Ilmselt teavad kõik, et kuidas hiinlased ka ei pingutaks, ei suuda nad tänapäevaseid reaktiivmootoreid kopeerida. Kõik. kopeerisid mis suutsid ja said omale SUSHKA, aga mootor tuleb ikka Vene Föderatsioonist osta. Lugesin just ViMe artiklit: http://www.warandpeace.ru/ru/news/view/74298/ "Hiina ei suuda ikka veel kaasaegset reaktiivmootorit kopeerida." Veelgi enam, ma saan aru, et on olemas ülimoodsad tehnoloogiad, arendused, matemaatika jne jne jne... Aga selleks, et täpsemalt aru saada, mis siin tegelikult toimub, soovitan lugeda järgmist artiklit.

MOOTORID JA MATERJALID

Iga soojusmasina võimsuse määrab töövedeliku temperatuur - reaktiivmootori puhul on see põlemiskambritest voolava gaasi temperatuur. Mida kõrgem on gaasi temperatuur, seda võimsam on mootor, seda suurem on selle tõukejõud, seda suurem on kasutegur ja paremad kaaluomadused. Gaasiturbiinmootor sisaldab õhukompressorit. Seda paneb pöörlema ​​samal võllil istuv gaasiturbiin. Kompressor surub atmosfääriõhu 6-7 atmosfäärini kokku ja suunab selle põlemiskambritesse, kuhu süstitakse kütust – petrooleumi. Kambritest voolav kuuma gaasi - petrooleumi põlemisproduktide - vool paneb turbiini pöörlema ​​ja läbi düüsi välja lennates tekitab reaktiivtõukejõu ja liigutab lennukit. Põlemiskambrites tekkivad kõrged temperatuurid nõudsid uute tehnoloogiate loomist ja uute materjalide kasutamist ühe kriitilisema mootorielemendi - gaasiturbiini staatori ja rootori labade - ehitamiseks. Need peavad vastu pidama tohututele temperatuuridele mitu tundi, kaotamata mehaanilist tugevust, mille juures paljud terased ja sulamid juba sulavad. Esiteks puudutab see turbiini labasid – need tajuvad üle 1600 K temperatuurini kuumutatud kuumade gaaside voolu. Teoreetiliselt võib gaasi temperatuur turbiini ees ulatuda 2200 K-ni (1927 o C). Reaktiivlennunduse sünni ajal – vahetult pärast sõda – meie riigis ei eksisteerinud materjale, millest oli võimalik valmistada pikki mehaanilisi koormusi taluvaid terasid.
Varsti pärast Suure lõppu Isamaasõda VIAM-i spetsiaalne labor alustas tööd turbiinilabade tootmiseks kasutatavate sulamite loomisel. Seda juhtis Sergei Timofejevitš Kiškin.

INGLISMAALE METALLIL

Esimese kodumaise turboreaktiivmootori disaini lõi Leningradis lennukimootori disainer Arkhip Mihhailovitš Lyulka juba enne sõda. 1930. aastate lõpus ta represseeriti, kuid ilmselt arreteerimist aimates õnnestus tal mootorijoonised instituudi õuele maha matta. Sõja ajal sai riigi juhtkond teada, et sakslased on juba reaktiivlennukeid loonud (esimene turboreaktiivmootoriga lennuk oli sakslaste Heinkel He-178, mis konstrueeriti 1939. aastal lendava laborina; esimene tootmislahingulennuk oli kahemootoriline Messerschmitt Me-262 Seejärel kutsus Stalin välja L. P. Beria, kes jälgis uusi sõjalisi arenguid ja nõudis meie riigis reaktiivmootorite kallal töötavate inimeste leidmist. A. M. Ljulka vabastati kiiresti ja andis talle ruumid Moskvas Galuškina tänaval esimese projekteerimisbüroo jaoks. reaktiivmootorid.Arkhip Mihhailovitš leidis ja kaevas ta joonised välja aga mootor tema konstruktsiooni järgi ei saanudki kohe välja.Siis võtsid nad lihtsalt brittidelt ostetud turboreaktiivmootori ja kordasid seda ükshaaval.Aga asi taandus materjalidele mis polnud Nõukogude Liidus saadaval, aga olid saadaval Inglismaal ja nende koosseis oli muidugi salastatud, kuid siiski õnnestus see lahti mõtestada.
Saabunud Inglismaale, et tutvuda mootorite tootmisega, ilmus S. T. Kishkin kõikjale, jalas paksu mikropoorse tallaga saapad. Ja olles ringkäigul külastanud tehast, kus turbiinilabasid töödeldi, astus ta masina lähedal justkui kogemata osalt maha kukkunud laastudele. Metallitükk paiskus vastu pehmet kummi, jäi sellesse kinni ning võeti seejärel sealt välja ja tehti Moskvas põhjalik analüüs. Inglise metalli analüüsi tulemused ja VIAM-is läbi viidud ulatuslikud ettevõttesisesed uuringud võimaldasid luua esimesed kuumakindlad niklisulamid turbiinilabadele ja mis kõige tähtsam, arendada välja nende ehituse ja tootmise teooria alused. .

Leiti, et selliste sulamite kuumakindluse peamiseks kandjaks on Ni3Al ühendil põhinevad intermetallilise faasi submikroskoopilised osakesed. Esimestest kuumakindlatest niklisulamitest valmistatud labad võisid töötada kaua, kui gaasi temperatuur turbiini ees ei ületanud 900-1000 K.

TEMBRIMISE ASEMEL VALAMINE

Esimeste mootorite labad tembeldati sulamist vardaks valatud kujule, mis meenutas ähmaselt valmistoodet ning seejärel töödeldi neid hoolikalt ja vaevaliselt. Kuid siin tekkis ootamatu raskus: materjali töötemperatuuri tõstmiseks lisati sellele legeerivad elemendid - volfram, molübdeen, nioobium. Kuid nad muutsid sulami nii kõvaks, et selle tembeldamine muutus võimatuks – seda ei saanud kuumadeformatsioonimeetoditega vormida.
Siis soovitas Kiškin terad valada. Mootorikonstruktorid olid nördinud: esiteks, pärast valamist tuleb tera ikkagi masinatel töödelda ja mis peamine, kuidas saab valatud tera mootorisse paigaldada? Stantsitud terade metall on väga tihe, selle tugevus on kõrge, kuid valumetall jääb kobedamaks ja ilmselgelt vähem vastupidavaks kui stantsitud metall. Kuid Kishkin suutis skeptikuid veenda ja VIAM lõi spetsiaalsed kuumakindlad sulamid ja tera valamise tehnoloogia. Viidi läbi katsed, mille järel hakati peaaegu kõiki lennunduse turboreaktiivmootoreid tootma valatud turbiinilabadega.
Esimesed terad olid tugevad ega pidanud kaua vastu kõrgeid temperatuure. Nende jaoks oli vaja luua jahutussüsteem. Selleks otsustasid nad teha labadesse pikisuunalised kanalid, mis annavad kompressorist jahutusõhku. See idee ei olnud nii kuum: mida rohkem kompressorist õhku jahutamiseks kasutatakse, seda vähem läheb seda põlemiskambritesse. Aga polnud kuhugi minna – turbiiniressurssi tuleb iga hinna eest suurendada.

Nad hakkasid kujundama labasid, millel oli mitu läbiva jahutuskanalit, mis paiknesid piki tera telge. Peagi selgus aga, et see konstruktsioon oli ebaefektiivne: õhk voolab läbi kanali liiga kiiresti, jahutatava pinna pindala on väike ja soojust ei eemaldata piisavalt. Nad püüdsid muuta tera sisemise õõnsuse konfiguratsiooni, sisestades sinna deflektori, mis õhuvoolu kõrvale suunab ja edasi lükkab, või muuta kanalid keerukama kujuga. Mingil hetkel haaras lennukimootorite spetsialiste ahvatlev idee – luua üleni keraamiline tera: keraamika talub väga kõrgeid temperatuure ega vaja jahutamist. Sellest on möödas peaaegu viiskümmend aastat, kuid siiani pole maailmas keegi keraamiliste labadega mootorit valmistanud, kuigi katsed jätkuvad.

KUIDAS VALMIS TERA VALMISTADA

Turbiini labade valmistamise tehnoloogiat nimetatakse vahavaluks. Kõigepealt valmistatakse tulevase tera vahamudel, valades selle vormi, millesse tulevaste jahutuskanalite asemele asetatakse esmalt kvartssilindrid (hiljem hakati kasutama muid materjale). Mudel on kaetud vedela keraamilise massiga. Pärast kuivamist sulatatakse vaha kuuma veega ja keraamiline mass põletatakse. Tulemuseks on vorm, mis talub sulametalli temperatuuri 1450–1500 o C, olenevalt sulami klassist. Vormi valatakse metall, mis kõvastub valmis tera kujul, kuid sees olevate kanalite asemel on kvartsvardad. Vardad eemaldatakse vesinikfluoriidhappes lahustamisega. Seda toimingut teeb hermeetiliselt suletud ruumis õhuvarustusvoolikuga skafandris töötaja. Tehnoloogia on ebamugav, ohtlik ja kahjulik.
Selle toimingu kõrvaldamiseks alustas VIAM varraste valmistamist alumiiniumoksiidist, lisades 10–15% ränioksiidi, mis lahustub leelises. Terade materjal ei reageeri leelisega ja ülejäänud alumiiniumoksiid eemaldatakse tugeva veejoaga.
IN Igapäevane elu Oleme harjunud valatud tooteid pidama väga karedaks ja karedaks. Kuid meil õnnestus valida sellised keraamilised kompositsioonid, et nende kuju on täiesti sile ja valamine ei vaja peaaegu mingit mehaanilist töötlemist. See lihtsustab oluliselt tööd: terad on väga keerulise kujuga ja neid pole lihtne töödelda.
Uued materjalid nõudsid uusi tehnoloogiaid. Ükskõik kui mugav oli ränioksiidi lisamine varda materjalile, tuli sellest loobuda. Alumiiniumoksiidi Al 2 O 3 sulamistemperatuur on 2050 o C ja ränioksiidil SiO 2 vaid ca 1700 o C ning uued kuumakindlad sulamid hävitasid vardad juba valamise käigus.
Alumiiniumoksiidvormi tugevuse säilitamiseks põletatakse seda temperatuuril, mis on kõrgem kui sellesse valatava vedela metalli temperatuur. Lisaks ei tohiks valamisel muutuda vormi sisegeomeetria: labade seinad on väga õhukesed ja mõõtmed peavad täpselt vastama arvutatutele. Sellepärast lubatud väärtus hallituse kokkutõmbumine ei tohiks ületada 1%.

MIKS ME KEELDUSIME TEMPLEERITUD TERADEST

Nagu juba mainitud, tuli pärast tembeldamist tera töödelda. Sel juhul läks 90% metallist laastudeks. Ülesanne püstitati: luua selline täppisvalutehnoloogia, mis toodaks koheselt etteantud teraprofiili ning valmistoode vajaks vaid poleerimist ja kuumakaitsekatte pealekandmist. Mitte vähem oluline pole tera korpuses moodustuv struktuur, mis täidab selle jahutamise ülesannet.
Seega on väga oluline valmistada tera, mis jahutab tõhusalt ilma töögaasi temperatuuri alandamata ja millel on kõrge pikaajaline tugevus. See probleem lahendati tera korpuses olevate kanalite ja selle väljalaskeavade paigutamisega nii, et tera ümber tekkis õhuke õhukile. Sel juhul tapavad nad kaks kärbest ühe hoobiga: kuumad gaasid ei puutu kokku tera materjaliga ning seetõttu ei soojenda seda ega jahuta ennast.
Siin on mõningane analoogia kosmoseraketi termilise kaitsega. Kui rakett suurel kiirusel atmosfääri tihedatesse kihtidesse siseneb, hakkab lõhkepead kattev nn ohvrikate aurustuma ja põlema. See võtab peamise soojusvoo ja selle põlemisproduktid moodustavad omamoodi kaitsepadja. Samal põhimõttel on ka turbiini laba konstruktsioon, ohverdava katte asemel kasutatakse ainult õhku. Tõsi, terasid tuleb kaitsta ka erosiooni ja korrosiooni eest.

Tera valmistamise protseduur on järgmine. Esiteks luuakse niklisulam mehaanilise tugevuse ja kuumakindluse kindlaksmääratud parameetritega, mille jaoks lisatakse niklist legeerivaid lisandeid: 6% alumiiniumi, 6-10% volframi, tantaali, reeniumi ja veidi ruteeniumi. Need võimaldavad teil saavutada valatud niklipõhiste sulamite maksimaalset kõrget temperatuuri (on ahvatlev seda veelgi suurendada, kasutades rohkem reeniumi, kuid see on meeletult kallis). Nioobiumsilitsiidi kasutamist peetakse paljulubavaks suunaks, kuid see on kauge tuleviku küsimus.
Kuid sulam valatakse vormi temperatuuril 1450 o C ja jahtub koos sellega. Jahutusmetall kristalliseerub, moodustades üksikud võrdsed, st igas suunas ligikaudu ühesuurused terad. Terad ise võivad olla suured või väikesed. Need ei kleepu usaldusväärselt ning tööterad hävisid piki terapiire ja purunesid tükkideks. Ükski tera ei kestnud kauem kui 50 tundi. Seejärel tegime ettepaneku lisada valuvormi materjali modifikaator - koobalt-aluminaadi kristallid. Need toimivad keskustena, kristallisatsioonituumadena, kiirendades tera moodustumise protsessi. Terad on ühtlased ja väikesed. Uued terad hakkasid töötama 500 tundi. See tehnoloogia, mille töötas välja E. N. Kablov, töötab endiselt ja töötab hästi. Ja meie VIAMis toodame tonni koobaltaluminaati ja tarnime seda tehastele.
Reaktiivmootorite võimsus kasvas, gaasijoa temperatuur ja rõhk tõusid. Ja sai selgeks, et tera metalli mitmeteraline struktuur ei saa uutes tingimustes töötada. Vaja oli muid ideid. Need leiti ja toodi lavale tehnoloogia areng ja sai tuntuks kui suundkristallisatsioon. See tähendab, et metall ei moodusta tahkumisel mitte võrdseteljelisi terasid, vaid pikki sambakujulisi kristalle, mis on piki tera telge piklikud. Sellise struktuuriga tera peab väga hästi vastu murdumisele. Kohe meenub vana tähendamissõna luudast, mida ei saa murda, kuigi kõik selle üksikud oksad murduvad ilma raskusteta.

KUIDAS SUUNATUD KRISTALLISEERIMINE TEKITAKSE

Tagamaks, et aeru moodustavad kristallid korralikult kasvaksid, eemaldatakse sulametalli sisaldav vorm aeglaselt kuumutustsoonist. Sel juhul seisab vedela metalliga vorm massiivsel veega jahutatud vaskkettal. Kristallide kasv algab alt ja kulgeb üles kiirusega, mis on peaaegu võrdne kiirusega, millega vorm küttekehast väljub. Suunatud kristallisatsiooni tehnoloogia loomisel oli vaja mõõta ja arvutada paljusid parameetreid - kristalliseerumise kiirust, küttekeha temperatuuri, temperatuuri gradienti kerise ja külmiku vahel jne. hallituse liikumine, et sambakujulised kristallid kasvaksid kogu tera pikkuses. Kui kõik need tingimused on täidetud, kasvab tera ristlõike iga ruutsentimeetri kohta 5-7 pikka sammaskristalli. See tehnoloogia on võimaldanud luua uue põlvkonna lennukimootoreid. Kuid me läksime veelgi kaugemale.
Olles uurinud kasvanud sammaskristalle röntgenimeetodite abil, mõistsime, et kogu tera saab valmistada ühest kristallist, millel ei ole teradevahelisi piire - struktuuri nõrgimaid elemente, mida mööda hävitamine algab. Selleks valmistasid nad seemne, mis võimaldas ainult ühel kristallil kasvada antud suunas (sellise seemne kristallograafiline valem on 0-0-1; see tähendab, et Z-telje suunas kristall kasvab ja X-Y suund- Ei). Seeme pandi vormi alumisse ossa ja metall valati, jahutades seda intensiivselt altpoolt. Kasvav monokristall võttis tera kuju.
Ameerika insenerid kasutasid jahutamiseks vesijahutusega vase kristallisaatorit. Ja pärast mitmeid katseid asendasime selle sula tina vanniga temperatuuril 600-700 K. See võimaldas täpsemalt valida vajaliku temperatuurigradienti ja saada kvaliteetseid tooteid. VIAM ehitas vannidega paigaldised ühekristalliliste labade kasvatamiseks – väga arenenud arvutijuhtimisega masinad.
1990. aastatel, kui NSV Liit lagunes, jäid Nõukogude lennukid, peamiselt hävitajad MiG, Ida-Saksamaale. Nende mootoritel olid meie toodetud labad. Terade metalli uurisid ameeriklased, misjärel tulid üsna pea nende spetsialistid VIAM-i ja palusid näidata, kes ja kuidas selle lõi. Selgus, et neile anti ülesanne valmistada meetripikkused monokristallilised labad, mida nad lahendada ei suutnud. Projekteerisime jõuturbiinide suurte labade suure gradiendiga valamise tehase ja proovisime pakkuda oma tehnoloogiat Venemaa Gazpromile ja RAO UES-ile, kuid nad ei näidanud üles huvi. Sellegipoolest on meil juba peaaegu valmis tööstuspaigaldis meetripikkuste labade valamiseks ja püüame veenda nende ettevõtete juhtkonda selle rakendamise vajalikkuses.

Muide, energiasektori turbiinid on veel üks huvitav probleem, mida VIAM lahendas. Oma kasutusea lõppu jõudnud lennukimootoreid hakati kasutama gaasitorude kompressorjaamades ja naftatorupumpasid toitavates elektrijaamades. Nüüd on muutunud kiireloomuliseks nende vajaduste jaoks spetsiaalsete mootorite loomine, mis töötaksid palju madalamatel temperatuuridel ja töögaasi rõhul, kuid palju kauem. Kui lennukimootori kasutusiga on umbes 500 tundi, siis nafta- ja gaasijuhtme turbiinid peaksid töötama 20-50 tuhat tundi. Üks esimesi, kes nendega tööd alustas, oli Samara disainibüroo Nikolai Dmitrijevitš Kuznetsovi juhtimisel.

KUUMUSKILDAVAD SULMID

Monokristalliline tera ei kasva tahkeks – selle sees on keerulise kujuga õõnsus jahutamiseks. Koos CIAM-iga oleme välja töötanud õõnsuse konfiguratsiooni, mis tagab jahutuse efektiivsuse koefitsiendi (tera metalli ja töögaasi temperatuuride suhe) 0,8, mis on peaaegu poolteist korda kõrgem kui seeriatoodetel.

Need on terad, mida pakume uue põlvkonna mootoritele. Nüüd küünib gaasi temperatuur turbiini ees vaevalt 1950 K-ni ja uutel mootoritel 2000-2200 K. Nende jaoks oleme juba välja töötanud kõrge kuumuskindlad sulamid, mis sisaldavad kuni viisteist perioodilisuse tabeli elementi, sealhulgas reenium ja ruteenium ning kuumuskaitsekatted, mille hulka kuuluvad niklit, kroomi, alumiiniumi ja ütriumi ning tulevikus - ütriumoksiidiga stabiliseeritud tsirkooniumoksiidist valmistatud keraamikat.

Esimese põlvkonna sulamid sisaldasid väikeses koguses süsinikku titaan- või tantaalkarbiidide kujul. Karbiidid paiknevad piki kristallide piire ja vähendavad sulami tugevust. Vabanesime karbiidist ja asendasime selle reeniumiga, suurendades selle kontsentratsiooni 3%-lt esimestes proovides 12%-le viimastes. Meie riigis on vähe reeniumivarusid; Kasahstanis on maardlaid, kuid pärast Nõukogude Liidu lagunemist ostsid ameeriklased selle täielikult üles; Alles jääb Iturupi saar, millele jaapanlased pretendeerivad. Aga ruteeniumi on meil palju ja uutes sulamites oleme sellega edukalt asendanud reeniumi.
VIAM-i ainulaadsus seisneb selles, et suudame välja töötada sulamid, nende valmistamise tehnoloogia ja valmistoote valamise meetodi. Kõigi VIAM-i töötajate töö ja teadmised on kõigisse teradesse pandud tohutult.

tehnikateaduste kandidaat I. DEMONIS, asetäitja peadirektor VIAM

Gaasiturbiinimootorite labade tootmine on lennukimootorite tootmises erilisel kohal, mille määravad mitmed tegurid, millest peamised on:

labade sulgede ja varre keeruline geomeetriline kuju;

kõrge tootmise täpsus;

kallite ja nappide materjalide kasutamine terade valmistamiseks;

terade masstootmine;

varustus tehnoloogiline protsess terade tootmine kallite spetsiaalsete seadmete abil;

kogu tootmise keerukus.

Kompressor ja turbiini labad on gaasiturbiinmootorite kõige levinumad osad. Nende arv ühes mootorikomplektis ulatub 3000-ni ning valmistamise töömahukus moodustab 25...35% mootori kogu töömahukusest.

Tera sulel on laiendatud kompleksne ruumiline kuju

Pliiatsi tööosa pikkus on 30-500 mm muutuva profiiliga ristlõigetes piki telge. Need sektsioonid on rangelt orienteeritud põhikonstruktsiooni tasapinna ja lukustusosa profiili suhtes. IN ristlõiked täpsustatakse punktide arvutatud väärtused, mis määratlevad tera selja ja süvendi profiili koordinaatsüsteemis. Nende koordinaatide väärtused on esitatud tabelina. Ristlõikeid pööratakse üksteise suhtes ja need tekitavad tera sulgede keerdumise.

