezila 1 je prilagojena za oblikovanje takšne kadi 16). Rezilo je izdelano z vlivanjem na izgubljene voščene modele, kot je opisano zgoraj v opisu.

Prisotnost druge kopeli 16 preprečuje prekomerno debelino v coni 15 vmesnika med peto 5 in peresom 4. Zaradi tega se med vlivanjem kovine v kalup za lupino kovina bolj enakomerno porazdeli, kar povzroči se je mogoče izogniti nastanku poroznosti, tudi če se kovina vlije samo na enem mestu izlivanja.

Tako je rezilo 1 mogoče izdelati po metodi investicijskega litja z enim samim dovodom za vlivanje tekoče kovine za vsak model lupine, ta metoda pa je enostavnejša in cenejša. Če so obrazci združeni v bloke, je metoda še enostavnejša. Poleg tega izdelano rezilo z vlivanjem v kalup za lupino skozi en sam dovod za izlivanje vsebuje samo en preostanek, ki se odstrani s strojno obdelavo. Obdelava takega dela je enostavnejša.

Poleg tega se teža in posledično stroški rezila 1 zmanjšajo zaradi prisotnosti drugega pladnja 16, medtem ko so napetosti na peti 5, kot tudi obremenitve na peresu 4, bolje porazdeljene in, zato ga bolje zazna rezilo 1.

V tem primeru je pero 4 izdelano v obliki trdne stene, torej brez hlajenja s pomočjo plašča ali votline, izdelane v debelini njegove stene. Prednostno sta obodni površini 17 in spodnja površina 18 druge kadi 16 zasnovani tako, da je debelina lopatice 1 v bistvu konstantna v vmesniku 15 med peto 5 in perjem 4. To zaščitni znak jasno vidna na sl. 3. Zlasti, če označimo s 15a, 15b ukrivljene površine peresa 4 na nivoju vmesne cone 15 med peresom 4 in peto 5, potem na sl. 3 je razvidno, da so ukrivljene radialne površine 17 druge kopeli 16 v bistvu vzporedne z ukrivljenimi površinami 15a, 15b peresa 4, ob katerih se nahajajo. V ilustrirani izvedbi polmer ukrivljenih radialnih površin 17 druge kopeli 16 ni enak polmeru nasprotnih ukrivljenih površin 15a, 15b peresa 4, vendar sta kljub temu ti površini v bistvu vzporedni.

Del druge kopeli 16, ki se nahaja na sl. 3 na levi, je značilna neprekinjena ukrivljena oblika brez ravne površine med ukrivljeno radialno površino 13 prvega pladnja 12, dnom 14 prvega pladnja 12 in ukrivljeno radialno površino 17 drugega pladnja 16. Vendar pa je na delu drugega pladnja 16, ki se nahaja na sl. 3 na desni je vsako od teh območij jasno vidno. Izvedba med njimi različnih odsekov na obravnavanem območju (v prerezu) je odvisna od položaja površin pete 5 glede na površine peresa 4.

Izum je opisan za premično turbinsko lopatico. V resnici pa se lahko nanese na katero koli rezilo, izdelano z vlivanjem in vsebuje pero, na koncu katerega je peta izdelana v obliki enega kosa s peresom.

ZAHTEVAJ

1. Rezilo plinskoturbinskega motorja, izdelano z litjem, vsebuje pero, na koncu katerega je peta, izdelana v obliki enega kosa s peresom, s katerim je povezana na nivoju vmesniško cono, medtem ko peta vsebuje platformo, na kateri je vsaj ena tesnilna plošča, prva kopel pa je izdelana v platformi, označena s tem, da je druga kopel izdelana v prvi kopeli na nivoju vmesne cone med perjem in peta.

2. Lopatica po zahtevku 1, pri čemer je prva kopel definirana z radialnimi površinami in dnom, druga kopel pa je oblikovana na dnu prve kopeli.

3. Rezilo po zahtevku 1, pri katerem je drugi pladenj izdelan vzdolž glavne osi (A) rezila nasproti vmesne cone med peto in perjem.

