Probabil că toată lumea știe că, oricât de mult ar încerca chinezii, nu pot copia motoarele cu reacție moderne. Toate. au copiat ce au putut și și-au luat propriul SUSHKA, dar motorul mai trebuie cumpărat în Federația Rusă. Tocmai am citit un articol pe ViMe: http://www.warandpeace.ru/ru/news/view/74298/ „China încă nu poate copia un motor cu reacție modern.” Mai mult, înțeleg că există tehnologii ultramoderne, dezvoltări, matematică etc, etc, etc... Dar pentru a înțelege mai detaliat ce se întâmplă de fapt aici, recomand să citești următorul articol.

MOTOARE ȘI MATERIALE

Puterea oricărui motor termic este determinată de temperatura fluidului de lucru - în cazul unui motor cu reacție, aceasta este temperatura gazului care curge din camerele de ardere. Cu cât temperatura gazului este mai mare, cu atât motorul este mai puternic, cu atât este mai mare forța sa, cu atât eficiența este mai mare și caracteristicile de greutate sunt mai bune. Un motor cu turbină cu gaz conține un compresor de aer. Este antrenat în rotație de o turbină cu gaz așezată pe același arbore. Compresorul comprimă aerul atmosferic la 6-7 atmosfere și îl direcționează în camerele de ardere, unde se injectează combustibil - kerosenul. Fluxul de gaz fierbinte care curge din camere - produse de ardere a kerosenului - rotește turbina și, zburând prin duză, creează tracțiune de jet și propulsează aeronava. Temperaturile ridicate apărute în camerele de ardere au necesitat crearea de noi tehnologii și utilizarea de noi materiale pentru construcția unuia dintre cele mai critice elemente ale motorului - statorul și paletele rotorului turbinei cu gaz. Ele trebuie să reziste la temperaturi enorme timp de multe ore, fără a pierde rezistența mecanică, la care se topesc deja multe oțeluri și aliaje. În primul rând, acest lucru se aplică palelor turbinei - ele percep un flux de gaze fierbinți încălzite la temperaturi de peste 1600 K. Teoretic, temperatura gazului în fața turbinei poate ajunge la 2200 K (1927 o C). La momentul nașterii aviației cu reacție – imediat după război – nu existau la noi materiale din care se putea realiza pale capabile să reziste mult timp la sarcini mecanice mari.
Curând după sfârșitul Marelui Războiul Patriotic Un laborator special de la VIAM a început lucrul la crearea de aliaje pentru fabricarea palelor de turbine. Acesta a fost condus de Serghei Timofeevici Kișkin.

ÎN ANGLIA PENTRU METAL

Primul design intern al unui motor turboreactor a fost creat la Leningrad de designerul de motoare de avioane Arkhip Mikhailovich Lyulka chiar înainte de război. La sfârşitul anilor 1930 a fost reprimat, dar, anticipând probabil arestarea sa, a reuşit să îngroape desenele motorului în curtea institutului. În timpul războiului, conducerea țării a aflat că germanii au creat deja avioane cu reacție (prima aeronavă cu motor turboreactor a fost Heinkel He-178 germană, proiectată în 1939 ca laborator zburător; prima aeronave de luptă de producție a fost bimotor Messerschmitt Me-262 Apoi Stalin l-a chemat pe L.P. Beria, care a supravegheat noile dezvoltări militare, și a cerut să-i găsească pe cei care lucrează la motoare cu reacție în țara noastră. A.M. Lyulka a fost eliberat rapid și i-a dat sediul la Moscova pe strada Galushkina pentru primul birou de proiectare motoare cu reacție. Arkhip Mihailovici și-a găsit și dezgropat desenele, dar motorul conform designului său nu a funcționat imediat. Apoi au luat pur și simplu un motor turborreactor cumpărat de la britanici și l-au repetat unul câte unul. Dar s-a ajuns la materiale care nu erau disponibile în Uniunea Sovietică, dar erau disponibile în Anglia, iar compoziția lor, desigur, a fost clasificată, dar au reușit totuși să o descifreze.
Ajuns în Anglia pentru a se familiariza cu producția de motoare, S. T. Kishkin a apărut peste tot purtând cizme cu tălpi groase microporoase. Și, după ce a vizitat uzina unde au fost prelucrate palele turbinei într-un tur, el, lângă mașină, a călcat ca din întâmplare pe așchii căzuți din piesă. O bucată de metal s-a prăbușit în cauciuc moale, a rămas blocată în ea, apoi a fost scoasă și supusă unei analize amănunțite la Moscova. Rezultatele analizei metalului englez și cercetărilor interne extinse efectuate la VIAM au făcut posibilă crearea primelor aliaje de nichel rezistente la căldură pentru paletele turbinelor și, cel mai important, dezvoltarea bazelor teoriei structurii și producției acestora. .

S-a constatat că principalul purtător al rezistenței la căldură a unor astfel de aliaje sunt particulele submicroscopice ale fazei intermetalice bazate pe compusul Ni3Al. Lamele din primele aliaje de nichel rezistente la căldură puteau funcționa mult timp dacă temperatura gazului în fața turbinei nu depășește 900-1000 K.

TURNARE ÎN LOC DE STAMPARE

Lamele primelor motoare au fost ștanțate dintr-un aliaj turnat într-o tijă, la o formă care amintește vag de produsul finit, și apoi prelucrate cu grijă și minuțios. Dar aici a apărut o dificultate neașteptată: pentru a crește temperatura de funcționare a materialului, i-au fost adăugate elemente de aliere - wolfram, molibden, niobiu. Dar au făcut aliajul atât de dur încât a devenit imposibil să-l ștampileze - nu a putut fi turnat folosind metode de deformare la cald.
Apoi Kishkin a sugerat să arunce lamele. Proiectanții motoarelor au fost indignați: în primul rând, după turnare, lama ar mai trebui prelucrată pe mașini și, cel mai important, cum poate fi instalată o lamă turnată în motor? Metalul lamelor ștanțate este foarte dens, rezistența sa este mare, dar metalul turnat rămâne mai liber și evident mai puțin durabil decât metalul ștanțat. Dar Kishkin a reușit să-i convingă pe sceptici, iar VIAM a creat aliaje speciale de turnare rezistente la căldură și tehnologie de turnare cu lame. Au fost efectuate teste, după care aproape toate motoarele cu turboreacție de aviație au început să fie produse cu pale de turbine turnate.
Primele lame erau solide și nu puteau rezista mult timp la temperaturi ridicate. A fost necesar să se creeze un sistem de răcire pentru ei. Pentru a face acest lucru, au decis să facă canale longitudinale în pale pentru a furniza aer de răcire din compresor. Această idee nu era atât de fierbinte: cu cât mai mult aer din compresor este folosit pentru răcire, cu atât mai puțin va intra în camerele de ardere. Dar nu era încotro - resursa turbinei trebuie mărită cu orice preț.

Au început să proiecteze lame cu mai multe canale de răcire situate de-a lungul axei lamei. Cu toate acestea, a devenit curând clar că acest design a fost ineficient: aerul curge prin canal prea repede, zona suprafeței răcite este mică și căldura nu este îndepărtată suficient. Au încercat să schimbe configurația cavității interne a lamei introducând acolo un deflector, care deviază și întârzie fluxul de aer, sau să facă canalele de o formă mai complexă. La un moment dat, specialiștii în motoare de avioane au fost captivați de o idee tentantă - de a crea o lamă în întregime ceramică: ceramica poate rezista la temperaturi foarte ridicate și nu trebuie să fie răcită. Au trecut aproape cincizeci de ani de atunci, dar până acum nimeni în lume nu a realizat un motor cu pale ceramice, deși încercările continuă.

CUM SĂ FACEȚI O LAmă turnată

Tehnologia de fabricare a palelor de turbine se numește turnare cu ceară pierdută. Mai întâi, se realizează un model de ceară al viitoarei lame, turnându-l într-o matriță, în care cilindrii de cuarț sunt plasați mai întâi în locul viitoarelor canale de răcire (mai târziu au început să folosească alte materiale). Modelul este acoperit cu masă ceramică lichidă. După ce se usucă, ceara este topită cu apă fierbinte, iar masa ceramică este arsă. Rezultatul este o matriță care poate rezista la temperatura metalului topit de la 1450 la 1500 o C, în funcție de calitatea aliajului. Metalul este turnat în matriță, care se întărește sub forma unei lame finisate, dar cu tije de cuarț în loc de canale în interior. Tijele sunt îndepărtate prin dizolvarea în acid fluorhidric. Această operațiune este efectuată într-o încăpere închisă ermetic de către un muncitor în costum spațial cu furtun de alimentare cu aer. Tehnologia este incomodă, periculoasă și dăunătoare.
Pentru a elimina această operațiune, VIAM a început să producă tije din oxid de aluminiu cu adaos de 10-15% oxid de siliciu, care se dizolvă în alcali. Materialul lamelor nu reacționează cu alcalii, iar oxidul de aluminiu rămas este îndepărtat cu un jet puternic de apă.
ÎN Viata de zi cu zi Suntem obișnuiți să considerăm produsele turnate ca fiind foarte aspre și aspre. Dar am reușit să selectăm astfel de compoziții ceramice încât forma lor să fie complet netedă și turnarea nu necesită aproape nicio prelucrare mecanică. Acest lucru simplifică foarte mult munca: lamele au o formă foarte complexă și nu sunt ușor de prelucrat.
Materialele noi necesitau tehnologii noi. Indiferent cât de convenabilă a fost adăugarea de oxid de siliciu la materialul tijei, acesta a trebuit să fie abandonat. Punctul de topire al oxidului de aluminiu Al 2 O 3 este de 2050 o C, iar oxidul de siliciu SiO 2 este de numai aproximativ 1700 o C, iar aliajele noi rezistente la căldură au distrus tijele deja în timpul procesului de turnare.
Pentru a se asigura că matrița de oxid de aluminiu își păstrează rezistența, se arde la o temperatură mai mare decât temperatura metalului lichid care este turnat în ea. În plus, geometria internă a matriței nu trebuie să se schimbe la turnare: pereții lamelor sunt foarte subțiri, iar dimensiunile trebuie să corespundă exact cu cele calculate. De aceea valoare admisibilă contracția mucegaiului nu trebuie să depășească 1%.

DE CE AM REFUZAT LAME STAMPATATE

După cum sa menționat deja, după ștanțare, lama a trebuit să fie prelucrată. În acest caz, 90% din metal a intrat în așchii. Sarcina a fost stabilită: să se creeze o astfel de tehnologie de turnare de precizie care să producă imediat un anumit profil al lamei, iar produsul finit ar trebui doar să fie lustruit și aplicat un strat de protecție împotriva căldurii. Nu mai puțin importantă este structura care se formează în corpul lamei și îndeplinește sarcina de a o răcire.
Astfel, este foarte important să se realizeze o lamă care să se răcească eficient fără a reduce temperatura gazului de lucru și să aibă o rezistență ridicată pe termen lung. Această problemă a fost rezolvată prin aranjarea canalelor în corpul lamei și a orificiilor de evacuare din acesta, astfel încât în ​​jurul lamei să apară o peliculă subțire de aer. În acest caz, ucid două păsări dintr-o singură piatră: gazele fierbinți nu intră în contact cu materialul lamei și, prin urmare, nu îl încălzesc și nu se răcesc.
Există o analogie aici cu protecția termică a unei rachete spațiale. Când o rachetă intră în straturile dense ale atmosferei cu viteză mare, așa-numita acoperire sacrificială care acoperă focosul începe să se evapore și să ardă. Acesta preia fluxul principal de căldură, iar produsele arderii sale formează un fel de pernă de protecție. Designul unei pale de turbină se bazează pe același principiu, se folosește doar aer în loc de o acoperire sacrificială. Adevărat, lamele trebuie, de asemenea, protejate de eroziune și coroziune.

Procedura de realizare a unei lame este următoarea. În primul rând, se creează un aliaj de nichel cu parametri specificați pentru rezistența mecanică și rezistența la căldură, pentru care se introduc aditivi de aliere în nichel: 6% aluminiu, 6-10% wolfram, tantal, reniu și puțin ruteniu. Ele vă permit să obțineți performanța maximă la temperatură ridicată pentru aliajele pe bază de nichel turnat (este tentant să creșteți și mai mult acest lucru folosind mai mult reniu, dar este nebun de scump). Utilizarea siliciurului de niobiu este considerată o direcție promițătoare, dar aceasta este o chestiune de viitor îndepărtat.
Dar aliajul este turnat în matriță la o temperatură de 1450 o C și se răcește odată cu acesta. Metalul de răcire cristalizează, formând boabe individuale echiaxiale, adică aproximativ de aceeași dimensiune în toate direcțiile. Boabele în sine pot fi mari sau mici. Ele nu aderă în mod fiabil, iar lamele de lucru au fost distruse de-a lungul granițelor de cereale și sparte în bucăți. Nicio lamă nu ar putea dura mai mult de 50 de ore. Apoi am propus introducerea unui modificator în materialul matriței de turnare - cristale de aluminat de cobalt. Ele servesc ca centre, nuclee de cristalizare, accelerând procesul de formare a boabelor. Boabele sunt uniforme și mici. Lamele noi au început să funcționeze timp de 500 de ore. Această tehnologie, care a fost dezvoltată de E. N. Kablov, încă funcționează și funcționează bine. Și noi, cei de la VIAM, producem tone de aluminat de cobalt și îl furnizăm fabricilor.
Puterea motoarelor cu reacție a crescut, temperatura și presiunea jetului de gaz au crescut. Și a devenit clar că structura multi-granule a metalului lamei nu va putea funcționa în noile condiții. Era nevoie de alte idei. Au fost găsiți și aduși pe scenă dezvoltare tehnologicăși a devenit cunoscut sub numele de cristalizare direcțională. Aceasta înseamnă că metalul, la solidificare, nu formează granule echiaxiale, ci cristale lungi columnare alungite strict de-a lungul axei lamei. O lamă cu o astfel de structură va rezista foarte bine la fractură. Îmi amintesc imediat de vechea pildă despre o mătură care nu poate fi spartă, deși toate crengile ei individuale se sparg fără dificultate.

CUM SE PRODUCE CRISTALIZAREA DIRIJATĂ

Pentru a se asigura că cristalele care formează paleta cresc corespunzător, matrița care conține metalul topit este îndepărtată încet din zona de încălzire. În acest caz, matrița cu metal lichid stă pe un disc masiv de cupru răcit de apă. Creșterea cristalelor începe de jos și crește cu o viteză aproape egală cu viteza cu care matrița iese din încălzitor. La crearea tehnologiei de cristalizare direcțională, a fost necesar să se măsoare și să se calculeze mulți parametri - rata de cristalizare, temperatura încălzitorului, gradientul de temperatură dintre încălzitor și frigider etc. A fost necesar să se selecteze o astfel de viteză de mișcarea matriței pe care cristalele columnare ar crește pe toată lungimea lamei. Dacă toate aceste condiții sunt îndeplinite, pentru fiecare centimetru pătrat al secțiunii transversale a lamei cresc 5-7 cristale columnare lungi. Această tehnologie a permis crearea unei noi generații de motoare de aeronave. Dar am mers și mai departe.
După ce am studiat cristalele colonare crescute folosind metode cu raze X, ne-am dat seama că întreaga lamă poate fi făcută dintr-un singur cristal, care nu va avea limite între cereale - cele mai slabe elemente ale structurii de-a lungul cărora începe distrugerea. Pentru a face acest lucru, au făcut o sămânță care a permis doar unui cristal să crească într-o direcție dată (formula cristalografică a unei astfel de semințe este 0-0-1; asta înseamnă că în direcția axei Z cristalul crește, iar în direcția X-Y- Nu). Sămânța a fost pusă în partea inferioară a matriței și metalul a fost turnat, răcindu-l intens de jos. Cristalul unic în creștere a căpătat forma unei lame.
Inginerii americani au folosit pentru răcire un cristalizator de cupru răcit cu apă. Și după mai multe experimente, am înlocuit-o cu o baie de staniu topit la o temperatură de 600-700 K. Acest lucru a făcut posibilă selectarea mai precisă a gradientului de temperatură necesar și obținerea de produse de înaltă calitate. VIAM a construit instalații cu băi pentru creșterea lamelor monocristaline - mașini foarte avansate cu control computerizat.
În anii 1990, când URSS s-a prăbușit, avioanele sovietice, în principal avioane de luptă MiG, au rămas în Germania de Est. Motoarele lor aveau lame din producția noastră. Metalul lamelor a fost examinat de americani, după care destul de curând specialiștii lor au venit la VIAM și au cerut să arate cine l-a creat și cum. S-a dovedit că li s-a dat sarcina de a face lame monocristaline lungi de un metru, pe care nu le-au putut rezolva. Am proiectat o instalație pentru turnarea cu gradient înalt a palelor mari pentru turbine de putere și am încercat să oferim tehnologia noastră Gazprom și RAO UES din Rusia, dar nu s-au arătat interesați. Cu toate acestea, avem deja o instalație industrială aproape gata făcută pentru turnarea lamelor lungi de un metru și vom încerca să convingem conducerea acestor companii de necesitatea implementării acesteia.