Laba tiivaprofiili täpsuse koordinaatsüsteemis määrab lubatud kõrvalekalle tiivaprofiili iga punkti määratud nimiväärtustest. Näites on see 0,5 mm; pliiatsi keeramise nurgaviga ei tohiks ületada 20 '.

Sule paksusel on väikesed väärtused, kompressorisse voolava õhu sisse- ja väljalaskeava juures varieerub see erinevate sektsioonide puhul 1,45 mm kuni 2,5 mm. Sel juhul jääb paksuse tolerants vahemikku 0,2–0,1 mm. Kõrgeid nõudeid esitatakse ka üleminekuraadiuse moodustamisele tera tiibade sisse- ja väljalaskeava juures. Raadius varieerub vahemikus 0,5 mm kuni 0,8 mm.

Tera profiili karedus ei tohi olla väiksem kui 0,32 µm.

Terasulgede keskosas on keerulise profiiliga tugisidemeriiulid. Need äärikud täidavad labade abikonstruktsioonipindade rolli ning nende tugipindadele kantakse volframkarbiidist ja titaankarbiidist karbiidkatted. Keskmised sidemeriiulid, ühendudes üksteisega, loovad kompressori rootori esimeses rattas ühe tugirõnga.

Tera alumises osas on lukustusäärik, millel on keeruline ruumiline kuju ja muudetavate sektsiooniparameetritega. Labade alumised äärikud loovad kompressorirattas suletud ahela ja tagavad kompressorile sujuva õhu juurdevoolu. Nende riiulite vahet muudetakse 0,1...0,2 mm piires. Tera sule ülaosas on vormitud pind, mille generatriks paikneb täpselt luku profiili ja tera tera sisselaskeserva suhtes. Terade tippude ja kompressori staatori ratta korpuse vaheline vahe sõltub selle profiili täpsusest.

Vankri äärikute ja luku tera tera tööprofiili töödeldakse kõvenemise meetoditega, et tekitada vormipindadele survepingeid. Kõrgeid nõudmisi esitatakse ka terapindade seisukorrale, millel praod, põletused ja muud tootmisdefektid ei ole lubatud.

Tera materjal kuulub teise kontrollrühma, mis näeb ette iga tera põhjaliku kvaliteedikontrolli. Terade partii jaoks valmistatakse ka spetsiaalne proov, mis läbib laboratoorse analüüsi. Nõuded kompressori labade kvaliteedile on väga kõrged.

Selliste osade esialgsete toorikute saamise meetodid ning traditsiooniliste ja spetsiaalsete meetodite kasutamine edasiseks töötlemiseks määravad toodangu kvaliteedi ja tootmise majanduslikud näitajad. Esialgsed kompressori labade toorikud saadakse stantsimise teel. Sel juhul on võimalik saada suurema täpsusega toorikuid, millel on väikesed töötlusvarud. Allpool käsitleme kompressori labade valmistamise tehnoloogilist protsessi, mille esialgne toorik saadakse standardse täpsusega kuumstantsimise teel. Sellise tooriku loomisel leiti viisid, mis vähendavad tootmise töömahukust ja saavutavad loetletud kompressori labade kvaliteedinäitajad.

Tehnoloogilise protsessi väljatöötamisel püstitati järgmised ülesanded:

Esialgse tooriku valmistamine kuumstantsimise teel minimaalse varuga piki tera tera.

Tehnoloogiliste eeliste loomine tooriku orienteerimiseks ja usaldusväärseks kinnitamiseks tehnoloogilises süsteemis.

Tehnoloogiliste seadmete väljatöötamine ja algse tooriku orienteerimise meetodi rakendamine tehnoloogilises süsteemis tera aerodroomi profiili suhtes, et jaotada (optimeerida) varu erinevatel töötlusetappidel.

CNC-masina kasutamine keeruliste kontuuride töötlemiseks freesimistöödel.

Pindade kvaliteedi tagamiseks kasutatakse viimistlusmeetodeid, nagu lihvimine ja poleerimine.

Kvaliteedikontrollisüsteemi loomine toimingute läbiviimiseks tootmise peamistes etappides.

Terade valmistamise marsruudi tehnoloogia. Tembeldamine ja kõik sellega seotud toimingud tehakse tavalise täpsusega kuumstantsimistehnoloogiat kasutades. Töötlemine toimub vändapressidel vastavalt tehnilistele nõuetele. Stantsimiskalded on 7...10°. Stantsipindade üleminekuraadiused on tehtud R=4mm piires. Horisontaalsete ja vertikaalsete mõõtmete tolerantsid vastavalt IT-15-le. Lubatud nihe piki stantside eraldusjoont ei ole suurem kui 2 mm. Originaaltooriku sulg allutatakse profiilvaltsimisele. Välgujäljed kogu töödeldava detaili kontuuri ulatuses ei tohi ületada 1 mm.

Kompressorilabad on üks kriitilisemaid ja masstoodetumaid mootoritooteid ning nende kasutusiga mitmest tunnist mitmekümne tuhande tunnini kogevad mitmesuguseid dünaamiliste ja staatiliste pingete ning abrasiivset ainet sisaldavat kõrge temperatuuriga gaasivoolu mõju. osakesed, samuti keskkonna ja põlemiskütuse oksüdatiivsed saadused. Tuleb märkida, et olenevalt geograafilisest töökohast ja mootori töörežiimist on temperatuur selle teekonnal vahemikus -50...-40 C° kuni

700…800 C° kompressoris. Titaanisulameid (VT22, VT3-1, VT6, VT8, VT33), kuumuskindlaid teraseid (EN961 Ш, EP517Ш) kasutatakse kaasaegsete gaasiturbiinmootorite kompressori labade konstruktsioonimaterjalina ja niklipõhiseid sulameid valavate turbiinilabadena ( ZhS6U, ZhS32) .

Sõjalennukite mootorite käitamise ja remondi kogemused näitavad, et määratud ressursi tagamine 500-1500 tundi sõltub suuresti kompressori ja turbiini rootori labade kahjustuse tasemest. Pealegi on see enamikul juhtudel seotud täkete, väsimus- ja termilise väsimuspragude, täppide ja gaasikorrosiooni ning erosioonikulumisega.

4. etapi labade vastupidavuspiiri langus 20*10 6 tsükli põhjal on 30% (480 MPa-lt defektideta teradele, 340 MPa-le parandusterade puhul), maksimaalne pinge parandatud 4. etapi labadel, kuigi väheneb, on siiski. ületab oluliselt lõiketerade servade pinget ilma täkketa. Kompressori rootori labadel olevad täkked põhjustavad uute labade väsimustugevuse märkimisväärset kaotust. Märkimisväärne hulk lõiketerasid lükatakse tagasi ja kaob pöördumatult, kuna neil on täkkeid, mis ületavad remonditolerantsi piiri. Suhteliselt väikese kaaluga titaanist konstruktsioonidel on kõrge korrosioonikindlus, head mehaanilised omadused ja ilus välimus.

"Turbiini" teema on nii keeruline kui ka lai. Seetõttu pole selle täielikust avalikustamisest muidugi vaja rääkida. Tegeleme, nagu alati, "üldise tutvuse" ja "individuaalsete huvitavate punktidega" ...

Pealegi on lennukiturbiini ajalugu võrreldes turbiini ajalooga üldiselt väga lühike. See tähendab, et ei saa läbi ka mingisuguse teoreetilise ja ajaloolise ekskursita, mille sisu enamjaolt ei puuduta lennundust, vaid on aluseks loole gaasiturbiini kasutamisest lennukimootorites.

Suminast ja mürinast...

Alustame pisut ebatavaliselt ja pidage meeles "". See on üsna levinud fraas, mida tavaliselt kasutavad kogenematud autorid meedias võimsate lennukite töö kirjeldamisel. Siia saate lisada samade "lennukite turbiinide" jaoks "müra, vile" ja muud valjuhäälsed määratlused.

Paljudele tuttavad sõnad. Kuid inimesed, kes mõistavad, teavad hästi, et tegelikult iseloomustavad kõik need "heli" epiteedid kõige sagedamini reaktiivmootorite kui terviku või selle osade tööd, millel on turbiinide kui sellistega väga vähe pistmist (välja arvatud muidugi vastastikust mõju nende ühisel kasutamisel turboreaktiivmootori üldises tsüklis).

Veelgi enam, turboreaktiivmootoris (need on kiitvate arvustuste objektid) kui otsereaktsiooniga mootoris, mis tekitab gaasijoa reaktsiooni abil tõukejõudu, on turbiin vaid osa sellest ja on pigem kaudselt seotud "müriseva mürinaga". ”.

Ja nendel mootoritel, kus see üksusena mingil moel domineerivat rolli mängib (need on kaudse reaktsiooni mootorid ja neid ei kutsuta asjata gaasiturbiin), ei ole heli enam nii muljetavaldav või tekitavad selle lennuki elektrijaama täiesti erinevad osad, näiteks propeller.

See tähendab, et ei ümise ega mürise, kui sellist lennuki turbiin tegelikult ei kohaldata. Kuid vaatamata sellisele ebatõhususele on see kaasaegse turboreaktiivmootori (GTE) keeruline ja väga oluline seade, mis sageli määrab selle peamise jõudlusomadused. Definitsiooni järgi ei saa ükski gaasiturbiinmootor hakkama ilma turbiinita.

Seetõttu ei räägi vestlus muidugi muljetavaldavatest helidest ja vene keele määratluste ebaõigest kasutamisest, vaid huvitavast üksusest ja selle seosest lennundusega, ehkki see pole kaugeltki ainus selle rakendusvaldkond. Kuidas tehniline seade Turbiin ilmus ammu enne “lennuki” (või lennuki) kontseptsiooni ja veelgi enam selle jaoks mõeldud gaasiturbiinmootorit.

Ajalugu + natuke teooriat...

Ja isegi väga pikka aega. Alates mehhanismide leiutamisest, mis muudavad loodusjõudude energia kasulikuks tegevuseks. Kõige lihtsamad selles osas ja seetõttu ühed esimestest ilmusid nn pöörlevad mootorid.

See määratlus ise ilmus muidugi alles meie päevil. Kuid selle tähendus määrab täpselt mootori lihtsuse. Looduslik energia muundatakse otse, ilma vaheseadmeteta, sellise mootori peamise jõuelemendi - võlli - pöörleva liikumise mehaaniliseks jõuks.

Turbiin– rootormootori tüüpiline esindaja. Tulevikku vaadates võib öelda, et näiteks kolbmootoris sisepõlemine(ICE) põhielement on kolb. See teostab edasi-tagasi liikumist ja väljundvõlli pöörlemise saavutamiseks peab teil olema täiendav väntmehhanism, mis loomulikult raskendab ja muudab konstruktsiooni raskemaks. Turbiin on selles osas palju tulusam.

Pöörleva sisepõlemismootori jaoks, nagu soojusmootor, mis, muide, on turboreaktiivmootor, kasutatakse tavaliselt nimetust "rootor".

Vesiveski turbiini ratas

Üks tuntumaid ja iidsemaid turbiinide rakendusi on suured mehaanilised veskid, mida inimene on juba ammusest ajast kasutanud mitmesuguste majanduslike vajaduste rahuldamiseks (mitte ainult teravilja jahvatamiseks). Neid koheldakse kui vesi, nii tuul mehhanismid.

Pika iidse ajaloo (esimesed mainimised umbes 2. sajandist eKr) ja keskaja ajaloo jooksul olid need praktiliselt ainsad mehhanismid, mida inimene praktilistel eesmärkidel kasutas. Nende kasutamise võimalus, hoolimata tehniliste asjaolude primitiivsusest, seisnes kasutatava töövedeliku (vesi, õhk) energia muundamise lihtsuses.

Tuuleveski on turbiiniratta näide.

Nendes sisuliselt tõelistes pöörlevates mootorites muudetakse vee- või õhuvoolu energia võlli võimsuseks ja lõpuks kasulikuks tööks. See juhtub siis, kui vool suhtleb tööpindadega, mis on vesiratta labad või tiivad tuuleveski . Mõlemad on tegelikult tänapäevaste labade prototüübid teraga masinad, mis on tänapäeval kasutatavad turbiinid (ja kompressorid, muide ka).

On teada teist tüüpi turbiinid, mille esmakordselt dokumenteeris (ilmselt leiutas) Vana-Kreeka teadlane, mehaanik, matemaatik ja loodusteadlane Heron Alexandriast ( Heron ho Alexandreus,1 1. sajandil pKr) oma traktaadis “Pneumaatika”. Tema kirjeldatud leiutist nimetati aeolipiil , mis tõlkes kreeka keelest tähendab "Aeoluse pall" (tuulejumal, Αἴολος – Aeolus (kreeka keeles), pila - pall (lat.)).

Heroni eolipiil.

Selles oli pall varustatud kahe vastassuunalise düüsitoruga. Düüsidest väljus aur, mis sisenes palli all asuvast boilerist torude kaudu ja põhjustas sellega palli pöörlemise. Toiming on selge allolevalt jooniselt. See oli nn tagurpidi turbiin, mis pöörles auru väljalaskeava vastassuunas. Turbiinid Sellel tüübil on spetsiaalne nimi - reaktiivne (täpsemalt allpool).

Huvitav on see, et Heron ise ei kujutanud peaaegu ette, mis oli tema masina töövedelik. Tol ajastul samastati auru õhuga, sellest annab tunnistust ka nimi, sest Aeolus käsutab tuult ehk õhku.

Aeolipile oli üldiselt täisväärtuslik soojusmasin, mis muutis põlenud kütuse energia võllil mehaaniliseks pöörlemisenergiaks. Võib-olla oli see üks esimesi soojusmootoreid ajaloos. Tõsi, selle kasulikkus oli endiselt "puudulik", kuna leiutis ei teinud kasulikku tööd.

Aeolipile kuulus teiste tol ajal tuntud mehhanismide hulgas nn automaatteatrisse, mis oli järgnevatel sajanditel väga populaarne ja oli tegelikult lihtsalt huvitav mänguasi, mille tulevik oli ebaselge.

Alates selle loomise hetkest ja üldiselt ajastust, mil inimesed kasutasid oma esimestes mehhanismides ainult "iseennast ilmselgelt avalduvaid" loodusjõude (tuulejõudu või langeva vee raskusjõudu) kuni enesekindlate inimeste alguseni. kütuse soojusenergia kasutamine vastloodud soojusmasinates, on möödunud rohkem kui sada aastat.

Esimesed sellised üksused olid aurumasinad. Tõelised töönäidised leiutati ja ehitati Inglismaal alles 17. sajandi lõpupoole ning neid kasutati söekaevandustest vee pumpamiseks. Hiljem ilmusid kolbmehhanismiga aurumasinad.

Seejärel, tehniliste teadmiste arenedes, "tuldi sündmuskohale erineva konstruktsiooniga kolb-sisepõlemismootorid, täiustatud ja kõrgema efektiivsusega mehhanismid". Nad kasutasid juba töövedelikuna gaasi (põlemissaadused) ja ei vajanud selle soojendamiseks mahukaid aurukatlaid.

Turbiinid soojusmasinate põhikomponentidena liikusid ka oma arengus sarnast teed. Ja kuigi ajaloos on mõnda eksemplari eraldi mainitud, ilmusid tähelepanuväärsed ja pealegi dokumenteeritud üksused, sealhulgas patenteeritud, alles 19. sajandi teisel poolel.

Kõik sai alguse paarist...

Just selle töövedeliku kasutamisega töötati välja peaaegu kõik turbiini (hiljem ka gaasiturbiini) kui soojusmasina olulise osa konstrueerimise põhiprintsiibid.

Lavali patenteeritud reaktiivturbiin.

Andeka Rootsi inseneri ja leiutaja arengud on selles osas üsna iseloomulikud. Gustave de Laval(Karl Gustaf Patrick de Laval). Tema toonane uurimistöö oli seotud ideega töötada välja uus piimaseparaator, millel oleks suurem ajami kiirus, mis võiks oluliselt tõsta tootlikkust.

Saavutage kõrgem pöörlemissagedus (rpm), kasutades tol ajal traditsioonilist (tõepoolest ainsat olemasolevat) kolvi aurumootor See polnud võimalik kõige olulisema elemendi – kolvi – suure inertsuse tõttu. Seda mõistes otsustas Laval proovida kolvi kasutamise lõpetada.

Nad ütlevad, et idee ise tekkis tal tööd jälgides liivapritsi masinad. 1883. aastal sai ta selles valdkonnas oma esimese patendi (Inglise patent nr 1622). Patenteeritud seadet kutsuti " Auru ja vee jõul töötav turbiin».

See oli S-kujuline toru, mille otstesse tehti kitsenevad otsikud. Toru paigaldati õõnesvõllile, mille kaudu juhiti düüsidesse auru. Põhimõtteliselt ei erinenud see kõik Aleksandria Heroni aeolipiilist.

Valmistatud seade töötas tolleaegse tehnoloogia jaoks suurte kiirustega üsna usaldusväärselt - 42 000 p / min. Pöörlemiskiirus ulatus 200 m/s. Aga sellisega head parameetrid turbiin oli äärmiselt madal kasutegur. Ja katsed seda olemasoleva tehnoloogiatasemega suurendada ei viinud midagi. Miks see juhtus?

——————-

Natuke teooriat... Natuke täpsemalt funktsioonidest....

Nimetatud kasutegur (tänapäevaste lennukiturbiinide puhul on see nn võimsus ehk efektiivne kasutegur) iseloomustab kulutatud (saadaval) energia kasutamise efektiivsust turbiini võlli ajamiseks. See tähendab, milline osa sellest energiast kulutati kasulikult võlli pööramiseks ja milline osa " läks kanalisatsiooni alla».

See lendas lihtsalt välja. Kirjeldatud turbiini tüübi jaoks, mida nimetatakse reaktiivmootoriks, on see väljend täpselt õige. Selline seade saab võllil pöörleva liikumise väljamineva gaasivoo reaktsioonijõu toimel (või sel juhul paar).

Turbiin kui dünaamilise paisumismasin, erinevalt mahumõõtmismasinatest (kolbmasinad), nõuab oma tööks mitte ainult töövedeliku (gaas, aur) kokkusurumist ja kuumutamist, vaid ka selle kiirendamist. Siin toimub laienemine (erimahu suurenemine) ja rõhu langus kiirenduse tõttu, eriti düüsis. Kolbmootoris toimub see silindrikambri mahu suurenemise tõttu.

Selle tulemusena muutub töövedeliku suur potentsiaalne energia, mis tekkis sellele põletatud kütuse soojusenergia tarnimise tulemusena, kineetiliseks energiaks (miinus muidugi erinevad kaod). Ja kineetiline (reaktiivturbiinis) reaktsioonijõudude kaudu - sisse mehaaniline töö võlli peal.

Ja kasutegur näitab, kui täielikult kineetiline energia antud olukorras mehaaniliseks energiaks muundub. Mida kõrgem see on, seda väiksema kineetilise energiaga vool düüsist väljub keskkond. Seda järelejäänud energiat nimetatakse " kaod koos väljundkiirusega", ja see on otseselt võrdeline väljamineva voolu kiiruse ruuduga (kõik mäletavad ilmselt mС 2/2).

Reaktiivturbiini tööpõhimõte.

Siin me räägime nn absoluutkiiruse C kohta. Osaleb ju väljuv vool või täpsemalt iga selle osake keerulises liikumises: sirgjooneline pluss pöörlemine. Seega on absoluutne kiirus C (fikseeritud koordinaatsüsteemi suhtes) võrdne turbiini pöörlemiskiiruse U ja suhtelise voolukiiruse W (kiirus düüsi suhtes) summaga. Summa on loomulikult vektor, nagu on näidatud joonisel.

Segner ratas.

Minimaalsed kaod (ja maksimaalne efektiivsus) vastavad minimaalne kiirus C, ideaaljuhul peaks see olema võrdne nulliga. Ja see on võimalik ainult siis, kui W ja U on võrdsed (nagu jooniselt näha). Sel juhul nimetatakse perifeerset kiirust (U). optimaalne.

Sellist võrdsust oleks lihtne saavutada hüdroturbiinidel (nt Segneri rattad), kuna nende jaoks mõeldud vedeliku väljavoolu kiirus düüsidest (sarnaselt kiirusega W) on suhteliselt väike.

Kuid see sama kiirus W gaasi või auru puhul on palju suurem vedeliku ja gaasi tiheduse suure erinevuse tõttu. Niisiis, suhteliselt madalal, vaid 5 atm rõhul. hüdroturbiin suudab toota väljalaskekiirust vaid 31 m/s ja auruturbiin - 455 m/s. Ehk siis selgub, et isegi üsna madalal rõhul (ainult 5 atm) peaks Lavali reaktiivturbiini kõrge efektiivsuse tagamiseks perifeerne kiirus olema üle 450 m/s.

Tolleaegse tehnoloogilise arengutaseme jaoks oli see lihtsalt võimatu. Selliste parameetritega oli võimatu usaldusväärset disaini teha. Samuti ei olnud mõtet vähendada optimaalset perifeerset kiirust suhtelise kiiruse (W) vähendamisega, kuna seda saab teha ainult temperatuuri ja rõhu ning seega ka üldise efektiivsuse vähendamisega.

Aktiivne Lavali turbiin...

Lavali reaktiivturbiin ei andnud end edasiseks täiustamiseks. Vaatamata tehtud katsetele on asjad jõudnud ummikusse. Siis läks insener teist teed. 1889. aastal patenteeris ta teist tüüpi turbiini, mida hiljem nimetati aktiivseks. Välismaal (inglise keeles) nimetatakse seda nüüdseks impulssturbiin, see tähendab impulss.

Patendis nõutud seade koosnes ühest või mitmest fikseeritud düüsist, mis varustavad auru liikuva turbiiniratta (või ketta) veljele paigaldatud ämbrikujulisi labasid.