4. Rezilo po zahtevku 3, pri katerem je pero oblikovano s trdno steno in vsebuje ukrivljene površine v coni parjenja, drugi pladenj pa vsebuje ukrivljene radialne površine in spodnjo površino, medtem ko ukrivljene radialne površine drugega pladnja se nahajajo v bistvu vzporedno z ukrivljenimi površinami peresa v vmesni coni, kar zagotavlja v bistvu konstantno debelino rezila v vmesni coni.

5. Turbina, ki vsebuje vsaj eno lopatico po zahtevku 1.

6. Plinskoturbinski motor, ki vsebuje vsaj eno turbino po zahtevku 5.

Relevantnost dela

Vir in zanesljivost letalskih motorjev določata predvsem nosilnost lopatic kompresorja (slika 1), ki so najbolj kritični in visoko obremenjeni deli, ki med delovanjem doživljajo znatne izmenične in ciklične obremenitve, ki nanje delujejo pri visokih frekvencah. . Lopatice kompresorja so najbolj masivni, visoko obremenjeni in kritični del letalskega motorja.
Značilnost lopatic kompresorja, ki imajo tanke vstopne in izstopne robove ter so izdelane iz titanovih zlitin, ki so zelo občutljive na koncentracijo napetosti, je, da prve naletijo na tujek (ptica, toča ipd.), ki ima vstopil v motorni trakt.
Tveganja, zareze, erozijske poškodbe in druge okvare bistveno povečajo raven lokalnih vibracijskih obremenitev, kar močno zmanjša lastnosti trdnosti lopatice. Zato ima ustvarjanje ugodne kombinacije lastnosti površinskega sloja pri zaključnih zaključnih in utrjevalnih operacijah velik vpliv na povečanje nosilnost lopatice plinskoturbinskega motorja. Nujna naloga je oceniti učinek površinskega deformacijskega utrjevanja na udarno trdnost rezil ob udarcu s tujimi predmeti.

Slika 1 - Model lopatic kompresorja GTE (10 okvirjev, 20 ciklov)

Trenutno se pri izdelavi lopatic kompresorjev pogosto uporabljajo metode plastične deformacije in mehanske obdelave ter kompleksne tehnologije pri zaključnih operacijah tehnološkega procesa.
Vibroabrazivna obdelava (VO) na posebnih napravah je našla široko uporabo pri izdelavi kompresorskih rezil iz titanovih zlitin. Pozitiven učinek na učinkovitost vibroabrazivne obdelave je uporaba kemično aktivnih tekočin skupaj z abrazivom.
Ultrazvočna obdelava s kroglicami (UZO) omogoča oblikovanje ugodno kombinacijo lastnosti površinske plasti kompresorskih lopatic, ki imajo nizko togost, visoko natančnost izdelave, kompleksno konfiguracijo in tanke robove.
Za pnevmatsko peskanje (PDO) je značilno drseče trčenje kroglic s površino aeroprofila rezila, kar preprečuje njihovo pretirano utrjevanje. Ugotovljeno je bilo, da PDA spremlja zmanjšanje strukturne nehomogenosti in naredi strukturo, fazno porazdelitev in preostale tlačne napetosti bolj enakomerne v površinski plasti aeroprofila lopatic. Predlagana metoda pnevmatskega peskanja dodelave in utrjevanja učinkovito nevtralizira tehnološke mikrodefekte površinske plasti, nastale v prejšnjih fazah tehnološkega procesa, spremlja znatno povečanje meje vzdržljivosti, zmanjšanje disperzije vzdržljivosti in ne zahteva naknadne obdelave tankih robov z ročnim poliranjem.
Ena izmed obetavnih metod zaključne in utrjevalne obdelave je metoda magnetnega abrazivnega poliranja (MAP). Posebnost MAP je zmožnost obdelave delov z različnimi konfiguracijami in kombiniranja končnih in utrjevalnih operacij v enem procesu.
Problem erozije lopatic plinskoturbinskih motorjev je splošno priznan. Intenzivnost in vrsta erozije lopatic kompresorja sta odvisna ne le od pogojev trka delcev s površino aeroprofila, temveč tudi od kombinacije značilnosti površinske plasti.
Za izboljšanje odpornosti rezil proti obrabi je bila vse bolj razširjena uporaba različne vrste kompleksne tehnologije - nanašanje plazemskih premazov v kombinaciji z različnimi metodami dodelave in utrjevanja.
Razvoj in uvajanje motorjev v serijsko proizvodnjo trenutno spremljajo progresivne oblikovne in tehnološke rešitve, ki se izražajo v pojavu novih delov, uporabi bistveno novih konstrukcijskih materialov ter izboljšanju tehnologij proizvodnje, montaže in testiranja. Široko se uporabljajo napredni tehnološki procesi obdelave, ki temeljijo na konceptu hitrega rezanja, izboljšujejo se metode dodelave-kaljenja in toplotne obdelave.
Tesna povezava med zasnovo in proizvodno tehnologijo motorjev je vnaprej določila številna aktualna vprašanja, povezana s povečanjem nosilnosti kompleksnih profilnih delov z uporabo tehnoloških metod.