Apropo, turbinele pentru sectorul energetic sunt o altă problemă interesantă pe care VIAM o rezolva. Motoarele de aeronave care au ajuns la sfârșitul duratei de viață au început să fie utilizate la stațiile de comprimare a conductelor de gaz și în centralele electrice care alimentează pompele pentru conductele de petrol. Acum a devenit urgent să creăm motoare speciale pentru aceste nevoi care să funcționeze la temperaturi mult mai scăzute și presiunea gazului de lucru, dar pentru mult mai mult timp. Dacă durata de viață a unui motor de avion este de aproximativ 500 de ore, atunci turbinele de pe conducta de petrol și gaze ar trebui să funcționeze timp de 20-50 de mii de ore. Unul dintre primii care a început să lucreze la ele a fost biroul de proiectare Samara sub conducerea lui Nikolai Dmitrievich Kuznetsov.

Aliaje rezistente la căldură

Lama monocristalină nu crește solid - în interiorul ei are o cavitate de formă complexă pentru răcire. Împreună cu CIAM, am dezvoltat o configurație de cavitate care asigură un coeficient de eficiență de răcire (raportul dintre temperaturile metalului lamei și gazul de lucru) de 0,8, de aproape o ori și jumătate mai mare decât cel al produselor de serie.

Acestea sunt lamele pe care le oferim pentru motoarele de nouă generație. Acum temperatura gazului din fața turbinei abia ajunge la 1950 K, iar la motoarele noi va ajunge la 2000-2200 K. Pentru ei, am dezvoltat deja aliaje rezistente la căldură, care conțin până la cincisprezece elemente ale tabelului periodic, inclusiv reniu și ruteniu și acoperiri de protecție termică, în care includ nichel, crom, aluminiu și ytriu, iar în viitor - ceramică din oxid de zirconiu stabilizat cu oxid de ytriu.

Aliajele din prima generație conțineau cantități mici de carbon sub formă de carburi de titan sau tantal. Carburele sunt situate de-a lungul limitelor cristalelor și reduc rezistența aliajului. Am scăpat de carbură și l-am înlocuit cu reniu, crescându-i concentrația de la 3% în primele probe la 12% în ultima. Avem puține rezerve de reniu în țara noastră; există zăcăminte în Kazahstan, dar după prăbușirea Uniunii Sovietice a fost complet cumpărat de americani; Rămâne insula Iturup, care este revendicată de japonezi. Dar avem mult ruteniu, iar în aliajele noi am înlocuit cu succes reniul cu acesta.
Unicitatea VIAM constă în faptul că suntem capabili să dezvoltăm aliaje, tehnologia de producere a acestora și metoda de turnare a produsului finit. O cantitate imensă de muncă și cunoștințe ale tuturor angajaților VIAM a fost pusă în toate lamele.

Candidat la Științe Tehnice I. DEMONIS, Adjunct director general VIAM

Producția de pale de motoare cu turbine cu gaz ocupă un loc special în fabricarea motoarelor de aeronave, care este determinată de o serie de factori, dintre care principalii sunt:

forma geometrică complexă a penei și tulpinii lamelor;

precizie ridicată de fabricație;

utilizarea de materiale scumpe și rare pentru fabricarea lamelor;

producție în masă de lame;

echipamente proces tehnologic producția de lame folosind echipamente specializate costisitoare;

complexitatea totală a producţiei.

Compresorul și paletele turbinei sunt cele mai comune părți ale motoarelor cu turbină cu gaz. Numărul lor într-un kit de motor ajunge la 3000, iar intensitatea muncii de fabricație este de 25...35% din intensitatea totală a forței de muncă a motorului.

Pena lamei are o formă spațială complexă extinsă

Lungimea părții de lucru a stiloului variază de la 30-500 mm cu un profil variabil în secțiuni transversale de-a lungul axei. Aceste secțiuni sunt strict orientate în raport cu planul de proiectare a bazei și profilul piesei de blocare. ÎN secțiuni transversale sunt specificate valorile calculate ale punctelor care definesc profilul spatelui și jgheabului lamei în sistemul de coordonate. Valorile acestor coordonate sunt specificate într-o manieră tabelară. Secțiunile transversale sunt rotite una față de alta și creează o răsucire a penei lamei.

Precizia profilului profilului lamei în sistemul de coordonate este determinată de abaterea admisă de la valorile nominale specificate pentru fiecare punct al profilului profilului aerodinamic. În exemplu, aceasta este 0,5 mm; eroarea unghiulară în răsucirea stiloului nu trebuie să depășească 20'.

Grosimea penei are valori mici; la intrarea și ieșirea fluxului de aer în compresor, aceasta variază de la 1,45 mm la 2,5 mm pentru diferite secțiuni. În acest caz, toleranța de grosime variază de la 0,2 la 0,1 mm. De asemenea, sunt impuse cerințe mari pentru formarea razei de tranziție la intrarea și la ieșirea profilului aerodin al lamei. Raza variază de la 0,5 mm la 0,8 mm.

Rugozitatea profilului lamei nu trebuie să fie mai mică de 0,32 µm.

În partea de mijloc a penei lamei există rafturi de susținere pentru bandaj cu un profil complex. Aceste flanșe joacă rolul suprafețelor auxiliare de proiectare ale lamelor, iar pe suprafețele lor de sprijin sunt aplicate acoperiri de carbură de carbură de tungsten și carbură de titan. Rafturile de bandaj din mijloc, conectate între ele, creează un singur inel de sprijin în prima roată a rotorului compresorului.

În partea de jos a lamei se află o flanșă de blocare, care are o formă spațială complexă, cu parametri de secțiune variabili. Flanșele inferioare ale palelor creează o buclă închisă în roata compresorului și asigură alimentarea lină cu aer a compresorului. Distanța dintre aceste rafturi se modifică cu 0,1...0,2 mm. Partea superioară a penei lamei are o suprafață modelată, a cărei generatoare este situată exact în raport cu profilul închizătorului și marginea de intrare a lamei lamei. Distanța dintre vârfurile paletelor și carcasa roții statorului compresorului depinde de precizia acestui profil.

Profilul de lucru al lamei lamei flanșelor de înveliș și a închizătorului este supus unor metode de prelucrare de întărire pentru a crea tensiuni de compresiune pe suprafețele de formare. De asemenea, se impun cerințe mari și asupra stării suprafețelor lamei, pe care nu sunt permise fisuri, arsuri și alte defecte de fabricație.

Materialul lamei aparține celui de-al doilea grup de control, care asigură o verificare aprofundată a calității fiecărei lame. De asemenea, se prepară o probă specială pentru un lot de lame, care este supus analizei de laborator. Cerințele pentru calitatea palelor compresorului sunt foarte ridicate.

Metodele de obținere a semifabricatelor inițiale pentru astfel de piese și utilizarea metodelor tradiționale și speciale pentru prelucrarea ulterioară determină calitatea producției și indicatorii economici ai producției. Blaturile inițiale ale palelor compresorului sunt obținute prin ștanțare. În acest caz, pot fi obținute piese de prelucrat cu o precizie sporită, cu adaosuri mici pentru prelucrare. Mai jos luăm în considerare procesul tehnologic de fabricare a paletelor de compresor, al cărui semifabricat inițial este obținut prin ștanțare la cald de precizie standard. La crearea unei astfel de piese de prelucrat, au fost identificate modalități care reduc intensitatea forței de muncă la fabricație și atingerea indicatorilor de calitate enumerați ai palelor compresorului.

La dezvoltarea procesului tehnologic au fost stabilite următoarele sarcini:

Crearea piesei inițiale de prelucrat prin ștanțare la cald, cu o admisie minimă de-a lungul lamei lamei.

Crearea de câștiguri tehnologice pentru orientarea și fixarea fiabilă a piesei de prelucrat în sistemul tehnologic.

Dezvoltarea echipamentelor tehnologice și aplicarea metodei de orientare a piesei de prelucrat inițiale în sistemul tehnologic în raport cu profilul profilului lamei în vederea repartizării (optimizării) aportului la diferite etape de prelucrare.

Utilizarea unei mașini CNC pentru a prelucra contururi complexe în operațiunile de frezare.

Folosind metode de finisare precum șlefuirea și lustruirea pentru a garanta calitatea suprafețelor.

Crearea unui sistem de control al calitatii pentru executarea operatiunilor la principalele etape de productie.

Tehnologia de traseu pentru fabricarea lamelor. Ștanțarea și toate operațiunile conexe sunt efectuate folosind tehnologia de ștanțare la cald de precizie normală. Prelucrarea se realizează pe prese cu manivela în conformitate cu cerințele tehnice. Pantele de ștanțare sunt 7...10°. Razele de tranziție ale suprafețelor de ștanțare se realizează în limitele lui R=4mm. Toleranțe pentru dimensiunile orizontale și verticale în conformitate cu IT-15. Deplasarea permisă de-a lungul liniei de separare a matrițelor nu este mai mare de 2 mm. Pena semifabricatului original este supusă rulării profilului. Semnele flash de-a lungul întregului contur al piesei de prelucrat nu trebuie să depășească 1 mm.

Paletele compresorului sunt unul dintre cele mai critice și produse în masă pentru motoare și, având o durată de viață de la câteva ore până la câteva zeci de mii de ore, suferă o gamă largă de impacturi de la solicitări dinamice și statice, flux de gaz la temperatură ridicată care conține abraziv. particule, precum și produși oxidativi ai mediului și combustibil de ardere. Trebuie remarcat faptul că, în funcție de locația geografică de funcționare și de modul de funcționare al motorului, temperatura de-a lungul traseului său variază de la -50...-40 C° la

700…800 C° în compresor. Aliajele de titan (VT22, VT3-1, VT6, VT8, VT33), oțelurile rezistente la căldură (EN961 Ш, EP517Ш) sunt utilizate ca materiale structurale pentru paletele compresoarelor motoarelor moderne cu turbină cu gaz și pentru paletele turbinelor turnate aliaje pe bază de nichel ( ZhS6U, ZhS32).

Experiența în operarea și repararea motoarelor pentru aeronave militare arată că asigurarea resursei alocate de 500-1500 de ore depinde în mare măsură de nivelul de deteriorare a palelor compresorului și rotorului turbinei. Mai mult, în cele mai multe cazuri este asociată cu apariția de spărturi, fisuri de oboseală și de oboseală termică, coroziune cu sâmburi și gaz și uzură erozivă.

Scăderea limitei de anduranță pentru lamele din etapa 4 pe baza de 20*10 6 cicluri este de 30% (de la 480 MPa pentru lamele fără defecte, la 340 MPa pentru lamele de reparare), solicitarea maximă pe lamele reparate din etapa 4, deși în scădere, totuși depășește semnificativ efortul asupra marginilor lamelor fără spărturi. Creșterile de pe paletele rotorului compresorului duc la o pierdere semnificativă a rezistenței la oboseală a palelor noi. Un număr semnificativ de lame sunt respinse și pierdute iremediabil, deoarece au spărturi care depășesc limita de toleranță la reparare. Structurile din titan cu o greutate relativ mică au rezistență ridicată la coroziune, proprietăți mecanice bune și un aspect frumos.

Subiectul „turbinei” este pe cât de complex, pe atât de vast. Prin urmare, desigur, nu este nevoie să vorbim despre dezvăluirea sa completă. Să ne ocupăm, ca întotdeauna, de „cunoștință generală” și „puncte interesante individuale”...

Mai mult, istoria turbinei de aviație este foarte scurtă în comparație cu istoria turbinei în general. Aceasta înseamnă că nu ne putem lipsi de un fel de excursie teoretică și istorică, al cărei conținut în cea mai mare parte nu se referă la aviație, ci este baza unei povești despre utilizarea unei turbine cu gaz în motoarele de avioane.

Despre zumzet și vuiet...

Să începem oarecum neconvențional și să ne amintim despre „”. Aceasta este o expresie destul de comună, folosită de obicei de autori fără experiență în mass-media atunci când descrie funcționarea aeronavelor puternice. Aici puteți adăuga „ruit, fluier” și alte definiții puternice pentru aceleași „turbine de aeronave”.

Cuvinte destul de cunoscute pentru mulți. Cu toate acestea, oamenii care înțeleg sunt bine conștienți că, de fapt, toate aceste epitete „sunete” caracterizează cel mai adesea funcționarea motoarelor cu reacție în ansamblu sau a părților sale, care au foarte puțin de-a face cu turbinele ca atare (cu excepția, desigur, a influența reciprocă în timpul funcționării lor comune în ciclul general al motorului turboreactor).

Mai mult decât atât, într-un motor cu turboreacție (acestea fac obiectul unor recenzii elogioase), ca motor cu reacție directă care creează tracțiune prin utilizarea reacției unui jet de gaz, turbina este doar o parte a acestuia și este mai degrabă indirect legată de „răbuitul zgomotos. ”.

Și pe acele motoare în care, ca unitate, joacă, într-un fel, un rol dominant (acestea sunt motoare cu reacție indirectă și nu degeaba sunt numite turbina de gaz), sunetul nu mai este atât de impresionant sau este creat de părți complet diferite ale centralei aeronavei, de exemplu, o elice.

Adică nici zumzet, nici bubuit, ca atare, să turbina aeronavei chiar nu aplica. Cu toate acestea, în ciuda unei astfel de ineficiențe de sunet, este o unitate complexă și foarte importantă a unui motor turborreactor modern (GTE), determinând adesea principalul său caracteristici de performanta. Prin definiție, niciun motor cu turbină cu gaz nu se poate lipsi de o turbină.

Prin urmare, conversația, desigur, nu este despre sunete impresionante și utilizarea incorectă a definițiilor limbii ruse, ci despre o unitate interesantă și relația ei cu aviația, deși aceasta este departe de singura zonă de aplicare a acesteia. Cum dispozitiv tehnic Turbina a apărut cu mult înainte de însăși conceptul de „aeronavă” (sau avion) ​​și cu atât mai mult de un motor cu turbină cu gaz pentru aceasta.

Istorie + putina teorie...

Și chiar și pentru foarte mult timp. Încă de la inventarea mecanismelor care transformă energia forțelor naturale în acțiune utilă. Cei mai simpli în acest sens și deci unul dintre primii care au apărut au fost așa-zișii motoare rotative.

Această definiție în sine, desigur, a apărut doar în zilele noastre. Cu toate acestea, sensul său determină cu precizie simplitatea motorului. Energia naturală este transformată direct, fără dispozitive intermediare, în putere mecanică a mișcării de rotație a elementului principal de putere al unui astfel de motor - arborele.