Lavali patenteeritud aktiivne üheastmeline auruturbiin.

Sellise turbiini tööprotsess on järgmine. Aur kiireneb düüsides kineetilise energia suurenemise ja rõhu langusega ning langeb töötavatele labadele, nende nõgusale osale. Löögi tagajärjel tiiviku labadele hakkab see pöörlema. Või võime ka öelda, et pöörlemine toimub joa impulsstegevuse tõttu. Sellest ka ingliskeelne nimi impulssturbiin.

Samal ajal abaluudevahelistes kanalites, millel on peaaegu konstantne ristlõige, ei muuda vool oma kiirust (W) ja rõhku, vaid muudab suunda, see tähendab, et see pöördub suurte nurkade all (kuni 180°). . See tähendab, et düüsist väljumisel ja labadevahelise kanali sissepääsu juures: absoluutne kiirus C 1, suhteline W 1, perifeerne kiirus U.

Väljundis vastavalt C 2, W 2 ja sama U. Sel juhul W 1 = W 2, C 2< С 1 – из-за того, что часть кинетической энергии входящего потока превращается в механическую на валу турбины (импульсное воздействие) и абсолютная скорость падает.

See protsess on põhimõtteliselt näidatud lihtsustatud joonisel. Samuti on protsessi selgitamise lihtsustamiseks siin eeldatud, et absoluut- ja perifeerse kiiruse vektorid on peaaegu paralleelsed, vool muudab tiivikus suunda 180° võrra.

Auru (gaasi) vool aktiivse turbiini etapis.

Kui arvestada kiirusi absoluutväärtustes, siis näeme, et W 1 = C 1 – U ja C 2 = W 2 – U. Seega ülaltoodu põhjal optimaalse režiimi jaoks, kui kasutegur võtab maksimumväärtused ja kaod alates väljundkiirus kipub olema minimaalne (st C 2 = 0), meil on C 1 = 2U või U = C 1 /2.

Leiame selle aktiivse turbiini jaoks optimaalne perifeerne kiirus poole väiksem düüsist väljuva heitgaasi kiirus, st selline turbiin on poole vähem koormatud kui reaktiivturbiin ja suurema kasuteguri saavutamine on lihtsam.

Seetõttu jätkas Laval seda tüüpi turbiinide arendamist tulevikus. Vaatamata nõutava perifeerse kiiruse vähenemisele jäi see siiski üsna suureks, millega kaasnes võrdselt suured tsentrifugaal- ja vibratsioonikoormused.

Aktiivturbiini tööpõhimõte.

Selle tagajärjeks olid konstruktsiooni- ja tugevusprobleemid, samuti tasakaalunihete kõrvaldamise probleemid, mida lahendati sageli suurte raskustega. Lisaks oli veel teisigi tolleaegsetes tingimustes lahendamata ja lahendamatuid tegureid, mis lõppkokkuvõttes vähendasid selle turbiini efektiivsust.

Nende hulka kuulusid näiteks labade aerodünaamika ebatäiuslikkus, mis põhjustas suurenenud hüdraulilised kaod, samuti üksikute aurujugade pulseeriv toime. Tegelikult võivad ainult mõned või isegi üks tera olla aktiivsed labad, mis tajuvad nende jugade (või jugade) tegevust korraga. Ülejäänud liikusid jõude, tekitades täiendavat vastupanu (auru atmosfääris).

Sellel on turbiinid temperatuuri ja aururõhu tõstmisega ei olnud võimalik võimsust suurendada, kuna see tooks kaasa perifeerse kiiruse suurenemise, mis oli samade disainiprobleemide tõttu täiesti vastuvõetamatu.

Lisaks oli võimsuse suurendamine (koos perifeerse kiiruse suurenemisega) sobimatu ka muul põhjusel. Turbiini energia tarbijateks olid sellega võrreldes madala kiirusega seadmed (selleks planeeriti elektrigeneraatorid). Seetõttu pidi Laval välja töötama spetsiaalsed käigukastid turbiini võlli kinemaatiliseks ühendamiseks tarbijavõlliga.

Lavali aktiivse turbiini ja selle käigukasti masside ja mõõtmete suhe.

Nende võllide suure pöörete erinevuse tõttu olid käigukastid ülimahukad ning sageli mõõtmetelt ja kaalult oluliselt suuremad kui turbiin ise. Selle võimsuse suurendamine tooks kaasa selliste seadmete suuruse veelgi suurema suurenemise.

Lõpuks Laval aktiivne turbiin oli suhteliselt väikese võimsusega agregaat (tööüksused kuni 350 hj), pealegi kallis (tänu suurele parenduskomplektile) ja koos käigukastiga oli ka üsna kobakas. Kõik see muutis selle konkurentsivõimetuks ja välistas massilise rakenduse.

Huvitav fakt on see, et Lavali aktiivturbiini konstruktsioonipõhimõtet ei leiutanud tegelikult tema. Isegi 250 aastat enne tema uurimistöö ilmumist ilmus 1629. aastal Roomas Itaalia inseneri ja arhitekti Giovanni Branca raamat "Le Machine" ("Masinad").

Muude mehhanismide hulgas sisaldas see "aururatta" kirjeldust, mis sisaldas kõiki Lavali ehitatud põhikomponente: aurukatel, auru etteandetoru (düüs), aktiivne turbiini tiivik ja isegi käigukast. Seega olid kõik need elemendid juba ammu enne Lavalit teada ja tema eeliseks oli see, et ta pani need kõik tõeliselt koos töötama ja tegeles mehhanismi kui terviku täiustamise äärmiselt keeruliste küsimustega.

Giovanni Branca auruturbiin.

Huvitaval kombel oli tema turbiini üks kuulsamaid omadusi rootori labadele auruga varustava düüsi konstruktsioon (seda mainiti samas patendis eraldi). Siin sai tavalisest kitsenevast otsikust, nagu see oli reaktiivturbiinil kokkutõmbumine-laienemine. Seejärel hakati seda tüüpi otsikuid nimetama Lavali düüsideks. Need võimaldavad gaasi (auru) voolu kiirendada üsna väikeste kadudega ülehelikiiruseni. Nende kohta.

Seega oli peamine probleem, millega Laval oma turbiinide arendamisel vaeva nägi ja millest ta kunagi üle ei saanud, suur perifeerne kiirus. Sellele probleemile on aga juba välja pakutud üsna tõhus lahendus ja kummalisel kombel isegi Laval ise.

Mitmeastmeline….

Samal aastal (1889), kui patenteeriti ülalkirjeldatud aktiivturbiin, töötas insener välja aktiivturbiini, mille ühele tiivikule (kettale) oli paigaldatud kaks paralleelset rida rootorilabasid. See oli nö kaheastmeline turbiin.

Töötavatele labadele juhiti auru, nagu ka üheastmelises, läbi düüsi. Kahe tööterade rea vahele paigaldati fikseeritud labade rida, mis suunas esimese astme labadest väljuva voolu teise astme tööteradele.

Kui kasutada üheastmelise reaktiivturbiini (Laval) perifeerse kiiruse määramiseks ülal pakutud lihtsustatud põhimõtet, siis selgub, et kaheastmelise turbiini puhul ei ole pöörlemiskiirus enam kaks, vaid neli korda väiksem heitgaasi kiirusest. düüsist.

Curtise ratta põhimõte ja parameetrite muutmine selles.

See on kõige tõhusam lahendus madala optimaalse perifeerse kiiruse probleemile, mille Laval välja pakkus, kuid mida ei kasutanud ja mida kasutatakse aktiivselt kaasaegsetes nii auru- kui gaasiturbiinides. Mitmeastmeline...

See tähendab, et kogu turbiini suurt saadaolevat energiat saab mingil viisil jagada osadeks vastavalt astmete arvule ja iga selline osa aktiveeritakse eraldi etapis. Mida madalam on see energia, seda väiksem on töövedeliku (aur, gaas) töölabadesse sisenemise kiirus ja seega ka optimaalne perifeerne kiirus.

See tähendab, et muutes turbiini astmete arvu, saate muuta selle võlli pöörlemiskiirust ja vastavalt sellele ka koormust. Lisaks võimaldab mitmeastmeline töö turbiini juhtida suurte energiaerinevustega, st suurendada selle võimsust, säilitades samal ajal kõrged efektiivsusnäitajad.

Laval ei patenteerinud oma kaheastmelist turbiini, kuigi prototüüp tehti, nii et see kannab Ameerika inseneri Charles Curtise nime (Curtise ratas (või ketas), kes sai 1896. aastal sarnase seadme patendi.

Kuid palju varem, aastal 1884, töötas inglise insener Charles Algernon Parsons välja ja patenteeris esimese päris mitmeastmeline auruturbiin. Erinevad teadlased ja insenerid väitsid enne teda palju olemasoleva energia etappideks jagamise kasulikkuse kohta, kuid tema oli esimene, kes selle idee riistvarasse tõlkis.

Mitmeastmeline aktiivreaktsioon Parsonsi turbiin (lahtivõetud).

Samal ajal tema turbiin oli funktsioon, mis tõi selle kaasaegsetele seadmetele lähemale. Selles paisus ja kiirenes aur mitte ainult fikseeritud labadega moodustatud düüsides, vaid osaliselt ka spetsiaalselt profileeritud tööterade moodustatud kanalites.

Seda tüüpi turbiini nimetatakse tavaliselt reaktiivturbiiniks, kuigi nimi on üsna meelevaldne. Tegelikult on see vahepealne positsioon puhtalt reaktiivse Heron-Lavali turbiini ja puhtalt aktiivse Laval-Branca turbiini vahel. Tänu oma disainile ühendavad tööterad aktiivsed ja reaktiivne põhimõte s sees üldine protsess. Seetõttu oleks õigem nimetada sellist turbiini aktiivne-reaktiivne, mida sageli tehakse.

Mitmeastmelise Parsonsi turbiini skeem.

Parsons töötas edasi erinevat tüüpi mitmeastmelised turbiinid. Tema kujunduste hulgas ei olnud mitte ainult ülalkirjeldatud aksiaalseid (töövedelik liigub mööda pöörlemistelge), vaid ka radiaalseid (aur liigub radiaalsuunas). Üsna tuntud on tema kolmeastmeline puhtaktiivturbiin “Heron”, milles kasutatakse nn Heroni rattaid (olemus on sama, mis eolipiilil).

Reaktiivturbiin "Heron".

Seejärel, alates 1900. aastate algusest, sai auruturbiinide ehitus kiiresti hoogu juurde ja Parsons oli selle esirinnas. Selle mitmeastmelised turbiinid olid varustatud mereväe laevadega, algul katsealuste (laev "Turbinia", 1896, veeväljasurve 44 tonni, kiirus 60 km/h - tolle aja kohta enneolematu), seejärel sõjaliste (näide - lahingulaev "Dreadnought", 18000). tonni, kiirus 40 km/h, turbiini võimsus 24 700 hj) ja reisija (näide - sama tüüpi "Mauritania" ja "Lusitania", 40 000 tonni, kiirus 48 km/h, turbo võimsus 70 000 hj). Samal ajal algas statsionaarsete turbiinide ehitamine näiteks turbiinide paigaldamisega ajamitena elektrijaamadesse (Edison Company Chicagos).

Gaasiturbiinide kohta...

Tuleme aga tagasi oma põhiteema - lennunduse juurde ja märkige üks üsna ilmselge asi: nii selgelt nähtav edu auruturbiinide töös võis omada vaid struktuurset ja põhimõttelist tähendust lennundusele, mis täpselt samal ajal oma arengus kiiresti edenes.

Auruturbiini kasutamine elektrijaamana lennukites oli arusaadavatel põhjustel äärmiselt küsitav. Lennundusturbiin võiks olla ainult põhimõtteliselt sarnane, kuid palju tulusam gaasiturbiin. Kõik polnud siiski nii lihtne...

60ndatel populaarse raamatu “Mootoriloojad” autori Lev Gumiljovski sõnul oli ühel päeval, 1902. aastal, auruturbiiniehituse kiire arengu alguse perioodil, Charles Parsons tegelikult üks peamisi ideolooge. selle ettevõtte kohta esitati üldiselt humoorikas küsimus: " Kas gaasimootorit on võimalik “parsoneerida”?"(mis viitab turbiinile).

Vastus väljendati absoluutselt otsustavas vormis: “ Ma arvan, et gaasiturbiini ei teki kunagi. Selle jaoks pole kahte võimalust." Insenerist ei saanud prohvetit, kuid kahtlemata oli tal põhjust seda öelda.

Gaasiturbiini kasutamine, eriti kui pidada silmas selle kasutamist lennunduses auruturbiini asemel, oli loomulikult ahvatlev, sest positiivseid külgi tema omad on ilmsed. Kõigi oma võimsusvõimaluste juures ei vaja see auru genereerimiseks suuri, mahukaid seadmeid - katlaid ega sama suuri jahutusseadmeid ja -süsteeme - kondensaatoreid, jahutustorne, jahutustiike jne.

Gaasiturbiinmootori kütteseade on väike, kompaktne, mis asub mootori sees ja põletab kütust otse õhuvoolus. Ja tal lihtsalt pole külmkappi. Õigemini, see on olemas, aga eksisteerib justkui virtuaalselt, sest heitgaas juhitakse atmosfääri, milleks on külmkapp. Ehk siis kõik soojusmasina jaoks vajalik on olemas, kuid samas on kõik kompaktne ja lihtne.

Tõsi, auruturbiinitehas saab hakkama ka ilma “päris külmikuta” (ilma kondensaatorita) ja auru otse atmosfääri lasta, kuid siis võib efektiivsuse unustada. Selle näiteks on auruvedur - tegelik kasutegur on umbes 6%, 90% selle energiast lendab välja korstnasse.

Kuid selliste käegakatsutavate eelistega on ka olulisi puudusi, mis üldiselt said Parsonsi kategoorilise vastuse aluseks.

Töövedeliku kokkusurumine järgnevaks töötsükli rakendamiseks, sh. ja turbiinis...

Auruturbiini tehase töötsüklis (Rankine'i tsükkel) on vee kokkusurumise töö väike ja nõuded seda funktsiooni täitvale pumbale ja selle kasutegur seetõttu samuti väikesed. Gaasiturbiinmootori tsüklis, kus õhk surutakse kokku, on see töö vastupidi väga muljetavaldav ja suurem osa turbiini olemasolevast energiast kulutatakse sellele.

See vähendab kasuliku töö osakaalu, milleks turbiini saab projekteerida. Seetõttu on õhusurumisseadmele esitatavad nõuded selle efektiivsuse ja ökonoomsuse osas väga kõrged. Kaasaegsete lennukite gaasiturbiinmootorite (peamiselt aksiaalmootorite), aga ka statsionaarsete seadmete kompressorid koos turbiinidega on keerulised ja kallid seadmed. Nende kohta.

Temperatuur…

See on gaasiturbiinide, sealhulgas lennundusturbiinide peamine probleem. Fakt on see, et kui auruturbiini paigaldises on töövedeliku temperatuur pärast paisumisprotsessi lähedane jahutusvee temperatuurile, siis gaasiturbiinis ulatub see mitmesaja kraadini.

See tähendab, et atmosfääri (nagu külmkappi) eraldub suur hulk energiat, mis loomulikult mõjutab negatiivselt kogu töötsükli efektiivsust, mida iseloomustab soojuslik kasutegur: η t = Q 1 – Q 2 / Q 1 . Siin on Q 2 sama energia, mis vabaneb atmosfääri. Q 1 – küttekehast (põlemiskambris) protsessile antav energia.

Selle efektiivsuse suurendamiseks on vaja suurendada Q 1, mis võrdub temperatuuri tõstmisega turbiini ees (see tähendab põlemiskambris). Kuid tõsiasi on see, et seda temperatuuri pole alati võimalik tõsta. Selle maksimaalset väärtust piirab turbiin ise ja peamine tingimus on siin tugevus. Turbiin töötab väga rasketes tingimustes, kui kõrge temperatuur kombineeritakse suurte tsentrifugaalkoormustega.

Just see tegur on alati piiranud gaasiturbiinmootorite võimsust ja tõukejõudu (sõltub suuresti temperatuurist) ning on sageli saanud turbiinide keerukuse ja kallinemise põhjuseks. Selline olukord on jätkunud ka meie ajal.

Ja Parsonsi ajal ei suutnud ei metallurgiatööstus ega aerodünaamiline teadus veel pakkuda lahendust tõhusa ja ökonoomse kompressori ja kõrge temperatuuriga turbiini loomise probleemidele. Puudus ei vastav teooria ega ka vajalikud kuuma- ja kuumakindlad materjalid.

Ja siiski oli katseid...

Sellegipoolest, nagu tavaliselt, leidus inimesi, kes ei kartnud (või ehk ei saanud aru :-)) võimalikest raskustest. Gaasiturbiini loomise katsed ei peatunud.

Veelgi enam, on huvitav, et Parsons ise märkis oma "turbiini" tegevuse koidikul oma esimeses mitmeastmelise turbiini patendis võimalust, et see võib lisaks aurule töötada ka kütuse põlemisproduktidel. Seal kaaluti ka võimalikku versiooni vedelkütusel töötavast gaasiturbiinmootorist koos kompressori, põlemiskambri ja turbiiniga.

Suitsu sülitamine.

Näited gaasiturbiinide kasutamisest, millel puudub teooria, on tuntud juba pikka aega. Ilmselt kasutas isegi Heron "automaatide teatris" õhujoa turbiini põhimõtet. Niinimetatud "suitsuvardad" on üsna laialt tuntud.

Ja juba mainitud itaallase (insener, arhitekt, Giovanni Branca, Le Machine) Giovanni Branca raamatus on joonis “ Tule ratas" Selles pöörleb turbiini ratas koos tule (või kolde) põlemisproduktidega. Huvitav on see, et Branca ise ei ehitanud enamikku oma autodest, vaid avaldas ainult ideid nende loomiseks.

Giovanni Branca "Tuleratas".

Kõigis neis "suitsu- ja tuleratastes" puudus õhu (gaasi) kokkusurumisaste ja ka kompressor kui selline. Potentsiaalse energia, st kütuse põlemisel tarnitud soojusenergia muundamine kineetiliseks energiaks (kiirenduseks) gaasiturbiini pöörlemiseks toimus ainult gravitatsiooni mõjul, kui soojad massid tõusid ülespoole. See tähendab, et kasutati konvektsiooni fenomeni.

Muidugi on sellised “ühikud” päris masinate jaoks, näiteks sõitmiseks Sõiduk ei saanud kasutada. 1791. aastal patenteeris inglane John Barber aga “hobusteta transpordimasina”, mille üheks olulisemaks komponendiks oli gaasiturbiin. See oli esimene ametlikult registreeritud patent gaasiturbiinile.

John Barberi mootor gaasiturbiiniga.

Masin kasutas spetsiaalsetes gaasigeneraatorites (retortides) kuumutatud puidust, kivisöest või õlist saadud gaasi, mis pärast jahutamist sisenes kolbkompressorisse, kus see koos õhuga kokku suruti. Järgmisena juhiti segu põlemiskambrisse ja seejärel keerati põlemissaadused ringi turbiin. Põlemiskambrite jahutamiseks kasutati vett ning tekkiv aur suunati ka turbiini.

Toonane tehnoloogia arengutase ei võimaldanud ideed ellu viia. Praeguse gaasiturbiiniga Barberi masina mudeli ehitas Kraftwerk-Union AG alles 1972. aastal Hannoveri tööstusmessi jaoks.

Kogu 19. sajandi jooksul edenes gaasiturbiini kontseptsiooni väljatöötamine ülalkirjeldatud põhjustel äärmiselt aeglaselt. Tähelepanu väärivaid näiteid oli vähe. Kompressor ja kõrge temperatuur jäid ületamatuks komistuskiviks. Õhu kokkusurumiseks on üritatud kasutada ventilaatorit, samuti on kasutatud vett ja õhku konstruktsioonielementide jahutamiseks.

Mootor F. Stolze. 1 - aksiaalkompressor, 2 - aksiaalne turbiin, 3 - soojusvaheti.

Tuntud on saksa inseneri Franz Stolze gaasiturbiinmootori näide, patenteeritud 1872. aastal ja mis on disainilt väga sarnane tänapäevaste gaasiturbiinmootoritega. Selles asusid samal võllil mitmeastmeline aksiaalkompressor ja mitmeastmeline aksiaalturbiin.

Pärast regeneratiivse soojusvaheti läbimist jagati õhk kaheks osaks. Üks sisenes põlemiskambrisse, teine ​​segati enne turbiini sisenemist põlemisproduktidega, vähendades nende temperatuuri. See on nn sekundaarne õhk, ja selle kasutamine on tänapäevastes gaasiturbiinmootorites laialdaselt kasutatav tehnika.

Stolze mootorit katsetati aastatel 1900-1904, kuid see osutus kompressori madala kvaliteedi ja turbiini ees oleva madala temperatuuri tõttu äärmiselt ebaefektiivseks.

Suurema osa 20. sajandi esimesest poolest ei suutnud gaasiturbiin kunagi aktiivselt konkureerida auruturbiiniga ega saada osaks gaasiturbiinmootorist, mis suudaks kolb-sisepõlemismootorit piisavalt asendada. Selle kasutamine mootorites oli peamiselt abiline. Näiteks nagu laadimisüksused kolbmootorites, sealhulgas lennukites.

Kuid 40ndate algusest hakkas olukord kiiresti muutuma. Lõpuks loodi uued kuumakindlad sulamid, mis võimaldasid radikaalselt tõsta turbiini ees oleva gaasi temperatuuri (kuni 800˚C ja kõrgemale) ning ilmusid üsna ökonoomsed ja kõrge efektiivsusega sulamid.