Namen in naloge dela

Cilj- povečanje vzdržljivosti in kakovosti kompresorskih lopatic GTE z izboljšanjem strukturne in tehnološke podpore za proizvodne procese lopatic kompresorja GTE.

Glavne naloge dela:
1.) Izvedba analize trenutnega stanja strukturne in tehnološke podpore za proizvodne procese lopatic GTE kompresorjev;
2.) Raziskati možnosti povečanja vzdržljivosti lopatic kompresorja z nanosom ionsko-plazemskih premazov;
3.) Izvedite poskuse za preučevanje lastnosti ionsko-plazemske prevleke, odporne proti obrabi;
4.) Razvoj priporočil za izboljšanje strukturne in tehnološke podpore za proizvodne procese lopatic GTE kompresorjev.

Znanstvena novost dela

Znanstvena novost dela je v razvoju priporočil za izboljšanje strukturne in tehnološke podpore proizvodnih procesov GTE kompresorskih lopatic in oblikovanju optimalne strukture za tehnološki proces obdelave lopatic GTE kompresorjev. To delo ponuja tudi rešitev problema vzdržljivosti in odpornosti proti obrabi lopatic kompresorja GTE.

Glavni del

Lopatice kompresorja plinskoturbinskega motorja

GTE lopatice delujejo pri visokih temperaturah, ki dosežejo preko 1200°C za turbino in nad 600°C za kompresor. Večkratne spremembe toplotnih načinov delovanja motorja – hitro segrevanje ob zagonu in hitro hlajenje, ko motor ugasne – povzroči ciklično spremembo toplotnih napetosti, ki je označena kot toplotna utrujenost (slika 2). Poleg tega profilni del zračnega profila in koren rezila poleg napetosti in upogibanja zaradi centrifugalnih sil, upogibanja in navora zaradi hitrega toka plina doživljata izmenične napetosti zaradi vibracijskih obremenitev, katerih amplituda in frekvenca se spreminjata v širok spekter.

Slika 2 - Shema gibanja plinskih tokov v plinskoturbinskem motorju (3 okvirji)

