Поиск
Рекомендуем ознакомиться
Главная > Статья >Промышленность, производство
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ СТРУКТУРНОГО И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ГТД
Ресурс и надежность авиационных двигателей в основном определяются несущей способностью лопаток компрессора (рис. 1), являющихся наиболее ответственными и высоконагруженными деталями, испытывающими в процессе эксплуатации значительные знакопеременные и циклические нагрузки, которые воздействуют на них с большими частотами. Лопатки компрессора самая массовая, высоконагруженная и ответственная деталь авиационного двигателя. Особенностью лопаток компрессора является то, что они первыми встречаются с инородным телом (птица, град и др.), попавшим в тракт двигателя.
Риски, забоины, эрозионные повреждения и др. дефекты значительно увеличивают уровень локальных вибронапряжений, что резко снижает прочностные характеристики лопаток. Поэтому создание благоприятного сочетания свойств поверхностного слоя на финишных отделочно-упрочняющих операциях оказывает большое влияние на повышение несущей способности лопаток ГТД. Актуальной задачей является оценка влияния поверхностного деформационного упрочнения на ударную прочность лопаток при соударении с посторонними предметами.
Рисунок 1 – Примеры конструкций лопаток компрессора: а) с хвостовиком типа ласточкин хвост; б) с антивибрационными полками; в) с шарнирным хвостовиком; г) с трапецеидальным хвостовиком
В настоящее время при изготовлении лопаток компрессора широкое применение получили методы пластического деформирования и механической обработки, а также комплексные технологии на финишных операциях технологического процесса (Виброабразивная обработка; Ультразвуковая обработка шариками; Пневмодробеструйная обработка; Магнитно-абразивное полирование).
Также на сегодняшний день актуальной проблемой является повышение износостойкости лопаток компрессора. В связи с этим все более широкое применение получили различные виды комплексных технологий — нанесение плазменных покрытий в сочетании с различными отделочно-упрочняющими методами.
Целью данной работы является повышение долговечности и качества лопаток компрессора ГТД за счет совершенствования структурного и технологического обеспечения процессов изготовления лопаток компрессора ГТД. В соответствии с поставленной целью в работе планируется решить следующую задачу: провести анализ современного состояния структурного и технологического обеспечения процессов изготовления лопаток компрессора ГТД.
Лопатки ГТД работают в условиях высоких температур, достигающих для турбины свыше 1200 °С, для компрессора свыше 600 °С. Многократное изменение тепловых режимов работы двигателя - быстрый нагрев в момент запуска и быстрое охлаждение при остановке двигателя - вызывает циклическое изменение термических напряжений, характеризуемое как тепловая усталость. Кроме этого, профильная часть пера и хвостовик лопатки, помимо растяжения и изгиба от центробежных сил, изгиба и крутящего момента от скоростного газового потока, испытывают знакопеременные напряжения от вибрационных нагрузок, амплитуда и частота которых изменяются в широких пределах.
Надежность работы рабочих лопаток компрессора и турбины зависит не только от их конструктивной прочности, сопротивления циклическим и длительным статическим нагрузкам, но и от технологии их изготовления, которая непосредственно влияет на качество поверхностного слоя хвостовика и пера лопаток. В поверхностном слое образуются конструктивные и технологические концентраторы напряжений, он испытывает влияние наклепа и внутренних остаточных напряжений от механической обработки. Кроме того, поверхностный слой подвергается воздействию внешних нагрузок, при основных видах напряженного состояния (изгибе, растяжении, кручении) внешней среды. Эти негативные факторы могут привести к разрушению лопатки, и, следовательно, к выходу из строя газотурбинного двигателя.
Производство лопаток ГТД занимает особое место в авиадвигателестроении, что обуславливается рядом факторов, главными из которых являются:
сложная геометрическая форма пера и хвостовика лопаток;
высокая точность изготовления;
применение дорогостоящих материалов, таких, как легированные стали и титановые сплавы;
массовость производства лопаток;
оснащенность технологического процесса дорогостоящим специализированным оборудованием;
высокая трудоемкость изготовления.
Для производства лопаток ГТД на сегодняшний день характерны следующие виды механической обработки:
протягивание;
фрезерование;
вальцевание;
полирование;
виброполирование или виброшлифование;
термообработка.
Повышенные требования к точности исполнения отдельных элементов деталей и сборочных единиц, к качеству поверхностей и соединений определили следующие основные направления совершенствования технологических процессов производства.
1. Создание новых и совершенствование традиционных методов получения заготовок:
отливок из жаропрочных сплавов с направленной кристаллизацией или монокристаллических отливок в оболочковые формы по выплавляемым моделям для формирования бесприпусковых заготовок по перу для лопаток первых ступеней турбины; со сложными пространственными поверхностями из труднообрабатываемых материалов, полученных горячим деформированием материалов в условиях сверхпластичности; лопаток с высокой точностью профиля пера для различных ступеней компрессора с использованием высокоскоростной штамповки; лопаток горячей и холодной вальцовки; штамповкой в закрытых штампах; колец больших диаметров с малой толщиной стенки раскаткой при непрерывном нагреве зоны раскатки токами высокой частоты; близких к форме готовой детали с использованием эффекта сверхтекучести материала; методами порошковой и гранульной технологий.