Turbină– un reprezentant tipic al unui motor rotativ. Privind în viitor, putem spune că, de exemplu, într-un motor cu piston combustie interna(ICE) elementul principal este pistonul. Efectuează o mișcare alternativă, iar pentru a obține rotația arborelui de ieșire, trebuie să aveți un mecanism suplimentar de manivelă, care în mod natural complică și face designul mai greu. Turbina este mult mai profitabilă în acest sens.

Pentru un motor rotativ cu ardere internă, cum ar fi un motor termic, care, apropo, este un motor turboreactor, se folosește de obicei numele „rotativ”.

Roata turbinei morii de apa

Una dintre cele mai cunoscute și mai vechi aplicații ale turbinelor sunt morile mecanice mari, folosite de om din timpuri imemoriale pentru diverse nevoi economice (nu doar pentru măcinarea cerealelor). Sunt tratați ca apă, asa de vânt mecanisme.

Pentru o lungă perioadă de istorie antică (primele mențiuni din aproximativ secolul al II-lea î.Hr.) și istoria Evului Mediu, acestea au fost practic singurele mecanisme folosite de om în scopuri practice. Posibilitatea utilizării lor, în ciuda tuturor caracterului primitiv al circumstanțelor tehnice, constă în simplitatea transformării energiei fluidului de lucru utilizat (apă, aer).

O moară de vânt este un exemplu de roată de turbină.

În aceste motoare rotative, în esență adevărate, energia apei sau a fluxului de aer este convertită în puterea arborelui și, în cele din urmă, în muncă utilă. Acest lucru se întâmplă atunci când fluxul interacționează cu suprafețele de lucru, care sunt lamele roții cu apă sau aripile moara de vant . Ambele, de fapt, sunt prototipuri de lame moderne mașini cu lame, care sunt turbinele folosite astăzi (și compresoarele, de altfel, de asemenea).

Este cunoscut un alt tip de turbină, documentată pentru prima dată (aparent inventată) de savantul, mecanicul, matematicianul și naturalistul grec antic Heron din Alexandria ( Heron ho Alexandreus,1 secolul I d.Hr.) în tratatul său „Pneumatică”. Invenția pe care a descris-o a fost numită eolipilă , care tradus din greacă înseamnă „mingea lui Aeolus” (zeul vântului, Αἴολος – Aeolus (greacă), pila - minge (lat.)).

Aeolipil of Heron.

În ea, mingea era echipată cu două tuburi de duză direcționate opus. Din duze ieșea abur, intrând în bila prin țevile din cazanul situat dedesubt și, astfel, făcând bila să se rotească. Acțiunea este clară din figura de mai jos. Era o așa-numită turbină inversă, care se rotește în direcția opusă ieșirii aburului. Turbine Acest tip are un nume special - reactiv (mai multe detalii mai jos).

Este interesant că Heron însuși cu greu și-a imaginat care era fluidul de lucru din mașina lui. În acea epocă, aburul era identificat cu aerul, chiar și numele mărturisește acest lucru, pentru că Aeolus comanda vântului, adică aerul.

Aeolipilul era, în general, un motor termic cu drepturi depline care transforma energia combustibilului ars în energie mecanică de rotație pe arbore. Poate că a fost unul dintre primele motoare termice din istorie. Adevărat, utilitatea sa era încă „incompletă”, deoarece invenția nu a efectuat nicio lucrare utilă.

Aeolipilul, printre alte mecanisme cunoscute la acea vreme, făcea parte din așa-numitul „teatru de automate”, care a fost foarte popular în secolele următoare și era de fapt doar o jucărie interesantă cu un viitor neclar.

Din momentul creării sale și, în general, din epoca în care oamenii, în primele lor mecanisme, foloseau doar forțele naturii „manifestându-se în mod evident” (forța vântului sau forța gravitației apei în cădere) până la începutul încrezător. utilizarea energiei termice a combustibilului în motoarele termice nou create, au trecut mai mult de o sută de ani.

Primele astfel de unități au fost mașini cu abur. Exemple reale de lucru au fost inventate și construite în Anglia abia spre sfârșitul secolului al XVII-lea și au fost folosite pentru pomparea apei din minele de cărbune. Mai târziu, au apărut motoarele cu abur cu mecanism cu piston.

Ulterior, pe măsură ce s-au dezvoltat cunoștințele tehnice, motoarele cu piston cu ardere internă de diferite modele, mecanisme mai avansate cu o eficiență mai mare, „au apărut în scenă”. Ei foloseau deja gaz (produse de ardere) ca fluid de lucru și nu aveau nevoie de cazane de abur voluminoase pentru a-l încălzi.

Turbine ca componente principale ale motoarelor termice, au urmat, de asemenea, un drum similar în dezvoltarea lor. Și deși există mențiuni separate ale unor exemplare în istorie, unități demne de remarcat și, mai mult, documentate, inclusiv brevetate, au apărut abia în a doua jumătate a secolului al XIX-lea.

Totul a început cu un cuplu...

Cu ajutorul acestui fluid de lucru au fost dezvoltate aproape toate principiile de bază ale proiectării unei turbine (mai târziu, de asemenea, o turbină cu gaz) ca parte importantă a unui motor termic.

Turbină cu reacție patentată de Laval.

Evoluțiile unui inginer și inventator suedez talentat sunt destul de caracteristice în acest sens. Gustave de Laval(Karl Gustaf Patrick de Laval). Cercetările sale de la acea vreme au fost legate de ideea dezvoltării unui nou separator de lapte cu viteză crescută de acționare, care ar putea crește semnificativ productivitatea.

Obține o frecvență de rotație mai mare (rpm) folosind pistonul tradițional de atunci (într-adevăr, singurul existent). motor cu aburi Nu a fost posibil din cauza inerției mari a celui mai important element - pistonul. Dându-și seama de acest lucru, Laval a decis să încerce să nu mai folosească pistonul.

Ei spun că ideea în sine i-a venit în timp ce observa lucrarea mașini de sablare. În 1883 a primit primul său brevet (brevet englez nr. 1622) în acest domeniu. Dispozitivul patentat a fost numit " Turbina alimentata cu abur si apa».

Era un tub în formă de S, la capetele căruia se făceau duze conice. Tubul era montat pe un arbore tubular, prin care era furnizat abur la duze. În principiu, toate acestea nu erau diferite de eolipila lui Heron din Alexandria.

Dispozitivul fabricat a funcționat destul de fiabil cu viteze mari pentru tehnologia de atunci - 42.000 rpm. Viteza de rotație a ajuns la 200 m/s. Dar cu așa ceva parametri buni turbină avea o eficiență extrem de scăzută. Și încercările de a-l crește cu nivelul de tehnologie existent nu au dus la nimic. De ce s-a întâmplat asta?

——————-

Puțină teorie... Mai multe detalii despre caracteristici....

Eficiența menționată (pentru turbinele de aeronave moderne aceasta este așa-numita putere sau eficiență efectivă) caracterizează eficiența utilizării energiei cheltuite (disponibilă) pentru antrenarea arborelui turbinei. Adică, ce parte din această energie a fost cheltuită util pentru rotirea arborelui și ce parte " s-a dus la scurgere».

Pur și simplu a zburat. Pentru tipul de turbină descris, numită jet, această expresie este potrivită. Un astfel de dispozitiv primește mișcare de rotație pe arbore sub acțiunea forței de reacție a fluxului de gaz de ieșire (sau în acest caz, pereche).

O turbină, ca mașină de expansiune dinamică, spre deosebire de mașinile volumetrice (mașini cu piston), necesită pentru funcționarea sa nu numai comprimarea și încălzirea fluidului de lucru (gaz, abur), ci și accelerarea acestuia. Aici, dilatarea (creșterea volumului specific) și scăderea presiunii apar din cauza accelerației, în special în duză. Într-un motor cu piston, acest lucru se întâmplă din cauza creșterii volumului camerei cilindrului.

Ca urmare, energia potențială mare a fluidului de lucru, care s-a format ca urmare a furnizării de energie termică a combustibilului ars, se transformă în energie cinetică (minus diverse pierderi, desigur). Și cinetică (într-o turbină cu reacție) prin forțe de reacție - în munca mecanica pe ax.

Și eficiența ne spune cât de complet se transformă energia cinetică în energie mecanică într-o situație dată. Cu cât este mai mare, cu atât este mai mică energie cinetică în care iese duza mediu inconjurator. Această energie rămasă se numește „ pierderi cu viteza de iesire", și este direct proporțional cu pătratul vitezei fluxului de ieșire (toată lumea își amintește probabil mС 2/2).

Principiul de funcționare al unei turbine cu reacție.

Aici despre care vorbim despre așa-numita viteză absolută C. La urma urmei, fluxul de ieșire, sau mai precis, fiecare dintre particulele sale, participă la o mișcare complexă: rectilinie plus rotațională. Astfel, viteza absolută C (relativă la sistemul de coordonate fix) este egală cu suma vitezei de rotație a turbinei U și a vitezei relative de curgere W (viteza relativă la duză). Suma este, desigur, vectorială, prezentată în figură.

roata Segner.

Pierderile minime (și eficiența maximă) corespund viteza minima C, în mod ideal, ar trebui să fie egal cu zero. Și acest lucru este posibil numai dacă W și U sunt egali (după cum se poate vedea din figură). Viteza periferică (U) în acest caz se numește optim.

O astfel de egalitate ar fi ușor de realizat la turbinele hidraulice (cum ar fi Roțile Segner), deoarece viteza de scurgere a lichidului din duze pentru ele (similar cu viteza W) este relativ mică.

Dar aceeași viteză W pentru gaz sau abur este mult mai mare datorită diferenței mari a densităților lichidului și gazului. Deci, la o presiune relativ scăzută de doar 5 atm. o turbină hidraulică poate produce o viteză de evacuare de numai 31 m/s, iar o turbină cu abur - 455 m/s. Adică, rezultă că și la presiuni destul de scăzute (doar 5 atm.), turbina cu jet Laval ar trebui, din motive de asigurare a randamentului ridicat, să aibă o viteză periferică peste 450 m/s.

Pentru nivelul de dezvoltare tehnologic de atunci, acest lucru era pur și simplu imposibil. A fost imposibil să se realizeze un design fiabil cu astfel de parametri. De asemenea, nu avea sens să se reducă viteza periferică optimă prin reducerea vitezei relative (W), deoarece acest lucru se poate face doar prin reducerea temperaturii și presiunii și, prin urmare, a eficienței generale.

Turbina activă Laval...

Turbina cu reacție Laval nu se pretează pentru îmbunătățiri suplimentare. În ciuda încercărilor făcute, lucrurile au ajuns într-o fundătură. Apoi inginerul a luat o altă cale. În 1889, a brevetat un alt tip de turbină, care mai târziu a fost numită activă. În străinătate (în engleză) se numește acum turbină cu impuls, adică pulsată.

Dispozitivul revendicat în brevet a constat dintr-una sau mai multe duze fixe care furnizează abur lamelor în formă de găleată montate pe marginea unei roți (sau a unui disc) de turbină mobilă.

Turbină cu abur activă într-o singură treaptă patentată de Laval.

Procesul de lucru într-o astfel de turbină este următorul. Aburul accelerează în duze cu o creștere a energiei cinetice și o scădere a presiunii și cade pe lamele de lucru, pe partea concavă a acestora. Ca urmare a impactului asupra palelor rotorului, acesta începe să se rotească. Sau mai putem spune că rotația are loc datorită acțiunii de impuls a jetului. De aici și numele englezesc impulsturbină.

În același timp, în canalele interscapulare, care au o secțiune transversală aproape constantă, fluxul nu își modifică viteza (W) și presiunea, ci își schimbă direcția, adică se rotește la unghiuri mari (până la 180°) . Adică la ieșirea din duză și la intrarea în canalul interlame: viteza absolută C 1, relativă W 1, viteza periferică U.

La ieșire, respectiv, C 2, W 2 și același U. În acest caz, 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.

Acest proces este prezentat în principiu într-o figură simplificată. De asemenea, pentru a simplifica explicarea procesului, aici se presupune că vectorii vitezelor absolute și periferice sunt aproape paraleli, curgerea își schimbă direcția în rotor cu 180°.

Flux de abur (gaz) în treapta activă a turbinei.

Dacă luăm în considerare vitezele în valori absolute, vedem că W 1 = C 1 – U, iar C 2 = W 2 – U. Astfel, pe baza celor de mai sus, pentru modul optim, când randamentul ia valori maxime, iar pierderile din viteza de ieșire tinde la minim (adică C 2 = 0), avem C 1 = 2U sau U = C 1 /2.

Găsim că pentru o turbină activă viteza periferică optimă jumătate din viteza de evacuare de la duză, adică o astfel de turbină este la jumătate mai încărcată decât o turbină cu reacție și sarcina de a obține o eficiență mai mare este mai ușoară.

Prin urmare, în viitor, Laval a continuat să dezvolte acest tip de turbină. Cu toate acestea, în ciuda reducerii vitezei periferice necesare, aceasta a rămas totuși destul de mare, ceea ce a implicat sarcini centrifuge și de vibrații la fel de mari.

Principiul de funcționare al unei turbine active.

Consecința acestui fapt au fost probleme structurale și de rezistență, precum și probleme de eliminare a dezechilibrelor, care de multe ori au fost rezolvate cu mare dificultate. În plus, au existat și alți factori nerezolvați și de nerezolvat în condițiile de atunci, care au redus în cele din urmă randamentul acestei turbine.

Acestea au inclus, de exemplu, imperfecțiunea aerodinamicii paletelor, provocând creșterea pierderi hidraulice, precum și efectul pulsatoriu al jeturilor individuale de abur. De fapt, doar câteva sau chiar o singură lamă ar putea fi lame active care percep acțiunea acestor jeturi (sau jeturi) la un moment dat. Restul s-a mișcat inactiv, creând rezistență suplimentară (în atmosferă de abur).

Acesta are turbine nu a existat nicio modalitate de a crește puterea prin creșterea temperaturii și a presiunii aburului, deoarece aceasta ar duce la o creștere a vitezei periferice, ceea ce era absolut inacceptabil din cauza acelorași probleme de proiectare.

În plus, o creștere a puterii (cu o creștere a vitezei periferice) a fost, de asemenea, nepotrivită dintr-un alt motiv. Consumatorii de energie a turbinei erau dispozitive cu viteză redusă în comparație cu aceasta (generatoarele electrice au fost planificate pentru aceasta). Prin urmare, Laval a trebuit să dezvolte cutii de viteze speciale pentru legătura cinematică a arborelui turbinei cu arborele consumatorului.

Raportul dintre masele și dimensiunile turbinei active Laval și cutia de viteze a acesteia.

Datorită diferenței mari de viteză a acestor arbori, cutiile de viteze erau extrem de voluminoase și erau adesea semnificativ mai mari ca dimensiune și greutate decât turbina în sine. O creștere a puterii sale ar presupune o creștere și mai mare a dimensiunii unor astfel de dispozitive.

În cele din urmă Turbină activă Laval era o unitate de putere relativ mică (unități de lucru de până la 350 CP), în plus, scumpă (datorită unui set mare de îmbunătățiri) și completă cu o cutie de viteze, era și destul de voluminoasă. Toate acestea l-au făcut necompetitiv și au exclus aplicarea în masă.

Un fapt interesant este că principiul de proiectare al turbinei active a lui Laval nu a fost inventat de el. Chiar și cu 250 de ani înainte de apariția cercetărilor sale, o carte a inginerului și arhitectului italian Giovanni Branca intitulată „Le Machine” („Mașini”) a fost publicată la Roma în 1629.