Zanesljivost delovanja kompresorskih in turbinskih lopatic ni odvisna le od njihove konstrukcijske trdnosti, odpornosti na ciklične in dolgotrajne statične obremenitve, temveč tudi od tehnologije izdelave, ki neposredno vpliva na kakovost površinske plasti stebla in peresa rezila. V površinskem sloju se tvorijo strukturni in tehnološki koncentratorji napetosti, nanj vplivajo delovno utrjevanje in notranje preostale napetosti pri mehanski obdelavi. Poleg tega je površinski sloj izpostavljen zunanjim obremenitvam v glavnih vrstah napetostnega stanja (upogibanje, napetost, torzija) zunanje okolje. Ti negativni dejavniki lahko privedejo do uničenja rezila in posledično do okvare plinskoturbinskega motorja.
Proizvodnja rezil GTE zavzema posebno mesto v industriji letalskih motorjev, kar je posledica številnih dejavnikov, med katerimi so glavni:
zapleteno geometrijska oblika pero in steblo rezil;
visoka natančnost izdelave;
uporaba dragih materialov, kot so legirana jekla in titanove zlitine;
množična proizvodnja rezil;
oprema tehnološkega procesa z drago specializirano opremo;
visoka proizvodna kompleksnost.
Danes so za izdelavo rezil GTE značilne naslednje vrste obdelave:
raztezanje;
mletje;
valjanje;
poliranje;
vibracijsko poliranje ali vibracijsko brušenje;
toplotna obdelava .

Oblikovanje površinske plasti pri zaključnih postopkih za izdelavo rezil

Pri izdelavi rezil GTE na njihovih površinah nastanejo mikrohrapavosti in tveganja, v površinskem sloju pa pride do strukturnih in faznih transformacij. Poleg tega se v površinskem sloju opazi povečanje trdote kovine in nastanek preostalih napetosti.
V delovnih pogojih površinska plast zaznava največje obremenitve in je izpostavljena fizikalnim in kemičnim vplivom: mehanskim, toplotnim, korozijskim itd.
V večini primerov se službene lastnosti površine rezil GTE začnejo slabšati zaradi obrabe, erozije, korozije, utrujenih razpok, kar lahko privede do okvare.
Po dodelava razlikovati takšne površinske napake: nevarnosti, praske, odrgnine, vdolbine, pore, razpoke, neravnine itd.
Fizikalne in mehanske lastnosti površinskega sloja, ki nastanejo pri izdelavi rezil, se med delovanjem močno spremenijo pod vplivom sile, temperature in drugih dejavnikov.
Površina dela ima v primerjavi z jedrom številne značilnosti. Atomi, ki so na površini, imajo enosmerne vezi s kovino, zato so v nestabilnem stanju in imajo odvečno energijo v primerjavi z atomi znotraj.
Zaradi difuzije, zlasti kadar je izpostavljen povišanim temperaturam, kemične spojine navadna kovina s snovmi, ki prodirajo od zunaj. Pri povišanih temperaturah se poveča difuzijska mobilnost atomov, kar vodi do prerazporeditve koncentracije legirnih elementov. Difuzija v površinski plasti pomembno vpliva na lastnosti kovin. To še posebej velja za postopek, kot je mletje, ko je v območju obdelave visoka temperatura.
Glavni razlogi za nastanek makronapetosti med obdelavo so nehomogenost plastične deformacije in lokalno segrevanje kovine površinske plasti ter fazne transformacije.
Stopnja in globina utrjevanja površinske plasti delov sta določeni z načini obdelave in sta neposredno povezani s povečanjem števila dislokacij, prostih mest in drugih napak v kristalni mreži kovine.
Površinska plast delov GTE nastane kot posledica medsebojno povezanih pojavov, ki se pojavljajo v deformacijski coni in sosednjih conah: večkratne elastično-plastične deformacije, spremembe plastičnih lastnosti kovine, trenje, spremembe v mikro in makrostrukturi itd.
Med utrjevanjem se zaradi deformacije površinske kovine in dela trenja sprosti toplota, ki segreje del. Z intenzivnimi načini obdelave se lokalne površine površinskih plasti segrejejo, medtem ko glajenje - do 600-700 ° C, z udarnimi metodami - do 800-1000 ° C.
Takšno segrevanje vodi do zmanjšanja stopnje preostalih tlačnih napetosti v bližini površine, kar lahko povzroči zmanjšanje učinka utrjevanja. V nekaterih primerih se tlačne napetosti pretvorijo v natezne napetosti.
Glavni razlog za utrjevanje je povečanje gostote dislokacij, ki se kopičijo v bližini strižnih linij, in njihovo kasnejše zaustavitev pred različnimi vrstami ovir, ki nastanejo med procesom deformacije ali so obstajale pred njim. Razdrobljenost na bloke kovinskih volumnov, zaprtih med drsnimi ravninami, vrtenje teh blokov, ukrivljenost drsnih ravnin in kopičenje produktov uničenja kristalne mreže na njih prispevajo k povečanju nepravilnosti vzdolž drsnih ravnin in , posledično do strjevanja.
Pri obdelavi delov je nastanek preostalih napetosti povezan z neenakomerno plastično deformacijo površinskih plasti, ki nastane pri interakciji sile in toplotnih dejavnikov.
Deformacijo spremljajo neenakomerni po globini in medsebojno povezani procesi striženja, preusmeritve, drobljenja, raztezanja ali skrajšanja sestavnih delov konstrukcije. Glede na naravo deformacij opazimo povečanje gostote materiala dela.
V hudih pogojih utrjevanja lahko pride do prekomernega utrjevanja, zaradi česar se v površinski plasti pojavijo nevarne mikrorazpoke in začrta se tvorba delcev luščene kovine. Ponovno utrjevanje je nepovraten proces, pri katerem se segrevanje ne povrne prvotne strukture kovine in njenih mehanskih lastnosti.