2. Создание
новых и совершенствование традиционных
методов
обработки
заготовок:
лазерной обработки деталей из труднообрабатываемых материалов, имеющих ажурную тонкостенную конструкцию высокой точности; высокоточной сварки заготовок из тонколистовых материалов для крупногабаритных конструкций; электрохимической обработки (ЭХО) материалов при формировании сложных пространственных профилей заготовок; электроискровой (ЭИ) и электроимпульсной (ЭИМ) обработки для получения отверстий малого диаметра в жаропрочных титановых сплавах; ультразвуковой обработки для интенсификации процесса резания металлов при точении, шлифовании, нарезании резьб, а также в процессе сборки и контроля качества продукции; деформационно-упрочняющей обработки поверхностей деталей.
3. Использование
и создание нового оборудования и
оснастки
для
производства деталей современных ГТД:
многоцелевого оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ); гаммы станков для ЭХО-, ЭИ-, ЭИМ-методов обработки заготовок; универсально-сборных приспособлений (УСП) - установочных кассет для ориентирования заготовок в технологической системе.
4. Создание
и применение высокоточных методов
контроля и
устройств
геометрических
параметров деталей, качества
поверхностей,
качества
материала и элементов соединения
сборочных единиц; оптико-электронных
бесконтактных устройств с приборами с
зарядной связью (ПЗС) для контроля и
хранения в памяти ЭВМ фактических
значений параметров деталей и сборочных
единиц; лазерных установок
для контроля труднодоступных и
высокоточных элементов деталей и
сборочных единиц; универсальных
и специализированных координатно-измерительных
машин (КИМ) с ЧПУ;
неразрушающих методов
контроля для оценки качества материала
и соединений;
контрольно-измерительных
электронных головок для контроля
качества заготовок и
управления технологическим процессом
и т.д.
5. Развитие технологий по созданию термостойких и термобарьерных покрытий деталей высоконагруженного тракта ГТД:
плазменного напыления многослойных покрытий; электронно-лучевой технологии при создании термостойких покрытий; вакуумно-плазменного напыления многослойных покрытий; термического упрочнения многослойного керамического покрытия и т.д.
Таким образом, большое значение в решении проблемы обеспечения ресурса и надежности авиационных ГТД, а также создания двигателей новых поколений имеет разработка, совершенствование и создание новых технологических процессов, методов обработки деталей и оборудования, которые повышают не только производительность, но и качество изготовления.
Появление современных типов и модификаций авиационных двигателей непрерывно сопровождается новыми конструкторскими решениями, влекущими за собой технологические трудности. Для их своевременного преодоления и сокращения разрыва между «идеальной», с точки зрения конструкции, и «реальной», с точки зрения технологии изготовления детали, необходимо активно внедрять в производство прогрессивные методы механической и отделочно-упрочняющей обработки.
Литература
1. Демин Ф. И., Проничев Н. Д., Шитарев И. Л. Технология изготовления основных деталей газотурбинных двигателей: Учеб. пособие. — М.: Машиностроение. 2002. — 328 с.; ил.
2. Богуслаев
В. А., Яценко В.К., Притченко В.Ф.
Технологическое обеспечение и
прогнозирование несущей способности
деталей ГТД. -К.: Издательская фирма
«Манускрипт»,1993.-332с.
3. Богуслаев В.А.,
Яценко В.К., Жеманюк П.Д., Пухальская
Г.В., Павленко Д.В., Бень В.П.
Отделочно-упрочняющая обработка деталей
ГТД – Запорожье, изд. ОАО «МоторСич»,
2005 г. – 559 с.
4. Скубачевский Г. С.
Авиационные газотурбинные двигатели:
Учебник для студентов авиационных
вузов. М.: Машиностроение, 1969—544 с.
5.
http://www.nfmz.ru/lopatki.htm
ОАО «Наро-Фоминский машиностроительный
завод» Компрессорные лопатки ГТД
6.
http://www.nfmz.ru/lopatki.htm
Д.т.н.
Юрий Елисеев, генеральный директор ФНПЦ
ММПП "Салют", Перспективные
технологии производства лопаток ГТД
Похожие страницы:
Анализ современного состояния и развития внешнеэкономических связей России
Реферат >> Экономика... работы является анализ современного состояния и развития ... применения прогрессивных технологических процессов и новых ... свидетельствуют также структурные сдвиги в ... на изготовление магнитных ... и прогрессивного программного обеспечения. Применение в рыночных ...Учет и анализ финансового состояния на примере "Бурятского союза потребительских обществ"
Дипломная работа >> Финансовые науки... для изготовления продукции ... структурно- ... и современных технологических процессов. Опыт ... обеспеченность собственным капиталом, финансовое состояние предприятий – дебиторов и другие. Анализ финансового состояния ... для финансового анализа современного состояния и ...Мировое хозяйство современное состояние, закономерности и тенденции развития
Реферат >> Экономика... экономической системе, анализ современного состояния экономики в развивающихся ... элементов; структурность; иерархичность; ... металлов, изготовление орудий труда ... звеньями единых технологических процессов. Решающую ... производства; – обеспечения занятости, подготовки ...Анализ финансового состояния и организация бухгалтерского учета на предприятии
Реферат >> Бухгалтерский учет и аудит... . В теории анализа финансового состояния организации были рассмотрены: значение, цели, направления анализа в современных условиях экономического ...Современное состояние и пути совершенствования организации маркетинга в ОАО ЧЕТРА Промышленные машины
Реферат >> МаркетингСовременное состояние ... производственно - технологическим процессом, определены потребный ... обеспечения плана продаж и загрузки производства. Анализ ... ; - монопольность изготовления деталей; - ... эффективности учета основными структурными подразделениями мнений ...