Printre alte mecanisme, conținea o descriere a „roții cu abur”, care conținea toate componentele principale construite de Laval: un cazan cu abur, un tub de alimentare cu abur (duză), un rotor activ de turbină și chiar o cutie de viteze. Astfel, cu mult înainte de Laval, toate aceste elemente erau deja cunoscute, iar meritul său era că le-a făcut pe toate să lucreze cu adevărat împreună și să se ocupe de probleme extrem de complexe de îmbunătățire a mecanismului în ansamblu.

Turbină activă cu abur de Giovanni Branca.

Interesant, una dintre cele mai faimoase caracteristici ale turbinei sale a fost designul duzei (a fost menționată separat în același brevet) care furnizează abur palelor rotorului. Aici a devenit duza, dintr-una obișnuită conică, așa cum era într-o turbină cu reacție contractare-extindere. Ulterior, acest tip de duză a început să se numească duze Laval. Acestea permit accelerarea fluxului de gaz (abur) la viteza supersonică cu pierderi destul de mici. Despre ele .

Astfel, principala problemă cu care s-a luptat Laval la dezvoltarea turbinelor sale și pe care nu a reușit să o depășească niciodată, a fost viteza mare periferică. Cu toate acestea, o soluție destul de eficientă a acestei probleme a fost deja propusă și chiar, destul de ciudat, de către Laval însuși.

În mai multe etape….

În același an (1889), când a fost brevetată turbina activă descrisă mai sus, inginerul a dezvoltat o turbină activă cu două rânduri paralele de pale de rotor montate pe un rotor (disc). A fost așa-zisa turbină în două trepte.

Lamelele de lucru erau furnizate cu abur, la fel ca la cea cu o singură treaptă, printr-o duză. Între cele două rânduri de lame de lucru a fost instalat un rând de lame fixe, care a redirecționat fluxul care ieșea din lamele primei trepte către lamele de lucru ale celei de-a doua.

Dacă folosim principiul simplificat propus mai sus pentru determinarea vitezei periferice pentru o turbină cu reacție cu o singură treaptă (Laval), rezultă că pentru o turbină în două trepte viteza de rotație nu mai este de două, ci de patru ori mai mică decât viteza de evacuare. din duza.

Principiul roții Curtis și modificarea parametrilor din aceasta.

Aceasta este cea mai eficientă soluție la problema vitezei periferice optime scăzute, care a fost propusă, dar nefolosită de Laval și care este utilizată activ în turbinele moderne, atât cu abur, cât și pe gaz. În mai multe etape…

Înseamnă că energia mare disponibilă a întregii turbine poate fi într-un fel împărțită în părți în funcție de numărul de trepte, iar fiecare astfel de parte este activată într-o etapă separată. Cu cât această energie este mai mică, cu atât viteza fluidului de lucru (abur, gaz) care intră în lamele de lucru este mai mică și, prin urmare, cu atât viteza periferică optimă este mai mică.

Adică, prin schimbarea numărului de trepte ale turbinei, puteți modifica viteza de rotație a arborelui său și, în consecință, puteți modifica sarcina pe acesta. În plus, funcționarea în mai multe etape face posibilă operarea turbinei cu diferențe mari de energie, adică creșterea puterii acesteia, menținând în același timp indicatorii de eficiență ridicată.

Laval nu și-a brevetat turbina în două trepte, deși a fost realizat un prototip, așa că poartă numele inginerului american Charles Curtis (roata Curtis (sau disc), care în 1896 a primit un brevet pentru un dispozitiv similar.

Cu toate acestea, mult mai devreme, în 1884, inginerul englez Charles Algernon Parsons a dezvoltat și brevetat primul turbină cu abur în mai multe etape. Au existat multe declarații ale diverșilor oameni de știință și ingineri despre utilitatea împărțirii energiei disponibile în etape înaintea lui, dar el a fost primul care a transpus ideea în hardware.

Turbină Parsons cu reacție activă în mai multe trepte (dezasamblată).

În același timp, a lui turbină avea o caracteristică care l-a apropiat de dispozitivele moderne. În ea, aburul s-a extins și a accelerat nu numai în duze formate din lame fixe, ci și parțial în canale formate din lame de lucru special profilate.

Acest tip de turbină este de obicei numit turbină cu reacție, deși numele este destul de arbitrar. De fapt, ocupă o poziţie intermediară între turbina Heron-Laval pur reactivă şi turbina Laval-Branca pur activă. Datorită designului lor, lamele de lucru combină active și principiul reactiv s in proces general. Prin urmare, ar fi mai corect să se numească o astfel de turbină activ-reactiv, ceea ce se face adesea.

Diagrama unei turbine Parsons cu mai multe trepte.

Parsons a lucrat tipuri variate turbine cu mai multe trepte. Printre modelele sale s-au numărat nu numai cele axiale descrise mai sus (fluidul de lucru se mișcă de-a lungul axei de rotație), ci și cele radiale (aburul se mișcă în direcția radială). Este destul de cunoscută turbina sa pur activă în trei trepte „Heron”, în care sunt folosite așa-numitele roți Heron (esența este aceeași cu cea a eolipilului).

Turbină cu reacție „Heron”.

Ulterior, de la începutul anilor 1900, construcția de turbine cu abur a câștigat rapid avânt și Parsons a fost în fruntea sa. Turbinele sale în mai multe etape au fost echipate cu nave navale, mai întâi experimentale (nava „Turbinia”, 1896, deplasare 44 tone, viteză 60 km/h – fără precedent pentru vremea respectivă), apoi cele militare (exemplu – cuirasatul „Dreadnought”, 18000). tone, viteza 40 km/h, putere turbină 24.700 CP) și pasager (exemplu - același tip „Mauritania” și „Lusitania”, 40.000 tone, viteza 48 km/h, putere turbo 70.000 CP). În același timp, construcția de turbine staționare a început, de exemplu, prin instalarea de turbine ca acționări în centralele electrice (Compania Edison din Chicago).

Despre turbinele cu gaz...

Cu toate acestea, să revenim la subiectul nostru principal - aviația și să remarcăm un lucru destul de evident: un astfel de succes vizibil în funcționarea turbinelor cu abur ar putea avea doar o semnificație structurală și fundamentală pentru aviație, care progresa rapid în dezvoltarea sa exact în același timp.

Utilizarea unei turbine cu abur ca centrală electrică în aeronave a fost, din motive evidente, extrem de discutabilă. Turbină de aviație ar putea fi doar o turbină cu gaz similară, dar mult mai profitabilă. Totuși, nu totul a fost atât de simplu...

Potrivit lui Lev Gumilyovsky, autorul cărții populare „Creatorii de motoare” în anii 60, într-o zi, în 1902, în perioada de început a dezvoltării rapide a construcției de turbine cu abur, Charles Parsons, de fapt, unul dintre principalii ideologi ai acestei afaceri la acea vreme, i s-a pus, în general, o întrebare plină de umor: „ Este posibil să „parsonizezi” un motor pe gaz?„(implicând o turbină).

Răspunsul a fost exprimat într-o formă absolut decisivă: „ Cred că nu se va crea niciodată o turbină cu gaz. Nu există două moduri despre asta." Inginerul nu a reușit să devină profet, dar avea, fără îndoială, motive să spună asta.

Utilizarea unei turbine cu gaz, mai ales dacă ținem cont de utilizarea ei în aviație în locul unei turbine cu abur, a fost desigur tentantă pentru că laturi pozitive ale ei sunt evidente. Cu toate capabilitățile sale de putere, nu necesită dispozitive uriașe, voluminoase pentru generarea de abur - cazane, sau dispozitive și sisteme la fel de mari pentru răcirea sa - condensatoare, turnuri de răcire, iazuri de răcire etc.

Incalzitorul pentru un motor cu turbina cu gaz este unul mic, compact, situat in interiorul motorului si care arde combustibil direct in fluxul de aer. Și pur și simplu nu are frigider. Sau, mai degrabă, există, dar există parcă virtual, pentru că gazele de evacuare sunt evacuate în atmosferă, care este frigiderul. Adică tot ce este necesar pentru un motor termic este disponibil, dar în același timp totul este compact și simplu.

Adevărat, o instalație de turbină cu abur se poate face și fără un „frigider adevărat” (fără condensator) și eliberează abur direct în atmosferă, dar apoi poți uita de eficiență. Un exemplu în acest sens este o locomotivă cu abur - eficiența reală este de aproximativ 6%, 90% din energia sa zboară în coș.

Dar cu astfel de avantaje tangibile, există și dezavantaje semnificative, care, în general, au devenit baza răspunsului categoric al lui Parsons.

Comprimarea fluidului de lucru pentru implementarea ulterioară a ciclului de lucru, incl. si in turbina...

În ciclul de funcționare al unei instalații cu turbină cu abur (ciclul Rankine), munca de comprimare a apei este mică și cerințele pentru pompa care îndeplinește această funcție și eficiența acesteia sunt, prin urmare, mici. În ciclul motorului cu turbină cu gaz, în care aerul este comprimat, această muncă, dimpotrivă, este foarte impresionantă și cea mai mare parte a energiei disponibile a turbinei este cheltuită pe ea.

Acest lucru reduce proporția de lucru util pentru care poate fi proiectată turbina. Prin urmare, cerințele pentru o unitate de compresie a aerului în ceea ce privește eficiența și economia sa sunt foarte mari. Compresoarele din motoarele moderne cu turbină cu gaz de aviație (în principal axiale), precum și din unitățile staționare, împreună cu turbinele, sunt dispozitive complexe și costisitoare. Despre ele .

Temperatura…

Aceasta este principala problemă pentru turbinele cu gaz, inclusiv pentru cele aviatice. Faptul este că, dacă într-o instalație de turbină cu abur temperatura fluidului de lucru după procesul de expansiune este apropiată de temperatura apei de răcire, atunci într-o turbină cu gaz ajunge la câteva sute de grade.

Aceasta înseamnă că o cantitate mare de energie este eliberată în atmosferă (ca într-un frigider), ceea ce, desigur, afectează negativ eficiența întregului ciclu de funcționare, care se caracterizează prin eficiență termică: η t = Q 1 – Q 2 / Q 1 . Aici Q 2 este aceeași energie eliberată în atmosferă. Q 1 – energia furnizată procesului de la încălzitor (în camera de ardere).

Pentru a crește acest randament, este necesară creșterea Q 1, ceea ce echivalează cu creșterea temperaturii în fața turbinei (adică în camera de ardere). Dar adevărul este că nu este întotdeauna posibilă creșterea acestei temperaturi. Valoarea sa maximă este limitată de turbina însăși, iar condiția principală aici este rezistența. Turbina funcționează în condiții foarte dificile, când temperaturile ridicate sunt combinate cu sarcini centrifuge mari.

Acesta este factorul care a limitat întotdeauna puterea și capacitățile de tracțiune ale motoarelor cu turbine cu gaz (în mare parte dependente de temperatură) și a devenit adesea motivul complexității și creșterii costului turbinelor. Această situație a continuat în vremea noastră.

Și la vremea lui Parsons, nici industria metalurgică, nici știința aerodinamică nu puteau oferi încă o soluție la problemele creării unui compresor eficient și economic și a unei turbine de temperatură înaltă. Nu exista nici o teorie adecvată, nici materialele necesare rezistente la căldură și la căldură.

Și totuși au existat încercări...

Cu toate acestea, așa cum se întâmplă de obicei, au existat oameni cărora nu le era frică (sau poate nu înțelegeau :-)) de eventualele dificultăți. Încercările de a crea o turbină cu gaz nu s-au oprit.

Mai mult, este interesant că însuși Parsons, în zorii activității sale de „turbină”, în primul său brevet pentru o turbină în mai multe trepte, a remarcat posibilitatea funcționării acesteia, pe lângă abur, și pe produsele de ardere a combustibilului. Acolo, a fost luată în considerare și o posibilă versiune a unui motor cu turbină cu gaz care funcționează cu combustibil lichid cu un compresor, cameră de ardere și turbină.

Scuipat de fum.

Exemple de utilizare a turbinelor cu gaz fără nicio teorie în spate sunt cunoscute de mult timp. Aparent, chiar și Heron a folosit principiul unei turbine cu jet de aer în „teatru de automate”. Așa-numitele „frigărui de fum” sunt destul de cunoscute.

Și în cartea deja amintită a italianului (inginer, arhitect, Giovanni Branca, Le Machine) Giovanni Branca există un desen „ Roata de foc" În ea, o roată a turbinei se rotește cu produsele de ardere dintr-un foc (sau vatră). Interesant este că Branca însuși nu și-a construit majoritatea mașinilor, ci doar și-a exprimat ideile pentru crearea lor.

„Roata focului” de Giovanni Branca.

În toate aceste „roți de fum și foc” nu a existat o etapă de compresie a aerului (gaz) și nu a existat nici un compresor ca atare. Conversia energiei potențiale, adică a energiei termice furnizate de arderea combustibilului, în energie cinetică (accelerare) pentru rotația turbinei cu gaz s-a produs numai datorită acțiunii gravitației atunci când masele calde s-au ridicat în sus. Adică s-a folosit fenomenul de convecție.

Desigur, astfel de „unități” sunt pentru mașini reale, de exemplu, pentru conducere Vehicul nu a putut fi folosit. Cu toate acestea, în 1791, englezul John Barber a brevetat o „mașină de transport fără cai”, una dintre cele mai importante componente ale căreia era o turbină cu gaz. Acesta a fost primul brevet înregistrat oficial pentru o turbină cu gaz.

Motor John Barber cu turbină cu gaz.

Mașina folosea gaz obținut din lemn, cărbune sau ulei, încălzit în generatoare speciale de gaz (retorte), care, după răcire, intra într-un compresor cu piston, unde era comprimat împreună cu aerul. Apoi, amestecul a fost alimentat în camera de ardere, iar apoi produsele de ardere au fost rotite turbină. Pentru răcirea camerelor de ardere se folosea apă, iar aburul rezultat era trimis și la turbină.

Nivelul de dezvoltare a tehnologiei la acea vreme nu a permis ca ideea să fie adusă la viață. Modelul actual al mașinii Barber cu turbină cu gaz a fost construit abia în 1972 de Kraftwerk-Union AG pentru Târgul Industrial de la Hanovra.

De-a lungul secolului al XIX-lea, dezvoltarea conceptului de turbină cu gaz a progresat extrem de lent din motivele descrise mai sus. Au fost puține exemple demne de atenție. Compresorul și temperatura ridicată au rămas o piatră de poticnire de netrecut. Au existat încercări de a folosi un ventilator pentru a comprima aerul, precum și de a folosi apă și aer pentru a răci elementele structurale.

Motor F. Stolze. 1 - compresor axial, 2 - turbină axială, 3 - schimbător de căldură.

Există un exemplu binecunoscut de motor cu turbină cu gaz de către inginerul german Franz Stolze, patentat în 1872 și foarte asemănător ca design cu motoarele moderne cu turbină cu gaz. În acesta, pe același arbore erau amplasate un compresor axial cu mai multe trepte și o turbină axială cu mai multe trepte.

Aerul după trecerea prin schimbătorul de căldură regenerativ a fost împărțit în două părți. Unul a intrat în camera de ardere, al doilea a fost amestecat cu produsele de ardere înainte de a intra în turbină, reducându-le temperatura. Acesta este așa-numitul aer secundar, iar utilizarea sa este o tehnică utilizată pe scară largă în motoarele moderne cu turbină cu gaz.

Motorul Stolze a fost testat în 1900-1904, dar s-a dovedit a fi extrem de ineficient din cauza calității scăzute a compresorului și a temperaturii scăzute din fața turbinei.