Vibroabrazivna obdelava rezil

Lopatice so značilni masni deli letalskih plinskoturbinskih motorjev, delujejo v pogojih visokih statičnih, dinamičnih in toplotnih obremenitev ter v veliki meri določajo življenjsko dobo in zanesljivost motorja kot celote.
Za njihovo izdelavo se uporabljajo titanove zlitine visoke trdnosti, nerjavna jekla, toplotno odporne zlitine na osnovi niklja, pa tudi kompozitni materiali.
Kompleksnost izdelave lopatic pri večini modelov plinskoturbinskih motorjev je 30-40% celotne kompleksnosti motorja. Ta lastnost, skupaj s pogoji delovanja rezila v motorju, zahteva uporabo naprednih metod za pridobivanje surovcev v proizvodnji, sodobne tehnologije obdelava, predvsem pri zaključnih delih, mehanizacija in avtomatizacija tehnoloških procesov.
Pri delovanju letalskih plinskoturbinskih motorjev od vseh okvar zaradi vzrokov za okvaro trdnosti delov predstavljajo lopatice približno 60 %. Velika večina okvar rezila je posledica utrujenosti. K temu pogosto pripomorejo poškodbe rezil, ki jih povzročijo trdni delci, ki vstopajo v trakt motorja (kamni pri vožnji po tleh, ptice med letom itd.). To povzroča potrebo po dovolj visoki meji ciklične trdnosti rezil, pa tudi po posebnih tehnoloških in oblikovalskih ukrepih za povečanje njihove preživetja v primeru poškodb (udrtin).
Odvisno od pogojev delovanja v motorju je raven izmeničnih napetosti v rezilih običajno v območju 40-160 MPa, ob upoštevanju potrebne varnostne meje pa je njihova meja vzdržljivosti običajno potrebna v območju 300-500 MPa. Odpornost rezila proti utrujenosti je odvisna od materiala, zasnove rezila in tehnologije njegove izdelave, v vsakem primeru pa stanje površinske plasti močno vpliva na vrednost meje vzdržljivosti. Glavni dejavniki, ki vplivajo na kakovost površinske plasti, so:
- preostale napetosti - njihov znak, velikost, globina, narava porazdelitve po odseku dela itd.;
- površinski mikrorelief - velikost in narava mikrohrapavosti, prisotnost prask;
- struktura površinske plasti.
Nujnost naloge povečanja odpornosti rezil na utrujenost je privedla do razvoja in izvajanja posebnih metod obdelave ter uvedbe v industrijo številnih posebnih metod za obdelavo njihove površine.
Mesto vibroabrazivne obdelave v tehnološkem procesu mehanske obdelave rezil je praviloma zaključna obdelava, ki se izvaja v končni fazi obdelave. Glede na material rezila, vrsto predhodne obdelave, začetno vrednost mikrohrapavosti površine in nekatere druge dejavnike se dodelijo načini obdelave - frekvenca in velikost amplitude nihanja, značilnosti delovnih teles (abrazivni zlom, oblikovana vibrirajoča telesa, keramične, steklene ali kovinske kroglice, lesene kocke ipd.), masna razmerja itd. To omogoča doseganje želenega rezultata v