See mitte ainult ei võimaldanud ehitada tõhusaid gaasiturbiinmootoreid, vaid ka tänu nende võimsuse kombinatsioonile suhtelise kerguse ja kompaktsusega kasutada neid lennukites. Algas reaktiivlennunduse ja lennukite gaasiturbiinmootorite ajastu.

Turbiinid lennukite gaasiturbiinmootorites…

Niisiis... Turbiinide peamine kasutusvaldkond lennunduses on gaasiturbiinmootorid. Siinne turbiin teeb raske töö ära – paneb kompressorit pöörlema. Veelgi enam, gaasiturbiinmootoris, nagu igas soojusmasinas, on paisumistöö suurem kui kokkusurumistöö.

Ja turbiin on just nimelt paisumasin ja see kulutab ainult osa gaasivoolu saadaolevast energiast kompressorile. Ülejäänud osa (mõnikord nimetatakse tasuta energiat) saab kasutada kasulikel eesmärkidel olenevalt mootori tüübist ja konstruktsioonist.

Skeem TVAD Makila 1a1 vaba turbiiniga.

Turbovõlli mootor AMAKILA 1A1.

Kaudse reaktsiooniga mootorite puhul, nagu (helikopteri gaasiturbiinmootorid), kulub see propelleri pööramisele. Sel juhul jaguneb turbiin enamasti kaheks osaks. Esimene on kompressori turbiin. Teine, kruvi keeramine, on nn vaba turbiin. See pöörleb iseseisvalt ja on kompressori turbiiniga ühendatud ainult gaasidünaamiliselt.

Otsereaktsiooniga mootorites (reaktiivmootorites või reaktiivmootorites) kasutatakse turbiini ainult kompressori käitamiseks. Ülejäänud vaba energia, mis pöörab vaba turbiini TVAD-is, aktiveeritakse düüsis, muutudes kineetiliseks energiaks, et tekitada joa tõukejõudu.

Nende äärmuste vahel asuvad keskel. Nendes kulub osa vabast energiast propelleri juhtimiseks ja osa moodustab väljundseadmes (düüsis) joa tõukejõu. Tõsi, selle osakaal kogu mootori tõukejõus on väike.

Ühevõllilise turbopropellermootori DART RDa6 skeem. Turbiin ühisel mootorivõllil.

Rolls-Royce DART RDa6 turbopropeller ühe võlliga mootor.

Konstruktsioonilt võivad turbopropellermootorid olla ühevõllilised, milles vaba turbiin ei ole konstruktsiooniliselt eraldatud ning ühe üksusena käitab nii kompressorit kui ka propellerit korraga. Näide Rolls-Royce DART RDa6 teatrist, aga ka meie kuulsast AI-20 teatrist.

Võib olla ka turbopropellermootor, millel on eraldi vaba turbiin, mis käitab sõukruvi ja mis ei ole mehaaniliselt ühendatud ülejäänud mootorikomponentidega (gaas-dünaamiline sidestus). Näiteks võib tuua erinevate modifikatsioonide (lennukite) mootori PW127 või Pratt & Whitney Canada PT6A turbopropellermootori.

Pratt & Whitney Canada PT6A skeem vaba turbiiniga.

Mootor Pratt & Whitney Kanada PT6A.

Vaba turbiiniga PW127 turbopropellermootori skeem.

Loomulikult hõlmab igat tüüpi gaasiturbiinmootorite kandevõime ka agregaate, mis tagavad mootori ja lennukisüsteemide töö. Tavaliselt on need pumbad, kütuse- ja hüdrogeneraatorid, elektrigeneraatorid jne. Kõiki neid seadmeid juhitakse kõige sagedamini turboülelaaduri võllilt.

Turbiinide tüüpide kohta.

Tüüpe on tegelikult päris mitu. Näiteks mõned nimetused: aksiaal-, radiaal-, diagonaal-, radiaal-aksiaal-, pöördlaba- jne. Lennunduses kasutatakse ainult kahte esimest ja radiaal on üsna haruldane. Mõlemad turbiinid said nime vastavalt neis oleva gaasivoolu iseloomule.

Radiaalne.

Radiaalselt voolab see mööda raadiust. Pealegi radiaalses lennuki turbiin kasutatakse tsentripetaalset voolusuunda, mis tagab suurema efektiivsuse (mittelennunduses on ka tsentrifugaalsuund).

Radiaalne turbiini aste koosneb tiivikust ja fikseeritud labadest, mis moodustavad voolu selle sisselaskeava juures. Terad on profileeritud nii, et labadevahelised kanalid on kitseneva konfiguratsiooniga, st need on düüsid. Kõiki neid labasid koos kereelementidega, millele need on paigaldatud, nimetatakse düüsiaparaat.

Radiaaltsentripetaalturbiini skeem (koos selgitustega).

Tööratas on spetsiaalselt profileeritud labadega tiivik. Tööratas pöörleb üles, kui gaas läbib labade vahelisi ahenevaid kanaleid ja mõjutab labasid.

Radiaalse tsentripetaalse turbiini tiivik.

Radiaalsed turbiinid Need on üsna lihtsad, nende tiivikutel on väike arv labasid. Radiaalturbiini võimalikud ringkiirused tiiviku samade pingete korral on suuremad kui aksiaalturbiinil, seega võib see genereerida suuremaid energiakoguseid (soojustilku).

Kuid need turbiinid on väikese voolualaga ja ei taga piisavat gaasivoolu samade mõõtmetega võrreldes aksiaalturbiinidega. Teisisõnu on neil liiga suured suhtelised diametraalsed mõõtmed, mis raskendab nende paigutamist ühte mootorisse.

Lisaks on suurte hüdrauliliste kadude tõttu keeruline luua mitmeastmelisi radiaalturbiine, mis piirab gaasi paisumise astet neis. Samuti on selliseid turbiine raske jahutada, mis vähendab gaasi võimalikke maksimumtemperatuure.

Seetõttu on radiaalturbiinide kasutamine lennunduses piiratud. Neid kasutatakse peamiselt väikese gaasikuluga väikese võimsusega seadmetes, kõige sagedamini abimehhanismides ja -süsteemides või mudellennukite ja väikeste mehitamata õhusõidukite mootorites.

Esimene Heinkel He 178 reaktiivlennuk.

Heinkel HeS3 radiaalturbiiniga turboreaktiivmootor.

Üks väheseid näiteid radiaalturbiini kasutamisest tõukejõu lennuki reaktiivmootori komponendina on esimese tõelise reaktiivlennuki, Heinkel He 178 turboreaktiivlennuki Heinkel HeS 3 mootor. Fotol on selgelt näha sellise turbiini lavaelemendid. Selle mootori parameetrid olid täielikult kooskõlas selle kasutamise võimalusega.

Aksiaalne lennuki turbiin.

See on ainus turbiinitüüp, mida praegu kasutatakse keskmise lennuga lennukite gaasiturbiinmootorites. Sellisest turbiinist mootoris saadava võlli mehaanilise töö peamiseks allikaks on tiivikud või täpsemalt tiiviku labad (RL), mis on paigaldatud nendele tiivikutele ja interakteeruvad energeetiliselt laetud gaasivooluga (surutud ja kuumutatud).

Töötajate ette paigaldatud statsionaarsete labade kroonid korraldavad voolu õige suuna ja osalevad gaasi potentsiaalse energia muundamisel kineetiliseks energiaks, st kiirendavad seda paisumisprotsessis voolu langusega. survet.

Neid labasid koos korpuse elementidega, millele need on paigaldatud, nimetatakse düüsiaparaat(SA). Düüsiseade koos töötavate labadega on turbiini aste.

Protsessi olemus... Öeldu üldistamine...

Eespool nimetatud koostoime käigus töölabadega muundub voolu kineetiline energia mehaaniliseks energiaks, mis pöörab mootori võlli.Selline transformatsioon aksiaalturbiinis võib toimuda kahel viisil:

Näide üheastmelisest aktiivturbiinist. Näidatakse parameetrite muutust teekonnal.

1. Muutmata rõhku ja seega ka suhtelise voolukiiruse suurust (muutub märgatavalt ainult selle suund – voolu pöörlemine) turbiiniastmes; 2. Rõhu langusega, suhtelise voolukiiruse suurenemisega ja selle suuna mõningase muutumisega etapis.

Esimesel meetodil töötavaid turbiine nimetatakse aktiivseteks. Gaasivool mõjutab aktiivselt (impulsid) labasid, kuna nende ümber voolates muutub selle suund. Teise meetodiga - reaktiivturbiinid. Siin mõjutab vool lisaks impulssefektile ka kaudselt (lihtsamalt öeldes) rootori labasid, kasutades reaktiivjõudu, mis suurendab turbiini võimsust. Täiendav reaktiivne toime saavutatakse rootori labade spetsiaalse profiiliga.

Eespool mainiti kõigi turbiinide (mitte ainult lennundusturbiinide) aktiivsuse ja reaktsioonivõime mõisteid üldiselt. Kaasaegsetes lennukite gaasiturbiinmootorites kasutatakse aga ainult aksiaalseid reaktiivturbiine.

Parameetrite muutmine aksiaalse gaasiturbiini etapis.

Kuna jõu mõju radarile on kahekordne, nimetatakse ka selliseid aksiaalturbiine aktiivne-reaktiivne, mis on ehk õigem. Seda tüüpi turbiinid on aerodünaamiliselt soodsamad.

Sellise turbiini staadiumis sisalduva düüsiseadme fikseeritud labadel on suur kumerus, mille tõttu labadevahelise kanali ristlõige väheneb sisselaskeavast väljavooluni, see tähendab, et ristlõige f 1 on väiksem. kui ristlõige f 0 . Tulemuseks on kitseneva jugaotsiku profiil.

Nendele järgnevatel tööterad on samuti suurema kumerusega. Lisaks paiknevad need vastutuleva voolu (vektor W 1) suhtes nii, et vältida selle purunemist ja tagada õige vool tera ümber. Teatud raadiuste juures moodustab RL ka kitsenevaid abaluudevahelisi kanaleid.

Lavatöö lennundusturbiin.

Gaas läheneb düüsiaparaadile aksiaalsele lähedase liikumissuunaga ja kiirusega C 0 (allhelikiirus). Rõhk voolus P 0, temperatuur T 0. Abaluudevahelist kanalit läbides kiireneb vool kiiruseni C 1 pöördega nurga α 1 = 20°-30° peale. Sel juhul langevad rõhk ja temperatuur vastavalt väärtustele P 1 ja T 1. Osa voolu potentsiaalsest energiast muundatakse kineetiliseks energiaks.

Pilt gaasivoolu liikumisest aksiaalturbiini etapis.

Kuna tööterad liiguvad perifeerse kiirusega U, siseneb vool RL-i labadevahelisse kanalisse suhtelise kiirusega W 1, mis on määratud C 1 ja U vahega (vektoriliselt). Kanalit läbides interakteerub vool labadega, tekitades neile aerodünaamilised jõud P, mille ringkomponent P u paneb turbiini pöörlema.

Teradevahelise kanali ahenemise tõttu kiireneb vool kiiruseni W 2 (reaktiivprintsiip), samal ajal ka pöörleb (aktiivprintsiip). Voolu absoluutne kiirus C 1 väheneb väärtuseks C 2 - voolu kineetiline energia muundatakse turbiini võllil mehaaniliseks energiaks. Rõhk ja temperatuur langevad vastavalt väärtustele P 2 ja T 2.

Astme läbimisel absoluutne voolukiirus suureneb C 0-lt veidi kiiruse C 2 aksiaalprojektsioonini. Kaasaegsetes turbiinides on selle projektsiooni väärtus etapi kohta 200–360 m/s.

Samm on profileeritud nii, et nurk α 2 on 90° lähedal. Erinevus on tavaliselt 5-10°. Seda tehakse tagamaks, et C 2 väärtus on minimaalne. See on eriti oluline turbiini viimase astme puhul (esimesel või keskmisel etapil on lubatud kõrvalekalle täisnurgast kuni 25°). Selle põhjuseks on kaotus koos väljundkiirusega, mis sõltuvad lihtsalt kiiruse C 2 suurusest.

Need on samad kaod, mis omal ajal ei andnud Lavalile võimalust oma esimese turbiini efektiivsust tõsta. Kui mootor on reaktiivmootor, saab järelejäänud energiat kasutada düüsis. Aga näiteks helikopteri mootori puhul, mis ei kasuta reaktiivtõukejõudu, on oluline, et voolukiirus turbiini viimase astme taga oleks võimalikult väike.

Seega toimub aktiiv-reaktiivse turbiini etapis gaasi paisumine (rõhu ja temperatuuri langus), energia muundamine ja aktiveerimine (soojuserinevus) mitte ainult SA-s, vaid ka tiivikus. Nende funktsioonide jaotust RC ja SA vahel iseloomustab mootoriteooria parameeter nn reaktsioonivõime aste ρ.

See võrdub tiiviku soojuslanguse ja kogu etapi soojuslanguse suhtega. Kui ρ = ​​0, siis on aste (või kogu turbiin) aktiivne. Kui ρ > 0, siis on aste reaktiivne või täpsemalt meie puhul aktiivne-reaktiivne. Kuna tööterade profileerimine varieerub piki raadiust, arvutatakse see parameeter (nagu ka mõned teised) keskmise raadiuse alusel ( jaotis B-B parameetrite muutmise joonisel etapis).

Aktiivreaktsiooniga turbiini töölaba konfiguratsioon.

Rõhu muutus aktiivreaktiivse turbiini radari laba pikkuses.

Kaasaegsete gaasiturbiinmootorite puhul jääb turbiinide reaktsioonivõime vahemikku 0,3-0,4. See tähendab, et tiivikus käivitatakse vaid 30-40% astme (või turbiini) kogu soojuslangusest. 60-70% aktiveeritakse düüsiaparaadis.

Midagi kaotustest.

Nagu juba mainitud, muudab iga turbiin (või selle aste) talle tarnitud vooluenergia mehaaniliseks tööks. Kuid tegelikus üksuses võib sellel protsessil olla erinev efektiivsus. Osa olemasolevast energiast läheb tingimata raisku, see tähendab, et see muutub kadudeks, millega tuleb arvestada ja võtta meetmeid nende minimeerimiseks, et tõsta turbiini efektiivsust ehk suurendada selle efektiivsust.

Kaod koosnevad hüdro- ja kaotus koos väljundkiirusega. Hüdraulilised kaod hõlmavad profiili- ja lõppkadusid. Profiil on tegelikult hõõrdekaod, kuna teatud viskoossusega gaas interakteerub turbiini pindadega.

Tavaliselt on sellised kaod tiivikus umbes 2–3% ja düüsiseadmes 3–4%. Meetmed kadude vähendamiseks seisnevad vooluosa “parandamises” arvutuste ja katsete abil, samuti kiiruse kolmnurkade korrektses arvutamises voolu jaoks turbiiniastmes või täpsemalt eelistatava perifeerse kiiruse U valimises antud kiirusel C 1 . Neid toiminguid iseloomustab tavaliselt U/C 1 parameeter. Perifeerne kiirus turboreaktiivmootori keskmise raadiuse juures on 270 – 370 m/s.

Turbiiniastme voolutee hüdrauliline täiuslikkus võtab arvesse sellist parameetrit nagu adiabaatiline efektiivsus. Mõnikord nimetatakse seda ka labadeks, kuna see võtab arvesse hõõrdekadusid astmelabades (SA ja RL). Turbiinil on veel üks tõhususe tegur, mis iseloomustab seda konkreetselt kui energiat tootvat seadet, see tähendab, mil määral kasutatakse olemasolevat energiat võlli töö loomiseks.

See on nn võimsuse (või efektiivse) efektiivsus. See võrdub võlli töö ja saadaoleva soojuslanguse suhtega. See tõhusus võtab arvesse kadusid koos väljundkiirusega. Tavaliselt moodustavad need turboreaktiivmootorite puhul umbes 10-12% (tänapäevaste turboreaktiivmootorite puhul C 0 = 100-180 m/s, C 1 = 500-600 m/s, C 2 = 200-360 m/s).

Kaasaegsete gaasiturbiinmootorite puhul on adiabaatilise efektiivsuse väärtus umbes 0,9–0,92 jahutamata turbiinide puhul. Kui turbiini jahutada, võib see kasutegur olla 3-4% väiksem. Energiatõhusus on tavaliselt 0,78 - 0,83. See on väljundkiirusel tekkivate kadude arvu võrra väiksem kui adiabaatiline.

Mis puudutab lõppkaotusi, siis need on nn. voolukaod" Vooluosa ei saa ülejäänud mootorist täielikult eraldada pöörlevate komponentide olemasolu tõttu koos statsionaarsetega (korpused + rootor). Seetõttu kipub kõrge rõhuga piirkondadest pärit gaas voolama madala rõhuga piirkondadesse. Eelkõige näiteks töölaba ees olevast piirkonnast selle taga asuvasse piirkonda läbi laba tiiviku ja turbiini korpuse vahelise radiaalse pilu.

Selline gaas ei osale vooluenergia mehaaniliseks energiaks muundamise protsessis, kuna see ei suhtle selles osas labadega, st tekivad lõppkadud (või radiaalse kliirensi kaod). Need moodustavad umbes 2-3% ja mõjutavad negatiivselt nii adiabaatilist kui ka võimsusefektiivsust, vähendavad gaasiturbiinmootorite efektiivsust ja üsna märgatavalt.

Näiteks on teada, et radiaalse kliirensi suurenemine 1 mm-lt 5 mm-le 1 m läbimõõduga turbiini puhul võib kaasa tuua suurenemise. spetsiifiline tarbimine kütust mootoris rohkem kui 10%.

On selge, et radiaalsest kliirensist on võimatu täielikult vabaneda, kuid nad püüavad seda minimeerida. See on üsna raske, sest lennuki turbiin– seade on tugevalt koormatud. Kõikide lõhe suurust mõjutavate tegurite täpne arvestamine on üsna keeruline.

Mootori töörežiimid muutuvad sageli, mis tähendab töölabade, ketaste, millele need on paigaldatud, ja turbiini korpuste deformatsiooni suurust temperatuuri, rõhu ja tsentrifugaaljõudude muutumise tagajärjel.

Labürindi tihend.

Siin on vaja arvestada mootori pikaajalise töötamise ajal tekkiva jääkdeformatsiooni suurust. Lisaks mõjutavad lennuki evolutsioonid rootori deformatsiooni, mis muudab ka pilude suurust.

Tavaliselt hinnatakse vahet pärast sooja mootori seiskamist. Sellisel juhul jahtub õhuke väliskest kiiremini kui massiivsed kettad ja võll ning läbimõõdu vähenedes puudutab terasid. Mõnikord valitakse radiaalne kliirens lihtsalt 1,5–3% ulatuses tera tera pikkusest.

Kärgstruktuuri tihendamise põhimõte.

Selleks, et turbiini kere puudutamisel terad ei kahjustaks, asetatakse sellesse sageli spetsiaalsed labade materjalist pehmemast materjalist sisetükid (näiteks metallkeraamika). Lisaks kasutatakse kontaktivabasid tihendeid. Tavaliselt on need labürint- või kärgstruktuuriga labürindi tihendid.

Sel juhul on tööterad sule otstes ribadeks ja sidemete riiulitele asetatakse juba tihendid või kiilud (kärgstruktuuri jaoks). Kärgtihendites on kärje õhukeste seinte tõttu kontaktpind väga väike (10 korda väiksem kui tavalisel labürindil), mistõttu on seade kokku pandud ilma tühikuta. Pärast sissesõitu on vahe umbes 0,2 mm.

Kärgploki pealekandmine. Kadude võrdlus kärgstruktuuri (1) ja sileda rõnga (2) kasutamisel.

Sarnaseid lünkade tihendamise meetodeid kasutatakse gaasilekke vähendamiseks vooluosast (näiteks kettavahelisse ruumi).

SOURZ…

Need on nn passiivsed meetodid radiaalne kliirensi juhtimine. Lisaks on paljud 80ndate lõpust arendatud (ja arendamisel) gaasiturbiinmootorid varustatud nn. aktiivsed radiaalse kliirensi juhtimissüsteemid"(SAURZ - aktiivne meetod). Need on automaatsed süsteemid ja nende töö põhiolemus on lennuki turbiini korpuse (staatori) termilise inertsi reguleerimine.

Turbiini rootor ja staator (väliskest) erinevad üksteisest materjali ja massilisuse poolest. Seetõttu laienevad nad mööduvate tingimuste ajal erinevalt. Näiteks kui mootor lülitub vähendatud töörežiimilt suurendatud töörežiimile, soojeneb kõrge temperatuuriga õhukeseseinaline korpus kiiremini (kui massiivne ketastega rootor) ja paisub, suurendades radiaalset kliirensit enda ja labade vahel. Lisaks sellele rõhu muutused kanalis ja õhusõiduki areng.

Selle vältimiseks automaatne süsteem(tavaliselt FADEC tüüpi põhiregulaator) korraldab jahutusõhu tarnimise turbiini korpusesse vajalikes kogustes. Korpuse soojenemine stabiliseerub seega nõutavates piirides, mis tähendab, et muutub selle lineaarpaisumise suurus ja vastavalt ka radiaalsete vahekauguste suurus.

Kõik see võimaldab säästa kütust, mis on kaasaegse tsiviillennunduse jaoks väga oluline. SAURZ-süsteeme kasutatakse kõige tõhusamalt GE90, Trent 900 ja mõne muu tüüpi turboreaktiivmootorite madalrõhuturbiinides.

Rootori ja staatori küttekiiruste sünkroonimiseks kasutatakse palju harvemini, kuid üsna tõhusalt turbiini ketaste (ja mitte korpuse) sundõhuvoolu. Selliseid süsteeme kasutatakse mootoritel CF6-80 ja PW4000.