În cea mai mare parte a primei jumătăți a secolului al XX-lea, turbina cu gaz nu a fost niciodată capabilă să concureze activ cu turbina cu abur sau să devină parte a motorului cu turbină cu gaz, care ar putea înlocui în mod adecvat motorul cu piston cu ardere internă. Utilizarea sa pe motoare a fost în principal auxiliară. De exemplu, ca unități de încărcare la motoarele cu piston, inclusiv cele de aviație.

Dar de la începutul anilor 40 situația a început să se schimbe rapid. În cele din urmă, au fost create noi aliaje rezistente la căldură, care au făcut posibilă creșterea radicală a temperaturii gazului din fața turbinei (până la 800˚C și mai mult), și au apărut unele destul de economice cu randament ridicat.

Acest lucru nu numai că a făcut posibilă construirea de motoare eficiente cu turbine cu gaz, dar și, datorită combinației dintre puterea lor cu ușurința și compactitatea relativă, să le folosească pe aeronave. A început epoca aviației cu reacție și a motoarelor cu turbine cu gaz pentru avioane.

Turbine în motoarele cu turbină cu gaz de aviație...

Deci... Principala zonă de aplicare a turbinelor în aviație este motoarele cu turbine cu gaz. Turbina de aici face munca grea - rotește compresorul. Mai mult, într-un motor cu turbină cu gaz, ca în orice motor termic, munca de dilatare este mai mare decât munca de compresie.

Și turbina este tocmai o mașină de expansiune și cheltuiește doar o parte din energia disponibilă a fluxului de gaz pe compresor. Partea rămasă (uneori numită energie gratis) pot fi utilizate în scopuri utile în funcție de tipul și designul motorului.

Schema TVAD Makila 1a1 cu turbină liberă.

Motor cu turboax AMAKILA 1A1.

Pentru motoarele cu reacție indirectă, cum ar fi (motoarele cu turbină cu gaz elicopter), se cheltuiește pentru rotirea elicei. În acest caz, turbina este cel mai adesea împărțită în două părți. Primul este turbina compresorului. Al doilea, acționând șurubul, este așa-numitul turbină liberă. Se rotește independent și este conectat la turbina compresorului doar gazdinamic.

În motoarele cu reacție directă (motoare cu reacție sau motoare cu reacție), turbina este utilizată doar pentru a antrena compresorul. Energia liberă rămasă, care rotește turbina liberă în TVAD, este activată în duză, transformându-se în energie cinetică pentru a produce tracțiunea jetului.

La mijloc între aceste extreme sunt situate. În ele, o parte din energia liberă este cheltuită pentru a antrena elicea, iar o parte formează un jet în dispozitivul de ieșire (duză). Adevărat, ponderea sa în forța totală a motorului este mică.

Diagrama unui motor turbopropulsor cu un singur arbore DART RDa6. Turbină pe un arbore comun al motorului.

Motor cu un singur arbore turbopropulsor Rolls-Royce DART RDa6.

Prin proiectare, motoarele cu turbopropulsoare pot fi cu un singur arbore, în care turbina liberă nu este separată structural și, fiind o unitate, antrenează atât compresorul, cât și elicea simultan. Un exemplu de teatru Rolls-Royce DART RDa6, precum și faimosul nostru teatru AI-20.

Poate exista și un motor turbopropulsor cu o turbină liberă separată care antrenează elicea și nu este conectată mecanic la restul componentelor motorului (cuplaj gaz-dinamic). Un exemplu este motorul PW127 cu diverse modificări (avioane), sau motorul turbopropulsor Pratt & Whitney Canada PT6A.

Schema Pratt & Whitney Canada PT6A cu o turbină liberă.

Motor Pratt & Whitney Canada PT6A.

Schema unui motor turbopropulsor PW127 cu o turbină liberă.

Desigur, în toate tipurile de motoare cu turbină cu gaz, sarcina utilă include și unități care asigură funcționarea motorului și a sistemelor aeronavei. Acestea sunt de obicei pompe, generatoare de combustibil și hidraulice, generatoare electrice etc. Toate aceste dispozitive sunt cel mai adesea conduse de la arborele turbocompresorului.

Despre tipuri de turbine.

De fapt, există destul de multe tipuri. Doar de exemplu, câteva denumiri: axial, radial, diagonal, radial-axial, rotary-blade etc. În aviație se folosesc doar primele două, iar radial este destul de rar. Ambele turbine au fost denumite în conformitate cu natura fluxului de gaz din ele.

Radial.

În radial curge de-a lungul unei raze. Mai mult, în radial turbina aeronavei se folosește o direcție de curgere centripetă, care asigură o eficiență mai mare (în practica non-aviație există și o direcție centrifugă).

Etapa de turbină radială este formată dintr-un rotor și pale fixe care formează fluxul la intrarea sa. Lamele sunt profilate astfel încât canalele inter-lame să aibă o configurație conică, adică sunt duze. Toate aceste lame, împreună cu elementele de caroserie pe care sunt montate, sunt numite aparat cu duze.

Diagrama unei turbine centripete radiale (cu explicatii).

Rotorul este un rotor cu palete special profilate. Rotorul se rotește atunci când gazul trece prin canalele de îngustare dintre pale și acționează asupra palelor.

Rotorul unei turbine centripete radiale.

Turbine radiale Sunt destul de simple, rotoarele lor au un număr mic de pale. Vitezele circumferențiale posibile ale unei turbine radiale la aceleași solicitări în rotor sunt mai mari decât cele ale unei turbine axiale, deci poate genera cantități mai mari de energie (diferențe de căldură).

Cu toate acestea, aceste turbine au o zonă de curgere mică și nu asigură un debit suficient de gaz cu aceleași dimensiuni în comparație cu turbinele axiale. Cu alte cuvinte, au dimensiuni diametrale relative prea mari, ceea ce complică aranjarea lor într-un singur motor.

În plus, este dificil să se creeze turbine radiale cu mai multe etape din cauza pierderilor hidraulice mari, ceea ce limitează gradul de expansiune a gazului în ele. De asemenea, este dificil să răciți astfel de turbine, ceea ce reduce posibilele temperaturi maxime ale gazului.

Prin urmare, utilizarea turbinelor radiale în aviație este limitată. Ele sunt utilizate în principal în unități de putere redusă cu consum redus de gaz, cel mai adesea în mecanisme și sisteme auxiliare sau în motoarele aeronavelor model și aeronavelor mici fără pilot.

Primul avion cu reacție Heinkel He 178.

Motor turborreactor Heinkel HeS3 cu turbină radială.

Unul dintre puținele exemple de utilizare a unei turbine radiale ca componentă a unui motor cu reacție a aeronavei de propulsie este motorul primei aeronave cu reacție reale, turbojet Heinkel He 178 Heinkel HeS 3. Fotografia arată clar elementele de scenă ale unei astfel de turbine. Parametrii acestui motor au fost pe deplin în concordanță cu posibilitatea utilizării acestuia.

Axial turbina aeronavei.

Acesta este singurul tip de turbină utilizat în prezent în motoarele cu turbină cu gaz aeronavelor aflate la mijlocul zborului. Principala sursă de lucru mecanic asupra arborelui obținută dintr-o astfel de turbină în motor o reprezintă rotoarele, sau mai exact paletele rotorului (RL), instalate pe aceste rotoare și interacționând cu fluxul de gaz încărcat energetic (comprimat și încălzit).

Coroanele lamelor staționare instalate în fața lucrătorilor organizează direcția corectă a fluxului și participă la conversia energiei potențiale a gazului în energie cinetică, adică o accelerează în procesul de expansiune cu o scădere a presiune.

Aceste lame, complete cu elementele de carcasă pe care sunt montate, sunt numite aparat cu duze(SA). Aparatul de duză complet cu lame de lucru este treapta turbinei.

Esența procesului... Generalizarea celor spuse...

În procesul interacțiunii menționate mai sus cu paletele de lucru, energia cinetică a fluxului este convertită în energie mecanică, care rotește arborele motorului.O astfel de transformare într-o turbină axială poate avea loc în două moduri:

Un exemplu de turbină activă cu o singură treaptă. Este afișată modificarea parametrilor de-a lungul căii.

1. Fără a modifica presiunea și, prin urmare, mărimea vitezei relative de curgere (numai direcția acesteia se schimbă semnificativ - rotația debitului) în treapta turbinei; 2. Cu o scădere a presiunii, o creștere a vitezei relative de curgere și o anumită modificare a direcției acesteia în treaptă.

Turbinele care funcționează folosind prima metodă sunt numite active. Fluxul de gaz în mod activ (pulsuri) afectează paletele din cauza unei schimbări a direcției sale pe măsură ce curge în jurul lor. Cu a doua metodă - turbine cu reacție. Aici, pe lângă efectul de impuls, fluxul afectează și paletele rotorului în mod indirect (pentru a spune simplu), folosind forța reactivă, care crește puterea turbinei. Acțiunea reactivă suplimentară este realizată prin profilarea specială a palelor rotorului.

Conceptele de activitate și reactivitate în general, pentru toate turbinele (nu doar cele de aviație) au fost menționate mai sus. Cu toate acestea, motoarele moderne cu turbină cu gaz de aviație folosesc doar turbine cu reacție axiale.

Modificarea parametrilor în etapa unei turbine axiale cu gaz.

Deoarece efectul de forță asupra radarului este dublu, astfel de turbine axiale sunt numite și activ-reactiv, ceea ce este poate mai corect. Acest tip de turbină este mai avantajos aerodinamic.

Paletele fixe ale aparatului de duză incluse în treapta unei astfel de turbine au o curbură mare, datorită căreia secțiunea transversală a canalului inter-lame scade de la intrare la ieșire, adică secțiunea transversală f 1 este mai mică. decât secțiunea transversală f 0 . Rezultatul este un profil al unei duze cu jet conic.

Lamele de lucru care le urmează au, de asemenea, o curbură mai mare. În plus, în ceea ce privește fluxul care se apropie (vector W 1), acestea sunt amplasate astfel încât să se evite defalcarea acestuia și să asigure un flux corect în jurul lamei. La anumite raze, RL formează și canale interscapulare conice.

Munca de scena turbină de aviație.

Gazul se apropie de aparatul duzei cu o direcție de mișcare apropiată de axială și o viteză C 0 (subsonică). Presiunea în flux P 0, temperatura T 0. Trecând prin canalul interscapular, fluxul accelerează până la viteza C 1 cu o întoarcere la unghiul α 1 = 20°-30°. În acest caz, presiunea și temperatura scad la valorile P 1 și, respectiv, T 1. O parte din energia potențială a fluxului este transformată în energie cinetică.

Imagine a mișcării fluxului de gaz în treapta turbinei axiale.

Deoarece paletele de lucru se deplasează cu o viteză periferică U, fluxul intră în canalul interlame al RL cu o viteză relativă W 1, care este determinată de diferența dintre C 1 și U (vectoral). Trecând prin canal, fluxul interacționează cu paletele, creând asupra lor forțe aerodinamice P, a căror componentă circumferențială P u face ca turbina să se rotească.

Datorită îngustării canalului dintre lame, fluxul se accelerează până la viteza W 2 (principiu reactiv), în timp ce se rotește și (principiu activ). Viteza absolută de curgere C 1 scade la C 2 - energia cinetică a curgerii este convertită în energie mecanică pe arborele turbinei. Presiunea și temperatura scad la valorile P 2 și, respectiv, T 2.

Viteza absolută a curgerii pe măsură ce trece prin treaptă crește ușor de la C 0 la proiecția axială a vitezei C 2 . La turbinele moderne această proiecție are o valoare de 200 - 360 m/s pentru o treaptă.

Treapta este profilată astfel încât unghiul α 2 să fie aproape de 90°. Diferența este de obicei de 5-10°. Acest lucru se face pentru a se asigura că valoarea lui C 2 este minimă. Acest lucru este deosebit de important pentru ultima treaptă a turbinei (în primele etape sau mijlocii, este permisă o abatere de la un unghi drept de până la 25°). Motivul pentru aceasta este pierdere cu viteza de ieșire, care depind doar de mărimea vitezei C 2.

Sunt aceleași pierderi care la un moment dat nu i-au oferit lui Laval posibilitatea de a crește eficiența primei sale turbine. Dacă motorul este cu reacție, atunci energia rămasă poate fi folosită în duză. Dar, de exemplu, pentru un motor de elicopter care nu folosește propulsia cu jet, este important ca viteza de curgere din spatele ultimei trepte a turbinei să fie cât mai mică posibil.

Astfel, în etapa unei turbine activ-reactive, dilatarea gazului (o scădere a presiunii și a temperaturii), conversia și activarea energiei (diferența de căldură) are loc nu numai în SA, ci și în rotor. Distribuția acestor funcții între RC și SA este caracterizată de un parametru al teoriei motorului numit gradul de reactivitate ρ.

Este egal cu raportul dintre căderea de căldură din rotor și căderea de căldură în întreaga etapă. Dacă ρ = 0, atunci treapta (sau întreaga turbină) este activă. Dacă ρ > 0, atunci stadiul este reactiv sau, mai precis, pentru cazul nostru, activ-reactiv. Deoarece profilarea lamelor de lucru variază de-a lungul razei, acest parametru (precum și alții) este calculat pe baza razei medii ( secțiunea B-Bîn figura modificării parametrilor într-o etapă).

Configurația paletei de lucru a unei turbine cu reacție activă.

Modificarea presiunii de-a lungul lungimii lamei radarului unei turbine activ-reactive.

Pentru motoarele moderne cu turbină cu gaz, gradul de reactivitate al turbinelor este în intervalul 0,3-0,4. Aceasta înseamnă că doar 30-40% din căderea totală de căldură a etapei (sau a turbinei) este acţionată în rotor. 60-70% este activat în aparatul duzei.

Ceva despre pierderi.

După cum sa menționat deja, orice turbină (sau treapta sa) transformă energia de curgere furnizată acesteia în lucru mecanic. Cu toate acestea, într-o unitate reală, acest proces poate avea eficiențe diferite. O parte din energia disponibilă este neapărat risipită, adică se transformă în pierderi, de care trebuie luate în considerare și luate măsuri pentru a le minimiza pentru a crește eficiența turbinei, adică a crește randamentul acesteia.

Pierderile constau din hidraulice si pierdere cu viteza de ieșire. Pierderile hidraulice includ pierderile de profil și de capăt. Profilul este, de fapt, pierderi prin frecare, deoarece gazul, având o anumită vâscozitate, interacționează cu suprafețele turbinei.

De obicei, astfel de pierderi în rotor sunt de aproximativ 2-3%, iar în aparatul cu duze - 3-4%. Măsurile de reducere a pierderilor constau în „îmbunătățirea” porțiunii de curgere prin calcul și experiment, precum și în calcularea corectă a triunghiurilor de viteză pentru debitul în treapta turbinei, sau mai precis, alegerea celei mai avantajoase viteze periferice U la o viteză dată C 1 . Aceste acțiuni sunt de obicei caracterizate de parametrul U/C 1. Viteza periferică la raza medie într-un motor turboreactor este de 270 – 370 m/s.

Perfecțiunea hidraulică a căii de curgere a unei trepte de turbină ia în considerare un astfel de parametru ca eficienta adiabatica. Uneori se mai numește și lame, deoarece ține cont de pierderile prin frecare în paletele scenei (SA și RL). Există un alt factor de eficiență pentru o turbină, care o caracterizează în mod specific ca o unitate pentru generarea de energie, adică gradul în care energia disponibilă este utilizată pentru a crea lucru pe arbore.

Acesta este așa-numitul eficienta de putere (sau eficienta).. Este egal cu raportul dintre lucrul pe arbore și căderea de căldură disponibilă. Această eficiență ia în considerare pierderile cu viteza de ieșire. Ele se ridică, de obicei, la aproximativ 10-12% pentru motoarele cu turboreacție (la motoarele cu turboreacție moderne C 0 = 100-180 m/s, C 1 = 500-600 m/s, C 2 = 200-360 m/s).