precej širokem razponu začetnih površinskih stanj. Torej, pri kompresorskih rezilih majhnih in srednjih dimenzij iz jekla in titanovih zlitin je končni postopek oblikovanja hladno valjanje, ki mu sledi zaokrožitev robov z abrazivnim kolesom. V tem primeru je površinska hrapavost Ra = 1,6 in več, zato se uporabljajo "mehki" načini vibracijske obdelave za izravnavo mikrohrapavosti na površini in ustvarjanje tlačnih napetosti v površinskem sloju. V tem primeru se v toroidnih vibratorjih uporablja obdelava v razsutem stanju (brez pritrdilnih delov). V nekaterih primerih tehnologija obdelave predvideva abrazivno brušenje v končnih operacijah, čemur sledi poliranje površine aeroprofila rezila. Takšna rezila so podvržena intenzivnejši vibroabrazivni obdelavi, da se odstranijo mikrohrapavosti in zagotovijo preostale tlačne napetosti v površinskem sloju.
Veliko težje je izvesti učinkovito vibracijsko obdelavo velikih lopatic turbostrojev. Velika masa takšnih delov, ob upoštevanju teže posode in delovno okolje povzročajo težave pri ustvarjanju vibracijskega stroja s sprejemljivo frekvenco in amplitudo nihanja v dveh ali treh koordinatah zaradi močnega povečanja zahtevane pogonske moči in dinamičnih preobremenitev strojnih elementov. Poleg tega so te podrobnosti najslabše kakovosti prvotna površina, kar zmanjša produktivnost obdelave.
V podjetju Motor Sich se uporablja metoda vzdolžne enokoordinatne vibracijske obdelave v zaprti posodi (POVO).
V tradicionalnih domačih in tujih vibroabrazivnih strojih se poganja ohlapno polnilo oscilatorna gibanja dno posode, ki je vedno na dnu. V tem primeru se polnilo vrne nazaj prosti pad. Učinkovitost te metode ni dovolj visoka.
Postopek vibroabrazivne obdelave delov se znatno aktivira in okrepi znotraj zaprte posode z dvema dnoma, ki sta nameščena drug proti drugemu, če med njima aktivno niha razsuto polnilo, ki od vsakega dna prejema kinetično energijo. Intenzivnost udarcev polnila na obdelovanec se znatno poveča. Stranske stene posode so nagnjene (konične), kar ustvarja dodatno stiskanje polnila med njegovim gibanjem, kar poveča sile dinamičnega delovanja med abrazivnim polnilom in stenami posode, znotraj katerih so strojno obdelani deli plina. turbinski motor se nahajajo v fiksnem ali prostem stanju.
Pri vibriranju po tej metodi z abrazivnimi granulami in kaljenimi jeklenimi kroglicami je odstranjevanje kovine s površine in površinska mikrodeformacija delov intenzivnejša kot pri tradicionalnih vibratorjih, kar poveča velikost in globino površinskih tlačnih napetosti ter poveča odpornost delov na utrujenost.
Slika 3 prikazuje krivulje sprememb hrapavosti površine rezil iz jekla 14Kh17N2Sh med trajanjem obdelave na vibracijski enoti s posodo v obliki črke U.