———————-

Samuti on reguleeritud turbiini telgvahed. Näiteks SA väljalaskeservade ja sisselaskeava RL-ide vahel on labade keskmise raadiuse juures tavaliselt 0,1-0,4 kaugus RL-i kõõlust. Mida väiksem on see vahe, seda vähem kaotust vooluenergia SA taga (hõõrdumiseks ja kiirusvälja joondamiseks SA taga). Kuid samal ajal suureneb radari vibratsioon SA vahelduva mõju tõttu labade kehade taga asuvatest piirkondadest abaluudevahelistesse piirkondadesse.

Veidi üldistust disainist...

Aksiaalne lennuki turbiinid kaasaegsetel gaasiturbiinmootoritel võib olla erinev disain vooluosa kuju.

Dav = (Din + Dn) /2

1. Konstantse keha läbimõõduga (Dн) kuju. Siin vähenevad sisemine ja keskmine läbimõõt piki trakti.

Konstantne välisläbimõõt.

See disain sobib hästi mootori (ja lennuki kere) mõõtmetega. Sellel on hea töö jaotus etappide vahel, eriti kahevõlliliste turboreaktiivmootorite puhul.

Kuid selles skeemis on nn kellanurk suur, mis on täis voolu eraldamist korpuse siseseintest ja sellest tulenevalt hüdraulilisi kadusid.

Konstantne siseläbimõõt.

Projekteerimisel proovige mitte lubada, et pistikupesa nurk ületaks 20 °.

2. Konstantse siseläbimõõduga (Dв) vorm.

Keskmine läbimõõt ja keha läbimõõt suurenevad mööda trakti. See skeem ei sobi hästi mootori mõõtmetega. Turboreaktiivmootoris tuleb sisemise korpuse voolu "lahknemise" tõttu pöörata see edasi SA-le, mis toob kaasa hüdraulilised kadud.

Konstantne keskmine läbimõõt.

Skeem sobib rohkem kasutamiseks turboventilaatormootorites.

3. Konstantse keskmise läbimõõduga kuju (Davg). Kere läbimõõt suureneb, siseläbimõõt väheneb.

Skeemil on kahe eelmise miinused. Kuid samal ajal on sellise turbiini arvutamine üsna lihtne.

Kaasaegsed lennukiturbiinid on enamasti mitmeastmelised. Selle peamiseks põhjuseks (nagu eespool mainitud) on turbiini kui terviku suur saadaolev energia. Et tagada perifeerse kiiruse U ja kiiruse C 1 (U/C 1 – optimaalne) optimaalne kombinatsioon ning seega kõrge üldine efektiivsus ja hea ökonoomsus, on vaja kogu saadaolev energia jaotada etappide vahel.

Kolmeastmelise turboreaktiivturbiini näide.

Samal ajal aga ta ise turbiin struktuur muutub keerulisemaks ja raskemaks. Kuna igal etapil on väike temperatuurierinevus (see on jaotatud kõigi etappide vahel), puutub suurem arv esimesi etappe kokku kõrgete temperatuuridega ja nõuab sageli lisajahutus.

Neljaastmeline aksiaalturbiini turbiin.

Sõltuvalt mootori tüübist võib etappide arv varieeruda. Turboreaktiivmootoritel tavaliselt kuni kolm, kaheahelalistel kuni 5-8 etappi. Tavaliselt, kui mootor on mitme võlliga, on turbiinil mitu (võllide arvu järgi) kaskaadi, millest igaüks juhib oma seadet ja võib ise olla mitmeastmeline (olenevalt möödaviigu suhtest).

Kahevõlliline aksiaalne õhusõiduki turbiin.

Näiteks kolmevõllilises Rolls-Royce Trent 900 mootoris on turbiinil kolm astet: üks etapp kompressori käitamiseks. kõrgsurve, üheastmeline vahekompressori ja viieastmeline ventilaatori käitamiseks. Kaskaadide ühistööd ja kaskaadides vajaliku astmete arvu määramist kirjeldatakse eraldi “mootoriteoorias”.

Tema ise lennuki turbiin Lihtsamalt öeldes on konstruktsioon, mis koosneb rootorist, staatorist ja erinevatest abikonstruktsioonielementidest. Staator koosneb väliskestast, korpustest düüsiseadmed ja rootori laagrite korpused. Rootor on tavaliselt ketaskonstruktsioon, milles kettad on ühendatud rootoriga ja üksteisega, kasutades erinevaid lisaelemendid ja kinnitusviisid.

Üheastmelise turboreaktiivturbiini näide. 1 - võll, 2 - SA labad, 3 - tiiviku ketas, 4 - töölaba.

Igal kettal on tiiviku alusena töötavad labad. Terade kujundamisel püüavad nad teha neid väiksema kõõluga, kuna ketta serva laius, millele need on paigaldatud, on väiksem, mis vähendab selle massi. Kuid samal ajal on turbiini parameetrite säilitamiseks vaja suurendada tiiba pikkust, mis võib hõlmata labade sidumist tugevuse suurendamiseks.

Võimalikud lukkude tüübid töölabade kinnitamiseks turbiinikettasse.

Tera kinnitatakse kettale kasutades luku ühendus. Selline ühendus on gaasiturbiinmootori üks enim koormatud konstruktsioonielemente. Kõik tera poolt tajutavad koormused kanduvad läbi luku kettale ja saavutavad väga suured väärtused, eriti kuna materjalide erinevuse tõttu on kettal ja labadel erinevad lineaarsed paisumistegurid ning lisaks ka temperatuuri ebaühtlus. väljal, soojenevad nad erinevalt.

Selleks, et hinnata lukustusühenduse koormuse vähendamise võimalust ja seeläbi turbiini töökindluse ja tööea pikendamist, tehakse uurimistööd, mille hulgas tehakse katseid bimetallist terad või blisk-tiivikute kasutamine turbiinides.

Bimetallterade kasutamisel vähenevad nende kettale kinnitamise lukkude koormused, kuna tera lukustusosa on valmistatud ketta materjaliga sarnasest (või parameetritelt sarnasest) materjalist. Tera tera on valmistatud teisest metallist, misjärel need ühendatakse spetsiaalsete tehnoloogiate abil (saadakse bimetall).

Blisks, st tiivikud, mille labad on kettaga integreeritud, välistavad üldiselt lukustusühenduse olemasolu ja seega tiiviku materjali tarbetu pinge. Seda tüüpi komponente kasutatakse juba kaasaegsete turboventilaatormootorite kompressorites. Nende jaoks on aga oluliselt keerukas remonditeema ning kõrgel temperatuuril kasutamise ja sissejahutamise võimalused lennuki turbiin.

Näide rootori labade kinnitamisest kalasabalukkude abil kettale.

Levinuim viis labade kinnitamiseks tugevalt koormatud turbiiniketastele on nn kalasaba. Kui koormused on mõõdukad, võib kasutada teist tüüpi lukke, mis on disainilt lihtsamad, näiteks silindrilised või T-kujulised.

Kontroll…

Alates töötingimustest lennundusturbiinäärmiselt raske ja töökindluse kui lennuki kõige olulisema komponendi küsimus on esmatähtis, siis on maapealses käitamises esikohal konstruktsioonielementide seisukorra jälgimise probleem. See kehtib eriti turbiini sisemiste õõnsuste jälgimise kohta, kus asuvad kõige rohkem koormatud elemendid.

Nende õõnsuste kontrollimine on loomulikult võimatu ilma kaasaegseid seadmeid kasutamata. visuaalne kaugkontroll. Lennukite gaasiturbiinmootorite puhul kasutatakse seda tüüpi endoskoobid (boroskoobid). Kaasaegsed seadmed See tüüp on üsna arenenud ja sellel on suured võimalused.

Turboreaktiivmootori gaasi-õhu kanali kontroll Vucam XO endoskoobi abil.

Markantne näide on kaasaskantav mõõtmisvideo endoskoop Vucam XO Saksa firmalt ViZaar AG. Väikese suuruse ja kaaluga (alla 1,5 kg) on ​​see seade sellegipoolest väga funktsionaalne ja muljetavaldav nii saadud teabe kontrollimiseks kui töötlemiseks.

Vucam XO on täiesti mobiilne. Kogu selle komplekt asub väikeses plastümbrises. Videosond koos suur summa Kergesti vahetatavad optilised adapterid on täieliku 360° liigendusega, läbimõõduga 6,0 mm ja võivad olla erineva pikkusega (2,2 m; 3,3 m; 6,6 m).

Helikopteri mootori boreskoopiline kontroll Vucam XO endoskoobiga.

Selliste endoskoopide abil teostatav boroskoopiline kontroll on ette nähtud kõikide kaasaegsete lennukimootorite eeskirjades. Turbiinides kontrollitakse tavaliselt vooluosa. Endoskoobi sond tungib läbi sisemiste õõnsuste lennundusturbiin spetsiaalse kaudu juhtimispordid.

Boreskoopilised kontrollpordid turboreaktiivmootori turbiini korpusel CFM56.

Need on turbiini korpuses olevad augud, mis on suletud suletud korkidega (tavaliselt keermestatud, mõnikord vedruga). Sõltuvalt endoskoobi võimalustest (sondi pikkusest) võib osutuda vajalikuks mootori võlli keeramine. Turbiini esimese astme labasid (SA ja RL) saab kontrollida läbi põlemiskambri korpuse akende ja viimase astme labasid - läbi mootori düüsi.

Mis tõstab temperatuuri...

Kõigi skeemide gaasiturbiinmootorite arendamise üheks üldiseks suunaks on gaasi temperatuuri tõstmine turbiini ees. See võimaldab oluliselt suurendada tõukejõudu ilma õhukulu suurendamata, mis võib viia mootori esiosa vähenemiseni ja eesmise eritõukejõu suurenemiseni.

Kaasaegsetes mootorites võib gaasi temperatuur (pärast leeki) põlemiskambrist väljumisel ulatuda 1650 °C-ni (kalduvusega tõusta), seetõttu on turbiini normaalseks tööks nii kõrgel soojuskoormusel vaja võtta spetsiaalseid, sageli ohutusmeetmeid.

Esimene (ja selle olukorra kõige suurem seisak)- kasutamine kuumakindlad ja kuumakindlad materjalid, nii metallisulamid kui (tulevikus) spetsiaalsed komposiit- ja keraamilised materjalid, mida kasutatakse turbiini enimkoormatud osade - düüside ja töölabade, aga ka ketaste valmistamisel. Neist enim koormatud on ehk töötavad terad.

Metallisulamid on peamiselt niklipõhised sulamid (sulamistemperatuur - 1455 ° C) mitmesuguste legeerivate lisanditega. Kaasaegsetele kuumakindlatele ja kuumakindlatele sulamitele lisatakse kuni 16 erinevat legeerelementi, et saavutada maksimaalsed kõrge temperatuuri omadused.

Keemiline eksootika...

Nende hulka kuuluvad näiteks kroom, mangaan, koobalt, volfram, alumiinium, titaan, tantaal, vismut ja isegi reenium või hoopis ruteenium jt. Eriti paljulubav on selles osas reenium (Re – reenium, kasutusel Venemaal), mis on praegu kasutusel karbiidide asemel, kuid see on ülikallis ja selle varud on väikesed. Paljulubavaks peetakse ka nioobiumsilitsiidi kasutamist.

Lisaks on tera pind sageli kaetud spetsiaalse kattega, mis on rakendatud spetsiaalse tehnoloogia abil. kuumuse eest kaitsev kiht(antitermiline kate - termotõkkekate või kütuseagregaat) , vähendades oluliselt tera korpusesse siseneva soojusvoo hulka (termobarjääri funktsioonid) ja kaitstes seda gaasikorrosiooni eest (kuumuskindlad funktsioonid).

Termokaitsekatte näide. Näidatud on temperatuurimuutuse olemus tera ristlõikes.

Joonisel (mikrofotol) on kujutatud moodsa turboventilaatormootori kõrgsurveturbiinilaba kuumakaitsekihti. Siin on TGO (termiliselt kasvatatud oksiid) termiliselt kasvav oksiid; Substraat – tera põhimaterjal; Bond coat on üleminekukiht. Kütusesõlmede koostis sisaldab nüüd niklit, kroomi, alumiiniumi, ütriumi jne. Katsetööd tehakse ka tsirkooniumoksiidil põhinevate tsirkooniumoksiidil põhinevate keraamiliste katete kasutamisel (arendatud VIAM).

Näiteks…

Kuumuskindlad niklisulamid firmalt Special Metals Corporation - USA, mis sisaldavad vähemalt 50% niklit ja 20% kroomi, aga ka titaani, alumiiniumi ja paljusid muid väikeses koguses lisatud komponente on mootoritööstuses üsna laialt tuntud, alates sõjajärgne periood ja praegu.

Olenevalt profiili otstarbest (RL, SA, turbiinikettad, vooluosad, düüsid, kompressorid jne, aga ka mittelennunduslikud rakendused), koostisest ja omadustest kombineeritakse need rühmadesse, millest igaüks sisaldab erinevaid sulamivalikuid .

Rolls-Royce Nene mootori turbiini labad on valmistatud Nimonic 80A sulamist.

Mõned neist rühmadest on: Nimonic, Inconel, Incoloy, Udimet/Udimar, Monel ja teised. Näiteks Nimonic 90 sulam, mis töötati välja 1945. aastal ja mida kasutati elementide valmistamiseks lennuki turbiinid(peamiselt labad), düüsid ja lennukiosad, on koostisega: nikkel - minimaalselt 54%, kroom - 18-21%, koobalt - 15-21%, titaan - 2-3%, alumiinium - 1-2%, mangaan – 1%, tsirkoonium -0,15% ja muud legeerivad elemendid (väikestes kogustes). Seda sulamit toodetakse tänapäevalgi.

Venemaal (NSVL) tegeles ja tegeleb seda tüüpi sulamite ja muude gaasiturbiinmootorite jaoks oluliste materjalide väljatöötamisega edukalt VIAM (All-Russian Research Institute of Aviation Materials). Sõjajärgsel perioodil töötas instituut välja deformeeritavaid sulameid (tüüp EI437B) ja alates 60ndate algusest on loodud terve rida kvaliteetseid valusulameid (sellest lähemalt allpool).

Kuid peaaegu kõik kuumuskindlad metallmaterjalid taluvad ilma jahutamiseta kuni ligikaudu ≈ 1050°C temperatuuri.

Sellepärast:

Teine, laialdaselt kasutatav meede, see on rakendus erinevad jahutussüsteemid terad ja muud konstruktsioonielemendid lennuki turbiinid. Kaasaegsetes gaasiturbiinmootorites ei saa ikka veel ilma jahutuseta hakkama, hoolimata uute kõrge temperatuuriga kuumakindlate sulamite ja elementide valmistamise erimeetodite kasutamisest.

Jahutussüsteemide hulgas on kaks valdkonda: süsteemid avatud Ja suletud. Suletud süsteemid võivad kasutada jahutusvedeliku sundtsirkulatsiooni laba-radiaatori süsteemis või kasutada termosifooniefekti põhimõtet.

Viimase meetodi puhul toimub jahutusvedeliku liikumine gravitatsioonijõudude mõjul, kui soojemad kihid tõrjuvad välja külmemad. Jahutusvedelikuks võib siin olla näiteks naatrium või naatriumi ja kaaliumi sulam.

Suletud süsteeme aga raskelt lahendatavate probleemide suure hulga tõttu lennunduspraktikas ei kasutata ja need on eksperimentaaluuringute staadiumis.

Mitmeastmelise turboreaktiivmootoriga turbiini ligikaudne jahutusskeem. Näidatud on tihendid CA ja rootori vahel. A - profiilide võrk õhu keeristamiseks selle eeljahutamiseks.

Kuid neid kasutatakse laialdaselt praktiliselt avatud jahutussüsteemid. Külmutusagensiks on siin õhk, mida tavaliselt tarnitakse erinevatel rõhkudel tänu kompressori erinevatele etappidele turbiini labadesse. Sõltuvalt gaasi maksimaalsest temperatuurist, mille juures neid süsteeme on soovitatav kasutada, võib need jagada kolme tüüpi: konvektiivsed, konvektiivne-kile(või barjäär) ja poorne.

Konvektiivjahutuse ajal juhitakse tera sees õhku spetsiaalsete kanalite kaudu ja, pestes selle sees kõige kuumenematest kohtadest, läheb madalama rõhuga piirkondades voolu välja. Sel juhul saab labades õhuvoolu korraldamiseks kasutada erinevaid skeeme, olenevalt selle jaoks mõeldud kanalite kujust: pikisuunaline, põiki või silmusekujuline (segatud või keeruline).

Jahutustüübid: 1 - konvektiivne deflektoriga, 2 - konvektiivkile, 3 - poorne. Tera 4 - kuumuse eest kaitsev kate.

Lihtsaim skeem on pikisuunaliste kanalitega piki sulge. Siin korraldatakse õhu väljalaskeava tavaliselt tera ülemises osas läbi sidemeriiuli. Sellises skeemis on tera sulgede ääres üsna suur temperatuuri ebaühtlus - kuni 150-250˚, mis mõjutab negatiivselt tera tugevusomadusi. Ahelat kasutatakse mootoritel, mille gaasi temperatuur on kuni ≈ 1130ºС.

Teine tee konvektiivne jahutus(1) tähendab spetsiaalse deflektori olemasolu sule sees (sulgede sisse on sisestatud õhukeseseinaline kest), mis hõlbustab jahutusõhu tarnimist esmalt kõige soojematesse kohtadesse. Deflektor moodustab omamoodi düüsi, mis puhub õhku tera esiosasse. Selle tulemuseks on kuumima osa jugajahutus. Järgmisena väljub õhk, pestes ülejäänud pindu, sulgede kitsaste pikisuunaliste aukude kaudu.

CFM56 mootori turbiini laba.

Sellise skeemi puhul on temperatuuri ebaühtlus palju väiksem, lisaks toimib deflektor ise, mis on terasse sisestatud pinge all mööda mitut tsentreerivat põikvööd, tänu oma elastsusele summutajana ja summutab labade vibratsiooni. Seda skeemi kasutatakse gaasi maksimaalsel temperatuuril ≈ 1230 °C.

Niinimetatud poolkontuuriline disain võimaldab saavutada tera suhteliselt ühtlase temperatuurivälja. See saavutatakse, valides katseliselt erinevate ribide ja tihvtide asukohad, mis suunavad õhuvoolu tera korpuse sees. See skeem võimaldab maksimaalset gaasitemperatuuri kuni 1330 °C.

Düüside labad jahutatakse konvektiivselt samamoodi nagu tööterad. Tavaliselt tehakse need kahekordse õõnsusega täiendavate ribide ja tihvtidega, et jahutusprotsessi intensiivistada. Kõrgema rõhuga õhk suunatakse esiservas esiõõnde kui taha (kompressori erinevate astmete tõttu) ja lastakse erinevad tsoonid tee, et säilitada minimaalne nõutav rõhuerinevus, et tagada jahutuskanalites vajalik õhukiirus.

Näited võimalikud viisid tööterade jahutamine. 1 - konvektiivkile, 2 - konvektiivkile, 3 konvektiivkile keeruliste silmuskanalitega labas.

Konvektiivkilejahutust (2) kasutatakse veelgi kõrgematel gaasitemperatuuridel – kuni 1380°C. Selle meetodi puhul lastakse osa jahutusõhust läbi tera spetsiaalsete avade selle välispinnale, luues seeläbi omamoodi tõkkekile, mis kaitseb tera kuuma gaasivooluga kokkupuute eest. Seda meetodit kasutatakse nii töö- kui ka düüside labade jaoks.

Kolmas meetod on poorne jahutamine (3). Sellisel juhul on tera pikikanalitega jõuvarras kaetud spetsiaalse poorse materjaliga, mis võimaldab ühtlaselt ja doseeritud jahutusvedelikku vabastada kogu gaasivooluga pestud tera pinnale.

See on endiselt paljulubav meetod, mida gaasiturbiinmootorite kasutamise massipraktikas ei kasutata poorse materjali valiku raskuste ja pooride üsna kiire ummistumise suure tõenäosuse tõttu. Kui aga need probleemid lahendatakse, võib arvatav võimalik gaasitemperatuur seda tüüpi jahutuse korral ulatuda 1650°C-ni.

Turbiini kettaid ja CA korpuseid jahutatakse ka õhuga tänu kompressori erinevatele etappidele, kui see läbib mootori sisemisi õõnsusi, pestes jahutatud osi ja seejärel vabastades need vooluosasse.

Kaasaegsete mootorite kompressorite üsna kõrge rõhu suurenemise tõttu võib jahutusõhk ise olla üsna kõrge temperatuuriga. Seetõttu võetakse jahutuse efektiivsuse suurendamiseks meetmed selle temperatuuri esmalt alandamiseks.

Selleks saab enne turbiini labadele ja ketastele varustamist juhtida õhku läbi spetsiaalsete profiilvõrede, sarnaselt SA turbiinile, kus õhk keeratakse tiiviku pöörlemissuunas, paisudes ja jahutades samal ajal. . Jahutusaste võib olla 90-160°.

Sama jahutuse jaoks võib kasutada sekundaarahela õhuga jahutatavaid õhk-õhk radiaatoreid. Mootoril AL-31F vähendab selline radiaator temperatuuri lennu ajal 220°-ni ja maapinnal 150°-ni.

Jahutusvajaduste jaoks lennundusturbiin Kompressorist võetakse üsna palju õhku. Erinevatel mootoritel - kuni 15-20%. See suurendab oluliselt kadusid, mida võetakse arvesse mootori termogaasidünaamilises arvutuses. Mõned mootorid on varustatud süsteemidega, mis vähendavad jahutusõhu juurdevoolu (või isegi lülitavad selle välja) mootori vähendatud töötingimustel, millel on positiivne mõju efektiivsusele.

NK-56 turboventilaatorturbiini 1. etapi jahutusskeem. Samuti on näidatud kärgstruktuuriga tihendid ja jahutuse sulgelint mootori vähendatud töötingimustel.