Pentru motoarele moderne cu turbină cu gaz, valoarea eficienței adiabatice este de aproximativ 0,9 - 0,92 pentru turbinele nerăcite. Dacă turbina este răcită, atunci această eficiență poate fi mai mică cu 3-4%. Eficiența energetică este de obicei 0,78 - 0,83. Este mai mic decât adiabatic prin cantitatea de pierderi cu viteza de ieșire.

În ceea ce privește pierderile finale, acestea sunt așa-numitele „ pierderi de curgere" Partea de curgere nu poate fi complet izolată de restul motorului din cauza prezenței componentelor rotative în combinație cu cele staționare (carcase + rotor). Prin urmare, gazul din zonele de presiune ridicată tinde să curgă în zonele de presiune scăzută. În special, de exemplu, din zona din fața paletei de lucru până în zona din spatele acesteia, prin spațiul radial dintre paleta paletă și carcasa turbinei.

Un astfel de gaz nu participă la procesul de transformare a energiei curgerii în energie mecanică, deoarece nu interacționează cu paletele în acest sens, adică apar pierderi finale (sau pierderi de clearance radial). Ele se ridică la aproximativ 2-3% și afectează negativ atât eficiența adiabatică, cât și eficiența energetică, reduc eficiența motoarelor cu turbină cu gaz și destul de vizibil.

Se știe, de exemplu, că o creștere a jocului radial de la 1 mm la 5 mm într-o turbină cu diametrul de 1 m poate duce la o creștere consum specific combustibil în motor cu mai mult de 10%.

Este clar că este imposibil să scapi complet de jocul radial, dar încearcă să-l minimizeze. Este destul de dificil pentru că turbina aeronavei– unitatea este foarte încărcată. Contabilitatea corectă a tuturor factorilor care influențează dimensiunea decalajului este destul de dificilă.

Modurile de funcționare ale motorului se schimbă adesea, ceea ce înseamnă cantitatea de deformare a palelor de lucru, a discurilor pe care sunt montate și a carcaselor turbinei se modifică ca urmare a modificărilor de temperatură, presiune și forțe centrifuge.

Sigiliu labirint.

Aici este necesar să se ia în considerare cantitatea de deformare reziduală în timpul funcționării pe termen lung a motorului. În plus, evoluțiile efectuate de aeronavă afectează deformarea rotorului, ceea ce modifică și dimensiunea golurilor.

De obicei, decalajul este evaluat după oprirea motorului cald. În acest caz, carcasa exterioară subțire se răcește mai repede decât discurile masive și arborele și, scăzând în diametru, atinge lamele. Uneori, valoarea jocului radial este pur și simplu selectată în intervalul 1,5-3% din lungimea lamei lamei.

Principiul compactării fagurelor.

Pentru a evita deteriorarea palelor în cazul în care acestea ating corpul turbinei, în el sunt adesea plasate inserții speciale dintr-un material mai moale decât materialul palelor (de exemplu, ceramică metalică). În plus, se folosesc sigilii fără contact. De obicei acestea sunt labirintice sau sigilii labirint fagure.

În acest caz, lamele de lucru sunt bandate la capetele penei și sigilii sau pene (pentru faguri) sunt deja așezate pe rafturile de bandaj. La etanșările fagure, datorită pereților subțiri ai fagurelui, zona de contact este foarte mică (de 10 ori mai mică decât un labirint convențional), astfel încât unitatea este asamblată fără gol. După rodare, distanța este de aproximativ 0,2 mm.

Aplicarea sigiliului de tip fagure. Comparația pierderilor la utilizarea fagurelor (1) și a unui inel neted (2).

Metode similare de etanșare a golurilor sunt utilizate pentru a reduce scurgerea de gaz din partea de curgere (de exemplu, în spațiul inter-disc).

SOURZ…

Acestea sunt așa-numitele metode pasive controlul jocului radial. În plus, multe motoare cu turbine cu gaz dezvoltate (și în curs de dezvoltare) de la sfârșitul anilor 80 sunt echipate cu așa-numitele „ sisteme active de control al jocului radial„(SAURZ – metoda activă). Acestea sunt sisteme automate, iar esența muncii lor este controlul inerției termice a carcasei (statorului) unei turbine de avion.

Rotorul și statorul (carcasa exterioară) ale turbinei diferă unul de celălalt ca material și „masivitate”. Prin urmare, în condiții tranzitorii se extind diferit. De exemplu, atunci când un motor trece de la un mod de funcționare redus la unul crescut, o carcasă cu pereți subțiri la temperatură ridicată se încălzește mai repede (decât un rotor masiv cu discuri) și se extinde, crescând jocul radial dintre el și lame. Plus la acestea modificări de presiune în conductă și evoluția aeronavei.

Pentru a evita acest lucru, sistem automat(de obicei regulatorul principal de tip FADEC) organizează alimentarea cu aer de răcire a carcasei turbinei în cantitățile necesare. Încălzirea carcasei este astfel stabilizată în limitele cerute, ceea ce înseamnă că mărimea expansiunii sale liniare și, în consecință, mărimea jocurilor radiale se modifică.

Toate acestea vă permit să economisiți combustibil, ceea ce este foarte important pentru aviația civilă modernă. Sistemele SAURZ sunt utilizate cel mai eficient în turbinele de joasă presiune pe motoare cu turboreacție de la GE90, Trent 900 și alte tipuri.

Mult mai rar, dar destul de eficient, pentru a sincroniza ratele de încălzire ale rotorului și statorului, se folosește fluxul de aer forțat al discurilor turbinei (nu al carcasei). Astfel de sisteme sunt utilizate pe motoarele CF6-80 și PW4000.

———————-

Jocurile axiale din turbină sunt de asemenea reglementate. De exemplu, între marginile de ieșire ale SA și RL-urile de intrare, există de obicei un spațiu de 0,1-0,4 față de coarda RL la raza medie a lamelor. Cu cât acest decalaj este mai mic, cu atât mai putina pierdere energie de curgere în spatele SA (pentru frecare și alinierea câmpului de viteză în spatele SA). Dar, în același timp, vibrația radarului crește din cauza impactului alternativ al SA din zonele din spatele corpurilor lamelor în zonele interscapulare.

Un pic general despre design...

Axial turbine de aviație motoarele moderne cu turbină cu gaz pot avea un design diferit forma părții de curgere.

Dav = (Din + Dn) /2

1. Formă cu diametrul corpului constant (Dн). Aici scad diametrele interne și medii de-a lungul tractului.

Diametru exterior constant.

Acest design se potrivește bine cu dimensiunile motorului (și fuselajului aeronavei). Are o bună distribuție a muncii pe etape, în special pentru motoarele cu turboreacție cu doi arbori.

Cu toate acestea, în această schemă, așa-numitul unghi al clopotului este mare, ceea ce este plin de separarea fluxului de pereții interiori ai carcasei și, în consecință, de pierderi hidraulice.

Diametru interior constant.

Când proiectați, încercați să nu permiteți unghiului prizei să depășească 20°.

2. Matriță cu diametru interior constant (Dв).

Diametrul mediu și diametrul corpului cresc de-a lungul tractului. Această schemă nu se potrivește bine cu dimensiunile motorului. Într-un motor cu turboreacție, din cauza „divergenței” debitului din carcasa interioară, este necesar să se rotească mai departe pe SA, ceea ce atrage după sine pierderi hidraulice.

Diametru mediu constant.

Schema este mai potrivită pentru utilizarea în motoarele cu turboventilator.

3. Formă cu diametru mediu constant (Davg). Diametrul corpului crește, diametrul intern scade.

Schema are dezavantajele celor două anterioare. Dar, în același timp, calculul unei astfel de turbine este destul de simplu.

Turbinele moderne de avioane sunt cel mai adesea în mai multe etape. Motivul principal pentru aceasta (așa cum sa menționat mai sus) este energia mare disponibilă a turbinei în ansamblu. Pentru a asigura o combinație optimă a vitezei periferice U și a vitezei C 1 (U/C 1 - optimă) și, prin urmare, eficiență generală ridicată și economie bună, este necesar să se distribuie toată energia disponibilă pe etape.

Un exemplu de turbină cu turboreacție în trei trepte.

În același timp, însă, ea însăși turbină structural devine mai complicat și mai greu. Datorită diferenței mici de temperatură la fiecare etapă (este distribuită în toate etapele), un număr mai mare de primele etape sunt expuse la temperaturi ridicate și necesită adesea răcire suplimentară.

Turbină cu turbină axială în patru trepte.

În funcție de tipul de motor, numărul de trepte poate varia. Pentru motoarele cu turboreacție, de obicei până la trei, pentru motoarele cu dublu circuit până la 5-8 trepte. De obicei, dacă motorul este cu mai multe arbori, atunci turbina are mai multe (în funcție de numărul de arbori) cascade, fiecare dintre acestea antrenând propria sa unitate și poate fi ea însăși în mai multe etape (în funcție de raportul de bypass).

Turbină axială de aeronavă cu două arbori.

De exemplu, într-un motor Rolls-Royce Trent 900 cu trei arbori, turbina are trei trepte: o singură treaptă pentru a antrena compresorul presiune ridicata, cu o treaptă pentru a antrena compresorul intermediar și în cinci trepte pentru a antrena ventilatorul. Funcționarea în comun a cascadelor și determinarea numărului necesar de etape în cascade este descrisă separat în „teoria motorului”.

Se turbina aeronavei, simplu spus, este o structură formată dintr-un rotor, stator și diverse elemente structurale auxiliare. Statorul este format dintr-o carcasă exterioară, carcase dispozitive cu duzeși carcase lagăre ale rotorului. Rotorul este de obicei o structură de disc în care discurile sunt conectate la rotor și între ele folosind diverse elemente suplimentare si metodele de prindere.

Un exemplu de turbină cu turbojet cu o singură treaptă. 1 - ax, 2 - pale SA, 3 - disc rotor, 4 - pale de lucru.

Pe fiecare disc, ca bază a rotorului, există palete de lucru. Atunci când proiectează lamele, încearcă să le facă cu o coardă mai mică datorită lățimii mai mici a marginii discului pe care sunt instalate, ceea ce îi reduce masa. Dar, în același timp, pentru a menține parametrii turbinei, este necesară creșterea lungimii profilului aerodinamic, ceea ce poate presupune bandajarea palelor pentru a crește rezistența.

Posibile tipuri de încuietori pentru fixarea palelor de lucru în discul turbinei.

Lama este atașată la disc folosind blocați conexiunea. O astfel de conexiune este unul dintre cele mai încărcate elemente structurale dintr-un motor cu turbină cu gaz. Toate sarcinile percepute de lamă sunt transferate discului prin încuietoare și ating valori foarte mari, mai ales că, din cauza diferenței de materiale, discul și lamele au coeficienți de dilatare liniară diferiți și, în plus, datorită neuniformității temperaturii. câmp, se încălzesc diferit.

Pentru a evalua posibilitatea reducerii sarcinii în conexiunea de blocare și, prin urmare, a crește fiabilitatea și durata de viață a turbinei, se efectuează lucrări de cercetare, printre care experimente pe lame bimetalice sau utilizarea rotoarelor blisk în turbine.

La utilizarea lamelor bimetalice, sarcinile în încuietorile de fixare a acestora pe disc sunt reduse datorită fabricării părții de blocare a lamei dintr-un material similar cu materialul discului (sau similar în parametri). Lama lamei este realizată dintr-un alt metal, după care se îmbină folosind tehnologii speciale (se obține un bimetal).

Blisk-urile, adică rotoarele în care paletele sunt integrate cu discul, elimină în general prezența unei conexiuni de blocare și, prin urmare, stresul inutil în materialul rotorului. Componentele de acest tip sunt deja utilizate în compresoarele motoarelor moderne cu turboventilator. Cu toate acestea, pentru ei problema reparației este semnificativ complicată și posibilitățile de utilizare și răcire la temperaturi ridicate în turbina aeronavei.

Un exemplu de fixare a palelor rotorului pe un disc folosind încuietori în schelet.

Cea mai obișnuită metodă de atașare a palelor la discuri de turbină puternic încărcate este așa-numita schelet. Dacă încărcările sunt moderate, atunci pot fi utilizate alte tipuri de încuietori care au un design mai simplu, de exemplu, cilindrice sau în formă de T.

Control…

Din condiţiile de muncă turbină de aviație extrem de grea, iar problema fiabilității, ca cea mai importantă componentă a unei aeronave, este de primă prioritate, atunci problema monitorizării stării elementelor structurale este pe primul loc în operarea la sol. Acest lucru este valabil mai ales pentru monitorizarea cavităților interne ale turbinei, unde se află cele mai încărcate elemente.

Inspecția acestor cavități este desigur imposibilă fără utilizarea echipamentelor moderne. inspecție vizuală de la distanță. Pentru motoarele cu turbină cu gaz pentru avioane, în această calitate servesc diferite tipuri de endoscoape (boroscoape). Dispozitive moderne Acest tip este destul de avansat și are capacități mari.

Inspecția tractului gaz-aer al unui turboreactor utilizând un endoscop Vucam XO.

Un exemplu izbitor este videoendoscopul portabil de măsurare Vucam XO de la compania germană ViZaar AG. Având o dimensiune și o greutate reduse (mai puțin de 1,5 kg), acest dispozitiv este totuși foarte funcțional și are capacități impresionante atât de inspecție, cât și de procesare a informațiilor primite.

Vucam XO este complet mobil. Întregul său set se află într-o carcasă mică de plastic. Sonda video cu o cantitate mare adaptoarele optice ușor de înlocuit au o articulație completă la 360°, cu un diametru de 6,0 mm și pot avea lungimi diferite (2,2 m; 3,3 m; 6,6 m).

Inspecția boroscopică a unui motor de elicopter folosind un endoscop Vucam XO.

Inspecțiile boroscopice folosind astfel de endoscoape sunt prevăzute în reglementările pentru toate motoarele de aeronave moderne. La turbine, partea de curgere este de obicei inspectată. Sonda endoscopului pătrunde în cavitățile interne turbină de aviație prin special porturi de control.

Porturi de inspecție boroscopică pe carcasa turbinei cu turbojet CFM56.

Sunt orificii în carcasa turbinei, închise cu dopuri sigilate (de obicei filetate, uneori cu arc). În funcție de capacitățile endoscopului (lungimea sondei), poate fi necesară rotirea arborelui motorului. Paletele (SA și RL) ale primei trepte a turbinei pot fi inspectate prin ferestrele de pe carcasa camerei de ardere, iar cele din ultima treaptă - prin duza motorului.

Care va ridica temperatura...

Una dintre direcțiile generale pentru dezvoltarea motoarelor cu turbină cu gaz din toate schemele este creșterea temperaturii gazului în fața turbinei. Acest lucru face posibilă creșterea semnificativă a tracțiunii fără creșterea consumului de aer, ceea ce poate duce la o scădere a zonei frontale a motorului și la o creștere a tracțiunii frontale specifice.

La motoarele moderne, temperatura gazului (după flacără) la ieșirea din camera de ardere poate ajunge la 1650°C (cu tendință de creștere), prin urmare, pentru funcționarea normală a turbinei la sarcini termice atât de mari, este necesar să se luați măsuri speciale, adesea de siguranță.

Primul (și cel mai mare timp de nefuncționare a acestei situații)- utilizare materiale rezistente la căldură și rezistente la căldură, atât aliaje metalice, cât și (în viitor) materiale speciale compozite și ceramice, care sunt utilizate pentru fabricarea celor mai încărcate părți ale turbinei - duze și palete de lucru, precum și discuri. Cele mai încărcate dintre ele sunt, poate, lamele de lucru.

Aliajele metalice sunt în principal aliaje pe bază de nichel (punct de topire - 1455 ° C) cu diverși aditivi de aliere. Până la 16 elemente de aliere diferite sunt adăugate aliajelor moderne rezistente la căldură și rezistente la căldură pentru a obține caracteristici maxime de temperatură ridicată.