Slika 3 - Odvisnost hrapavosti od vibroabrazivne obdelave v posodi v obliki črke U (1) in metode POVO (2)

Doseganje hrapavosti Ra=1,5 µm po metodi POOH, kot izhaja iz slike 3, se pojavi v približno 30 minutah, z običajno vibroabrazivno obdelavo pa v 1,5 urah.
Študija vibroabrazivne obdelave turbinskih in kompresorskih lopatic kaže prednosti tega postopka v primerjavi z ročnim poliranjem in poliranjem. Rezultati študije so pokazali, da je meja vzdržljivosti rezil, podvrženih vibrobrusu in vibropoliranju, 410 MPa in izpolnjuje zahteve TS. Velikost in narava preostalih napetosti pri raziskanih rezilih sta ugodnejši kot pri rezilih z ročnim poliranjem in sijajem.

Zaključek

Velik pomen pri reševanju problema zagotavljanja virov in zanesljivosti letalskih plinskoturbinskih motorjev ter ustvarjanja motorjev novih generacij ima razvoj, izboljšanje in ustvarjanje novih tehnoloških procesov, metod za obdelavo delov in opreme, ki povečujejo ne le produktivnost, ampak tudi tudi kakovost izdelave.
Pojav sodobnih tipov in modifikacij letalskih motorjev nenehno spremljajo nove oblikovne rešitve, ki povzročajo tehnološke težave. Da bi jih pravočasno premagali in zmanjšali vrzel med "idealnim", oblikovno in "resničnim", v smislu proizvodne tehnologije, je treba aktivno uvajati progresivne metode mehanske in končno utrjevalne obdelave. v proizvodnjo.

Literatura

1. Boguslaev V.A., Yatsenko V.K., Pritchenko V.F. Tehnološka podpora in napovedovanje nosilnosti delov GTE. -K.: Založba rokopisov, 1993. - 332 str.
2. Driggs I. G., Pancaster O. E. Letalske plinske turbine. Per. iz angleščine. G.G. Mironov. - M., Oborongiz, 1957 - 265 str.
3. Zhiritsky G.S. Letalske plinske turbine. -M., Oborongiz, 1950 - 511 str. 4. Doronin Yu.V., Makarov V.F. Vzroki za nastanek defektov na profilu peresa titanovih rezil med poliranjem.// Prav tam. - 1991. - Št. 12. – str. 17-19
5. Koloshchuk E.M., Shabotenko A.G., Khazanovič S.V. Volumetrična vibroabrazivna obdelava delov GTE. // Letalstvo. prost. - 1973. - Št. 6. С7 13 -16
6. Boguslaev V.A., Yatsenko V.K., Zhemanyuk P.D., Pukhalskaya G.V., Pavlenko D.V., Ben V.P. Zaključna in utrjevalna obdelava delov GTE - Zaporožje, ur. OJSC "MotorSich", 2005 - 559 str.
7. Demin F. I., Pronichev N. D., Shitarev I. L. Tehnologija izdelave glavnih delov plinskoturbinskih motorjev: Proc. dodatek. - M.: Mashinostroenie. 2002. - 328 str.; bolan.
8. Sulima A.M., Šulov V.A., Yagodkin Yu.D. Površinski sloj in obratovalne lastnosti strojnih delov. M.: Mashinostroyeniyu, 1988.240.
9. Skubachevskiy G.S. Letalski plinskoturbinski motorji: Učbenik za študente letalskih univerz. M.: Mashinostroenie, 1969-544 str.
10. Matalin A. A. Inženirska tehnologija: Učbenik za študente. M.: Mashinostroenie, 1985-512 str.
11. http://www.nfmz.ru/lopatki.htm
Lopatice kompresorja GTE JSC "Naro-Fominsk Machine-Building Plant".
12. http://www.nfmz.ru/lopatki.htm
Doktor tehničnih znanosti Jurij Elisejev, generalni direktor FSPC MMPP "Salyut", Napredne tehnologije za proizvodnjo rezil GTE

Pomembna opomba!
Ob pisanju tega povzetka magistrsko delo še ni zaključeno. Končno dokončanje: december 2009 Celotno besedilo dela in gradivo na temo lahko dobite pri avtorju ali njegovem mentorju po navedenem datumu.