Jahutussüsteemi efektiivsuse hindamisel võetakse tavaliselt arvesse täiendavaid hüdraulilisi kadusid labadel, mis on tingitud nende kuju muutumisest jahutusõhu vabanemisel. Päris jahutatud turbiini kasutegur on ligikaudu 3-4% madalam kui jahutamata.

Midagi terade valmistamisest...

Esimese põlvkonna reaktiivmootoritel valmistati peamiselt turbiini labasid tembeldamise meetod järgneb pikaajaline töötlemine. 50ndatel tõestasid VIAM-i spetsialistid aga veenvalt, et terade kuumuskindluse taseme tõstmiseks pakkus väljavaadet just valu, mitte sepistatud sulamid. Järk-järgult tehti üleminek sellele uuele suunale (ka läänes).

Hetkel on tootmises kasutusel täppis mittejääkvalutehnoloogia, mis võimaldab toota spetsiaalselt profileeritud siseõõnsustega labasid, mida kasutatakse jahutussüsteemi käitamiseks (nn tehnoloogia kadunud vahavalu).

See on tegelikult ainus viis jahutatud labade saamiseks praegu. See paranes ka aja jooksul. Valutehnoloogia esimestel etappidel toodeti erineva suurusega labasid kristalliseerumise terad, mis ei kleepunud kindlalt üksteise külge, mis vähendas oluliselt toote tugevust ja kasutusiga.

Seejärel hakkasid nad spetsiaalsete modifikaatorite abil tootma valatud jahutatud labasid, millel olid homogeensed, võrdse teljega, peened struktuursed terad. Sel eesmärgil töötas VIAM 60ndatel välja esimesed kodused kuumakindlad sulamid ZhS6, ZhS6K, ZhS6U, VZHL12U valamiseks.

Nende töötemperatuur oli 200° kõrgem kui tollal levinud deformeeritaval (stantsimis) sulamil EI437A/B (KhN77TYu/YUR). Nendest materjalidest valmistatud terad töötasid vähemalt 500 tundi ilma visuaalselt nähtavate hävimismärkideta. Seda tüüpi tootmistehnoloogiat kasutatakse tänapäevalgi. Sellegipoolest jäävad terade piirid tera struktuuri nõrgaks kohaks ja just neid mööda algab selle hävitamine.

Seetõttu koos koormusomaduste suurenemisega kaasaegsed lennuki turbiinid(rõhk, temperatuur, tsentrifugaalkoormused) tekkis vajadus välja töötada uued terade valmistamise tehnoloogiad, kuna mitmeteraline struktuur ei vastanud paljudes aspektides enam rasketele töötingimustele.

Näited tööterade kuumuskindla materjali struktuurist. 1 - võrdne tera suurus, 2 - suunaline kristalliseerumine, 3 - monokristall.

Nii" suunatud kristallisatsiooni meetod" Selle meetodi puhul ei moodustu tera tahkuval valamisel mitte üksikuid võrdseteljelisi metalliterasid, vaid pikki sambakujulisi kristalle, mis on piki tera telge piklikud. Selline struktuur suurendab oluliselt tera purunemiskindlust. See sarnaneb luudaga, mida on väga raske murda, kuigi iga selle moodustav oks murdub probleemideta.

Seda tehnoloogiat viimistleti hiljem veelgi arenenumaks. monokristallide valamise meetod", kui üks tera on praktiliselt üks terve kristall. Seda tüüpi tera on nüüd paigaldatud ka kaasaegsesse lennuki turbiinid. Nende valmistamiseks kasutatakse spetsiaalseid sulameid, sealhulgas nn reeniumi sisaldavaid sulameid.

70ndatel ja 80ndatel töötas VIAM välja sulamid turbiinide labade valamiseks suunakristallimisega: ZhS26, ZhS30, ZhS32, ZhS36, ZhS40, VKLS-20, VKLS-20R; ja 90ndatel - pika elueaga korrosioonikindlad sulamid: ZhSKS1 ja ZhSKS2.

Lisaks on VIAM selles suunas töötades 2000. aasta algusest tänapäevani loonud kolmanda põlvkonna kõrge reeniumisisaldusega kuumakindlaid sulameid: VZhM1 (9,3% Re), VZhM2 (12% Re), ZhS55 (9% Re) ) ja VZhM5 (4% ​​Re ). Omaduste edasiseks parandamiseks on viimase 10 aasta jooksul läbi viidud eksperimentaalsed uuringud, mille tulemuseks on neljanda põlvkonna - VZhM4 ja viienda põlvkonna VZhM6 reeniumi-ruteeniumi sisaldavad sulamid.

Assistentidena...

Nagu varem mainitud, kasutatakse gaasiturbiinmootorites ainult reaktiivseid (või aktiivreaktiivseid) turbiine. Kokkuvõttes tasub aga meeles pidada, et kasutatud lennuki turbiinid On ka aktiivseid. Peamiselt täidavad nad teisejärgulisi ülesandeid ega osale tõukemootorite töös.

Ja ometi on nende roll sageli väga oluline. Sel juhul räägime õhukäivitajad käivitamiseks kasutatud. Olemas erinevat tüüpi käivitusseadmed, mida kasutatakse gaasiturbiinmootorite rootorite pöörlemiseks. Õhkstarter on nende hulgas võib-olla kõige silmapaistvamal kohal.

Turboventilaatormootori õhkkäiviti.

Vaatamata oma funktsioonide tähtsusele on see seade põhimõtteliselt üsna lihtne. Põhiseadmeks on siin ühe- või kaheastmeline aktiivturbiin, mis pöörleb mootori rootorit (turboventilaatormootoril tavaliselt madalsurverootor) läbi käigukasti ja ajamikasti.

Õhkstarteri ja selle tööliini asukoht turboventilaatori mootoril,

Turbiini ennast pöörleb õhuvool, mis pärineb maapealsest allikast, kas pardal olevast APU-st või mõnest teisest juba töötavast lennukimootorist. Käivitustsükli teatud hetkel lülitub starter automaatselt välja.

Seda tüüpi ühikutes saab neid ka sõltuvalt nõutavatest väljundparameetritest kasutada. radiaalsed turbiinid. Neid saab kasutada ka lennukikabiinide kliimaseadmetes turbo-külmiku elemendina, mille puhul kasutatakse õhutemperatuuri paisumise ja alanemise mõju turbiinile kajutitesse siseneva õhu jahutamiseks.

Lisaks kasutatakse kolblennukite mootorite turboülelaadurisüsteemides nii aktiivseid aksiaal- kui ka radiaalturbiine. See praktika algas juba enne turbiini ümberehitamist kõige olulisem sõlm GTD kestab tänaseni.

Näide radiaal- ja aksiaalturbiinide kasutamisest abiseadmetes.

Sarnaseid turboülelaadureid kasutavaid süsteeme kasutatakse autodes ja üldiselt erinevaid süsteeme suruõhuvarustus.

Seega teenindab lennukiturbiin inimesi hästi ka abistavas mõttes.

———————————

Noh, see on ilmselt tänaseks kõik. Tegelikult on siin veel palju, millest saab kirjutada Lisainformatsioon, ja rohkemgi täielik kirjeldus mis on juba öeldud. Teema on väga lai. Siiski ei saa omaks võtta mõõtmatust :-). Üldise teabe saamiseks võib-olla piisab. Täname, et lugesite lõpuni.

Järgmise korrani...

Lõpuks on pildid, mis "ei mahu" teksti sisse.

Üheastmelise turboreaktiivturbiini näide.

Heroni eolipiili mudel Kaluga kosmonautikamuuseumis.

Vucam XO endoskoobi videosondi liigend.

Multifunktsionaalse endoskoobi Vucam XO ekraan.

Endoskoop Vucam XO.

Näide termokaitsekattest GP7200 mootori CA labadel.

Tihendite jaoks kasutatavad kärgplaadid.

Labürinttihendi elementide võimalikud variandid.

Labürindi kärgpits.

Sissejuhatus

Gaasiturbiinimootorite labade tootmine on kaasaegses masinaehituses erilisel kohal. Selle põhjuseks on tera valmistamise järgmised omadused.
1. Mootori labade vastutustundlik otstarve. Terad määravad otsustavalt gaasiturbiinmootorite töökindluse ja tõrgeteta töö. Mootori kasutusiga määrab reeglina labade jõudlus. Sellega seoses peab terade valmistamise ja jälgimise tehnoloogia tagama nende tootmise kvaliteedi stabiilsuse ja välistama võimaluse paigaldada labasid, mille geomeetrilised mõõtmed, pinna kvaliteet, metallurgilised ja muud mootori defektid on kõrvalekalded.
2. Geomeetriliste kujundite ja nõuete keerukus kõrge täpsusega terade tootmine. Tera sulg on muutuva ristlõikega tera, mida piiravad keeruka kujuga pinnad ja mis on luku suhtes täpselt ruumiliselt orienteeritud. Pliiatsi valmistamise täpsus on 0,05 x 0,15 mm. Lukustusosa, millega labad ketaste külge kinnitatakse, on valmistatud 0,01-0,02 mm täpsusega.
3. Terade masstootmine. Kaasaegsel aksiaalkompressoriga mootoril on kuni 2000 laba. Sellega seoses on labade tootmine isegi prototüüpmootorite tootmisel seeriaviisiline.
4. Kallite ja nappide materjalide kasutamine labade valmistamiseks. Sellega seoses peab terade valmistamise tehnoloogiline protsess tagama minimaalse defektide protsendi.
5. Terade valmistamiseks kasutatud materjalide halb töödeldavus. Turbiini labad on valmistatud niklipõhistest sulamitest, millel on suhteliselt kõrge kõvadus ja kõrge viskoossus.
Nende tegurite kombinatsioon määras tera tootmise spetsiifilisuse.
Terade tootmist täiustatakse praegu peamiselt mehhaniseerimise ja automatiseerimise suunas. Käsitöö kaotamine mitte ainult ei vähenda töömahukust, vaid parandab ka tera valmistamise kvaliteeti.
Märkimisväärseid edusamme on viimasel ajal saavutatud kuumuskindlate ja titaanteraste ja -sulamite töötlemisviiside intensiivistamisel, samuti keraamiliste lõiketerade valmistamisel.

1. Düüside labade otstarve ja konstruktsioon

Auru- ja labamootorite põhiosad on vastavalt sihtotstarbele juhikud ja tööterad. Koos moodustavad nad turbiini vooluosa, milles muundatakse soojusenergiat töökeskkond(aur, gaas) pöörleva rootori mehaanilisse töösse. Juht- ja töölabade komplekti nimetatakse turbiini labade seadmeks.
Labaseade on turbiini kõige kallim ja kriitilisem osa. Turbiini kasutegur – selle kasutegur – sõltub ennekõike labaaparaadi kvaliteedist. Kaasaegse võimsa auruturbiini labade valmistamise töömahukus ulatub 42–45% -ni kõigi selle osade valmistamise töömahukust.
Turbiini labad töötavad väga rasketes tingimustes. Need on allutatud tugevale tsentrifugaaljõule, töökeskkonna painutus- ja pulseerivatele mõjudele, mis põhjustavad labade vibratsiooni, mille käigus saab kergesti ergastuda resonantsvibratsioon. Kõik see toimub turbiini esimestel etappidel kl kõrged temperatuurid lõiketerasid nii keemiliselt kui mehaaniliselt mõjutav töökeskkond; viimastel etappidel toimub labade sisselaskeservade korrosioon (erosioon) märjas aurus sisalduvate veeosakeste toimel.
Need tingimused nõuavad eriti hoolikat lähenemist terade projekteerimisele, nende jaoks materjalide valikule ja nende tootmise korraldamisele. Eriti tähelepanelik tuleks olla kuju moodustavate labade kõigi mõõtmete teostamisel ja nende valmistamisel kehtestatud tehniliste nõuete täitmisel. Kõrvalekalded joonistest võivad põhjustada labadele lisapingeid, mida arvutused ei hõlmanud, mis omakorda võib põhjustada tõsise turbiini rikke.
Esimese etapi düüsiaparaati pestakse gaasiga, mille temperatuur võib, võttes arvesse põlemiskambrijärgset ebatasasust, olla 100–120 °C kõrgem kui keskmine mass turbiini ees. Seetõttu jahutatakse kõrge temperatuuriga gaasiturbiinides seda väga intensiivselt. Massi keskmist temperatuuri turbiini ees tuleks pidada kaalutud keskmiseks stagnatsioonitemperatuuriks vahetult rootori labade ees. See võimaldab vabamalt kasutada õhku esimese astme düüsilabade jahutamiseks, kuid väikesed aerodünaamilised kaod düüsiseadmes endas ning temperatuuri, rõhu ja suunaga maksimaalselt ühtlane vool otse selle töölabade ees. etapp tuleb tagada.
Düüside labad on tavaliselt piki raadiust kergelt keerdunud ja seetõttu saab kasutatavaid jahutussüsteeme rakendada peaaegu kõigi astmelise keerdumise seaduste kohaselt.
Turbiini esimese astme düüsiaparaat tehakse tavaliselt kokkupandavaks topelttoega düüsidega, kuna see tajub suurimat rõhulangust, kuid vajaliku soojuspaisumise vabadusega (joonis 1, a). Kõikidel uutel on jahtunud düüsilabad, mille õhk pääseb valdavalt väljalaskeserva. See põhigaasivooluga segatud õhk töötab turbiini järgmistes velgedes, mistõttu selle tarbimine turbiini efektiivsusele suurt kahju ei põhjusta. Õõnesjahutusega düüside labad on valmistatud täppisvaluga (kaotatud vaha). Seadme GTK-16 TMZ turbiini esimesel etapil on keevitatud-joodislabad.
Järgmiste etappide düüsiseadmete puhul kasutatakse statsionaarses praktikas konsooli külge kinnitatud labasid (joonis 1, b). Turbomootorite tehases kombineeritakse need kolmest või neljast tükist koosnevateks pakettideks (segmentideks) ja jäetakse pakettide vahele

Soolaterade kujundused

A)

b)

V)

a - kahe toega õhkjahutusega düüsi tera; b - konsoolkinnitusega
turbiini juhttera; c - reguleeritav düüsiseade sfääriliste piiravate pindadega.

Riis. 1

Jahutatud düüsilabade profiilosa lõiked

a - konvektiivne jahutus koos deflektoriga; b - konvektiiv-kile jahutamine; c - läbitungiv jahutus; g - seinasisene jahutus;
1 - deflektor; 2 - valatud tera; 3 - poorne kate; 4 - kuumuse eest kaitsev kate.
Riis. 2

Mitteeraldatavaid düüsiseadmeid kasutatakse keevitatud membraanide kujul. Need nõuavad spetsiaalseid disainimeetmeid, et tagada termoelastsus ja vältida jalutusrihmasid. Eelistatakse õõnes- ja õhukeseseinalisi membraane ilma horisontaalse pistikuta.
Samuti on soovitav teha jahutamata düüsilabad õõnsaks, et vähendada äkiliste peatumiste korral väljalaskeservades tekkivaid termilisi pingeid. Kõikidel juhtudel on vaja minimeerida soojuse hajumist düüsi labadelt neid kinnitavatele staatoriosadele.
Kahe ja kolme võlliga düüsiseadmed nõuavad iga turbiini esimese etapi väljapääsu ristlõike pindala ranget tolerantsi, et tagada soojustilkade arvutuslik jaotus nende vahel. Tööseisundis suureneb kõrg- ja madalrõhuturbiinide pindala erineval määral.
Erilist tähelepanu disain nõuab reguleeritavaid düüsiseadmeid. Labade otste radiaalsete vahekauguste vähendamiseks tuleb pöörlevate juhtlabadega külgnevad meridionaalsed pinnad teha piki sfääre, mida kirjeldavad raadiused keskelt, mis paiknevad labade telgede ja turbiini telje ristumiskohas (joonis 1). 1, c). Konstruktsiooni lihtsustamine saavutatakse suhteliselt väikese arvu laiade labadega, kuid düüsi ja tööterade vaheline telgvahe muutub nende pööramisel tugevamini. Nõutav tööpiirkond düüsiaparaadi pindala muutmiseks on ±10%.
Jahutusega düüside labade erinevate konstruktsioonide hulgas on kõige levinumad deflektori labad (joonis 2, a). Väline jõukate on tavaliselt valmistatud täppisvaluga. Sisestatav õhukeseseinaline deflektor võimaldab seinte head konvektiivset jahutamist ja tera esiserva seest jugajahutust. Jahutusvedelik väljub labast kõige sagedamini läbi õõnsa väljalaskeserva või selle lähedal. Sellistes labades liigub jahutusvedelik üle laba telje. Jahutusega esimese astme düüsiseadmete varajastes konstruktsioonides kasutati jahutusvedeliku pikisuunalist voolu ilma, et õhk oleks servadesse lastud. Tänapäeval kasutatakse selliseid konstruktsioone väikese jahutusefekti tõttu harva ja ainult teise või kolmanda etapi jaoks.
Sisestatud deflektoriga tera eelised jahuti ristlõike jaoks:
õhu ja gaasi soojusülekandetegurite lähendamine, mis annab ühtlase temperatuuri tera ristlõikes;
terade sektsioonide kõrguse ja ristlõike diferentseeritud jahutamise võimalus tänu deflektori aukude asukohale ja arvule;
võimalus reguleerida tera jahutussügavust peenhäälestuse või ressursi suurendamise protsessis;
õhupoole soojusvahetuse intensiivistamise suhteline lihtsus tänu erinevatele turbulaatoritele.
Deflektor on kahest osast koosnev õhukese seinaga stantsitud kest, mis on ühendatud punkt- või rullkeevitusega, mõnikord jootmisega. Deflektorit on võimalik valmistada õhukese seinaga toru deformeerimise ja puurimise teel. Deflektori perforatsioon teatud kohtades võimaldab intensiivistada konvektiivset soojusülekannet jugajahutuse tõttu. Jugajahutuse kontsentratsiooni ühes kohas nimetatakse dušijahutuseks.
Konvektiiv-kilejahutusega düüsi labasid kasutatakse kõrgema gaasitemperatuuri (Tg > 1200 - 1250 °C) puhul kui puhtalt konvektiivjahutusega. See kulutab rohkem jahutusõhku kui ilma jahutuskilet puhumata. Esimese etapi düüside labade puhul pole see aga kriitiline. Terade konvektiivkilega jahutamise eeliseks (joon. 2, b) on võimalus täiendavalt vähendada metalli temperatuuri 100 °C või rohkem. Teiseks eeliseks on võimalus kõrvaldada tera kohalik ülekuumenemine, luues kõrgema temperatuuriga ala ette täiendava puhumispilu. Kuid kile kulub kiiresti ja puhumispilud tuleb korrata. Lisaks põhjustab puhutud kile mõju piirkihile aerodünaamiliste kadude suurenemist. Kile jahutamise ajal on tera ristlõikes tavaliselt ebaühtlane temperatuur.
Kodumajapidamises kasutatavates konvektiiv-kilejahutusega düüside labades ei olnud need 80ndate lõpus veel levinud, kuid ilmusid uutel 90ndatel.
Düüsilabade jahutussüsteemidest, mida arendatakse, kuid praktikas ei rakendata, mainime läbiva jahutusega labasid ja seinasisese jahutusega labasid.
Läbistav jahutus, milles õhk läbib tera seinas olevaid väikseid auke (poore), on mõeldud väga kõrgetele temperatuuridele, näiteks Tg = 1600 °C. Just sellistel tingimustel on võimalik saavutada jahutusõhu tarbimise märkimisväärne vähenemine võrreldes konvektiivkilejahutusega. Läbistav jahutus on tihedamalt seotud labaseinte valmistamise tehnoloogiaga kui muud jahutusmeetodid. Reeglina on läbitungijahutusega düüsilabad hülss-tüüpi, st. õhuke kest katab tera kõva südamiku (joon. 2, c). Olulisteks puudusteks on vajadus jahutusõhu põhjaliku puhastamise järele ja pooride ummistumise oht põlemisproduktides sisalduvate hajutatud osakestega.
Veel üks paljutõotav vooderdise (kest) labade tüüp on seinasisese jahutusega labad. Siin kasutatakse jahutusvedeliku pikisuunalist voolu (joonis 2, d).