Exotic chimic...

Acestea includ, de exemplu, crom, mangan, cobalt, wolfram, aluminiu, titan, tantal, bismut și chiar reniu sau, în schimb, ruteniu și altele. Deosebit de promițător în acest sens este reniul (Re – reniu, folosit în Rusia), care acum este folosit în locul carburilor, dar este extrem de scump și rezervele sale sunt mici. Utilizarea siliciurului de niobiu este, de asemenea, considerată promițătoare.

În plus, suprafața lamei este adesea acoperită cu un strat special aplicat folosind o tehnologie specială. strat protector termic(acoperire anti-termica - acoperire cu barieră termică sau ansamblu combustibil) , reducând semnificativ cantitatea de flux de căldură în corpul lamei (funcții de barieră termică) și protejând-o de coroziunea gazelor (funcții rezistente la căldură).

Un exemplu de acoperire de protecție termică. Este prezentată natura schimbării de temperatură pe secțiunea transversală a lamei.

Figura (microfotografie) prezintă stratul de protecție împotriva căldurii de pe paleta turbinei de înaltă presiune a unui motor turboventilator modern. Aici TGO (Thermally Grown Oxide) este un oxid cu creștere termică; Substratul – materialul principal al lamei; Stratul de aderență este un strat de tranziție. Compoziția ansamblurilor de combustibil include acum nichel, crom, aluminiu, ytriu etc. Se efectuează și lucrări experimentale privind utilizarea acoperirilor ceramice pe bază de oxid de zirconiu stabilizat cu oxid de zirconiu (dezvoltat de VIAM).

De exemplu…

Aliajele de nichel termorezistente de la Special Metals Corporation - SUA, care conțin cel puțin 50% nichel și 20% crom, precum și titan, aluminiu și multe alte componente adăugate în cantități mici, sunt destul de cunoscute în industria motoarelor, începând de la perioada postbelică și în prezent...

În funcție de scopul profilului lor (RL, SA, discuri de turbină, piese de curgere, duze, compresoare etc., precum și aplicații non-aviație), compoziția și proprietățile lor, acestea sunt combinate în grupuri, fiecare dintre acestea incluzând diferite opțiuni de aliaj. .

Paletele turbinei motorului Rolls-Royce Nene din aliaj Nimonic 80A.

Unele dintre aceste grupuri sunt: ​​Nimonic, Inconel, Incoloy, Udimet/Udimar, Monel și altele. De exemplu, aliajul Nimonic 90, dezvoltat încă din 1945 și folosit pentru fabricarea elementelor turbine de aeronave(în principal lame), duze și părți de aeronave, are compoziția: nichel - 54% minim, crom - 18-21%, cobalt - 15-21%, titan - 2-3%, aluminiu - 1-2%, mangan – 1%, zirconiu -0,15% și alte elemente de aliere (în cantități mici). Acest aliaj este produs și astăzi.

În Rusia (URSS), dezvoltarea acestui tip de aliaje și a altor materiale importante pentru motoarele cu turbină cu gaz a fost și este realizată cu succes de VIAM (Institutul de Cercetare a Materialelor Aviației All-Russian). În perioada postbelică, institutul a dezvoltat aliaje deformabile (tip EI437B), iar de la începutul anilor 60 a creat o serie întreagă de aliaje turnate de înaltă calitate (mai multe despre asta mai jos).

Cu toate acestea, aproape toate materialele metalice rezistente la căldură pot rezista la temperaturi de până la aproximativ ≈ 1050°C fără răcire.

De aceea:

A doua măsură, utilizată pe scară largă, aceasta este o aplicație diverse sisteme de răcire lame si altele elemente structurale turbine de aeronave. Este încă imposibil să faci fără răcire în motoarele moderne cu turbină cu gaz, în ciuda utilizării de noi aliaje rezistente la temperatură înaltă și a metodelor speciale de fabricare a elementelor.

Printre sistemele de răcire, există două domenii: sisteme deschisȘi închis. Sistemele închise pot folosi circulația forțată a lichidului de răcire în sistemul radiator-lamă sau pot folosi principiul „efectului termosifon”.

În această din urmă metodă, mișcarea lichidului de răcire are loc sub influența forțelor gravitaționale, atunci când straturile mai calde le înlocuiesc pe cele mai reci. Lichidul de răcire aici poate fi, de exemplu, sodiu sau un aliaj de sodiu și potasiu.

Cu toate acestea, sistemele închise, din cauza numărului mare de probleme greu de rezolvat, nu sunt folosite în practica aviației și se află în stadiul cercetării experimentale.

Diagrama aproximativă de răcire a unei turbine cu turboreacție în mai multe trepte. Sunt prezentate garniturile dintre CA și rotor. A - o rețea de profile pentru aerul învolburat în scopul pre-răcirii acestuia.

Dar ele sunt utilizate pe scară largă în practică sisteme de răcire deschise. Agentul frigorific aici este aer, de obicei furnizat la presiuni diferite datorită diferitelor trepte ale compresorului în paletele turbinei. În funcție de temperatura maximă a gazului la care se recomandă utilizarea acestor sisteme, acestea pot fi împărțite în trei tipuri: convective, film-convectiv(sau barieră) și poroase.

În timpul răcirii convective, aerul este furnizat în interiorul lamei prin canale speciale și, spălând zonele cele mai încălzite din interiorul acesteia, iese în flux în zonele cu presiune mai mică. În acest caz, pot fi utilizate diverse scheme de organizare a fluxului de aer în pale, în funcție de forma canalelor pentru acesta: longitudinal, transversal sau în formă de buclă (mixt sau complicat).

Tipuri de răcire: 1 - convectivă cu deflector, 2 - peliculă convectivă, 3 - poroasă. Lama 4 - înveliș de protecție împotriva căldurii.

Cea mai simplă schemă este cu canale longitudinale de-a lungul penei. Aici, orificiul de evacuare a aerului este de obicei organizat în partea superioară a lamei prin raftul de bandaj. Într-o astfel de schemă, există o neuniformitate destul de mare a temperaturii de-a lungul penei lamei - până la 150-250˚, ceea ce afectează negativ proprietățile de rezistență ale lamei. Circuitul este utilizat pe motoarele cu temperaturi ale gazului de până la ≈ 1130ºС.

Altă cale răcire convectivă(1) presupune prezența unui deflector special în interiorul penei (în interiorul penei se introduce o carcasă cu pereți subțiri), care facilitează alimentarea cu aer de răcire mai întâi în zonele cele mai încălzite. Deflectorul formează un fel de duză care sufla aer în partea din față a lamei. Acest lucru are ca rezultat răcirea cu jet a celei mai fierbinți părți. În continuare, aerul, spălând suprafețele rămase, iese prin găuri longitudinale înguste din pană.

Paleta turbinei motorului CFM56.

Într-o astfel de schemă, neuniformitatea temperaturii este mult mai mică, în plus, deflectorul în sine, care este introdus în lamă sub tensiune de-a lungul mai multor curele transversale de centrare, datorită elasticității sale, servește ca amortizor și atenuează vibrațiile lamelor. Această schemă este utilizată la o temperatură maximă a gazului de ≈ 1230°C.

Așa-numitul design cu jumătate de buclă face posibilă realizarea unui câmp de temperatură relativ uniform în lamă. Acest lucru se realizează prin selectarea experimentală a locației diferitelor nervuri și știfturi care direcționează fluxurile de aer în interiorul corpului lamei. Această schemă permite o temperatură maximă a gazului de până la 1330°C.

Lamele duzei sunt răcite convectiv în același mod ca și lamele de lucru. Ele sunt de obicei realizate cu dublă cavitate cu nervuri și știfturi suplimentare pentru a intensifica procesul de răcire. Aerul la o presiune mai mare este furnizat în cavitatea frontală de la marginea anterioară decât în ​​spate (datorită diferitelor trepte ale compresorului) și eliberat în zone diferite traseu pentru a menține diferența de presiune minimă necesară pentru a asigura viteza necesară a aerului în canalele de răcire.

Exemple moduri posibile răcirea lamelor de lucru. 1 - convectiv, 2 - convectiv-film, 3 convectiv-film cu canale complicate de buclă în lamă.

Răcirea filmului convectiv (2) este utilizată la temperaturi și mai mari ale gazului – până la 1380°C. Cu această metodă, o parte din aerul de răcire este eliberat prin găuri speciale din lamă pe suprafața sa exterioară, creând astfel un fel de peliculă barieră, care protejează lama de contactul cu fluxul de gaz fierbinte. Această metodă este utilizată atât pentru lamele de lucru, cât și pentru duze.

A treia metodă este răcirea poroasă (3). În acest caz, tija de putere a lamei cu canale longitudinale este acoperită cu un material poros special, care permite o eliberare uniformă și dozată a lichidului de răcire pe întreaga suprafață a lamei spălate de fluxul de gaz.

Aceasta este încă o metodă promițătoare, care nu este utilizată în practica de masă a utilizării motoarelor cu turbină cu gaz din cauza dificultăților de selectare a materialului poros și a probabilității mari de înfundare destul de rapidă a porilor. Cu toate acestea, dacă aceste probleme sunt rezolvate, temperatura posibilă a gazului cu acest tip de răcire poate ajunge la 1650°C.

Discurile turbinei și carcasele CA sunt, de asemenea, răcite cu aer datorită diferitelor etape ale compresorului pe măsură ce acesta trece prin cavitățile interne ale motorului, spălând piesele răcite și apoi eliberându-le în partea de curgere.

Datorită gradului destul de ridicat de creștere a presiunii în compresoarele motoarelor moderne, aerul de răcire în sine poate avea o temperatură destul de ridicată. Prin urmare, pentru a crește eficiența răcirii, se iau măsuri pentru a reduce mai întâi această temperatură.

Pentru a face acest lucru, înainte de alimentarea turbinei la palete și discuri, aerul poate fi trecut prin grile de profil speciale, similare cu turbina SA, unde aerul este răsucit în sensul de rotație al rotorului, extinzându-se și răcind în același timp. . Cantitatea de răcire poate fi de 90-160°.

Pentru aceeași răcire, pot fi utilizate radiatoare aer-aer răcite cu aer din circuitul secundar. La motorul AL-31F, un astfel de radiator reduce temperatura la 220° în zbor și 150° la sol.

Pentru nevoi de racire turbină de aviație Din compresor se ia o cantitate destul de mare de aer. Pe diverse motoare - până la 15-20%. Acest lucru crește semnificativ pierderile, care sunt luate în considerare în calculul termogazdinamic al motorului. Unele motoare sunt echipate cu sisteme care reduc furnizarea de aer pentru răcire (sau chiar o opresc) în condiții reduse de funcționare a motorului, ceea ce are un efect pozitiv asupra eficienței.

Diagrama de răcire a primei trepte a turbinei turboventilatoare NK-56. Sunt prezentate, de asemenea, garnituri de tip fagure și o bandă de închidere a răcirii la condiții reduse de funcționare a motorului.

Atunci când se evaluează eficiența unui sistem de răcire, se iau în considerare de obicei pierderile hidraulice suplimentare pe palete din cauza modificărilor formei acestora la eliberarea aerului de răcire. Eficiența unei turbine adevărate răcite este cu aproximativ 3-4% mai mică decât cea a uneia nerăcite.

Ceva despre fabricarea lamelor...

Pe motoarele cu reacție din prima generație, paletele turbinei au fost fabricate în principal metoda de ștanțare urmată de prelucrare pe termen lung. Cu toate acestea, în anii 50, specialiștii VIAM au demonstrat în mod convingător că este vorba de aliaje turnate și nu forjate care ofereau perspectiva creșterii nivelului de rezistență la căldură a lamelor. Treptat, s-a făcut o tranziție către această nouă direcție (inclusiv în Occident).

În prezent, producția folosește tehnologia de turnare de precizie fără deșeuri, ceea ce face posibilă producerea de lame cu cavități interne profilate special, care sunt utilizate pentru operarea sistemului de răcire (așa-numita tehnologie turnare cu ceară pierdută).

Aceasta este, de fapt, singura modalitate de a obține acum lame răcite. De asemenea, s-a îmbunătățit în timp. În primele etape ale tehnologiei de turnare, au fost produse lame cu dimensiuni diferite boabe de cristalizare, care nu au aderat sigur unul de celălalt, ceea ce a redus semnificativ rezistența și durata de viață a produsului.

Ulterior, folosind modificatori speciali, au început să producă lame turnate răcite cu granule structurale omogene, echiaxiale, fine. În acest scop, în anii 60, VIAM a dezvoltat primele aliaje domestice rezistente la căldură în serie pentru turnarea ZhS6, ZhS6K, ZhS6U, VZHL12U.

Temperatura lor de funcționare a fost cu 200° mai mare decât cea a aliajului deformabil (de ștanțare) comun EI437A/B (KhN77TYu/YUR). Lamele realizate din aceste materiale au funcționat cel puțin 500 de ore fără semne vizibile de distrugere. Acest tip de tehnologie de fabricație este folosit și astăzi. Cu toate acestea, granițele de cereale rămân punctul slab al structurii lamei și de-a lungul lor începe distrugerea acesteia.

Prin urmare, odată cu creșterea caracteristicilor de sarcină ale moderne turbine de aeronave(presiune, temperatură, încărcări centrifuge) a fost nevoie să se dezvolte noi tehnologii pentru fabricarea palelor, deoarece structura multi-granule în multe privințe nu mai satisfacea condițiile severe de funcționare.

Exemple de structură a materialului termorezistent al lamelor de lucru. 1 - mărime echiaxială a granulelor, 2 - cristalizare direcțională, 3 - monocristal.

Așa este „ metoda de cristalizare direcțională" Cu această metodă, în turnarea de solidificare a unei lame, nu se formează granule de metal echiaxiale individuale, ci cristale lungi columnare alungite strict de-a lungul axei lamei. Acest tip de structură crește semnificativ rezistența la rupere a lamei. Seamănă cu o mătură, care se rupe foarte greu, deși fiecare dintre crenguțele care o alcătuiesc se rupe fără probleme.

Această tehnologie a fost ulterior perfecționată la o versiune și mai avansată " metoda de turnare a monocristalelor„, când o lamă este practic un cristal întreg. Acest tip de lamă este acum instalat și în modern turbine de aeronave. Pentru fabricarea lor se folosesc aliaje speciale, inclusiv așa-numitele aliaje care conțin reniu.

În anii 70 și 80, VIAM a dezvoltat aliaje pentru turnarea palelor de turbine cu solidificare direcțională: ZhS26, ZhS30, ZhS32, ZhS36, ZhS40, VKLS-20, VKLS-20R; iar în anii 90 - aliaje rezistente la coroziune de lungă durată: ZhSKS1 și ZhSKS2.

În plus, lucrând în această direcție, de la începutul anului 2000 până în prezent, VIAM a creat aliaje rezistente la căldură cu reniu ridicat de a treia generație: VZhM1 (9,3% Re), VZhM2 (12% Re), ZhS55 (9% Re). ) și VZhM5 (4% ​​​​Re). Pentru a îmbunătăți și mai mult caracteristicile, au fost efectuate studii experimentale în ultimii 10 ani, care au dus la aliaje care conțin reniu-ruteniu din a patra - VZhM4 și a cincea generație VZhM6.

Ca asistenti...

După cum sa menționat mai devreme, doar turbinele reactive (sau activ-reactive) sunt utilizate în motoarele cu turbină cu gaz. Cu toate acestea, în concluzie, merită amintit că printre cele folosite turbine de aeronave Sunt și activi. Ei îndeplinesc în principal sarcini secundare și nu participă la funcționarea motoarelor de propulsie.