2. Terade valmistamiseks kasutatud materjalid

Düüsilabade metalli temperatuuri määrab antud etapi labasid peseva töövedeliku ja jahutussüsteemi temperatuur. Gaasivoolu mõjul tekkivad paindepinged on 50-80 MPa ja paljutõotavatel kõrge temperatuuriga võimsatel ulatuvad need 130 MPa-ni.
Terad puutuvad kokku gaasivoolu staatiliste ja dünaamiliste mõjudega. Sellisel juhul on temperatuurimuutused nagu termošokid võimalikud kuni 400 0C ja perspektiivikatel kuni 600 -700 0C. Ajamiturbiinide käivituste arv ressursi kohta ulatub 200-ni, tipptasemel - 5000-ni. Samuti puutuvad labad kokku põlemisproduktide voolu erosiooni ja söövitava mõjuga kiirusel kuni 700 m/s. Kuni 100 mikroni suuruste tahkete osakestega voolu tolmusisaldus võib ulatuda kontsentratsioonini 0,3 mg/m3. Ebasoodsates atmosfääritingimustes võivad need väärtused korraks tõusta vastavalt 250 mikronini ja 2,5 mg/m3-ni. Õhupuhastusseadmete olemasolul ei tohiks õhuvoolu tolmusisaldus ületada kehtestatud norme.
Labade töötingimuste analüüs ja labaseadmete tüüpiliste õnnetuste uurimine määras kindlaks järgmised nõuded turbiini düüsi labade materjalile:
A) kõrge kuumakindlus, s.t. kõrgete tugevusväärtuste säilitamine kõrgetel töötemperatuuridel;
B) kõrge plastilisus, mis on vajalik pingete ühtlaseks jaotumiseks kogu tera ristlõikepinna ulatuses; hea vastupidavus kohalikele pingetele;
B) kõrge väsimustugevus (vastupidavus);
D) suur sumbumise vähenemine;
D) konstruktsiooni stabiilsus, tagades mehaaniliste omaduste püsivuse turbiinide töötamise ajal;
E) kõrge oksüdatsiooni- ja katlakivikindlus kõrgetel temperatuuridel;
G) soodsad tehnoloogilised omadused, mis võimaldavad kasutada terade töötlemisel (eelkõige lõikamisel) ratsionaalsemaid meetodeid ning tagavad profiili suuruse täpse teostamise ja töötlemise kõrge puhtuse. Terade metall peab olema hästi sepistatud, stantsitud, pragudeta neetitud, hästi painutatud ja külmas olekus valtsitud. Keevitatud konstruktsioonide puhul nõuab labade metall head keevitatavust.
H) Kõrge vastupidavus erosioonile.
Esimeste etappide düüside labade materjalina kasutatakse valu- või sepistatud niklipõhiseid sulameid. Gaasitemperatuuril kuni 700 °C kasutati varem austeniitset terast. Viimaste astmete labade puhul, mille gaasitemperatuur on alla 580 °C, on võimalik kasutada ka legeeritud kroomteraseid. Temperatuuridel üle 650–8000 C töötavate labade jaoks kasutatakse nikli baasil kuumakindlaid metallisulameid. Nende hulgas on ZhS6K, EI929VD, EI893, N70VMYUT, KhN80TBYu jne.
Gaasi temperatuuridel 800°C ja kõrgemal ning kui küttegaasis on väävlit ja temperatuuril 720°C, on vaja rakendada kaitsekatted düüsil ja tööteradel, mille sulamis on kroomisisaldus alla 20%, kromoaliseerimisel, kromosilikoniseerimisel või kromoalumiinisilikoneerimisel jne. Kaitsekatte paksus on 30 - 60 mikronit Kasutatakse ka emailkatteid ja kuumakaitsekatteid kasutatakse jahutatud labade jaoks.

3. Töödeldava detaili tüüp

Terade valmistamiseks kasutatakse järgmist tüüpi toorikuid: ribateras, lehtteras, sepised, stantsitud, kuumvaltsitud profiilliistud (nn. kergvaltsprofiil) ja täppisvalu. Levinumad terade toorikud on kergvaltsprofiilid ja stantsitud.
Töödeldava detaili tüübil on suur mõju järgnevale tehnoloogilisele töötlemisprotsessile, seetõttu tuleks ratsionaalsete toorikute valimisel arvestada kõigi spetsiifiliste tootmistingimustega ja eelkõige terade kuju, nende koguse ja tellimuste ajastusega. .
Düüsiseadmete terade valmistamise peamine meetod on täppisvahavalu, peamiselt valusulamitest LK4, ZhS6, ZhS6-K jne.
Täpse kaduva vahavalu kasutamine võimaldab saada töödeldavaid detaile minimaalse varuga sulgedele. Mehaaniline taastamine Selliste labade ettevalmistamine seisneb peamiselt tera lukkude töötlemises.
Kaotatud vahavalul on järgmised eelised võrreldes muude düüsiseadmete labade toorikute valmistamise meetoditega;
1) oskus saada keeruka kujuga detaile, mille pinnaviimistlus on 5-6 ja täpsus 4. klassi piires;
2) kuni 0,5 mm seinapaksusega õõneslabade saamise võimalus.
Selle meetodi puudused hõlmavad järgmist:
1) vajadus kasutada valamisel kalleid sulameid ja abimaterjale;
2) tootmistsükli kestus.
Mõne mootori puhul hakati düüsiaparaadi labasid valmistama lehtkuumuskindlast materjalist külmstantsimise meetodil, millele järgnes väljalaskeserva elektriline keevitamine.

4.Põhinõuded terade mehaanilisele töötlemisele

Kvaliteetsed labad, nagu ka kõik muud turbiini osad, sõltuvad sellest õige täitmine joonistel kindlaks tehtud disaini mõõtmed ja pinnatöötluse puhtus. Igal tera osal (saba, tööosa ja pea) on erinev otstarve. Saba eesmärk on tera turvaline kinnitamine turbiini korpusesse. Tööosa on mõeldud aurusurve neelamiseks ja pea on sideme kinnitamiseks. Kui tera saba puhul on vastavalt selle kasutusotstarbele väga oluline täpsusaste, millega saba kõik maandumismõõtmed on tehtud, siis tööosa jaoks, mille mõõtmed ei ole maandumine, on aste. töötlemise puhtus on väga oluline. Tööosa hästi poleeritud pind aitab vähendada tera pinna vastu hõõrdumisest tekkivat aurukadu, suurendades samal ajal tera korrosioonivastast vastupidavust.
Kõik terade suurused võib vastavalt nende täpsuse nõuetele jagada kolme rühma.
Esiteks: mõõtmed, millest sõltub labade ühendamise iseloom turbiini teiste osadega, s.t. maandumisosad. Nende hulka kuuluvad ennekõike sabade ja naelte suurused sidemeteipide kinnitamiseks. Tenni läbimõõt (ümmarguse tihvtiga) ning tihvti laius ja paksus (ristkülikukujulise tihvtiga) teostatakse vastavalt 4. klassi jooksusobivustele.
Teiseks: mõõtmed, mis ei ole maanduvad, kuid nõuavad suuremat täpsust. Nende hulka kuuluvad tööosade ristlõike mõõtmed; terade paigaldust määravad mõõtmed ja kinnitustraadi aukude asukoht jne. Need mõõtmed on valmistatud kas kolmanda ja neljanda täpsusklassi järgi või vabade mittestandardsete tolerantside järgi vahemikus 0,1 mm kuni 0,5 mm, olenevalt tera suurusest.
Kolmandaks: vabad mõõtmed, mis sisaldavad tavaliselt labade filee, faaside ja muude vähem kriitiliste elementide mõõtmeid. Vabamõõtmete täpsus ei ole kas üldse standarditud või piirdub 7. täpsusklassi tolerantsidega. Kuid isegi juhul, kui vabadele mõõtmetele tolerantse ei kehtestata, viiakse need tavaliselt läbi vastavalt vabade mõõtmete jaoks spetsiaalsete poolt kehtestatud tolerantsidele. tehnoloogilised juhised, toodetud selles ettevõttes.
Istepindade töötlemise puhtus hoitakse 6. klassi piires, tööprofiilide ja tööosade fileed on 8-9 klassi piires.
Kõige olulisemad on sabaühenduste maandumismõõtmed. Need mõõtmed ja ka töötlemise puhtus peavad olema tagatud masintöötlemise vastava täpsusega ja lõikeriista kvaliteediga. Tüüpilise düüsiseadme laba joonis on näidatud joonisel fig. 3.

Tüüpilise düüsi tera joonis

A)

b)

a - lukuvaba disain, b-lukuga.

Riis. 3

Terade põhipindade valmistamise täpsust iseloomustavad järgmised andmed:
tolerants sulgede profiili paksusele ………………… +0,5 - 0,2;
serva paksuse tolerants………………………. ±0,2;
profiili ebasirgesus………………………. 0,8 mm;
tagumise serva ebasirgesus……………. 0,8 mm;
õõnsate labade seina paksuse tolerants.....±0,3mm;
Lukupinna puhtus ... ... 4–5.

5. Tüüpiline töötlemisprotsess

Iga uue tera töötlemise tehnoloogilise protsessi saab tehnoloog lihtsalt ja kiiresti välja töötada klassifikaatori ja standardsete tehnoloogiliste toimingutega.
Sulamid, millest terad on valmistatud, on lõikega halvasti töödeldud (eriti metalltööriistadega). Sellega seoses tehakse nende terade töötlemistoimingud tavaliselt lihvimise teel.
Düüsiseadmete labade toorikute puhul, mis on valmistatud täppisvalamise teel, piki tera lihvimisvaruga, on peamiseks mehaaniliseks töötlemiseks lukkude lihvimine.
Tera suled viimistletakse tavaliselt käsitsi poleerimisrataste abil. Pliiatsi esmane puhastamine viiakse läbi abrasiivsed rattad tera suurus 46-60.Düüsiseadmete labade (lukkudega) mehaanilise töötlemise marsruudi tehnoloogiline protsess koosneb järgmistest toimingutest:

№ operatsioonid	operatsiooni nimi	Varustus
	Töödeldava detaili juhtimine
	Alustasandite lihvimine	Pinna lihvimismasin MSZ
	Põhipinnaga tasapinnalise väljalaskeserva masinapuhastus
	Lihvimine luku külgtasapindades küna poolelt	Lappimismasin
	Lukupindade lihvimine	Pinna lihvimismasin MSZ
	Toru lihvimine	Pinna lihvimismasin MSZ
	Luku kahe tasapinna lihvimine tagantpoolt	Pinna lihvimismasin
	Lukus olevate aukude elektrilahendusega töötlemine	Spetsiaalne paigaldus
	Õhetus	Pesumasin
	Luku talla soone freesimine	Vertikaalne freespink
	Metallitöötlemine (teravate servade nüristamine pärast töötlemist)
	Pesemine ja puhumine	Pesumasin
	Lõplik kontroll
	Värvivigade tuvastamine	Spetsiaalne paigaldus
	Defektsete piirkondade puhastamine pärast värvivigade tuvastamist	Poleerimispea
	Söövitamine
	Ülevaatus pärast defektsete kohtade puhastamist
	Luminestsentsjuhtimine
	Vigade puhastamine pärast luminestsentskatset	Poleerimispea
	Pesemine ja pühkimine	Pesumasin

Lukustamata konstruktsiooniga düüsiseadme labade mehaanilise töötlemise marsruudi tehnoloogiline protsess koosneb järgmistest toimingutest:

Operatsioon nr.	operatsiooni nimi	Varustus
	Toorik - täppisvalu ilma varuta mehaaniliseks töötlemiseks pliiatsil
	Pliiatsi otsa lihvimine	Pinna lihvimismasin MSZ
	Raadiusfreesimine sissepääsu poolelt­ serva pole	Horisontaalne freespink
	Raadiusfreesimine sissepääsu poolelt serva pole	Horisontaalne freespink
	Mehaaniline jäsemete eemaldamine pärast teravate servade freesimine ja tuhmumine	Poleerimispea
	Pesemine ja puhumine	Pesumasin
	Lõplik kontroll
	Värvivigade tuvastamine	Spetsiaalne paigaldus
	Defektide puhastamine pärast värvivigade tuvastamist	Poleerimispea
	Söövitamine
	Kontroll pärast eemaldamist
	Luminestsentsjuhtimine	Spetsiaalne paigaldus
	Krossi eemaldamine pärast fluorestsentstesti	Poleerimispea
	Pesemine ja pühkimine	Pesumasin

Järgmisena poleeritakse sulg liimitud abrasiiviga viltringidega. Poleerimine toimub kolmes üleminekus. Selles töötluses kasutatava abrasiivi tera suurus on vastavalt 60, 180 ja 220.

6. Masinate tüüp

Kuna üksikute tehaste käsitsi profiilide paigaldamise töömahukus oli suur, püüti neid toiminguid mehhaniseerida.
Joonisel fig. Joonisel 4 on kujutatud moderniseeritud PSL-masinat düüsiseadme labade tagumise osa poleerimiseks. See masin suudab korraga töödelda mitut osa.
Moskva lihvimismasinatehase masinad MSh-81 ja MSh-82 (joon. 5) on ette nähtud lukustamata düüsilabade töötlemiseks, mille tagaosa ja küna on kõigis sektsioonides püsiva profiiliga. Sulg töödeldakse profiilrattaga, mis sirgendatakse spetsiaalse profiililõikuriga. Joonisel fig. Joonisel 6 on kujutatud spetsiaalset seadet, mida kasutatakse silindrilistel lihvimismasinatel düüsiaparaadi labade tagumise osa lihvimiseks.
Seade koosneb lihvketta spindli ja esitala spindli sünkroonse pöörlemise mehhanismist, lihvketta sidumismehhanismist ja koopiamasina juhtimise mehhanismist.
Peatoe spindel 3 saab pöörlemise lihvpea spindlilt hammasrataste süsteemi kaudu, et tagada ratta ja tooriku sünkroonne pöörlemine.
Spindlilt edastatakse toote pöörlemine ülekandearvuga 2:1 mahulisele koopiamasinale 2, mida kasutatakse lihvketta töötlemiseks. Ringi 9 reguleeritakse spetsiaalse mehhanismi abil. Rattakattemehhanismi võllile 10 on jäigalt kinnitatud profileerimistööriista 8 kandev hoob. Võlli 10 teise otsa on paigaldatud rull 11, mis on ühendatud rulliga 6, mis toetub mahulisele koopiamasinale 12. riietusmehhanism liigub piki lihvketta pöörlemistelge. Mahulise koopiamasina eellihvimiseks kasutatakse võrdlustera 6, mille vastu toetub ketas 7, asendades lihvketta.
Kui võrdlustera 6 pöörleb, saab ketas 7 horisontaalse liikumise, mis kandub läbi riietusmehhanismi võlli 10 hoova lihvketta mehhanismile, mis lihvib mahulise koopiamasina profiili.
Pärast mahulise koopiamasina lihvimist paigaldatakse lihvketta asemel rull 11, mille läbimõõt on võrdne ketta läbimõõduga. Sektorketta asemel on paigaldatud teemant 8, mis on profileeritud lihvkettaga. Pärast lihvketta puhastamist töödeldakse võrdlustera asemele paigaldatud tera tagumist osa.
Paljude gaasiturbiinmootorite düüside labad on valmistatud täppisvalamise teel, kasutades kadunud vahamudeleid, mille piki tera on lihvimiseks ette nähtud.
Sel juhul hõlmab terade töötlemise tehnoloogiline protsess (lisaks näidatud toimingutele) ka aerodünaamilise profiili lihvimise toiminguid, mida tehakse masinatel KhSh-185V, KhSh-186 ja moderniseeritud universaalsetel lihvmasinatel.
Kõrge temperatuuriga gaasiturbiinmootorites on õõnsa disainiga düüside labad laialt levinud. Sellised labad on valmistatud ka täppisvaluga, kusjuures keraamilised või muud vardad moodustavad sisemise õõnsuse.
Düüsiaparaadi labade lukud töödeldakse pinnalihvimismasinatel. Töödeldav tera paigaldatakse spetsiaalsesse kassetti. Alusteks on sel juhul küna pind ja sule serv. Klamber viiakse läbi mööda selja pinda. Lukustustasandite nõutav paigutus saavutatakse kasseti pööramise ja vastavate pindadega paigaldamisega (joon. 7.
Düüsiseadme labade aluste töötlemine võib toimuda poolautomaatse pinnaveski mudeli BS-200 abil. Masin töötab poolautomaatses tsüklis ja tagab varu ühtlase jaotumise selja ja küna vahel. Masinal on elektrooniline seade saastekvootide ühtlaseks jaotamiseks mööda pliiatsi profiili, samuti seade ratta teemandivabaks sidumiseks. Osad kinnitatakse kiirkinnitusklambriga spetsiaalsesse kinnitusse.

7. Toorikute kinnitamine

Töötlemise ajal on toorik (detail) vastavalt orienteeritud ja peab olema liikumatu. See saavutatakse kinnitusdetailide või masina külge kinnitamisega.
Erinevalt tooriku aluse panemisest, kui sellele rakendatakse erinev arv sidemeid ja sellelt on ilma jäetud kolm, neli, viis ja kuus vabadusastet, tuleb detaili kinnitamisel kõigil juhtudel jätta kuus vabadusastet.
Sel eesmärgil erinevaid kinnitusseadmed(mehaaniline, hüdrauliline, pneumaatiline, magnetiline, vaakum jne), mis põhineb hõõrdejõudude kasutamisel.
Kinnitusseadmed kinnitusseadmetes peavad tekitama aluste pideva kontakti tugipunktidega (tagama õige aluse) ja tooriku liikumatuse selle töötlemisel (tooriku kinnitamine).
Tuleb märkida, et mida väiksem on toorikute alustamisel kasutatavate aluste ja tugipunktide arv, seda lihtsam, produktiivsem ja odavam on seadmete disain. Seetõttu tuleb töödeldavate detailide alustamisel püüda kasutada väikseimat arvu kõige väiksema võrdluspunktide arvuga aluseid, mis suudavad tagada vastavuse joonisel märgitud detaili mõõtmetele ja kujule.

Düüsiaparaadi labade tagumise osa poleerimine
moderniseeritud PSL masinal

Pinnalihvimismasina üldvaade ja tööala
mudelid MSh-81 ja MSh-82

Riis. 5

Düüsiseadme tera tagumise osa lihvimine
moderniseeritud koopialihvimismasinal

1-peatused, 2-koopiamasin, 3-spindel, 4-raam standardse tera kinnitamiseks, 5-tera, 6-standardne tera, 7-ketas, 8-teemant, 9-lihvketas, 10-söötmismehhanismi võllid, 11 — rull, 12 — koopiamasina ketas.
Riis. 6

Düüsi tera lukkude tasapindade lihvimine

Riis. 7

8. Terade tehniline kontroll

Terasid kontrollitakse nii töötlemise ajal kui ka pärast selle valmimist. Abaluu kontroll sisaldab:
väliste ja sisemiste materjalidefektide tuvastamine; töödeldud pindade kareduse kontrollimine vastavalt joonise nõuetele; suleprofiilide (selg, küna) ja lukkude mõõtmete, kuju ja nende suhtelise asukoha kontrollimine; labade loomuliku vibratsiooni massi ja sageduse määramine; turbiini ja kompressori labade pisteline väsimuse testimine. Õõnesjahutusega LPT tööterade puhul kontrollitakse veevoolu läbi sisemise õõnsuse (terade lekkekatse).
Terade materjali väliste ja sisemiste defektide jälgimine võimaldab tuvastada materjalis olevaid pragusid ja karvu, õõnsusi, poorsust, delaminatsiooni, võõrkehasid ja helbeid. Sel eesmärgil kasutatakse söövitamise, värvivigade tuvastamise, luminestsents-, magnet- ja ultraheli testimise meetodeid.
Magnetosakeste meetod põhineb rauapulbri osakeste tõmbamisel magnetiseeritud osa juurde tekkinud magnetpoolustele kohtades, kus esineb katkestus. Magnetosakeste meetod tuvastab praod, mille ava laius on 0,001 mm või rohkem ja sügavus 0,01 mm või rohkem. Selle meetodi suhteline lihtsus ja üsna kõrge töökindlus aitasid kaasa selle laialdasele kasutuselevõtule.
Värvi ja luminestsentsi reguleerimise meetodid ( kapillaarmeetodid defektide tuvastamine) kasutatakse detaili pinnale ulatuvate defektide tuvastamiseks Värvivigade tuvastamise meetod põhineb spetsiaalse punase värvi võimel tungida sügavale pinnadefektidesse ja valge värvi võimel imada defektist punast värvi Meetod tuvastab praod laiusega 0,01 mm, sügavusega alates 0,05 mm ja pikkusega alates 0,3 mm.
Luminestsentsmeetod (LUM-A) põhineb mõnede vedelike võimel ultraviolettvalgusega kiiritamisel hõõguda. Luminestsentsmeetod LUM-A tuvastab usaldusväärselt pinnapraod, poorid, lahtised laigud, oksiidkiled, ummistused jne. See tuvastab praod laiusega 0,01 mm, sügavusega 0,05 mm ja pikkusega 0,2 mm. LUM-A meetodi tundlikkus on veidi kõrgem kui värvivigade tuvastamise meetodil. Terade materjali sisemisi defekte kontrollitakse röntgen- ja ultrahelimeetoditega.
Röntgeni meetod defektide tuvastamiseks põhineb röntgenikiirguse sumbumisel detaili materjali poolt, milles läbivalgustatud osa varikujutis salvestatakse röntgenfilmile. Meetodi eeliseks on kõrge tundlikkus detaili materjalis olevate sisepooride, õõnsuste, võõrkehade jms tuvastamisel.
Röntgenivalu turbiinilabade jaoks kasutatakse mobiilseid kaabliröntgeniseadmeid nagu RUP-100-10, RUP-150-10-1 jne.
Ultraheli testimine pinnalainete abil võimaldab tuvastada materjali pinnapragusid ja metallurgilisi defekte. Seda meetodit kasutatakse tavaliselt tera valmistamisel ja töötamisel tekkivate pragude tuvastamiseks esi- ja tagaservas ning harvem selja ja süvendi pinnal.Meetod põhineb kontrollitava materjali sondeerimisel lühi- Ultraheli vibratsiooni tähtajalised impulsid, mis levivad piki tera pinda ja püüavad kinni nende peegeldused (kajad) defektidest.
Geomeetriliste mõõtmete, pliiatsi ja lukuprofiilide kuju ning nende suhtelise asukoha juhtimine. Seda tüüpi terade tehnilise juhtimise toimingud on kõige töömahukamad. Nendel operatsioonidel kasutatavad seadmed võib jagada kahte põhirühma: mittekontaktsed – optiline projektsioon ja kontakt – mehaaniline, optilis-mehaaniline, pneumaatiline ja pneumohüdrauliline.
Tera sulge kontrollitakse arvutatud ristlõigetes, kasutades kontaktivaba ja kontaktmeetodit. Üks kontaktivaba juhtimismeetod on projektoritel kasutatav profiilikontroll üksiktoodang. Me pole neile mingit kasutust leidnud.
Väiketootmises kontrollitakse mõnikord mallide abil tera tiibade profiili. Seljaosa ja süvendi profiili kõrvalekalle mallist määratakse visuaalselt valguse taustal või kaliibri abil. Pliiatsi juhtimine šabloonidega on madala tootlikkusega, subjektiivne ja nõuab tülikat malli mõõtmise varustust.
Masstootmises kasutati sihverplaadi tüüpi indikaatoritega mehaanilisi instrumente, mis olid reguleeritud standardse tera järgi. Need on lihtsad ja hõlpsasti kasutatavad, kuid mitte eriti tootlikud.
Mitmemõõtmelised instrumendid ja mõõtemasinad on tootlikud. Neid saab viitetera abil kiiresti ümber konfigureerida, et juhtida teisi lõiketerasid. Tera kinnitusaluseks on lukk või kesksed süvendid, millest kaks on luku külgpindadel ja üks sule otsas. Selliste seadmete hulka kuuluvad universaalsed POMKL-tüüpi mitmedimensioonilised optilis-mehaanilised seadmed, mis võimaldavad samaaegselt jälgida õhutiiba profiili, tiiba nihkumist luku teljest, pöördenurka ja tiiba paksust kompressori laba ristlõigetes.
Turbiini ja kompressori labade lukkude peamisi geomeetrilisi parameetreid kontrollitakse tavaliselt mehaaniliste instrumentidega, mille indikaatorkellad on reguleeritud vastavalt standardile.
Vee voolu läbi jahutatud LPT labade õhutiiva sisemise õõnsuse kontrollitakse spetsiaalse paigalduse abil. Spaatel paigaldatakse seadmesse ja valatakse veega maha, kui liigne rõhk 4±0,05 kgf/cm2 (0,3±0,005 MPa) ja temperatuuril 20±5 "C 20 s. Kontrollige antud etapi kogu esimese labakomplekti sisekanali mahtuvust Võrrelge keskmist voolukiirust komplekti iga laba mahavalgumise tulemusega.Komplekti tööterade veekulu erinevus (vooluhulkade kõikumine) ei tohiks olla suurem kui 13... 15% komplekti keskmisest veekulust teradest
Turbiini ja kompressori labade loomulikke sagedusi kontrollitakse elektrodünaamilistel vibratsioonistendidel.
Turbiini ja kompressori töölabasid kaalutakse VTK-500 kaalul 0,1 g täpsusega.

9. Tehnoloogilise protsessi reaalne rakendamine UTMZ-s

Vaatleme tõelist tehnoloogilist protsessi, kasutades GTN-6U esimese etapi juhtlaba näidet. Töödeldava detaili tüüp - täppisvalu, tooriku materjal - sulam KHN648MKYUT - USZMI - ZU.
Tegelik protsessi teostamine juhtlabade tehases
GT-6-750 turbiini 6-11 etappi on toodud tabelis. 3.
Tabel 3

Operatsioon nr.	Operatsiooni nimi ja sisu	Varustus
	Sissetulev kontroll
	Freesimine ja tsentreerimine. Lõika otsad ja keskele mõlemalt poolt.	Keskus. freesimine MR-71
	Horisontaalne freesimine. Freesi sabatasapinnad sise- ja välisprofiili külgedelt keskelt.	Horisontaalne freesimine 6M82G
	Lihvimine. Lihvige saba tasapinda välisprofiili küljelt keskpunktides.	Pinna lihvimine 3B-722
	Lihvimine. Lihvige saba tasapinda siseprofiili küljelt	Pinna lihvimine 3B-722
	Horisontaalne freesimine. Freesi saba tasapinda gaasi väljalaskepoolsest küljest nurga all 2 käiguga.	Horisontaalne freesimine 6M83G
	Vertikaalne freesimine. Freesi saba tasapind gaasi väljalaskepoolsest küljest nurga all puhtaks.	Vertikaalne freesimine 6M13P
	Horisontaalne freesimine. Freesi saba tasapind sissepääsu poolelt esmalt nurga all.	Horisontaalne freesimine 6M82G
	Vertikaalne freesimine. Freesi saba tasapind sissepääsu poolelt puhta nurga all	Vertikaalne freesimine 6M13P
	Pööramine. Teritage niidi varre.	P.U. pööramine 16K20F3
	Vertikaalne freesimine. Freesi sisse- ja väljalaskeküljed tööosa pikkuseks.	Vertikaalne freesimine FK-300
	Horisontaalne freesimine. Jahvatage filee gaasi sisselaskepoolsest küljest puhtaks.	Horisontaalne freesimine 6M83G
	Horisontaalne freesimine. Jahvatage filee gaasi väljalaskepoolsest küljest puhtaks.	Horisontaalne freesimine 6M83G
	Vertikaalne freesimine. Freesi sise- ja välisprofiili filee 1050’ nurga all 11 reas (v.a 11. samm) põhiprofiiliga samal tasemel.	Vertikaalne freesimine 4FSL-4A
	Vertikaalne freesimine. Freesi sise- ja välisprofiili filee sirgjooneliselt 11 rea kaupa, põhiprofiiliga samal tasapinnal.	Vertikaalne freesimine 4FSL-4A
	Lihvimine. Lihvige sise- ja välised profiilid samaaegselt 400 rea keskustes	Lihvimine LSH-1A
	Test. Töö juhtimine 16.
	Lukksepatöökoda. Viili raadiused õlgadele sisse- ja väljapääsu sise- ja välisprofiili küljel vastavalt mallidele; faas 1x450
	Lihvimine. Lihvige sise- ja välisprofiili filee põhiprofiiliga samal tasemel; lihvima esiserva.	Poleerimine
	Lukksepatöökoda. Viili väljapääsu serv.
	Lõplik kontroll.
	Katkestus. Lõika tööosa otsast põhi ära.	Abrasiivne lõikamine
	Lihvimine. Poleerige välis- ja siseprofiil, esiserv ja fileed.	Poleerimine DSh-96
	Lukksepatöökoda. Poleerige väljapääsu serv käsitsi.
	Lukksepatöökoda. Märkige tera tähistus.
	Test. Kontrollige pragude olemasolu.
	Õhetus
	Lõplik kontroll	Juhtplaat
	Vibratsiooni test

10. Ettepanekud tehnoloogilise protsessi parendamiseks

Auru- ja aurugeneraatorite seeriatootmise laienemine, mille põhjustasid riigi energeetika- ja gaasitööstuse arendamise ülesanded, aitas kaasa turbiiniehituse tehnika arengu kiirenemisele.
Eriti oluline edasiminek selles suunas on saavutatud turbiinilabade tootmises. Tehnoloogilise protsessi kõikides etappides, alustades põhiliste aluspindade ettevalmistamisest, kasutatakse spetsiaalseid masinaid ja CNC-pinke. Kõige olulisem meede tööviljakuse tõstmiseks ja kvaliteedi parandamiseks oli pikkade labade tööosade sise- ja välisprofiilide ristpistes ringfreesimiseks mõeldud mitme spindliga masinate kasutuselevõtt.
Teatud valiku labade töötlemise üleviimine arvutiga juhitavatele masinatele võimaldas ühendada mitu toimingut üheks ja seeläbi lühendada tera hankimise tsüklit, vabastada töötaja raskest käsitsitööst, suurendada töötlemise täpsust mõõtmete ja karedus, välistades uuesti installimised ja töötades disainirežiimis lõikamine
hulgas paljutõotavad teosed nõutud teaduslik põhjendus ja täitmist, tuleks mainida järgmist:
- stantsitud toorikute tootmise parandamine, vähendades töötluse varusid;
- lihvimistööde mehhaniseerimine pikkade labade tööosade profiilide peenhäälestamiseks;
- teadustööde teostamine profiiliosade projektmõõtmetest lubatud kõrvalekallete teaduslikult põhjendatud parameetrite, vastavalt töö- ja juhtterade pikkuse ja laiuse määramiseks.
Märkimisväärne tehniline areng turbiinide ehituses saavutatakse labade tsentraliseeritud projekteerimise ja tootmise korraldamisega ühes spetsialiseeritud tehases, kus on lai labade tüüp, ning seeläbi viia nende mehaaniline töötlemine üle pidevatele ja automaatselt töötavatele liinidele, mille ettevalmistamine on praktiliselt juba tehtud. turbiinitehase labade juures (LZTD).
Oluline tegur tehniline progress See sündmus toob labade kujundamise protsessi nende tootmisele lähemale. GTU-UPI 2002

Enne küsimuse esitamist lugege:

Leiutis käsitleb masinaehituse valdkonda, nimelt meetodeid õhusõiduki gaasiturbiinmootori (GTE) labade valmistamiseks materjalidest, mida saab külmas või kuumas olekus deformeeruda. Valmistatakse tera toorik. Need moodustavad aerodünaamilise profiili igas suleosas. Vormi säär. Viimistlustoimingud viiakse läbi. Tibude ja varre moodustamine toimub sule ja sääre samaaegsel keeramisel ning nende kalibreerimisel templis. Lame toorik valmistatakse osadega, mille pindala ja pikkus on vastavalt võrdne tembeldatud tera vastavate sektsioonide pindalaga ja nende sektsioonide kõõlude pikkusega. Tulemuseks on metalli kasutusmäära ja valmistamise täpsuse tõus, laia akordiga gaasiturbiinmootorite labade kvaliteedi tõus ja ajakulude vähenemine. 2 haige.

Käesolev leiutis käsitleb masinaehituse valdkonda, nimelt meetodeid õhusõiduki gaasiturbiinmootori (GTE) labade valmistamiseks materjalidest, mida saab külmas või kuumas olekus deformeeruda.

Lennukimootorite ventilaatorite tänapäevastes konstruktsioonides kasutatakse laialdaselt suuri laia akordiga labasid, mis võivad oluliselt vähendada ventilaatori müra, suurendada tõukejõudu ja üldiselt suurendada gaasiturbiinmootori efektiivsust.

Traditsioonilised terade valmistamise tehnoloogiad on tuntud, sealhulgas tera tooriku valmistamine stantsimise teel teraprofiili samm-sammulise keeramisega ning tera ja luku varustamine, millele järgneb varu eemaldamine lõikamise, elektrofüüsikaliste ja muude meetoditega. (Krymov V.V., Eliseev Yu.S., Zudin K.I. Gaasiturbiinimootorite labade tootmine. M., "Mehhaaniline ehitus / Masinaehitus - Lend", 2002, lk 66-100, 101-197).

See meetod muutub laia akordiga labade tootmisel äärmiselt töö- ja metallimahukaks nende suurte mõõtmete (pikkus võib ulatuda 1,5 m-ni, kõrguse ja akordi suhe on alla 2) ja keerukuse tõttu. geomeetriline kuju.

Eelüleminekute keerukas konfiguratsioon vähendab seotud toimingute valmistatavust, alates stantsimisvigade puhastamisest kuni spetsiaalsete tugede kasutamiseni kuumutamiseks enne järgmist stantsimise üleminekut.

Pinnapealse profiili töötlemise varu vähendamine toob kaasa spetsiifiliste stantsimisjõudude suurenemise ja selle lõpliku konfiguratsiooni samaaegne saavutamine nõuab stantsimiskomplekti koostu jäikuse suurendamist, et summutada stantsimise ajal suuri nihkejõude.

Suleprofiili samaaegne lõplik viimistlemine paksuse ja konfiguratsiooni osas on vaatamata tuntud mehaanilise, keemilise ja elektrokeemilise freesimise meetoditele väga töömahukas toiming.

Gaasiturbiinimootori labade valmistamiseks on tuntud meetod (RF patent nr 2257277) – prototüüp. Meetodi olemus seisneb selles, et tehnoloogilise protsessi projekteerimise esimeses etapis töödeldakse tera konstruktsioonijoonist ümber, keritakse lahti ja hajutatakse tera konstruktsioonilised sektsioonid, samal ajal kui keerdumata sektsioonide akordid "paigutatakse" ühte tasapinda. . Saadud muudetud tera joonis on stantsitooriku projekteerimise aluseks. Keeramata suleprofiiliga tooriku stants valmistatakse mahulise stantsimise meetodite abil, võttes arvesse sulge ja all olevat lukku. edasine töötlemine lõikamine. Pärast töötlemata varu eemaldamist, näiteks freesimise teel, keeratakse tera profiil spetsiaalsete seadmete abil kuumas olekus. Seejärel allutatakse sel viisil valmistatud toorikule kõik tera tootmisprotsessi traditsioonilised etapid.

Selle meetodi puuduseks on see, et võimsusparameetrite määramine tera tera kuumpöörise protsessi arvutamise teel, mille ristlõike ristlõige on muutuv kogu pikkuses, on problemaatiline, kuna olemasolevate matemaatiliste mudelite analüüs jõuparameetrite määramiseks väände ajal piirdub elementaarsete geomeetriliste lõigetega (ring, ellips, ruut, ristkülik) varraste käsitlemisega. Seetõttu põhjustavad deformatsioonid toote keerdumisel vältimatult tiibade moonutusi, mis võivad ületada tolerantsi. Tooriku tehnoloogiliste režiimide ja geomeetriliste parameetrite valimine nõuab igat tüüpi laia nööriga tera jaoks palju töömahukat ja aeganõudvat eksperimentaalset tööd. Protsess ei ole stabiilne, sõltub paljudest teguritest ja nõuab spetsiaalset varustust.

Ülaltoodud negatiivsete aspektide kõrvaldamiseks tehakse ettepanek eraldada toimingud: sulgede profiili tarnepaksuse moodustamine ja selle kontuuri moodustamine. Lisaks võimaldab see märkimisväärselt laiendada esimese etapi teostamiseks vajalike seadmete valikut ning kõik kaasnevad selle etapi reguleerimise ja mehaanilise töötlemise toimingud viiakse läbi sirgendatud kontuuril, mis on tehnoloogiliselt arenenum.

Käesolev leiutis püüab pakkuda uus meetod projekteeritud kontuuriga gaasiturbiinmootorite labade valmistamine, kasutades üheetapilise isotermilise välguvaba lõppstantsimise meetodit (keerdumine + kalibreerimine), mis vähendab või lahendab ülalmainitud probleeme.

Leiutis lahendab standardvarustuse abil keeruka geomeetrilise kujuga laia nööriga gaasiturbiinmootori labade valmistamise probleemi.

Käesoleva leiutise tehniline tulemus on parandada laia koorega gaasiturbiinmootorite labade tootmiskvaliteeti, samuti tehnoloogilise protsessi stabiilsust, vähendades samal ajal kulusid.

Meetod gaasiturbiinmootori labade valmistamiseks, sealhulgas tera tooriku valmistamine, tiibade moodustamine labade tiibade igas sektsioonis, varre moodustamine ja viimistlustoimingute teostamine, tiiviku moodustamine igas laba tiiba sektsioonis ja varre moodustamine. teostatakse, keerates samaaegselt tiiba ja varre ning kalibreerides need isotermilise stantsimise teel, mille käigus saadakse lame toorik, mis on valmistatud osadest, mille pindala ja pikkus on vastavalt võrdne vastavate sektsioonide pindalaga. tembeldatud tera ja nende sektsioonide akordide pikkus.

Leiutise olemust illustreerivad joonised, mis näitavad:

joonis 1 – laia nööriga tera 1, mis on valmistatud näiteks titaanist või ühest selle sulamist;

joonis 2 - laia akordiga tera sirgendatud toorik.

Vastavalt leiutisele pakutud gaasiturbiinmootori labade valmistamise meetod viiakse läbi järgmiselt.

1. Lameda tooriku 4 (joonis 2) valmistamine ekstrudeerimise ja (või) täppisstantsimise, samuti lamedate või pikkade toodete valtsimise ja (või) väänamise ja (või) mehaanilise töötlemise meetoditega.

2. Põhielementide 3 ettevalmistamine sulgede mehaaniliseks töötlemiseks järgnevaks viimistlemiseks ja samal ajal elementide paigaldamine ühekordseks üleminekuks stantsimiseks või tooriku ja (või) täiendava karusnaha täppisstantsimise etapis. eelnevalt saadud toorikute töötlemine või töödeldava detaili 4 ja täiendava karusnaha külge keevitamise teel saadud. töötlemine.

3. Tooriku kavandatud projektsiooni ettevalmistamine ühe üleminekuga stantsimiseks või tooriku ja (või) täiendava karusnaha täppisstantsimise etapis. eelnevalt saadud toorikute töötlemine (see tagab pliiatsi tooriku 6 ja valmistoote 7 akordide võrdsuse).

4. Tooriku kõrgusmõõtmete ettevalmistamine ühekäiguliseks stantsimiseks või tooriku ja (või) täiendava karusnaha täppisstantsimise etapis. varem vastuvõetud toorikute töötlemine.

5. Toorikule kuumuse ja rõhu rakendamine isotermiliseks stantsimiseks (tiibade (“sulgede”) 1 ja saba (“luku” 2 samaaegne keeramine koos samaaegse kalibreerimisega) ning sisuliselt vajaliku valmis väliskonfiguratsiooni ja profiilmõõtmete valmistamine. sulg. Tuuletiiba suure nurga all keeramiseks (üle 40°) ja laia nööriga ventilaatori labade kalibreerimiseks kasutatakse spetsiaalselt sisestatud stantsiseadmete hoideelemente (pole näidatud).

6. Toote viimistlemine, et eemaldada liigne materjal isotermiliselt stantsitud välise konfiguratsiooni esi- ja tagaservadest (5), et saada valmis aerodünaamiline profiil.

7. Joonise 1 aluse (ladumise) elementide 3 eemaldamine.

8. Tera varre mehaaniline töötlemine (“lukk”) 2.

Konkreetse teostuse näide. Laia akordiga gaasiturbiinmootori laba eksperimentaalne tembeldamine viidi läbi suletud matriitsis. Materjal - titaanisulam klass VT6. Tembeldamise temperatuur ei ületa 850 °C. Seadet kuumutati temperatuurini mitte üle 850 °C. Valmis tera mõõtmed: pikkus - 1200 mm, maksimaalne kõõlu laius 620 mm.

Kavandatav meetod laia akordiga labade valmistamiseks võimaldab välja töötada tõhusa tehnoloogia, mille abil on võimalik toota täiustatud metallidest ja sulamitest mitmeid labasid gaasiturbiinmootoritele.

Kavandatud eelis tehniline lahendus võimaldab laiendada standardseadmete tehnoloogilisi võimalusi ja viia protsessi läbi minimaalse ajaga. Oluliselt suureneb metalli kasutusmäär, suureneb tootmistäpsus ja protsessi stabiilsus.

PATENDINÕUDLUS 1. Meetod gaasiturbiinmootori labade valmistamiseks, sealhulgas tera tooriku valmistamine, tiibade moodustamine laba tiiba igas osas, varre moodustamine ja viimistlustoimingud, mis erineb selle poolest, et tiibade moodustamine laba tiiba igas osas ja varre moodustamine toimub tiiba ja varre samaaegse keeramise ja nende kalibreerimisega templis isotermilise stantsimise teel, saades samal ajal tasase tooriku, mis on valmistatud osadest, mille pindala ja pikkus on vastavalt võrdne pindalaga. tembeldatud tera vastavad lõigud ja nende sektsioonide nööride pikkus.

Sarnased patendid:

Leiutis käsitleb masinaehitust, nimelt metallide töötlemist ultraheli sepistamise teel, ning seda saab kasutada kõrgendatud tehniliste ja tööomadustega detailide valmistamiseks ning muutuva paksusega ümarate servade moodustamiseks.

Leiutis käsitleb metalli vormimist ja seda saab kasutada lennundustööstuses kahe varrega või ühe varre ja kattega tera toorikute valmistamisel. Kuumutatud toorik paigaldatakse anumasse kahe kanaliga valmistatud komposiitmaatriksi poolmaatriksi vahele. Sel juhul asetatakse osa töödeldavast detailist alumisele augule. Toorik deformeeritakse, moodustades poolmaatriksite sulgemise teel kaela. Seejärel moodustatakse üks tera varred, nihutades pärast poolstantside peatamist alumist stantsi ülespoole. Ülemine stants pressitakse toorik läbi komposiitstantsi kanali, samal ajal kui alumine stants liigub alumisse asendisse. Sel juhul jäetakse osa töödeldavast detailist mahutisse ja moodustub muutuva ristlõikega stants, mis laieneb anumasse jääva tooriku osa suunas. Tulemuseks on toodetavate stantsimistoodete valiku laienemine, metalli kasutusmäära suurenemine ja toote tugevusomaduste suurenemine. 2 haige.

Leiutised on seotud metalli vormimisega ja neid saab kasutada turbiini labade valmistamiseks kuumstantsimise teel. Esialgne toorik asetatakse jagatud maatriksi horisontaalsesse vastuvõtjasse, mis koosneb kahest poolmaatriksist koos vertikaaltasand pistik Poolmaatriksid on valmistatud horisontaalse läbiva avaga, mis moodustab vastuvõtja, ja õõnsused labade jaoks, mis asuvad vastuvõtja suhtes radiaalselt. Tooriku mõlemale otsale rakendatakse mõlemal küljel paiknevate stantside abil aksiaalne jõud. Selle tulemusena deformeerub toorik, kuni terade all olevad õõnsused on täielikult täidetud ja saadakse mitmeosaline sepis. Sepis koosneb teradest, mis on omavahel ühendatud pressimisjäägiga. Sepis eemaldatakse stantsist ja terad eraldatakse pressimisjääkidest. Tulemuseks on tooriku materjali plastilisuse suurenemine, kui see voolab poolstantside õõnsustesse, tehnoloogilise jõupingutuse vähenemine, samuti saadud toodete täpsuse ja materjali kasutamise määr. 2 n. ja 2 palka f-ly, 18 ill. 1 ave.

Leiutis käsitleb masinaehituse valdkonda, nimelt meetodeid õhusõidukite gaasiturbiinmootori labade valmistamiseks materjalidest, mis võivad külmas või kuumas olekus deformeeruda.