Și totuși rolul lor este adesea foarte important. În acest caz vorbim despre demaroare de aer folosit pentru a lansa. Exista tipuri diferite dispozitive de pornire utilizate pentru a învârti rotoarele motoarelor cu turbine cu gaz. Demarorul de aer ocupă poate cel mai proeminent loc dintre ele.

Pornitorul de aer al unui motor turboventilator.

Această unitate, de fapt, în ciuda importanței funcțiilor sale, este fundamental destul de simplă. Unitatea principală aici este o turbină activă cu una sau două trepte, care rotește rotorul motorului (într-un motor turboventilator, de obicei un rotor de joasă presiune) printr-o cutie de viteze și cutie de transmisie.

Amplasarea demarorului cu aer și a liniei sale de lucru pe motorul turboventilator,

Turbina în sine este învârtită de un flux de aer care vine de la o sursă de sol, fie un APU la bord, fie de la un alt motor de avion care funcționează deja. La un anumit punct al ciclului de pornire, demarorul este oprit automat.

În unitățile de acest fel, în funcție de parametrii de ieșire solicitați, se pot utiliza și ele. turbine radiale. De asemenea, pot fi utilizate în sistemele de aer condiționat din cabinele de aeronave ca element al unui turbo-frigider, în care efectul de dilatare și scădere a temperaturii aerului asupra turbinei este utilizat pentru răcirea aerului care intră în cabine.

În plus, atât turbinele axiale active, cât și cele radiale sunt utilizate în sistemele de turboalimentare ale motoarelor de aeronave cu piston. Această practică a început chiar înainte ca turbina să fie transformată în cel mai important nod GTD continuă până în prezent.

Un exemplu de utilizare a turbinelor radiale și axiale în dispozitivele auxiliare.

Sisteme similare care utilizează turbocompresoare sunt utilizate în mașini și în general diverse sisteme alimentare cu aer comprimat.

Astfel, turbina aeronavei servește bine oamenilor și în sens auxiliar.

———————————

Ei bine, asta este probabil tot pentru azi. De fapt, sunt încă multe despre care se poate scrie aici în ceea ce privește Informații suplimentare, și în ceea ce privește mai mult descriere completa ceea ce s-a spus deja. Subiectul este foarte larg. Cu toate acestea, nu se poate îmbrățișa imensitatea :-). Pentru informații generale, poate, este suficient. Vă mulțumesc că ați citit până la capăt.

Pana data viitoare...

În cele din urmă, există imagini care „nu se potrivesc” în text.

Un exemplu de turbină cu turbojet cu o singură treaptă.

Model al eolipilului lui Heron în Muzeul de Cosmonautică Kaluga.

Articularea sondei video a endoscopului Vucam XO.

Ecranul endoscopului multifuncțional Vucam XO.

Endoscop Vucam XO.

Un exemplu de acoperire de protecție termică pe lamele CA ale unui motor GP7200.

Plăci de tip fagure utilizate pentru etanșări.

Opțiuni posibile pentru elementele de etanșare labirint.

Sigiliu de tip fagure labirint.

Introducere

Producția de pale de motoare cu turbine cu gaz ocupă un loc special în ingineria mecanică modernă. Acest lucru se datorează următoarelor caracteristici ale producției de lame.
1. Scopul responsabil al lamelor din motor. Lamele determină în mod decisiv fiabilitatea și funcționarea fără probleme a motoarelor cu turbină cu gaz. Durata de viață a unui motor este determinată, de regulă, de performanța palelor. În acest sens, tehnologia de fabricare și monitorizare a paletelor trebuie să asigure stabilitatea calității producției acestora și să excludă posibilitatea instalării palelor cu abateri de dimensiuni geometrice, calitatea suprafeței, defecte metalurgice și alte defecte ale motorului.
2. Complexitatea formelor geometrice și cerințele precizie ridicata fabricarea lamelor. Pena lamei este o lamă de secțiune transversală variabilă, limitată de suprafețe de formă complexă și orientată precis în spațiu în raport cu broasca. Precizia de fabricație a stiloului este între 0,05-0,15 mm. Piesa de blocare, cu care se atașează lamele de discuri, este fabricată cu o precizie de 0,01-0,02 mm.
3. Producția în masă de lame. Un motor modern cu compresor axial are până la 2000 de pale. În acest sens, chiar și cu producția de motoare prototip, producția de lame este de natură în serie.
4. Utilizarea materialelor scumpe și rare pentru fabricarea lamelor. În acest sens, procesul tehnologic de producere a lamelor trebuie să garanteze un procent minim de defecte.
5. Prelucrabilitatea slabă a materialelor utilizate pentru fabricarea lamelor. Paletele turbinei sunt fabricate din aliaje pe bază de nichel, care au duritate relativ mare și vâscozitate ridicată.
Combinația acestor factori a determinat specificul producției de lame.
Producția de lame este în prezent îmbunătățită, în principal în direcția mecanizării și automatizării. Eliminarea muncii manuale nu numai că reduce intensitatea muncii, dar îmbunătățește și calitatea fabricării lamelor.
Recent s-au înregistrat progrese semnificative în domeniul intensificării modurilor de prelucrare a oțelurilor și aliajelor rezistente la căldură și titan, precum și în domeniul fabricării lamelor ceramice.

1. Scopul și proiectarea lamelor duzei

Ghidajele și lamele de lucru, în funcție de scopul propus, sunt părțile principale ale motoarelor cu abur și cu lame. Împreună formează partea de curgere a turbinei, în care se transformă energia termică mediu de lucru(abur, gaz) în lucrul mecanic al unui rotor rotativ. Setul de pale de ghidare și de lucru se numește aparat cu pale de turbină.
Aparatul cu palete este partea cea mai scumpă și cea mai critică a turbinei. Eficiența unei turbine — randamentul acesteia — depinde în primul rând de calitatea aparatului cu palete. Intensitatea forței de muncă a palelor de fabricație ale unei turbine cu abur moderne și puternice atinge 42-45% din intensitatea totală a forței de muncă pentru fabricarea tuturor pieselor sale.
Paletele turbinei funcționează în condiții foarte dificile. Ele sunt supuse unor puternice forțe centrifuge, efecte de îndoire și pulsații ale mediului de lucru, provocând vibrații ale lamelor, în care vibrațiile rezonante pot fi ușor excitate. Toate acestea se întâmplă în primele etape ale turbinei la temperaturi mari mediul de lucru care afectează lamele atât chimic, cât și mecanic; în ultimele etape, coroziunea (eroziunea) marginilor de intrare ale palelor are loc prin particule de apă conținute în aburul umed.
Aceste condiții necesită o abordare deosebit de atentă a proiectării lamelor, a selecției materialelor pentru acestea și a organizării producției lor. Ar trebui să se acorde o atenție deosebită realizării tuturor dimensiunilor lamelor care formează forma și respectării cerințelor tehnice stabilite pentru fabricarea acestora. Abaterile de la desene pot provoca solicitări suplimentare în palete care nu au fost incluse în calcule, care, la rândul lor, pot duce la o defecțiune gravă a turbinei.
Aparatul duzei din prima etapă este spălat cu gaz, a cărui temperatură, ținând cont de denivelările după camera de ardere, poate fi cu 100 -120 ° C mai mare decât masa medie în fața turbinei. Prin urmare, în turbinele cu gaz de înaltă temperatură, acesta este răcit foarte intens. Temperatura medie de masă din fața turbinei ar trebui să fie considerată temperatura medie ponderată de stagnare direct în fața palelor rotorului. Acest lucru permite ca aerul să fie utilizat mai liber pentru a răci lamele duzei din prima etapă, cu toate acestea, pierderi aerodinamice mici în aparatul de duză în sine și un debit care este maxim uniform ca temperatură, presiune și direcție direct în fața lamelor de lucru ale acestui trebuie asigurată etapa.
Lamele duzei sunt de obicei ușor răsucite de-a lungul razei și, prin urmare, sistemele de răcire utilizate pot fi implementate în aproape toate legile de răsucire a treptei.
Aparatul cu duze din prima treaptă a turbinei este de obicei făcut pliabil cu duze cu suport dublu, deoarece percepe cea mai mare cădere de presiune, dar cu libertatea necesară de dilatare termică (Fig. 1, a). Toate cele noi au lame de duză răcite, cu aer eliberat mai ales în marginea de ieșire. Acest aer, amestecat cu fluxul principal de gaz, lucrează în jantele ulterioare ale turbinei, astfel încât consumul lui nu dăunează mult randamentului turbinei. Lamele duzei răcite goale sunt fabricate prin turnare de precizie (ceară pierdută). Prima etapă a turbinei unității GTK-16 TMZ are pale sudate-brazate.
Pentru dispozitivele cu duză din etapele ulterioare, lamele montate în consolă sunt utilizate în practica staționară (Fig. 1, b). La uzina de motoare turbo, acestea sunt combinate în pachete (segmente) de trei sau patru bucăți, iar între pachete sunt lăsate

Modele de lame de sare

A)

b)

V)

a - lamă duză răcită cu aer cu două suporturi; b - montat în consolă
paleta de ghidare a turbinei; c - aparat cu duze reglabile cu suprafete limitatoare sferice.

Orez. 1

Secțiuni ale părții de profil ale lamelor duzei răcite

a - răcire convectivă cu deflector; b - răcire convectivă-film; c - răcire penetrantă; g - racire intra-perete;
1 - deflector; 2 - lama turnata; 3 - acoperire poroasă; 4 - înveliș de protecție termică.
Orez. 2

Dispozitivele de duză neseparabile sunt utilizate sub formă de diafragme sudate. Acestea necesită măsuri speciale de proiectare pentru a asigura termoelasticitatea și pentru a evita lesele. Sunt preferate diafragmele goale și cu pereți subțiri fără conector orizontal.
De asemenea, este de dorit ca lamele duzei nerăcite să fie goale pentru a reduce tensiunile termice la marginile de ieșire în timpul opririlor bruște. În toate cazurile, este necesar să se minimizeze disiparea căldurii de la lamele duzei către piesele statorului care le fixează.
Dispozitivele de duză cu doi și trei arbori necesită o toleranță strictă pe suprafața secțiunii transversale de ieșire a primei trepte a fiecărei turbine pentru a asigura distribuția calculată a picăturilor de căldură între ele. În stare de funcționare, aria turbinelor de înaltă și joasă presiune crește cu cantități diferite.
Atentie speciala designul necesită dispozitive cu duze reglabile. Pentru a reduce jocurile radiale la capetele palelor, suprafețele meridionale adiacente palelor de ghidare rotative trebuie realizate de-a lungul sferelor descrise prin raze din centru situate la intersecția axei axelor palelor cu axa turbinei (Fig. 1, c). Simplificarea designului se realizează cu un număr relativ mic de lame largi, totuși, jocul axial dintre duză și lamele de lucru se modifică mai puternic atunci când sunt rotite. Intervalul de operare necesar pentru schimbarea zonei aparatului duzei este de ±10%.
Dintre diferitele modele de lame de duză răcită, lamele deflectorului sunt cele mai comune (Fig. 2, a). Carcasa de putere exterioară este de obicei realizată prin turnare de precizie. Un deflector inserabil cu pereți subțiri permite o bună răcire convectivă a pereților și răcirea cu jet din interiorul muchiei de față a lamei. Lichidul de răcire părăsește lama cel mai adesea prin sau în apropierea muchiei goale de ieșire. În astfel de lame, lichidul de răcire se deplasează pe axa lamei. În proiectele timpurii ale dispozitivelor de duză de primă etapă răcite, curgerea longitudinală a lichidului de răcire a fost utilizat fără a elibera aer în margine. În zilele noastre, datorită efectului mic de răcire, astfel de modele sunt rareori folosite și doar pentru a doua sau a treia etapă.
Avantajele unei lame cu un deflector introdus pentru secțiunea transversală a răcitorului:
apropierea coeficienților de transfer de căldură ai aerului și gazului, ceea ce oferă o temperatură uniformă pe secțiunea transversală a lamei;
posibilitatea implementării răcirii diferențiate a secțiunilor lamei în înălțime și secțiune transversală datorită amplasării și numărului de orificii din deflector;
capacitatea de a regla adâncimea de răcire a lamei în procesul de reglare fină sau de creștere a resursei;
simplitatea comparativă a intensificării schimbului de căldură pe partea aerului datorită diverselor turbulatoare.
Deflectorul este o carcasă ștanțată cu pereți subțiri din două părți, conectată prin sudură prin puncte sau cu role, uneori prin lipire. Este posibilă fabricarea unui deflector prin deformarea și găurirea unui tub cu pereți subțiri. Perforarea deflectorului în anumite locuri face posibilă intensificarea transferului de căldură convectiv datorită răcirii cu jet. Concentrația de răcire cu jet într-un singur loc se numește răcire cu duș.
Lamele duzei cu răcire cu peliculă convectivă sunt utilizate pentru temperaturi mai ridicate ale gazului (Tg > 1200 - 1250 °C) decât la răcirea pur convectivă. Acest lucru consumă mai mult aer de răcire decât fără suflarea filmului de răcire. Cu toate acestea, pentru lamele duzei din prima etapă, acest lucru nu este critic. Avantajul răcirii cu peliculă convectivă a lamelor (Fig. 2, b) este posibilitatea de a reduce suplimentar temperatura metalului cu 100 °C sau mai mult. Un alt avantaj este capacitatea de a elimina supraîncălzirea locală a lamei prin crearea unei fante suplimentare de suflare în fața zonei cu o temperatură ridicată. Cu toate acestea, filmul se erodează rapid și fantele de suflare trebuie repetate. În plus, impactul filmului suflat asupra stratului limită determină o creștere a pierderilor aerodinamice. În timpul răcirii filmului, există de obicei o temperatură neuniformă pe secțiunea transversală a lamei.
La sfârșitul anilor '80, lamele de duză de antrenare domestică cu răcire cu peliculă convectivă nu erau încă răspândite, dar au apărut în noii ani '90.
Dintre sistemele de răcire pentru lamele de duză care sunt în curs de dezvoltare dar nepuse în practică, amintim lamele cu răcire penetrantă și lamele cu răcire intra-perete.
Răcirea prin penetrare, în care aerul trece prin găuri mici (pori) din peretele lamei, este destinată temperaturilor foarte ridicate, de exemplu Tg = 1600 °C. În aceste condiții este posibil să se obțină o reducere semnificativă a consumului de aer de răcire în comparație cu răcirea filmului convectiv. Răcirea prin penetrare este mai strâns legată de tehnologia de fabricare a pereților lamei decât alte metode de răcire. De regulă, lamele duzei cu răcire prin penetrare sunt de tip manșon, adică o coajă subțire acoperă miezul dur al lamei (Fig. 2, c). Dezavantaje semnificative sunt necesitatea curățării temeinice a aerului de răcire și pericolul ca porii să fie înfundați cu particule dispersate conținute în produsele de ardere.
Un alt tip promițător de lame de căptușeală (înveliș) sunt lamele cu răcire în interiorul peretelui. Aici se utilizează un flux longitudinal de lichid de răcire (Fig. 2, d).

2. Materiale utilizate pentru fabricarea lamelor

Temperatura metalului paletelor duzei este determinată de temperatura fluidului de lucru care spală paletele unei etape date și a sistemului de răcire. Tensiunile de încovoiere care apar sub acțiunea fluxului de gaz sunt de 50-80 MPa, iar în cele promițătoare puternice la temperatură înaltă ajung la 130 MPa.
Lamele sunt expuse efectelor statice și dinamice ale fluxului de gaz. În acest caz, schimbările de temperatură precum șocurile termice sunt posibile până la 400 0C, iar în cele promițătoare până la 600 -700 0C. Pentru turbinele de antrenare, numărul de porniri pe resursă ajunge la 200, pentru cele de vârf - 5000. Paletele sunt, de asemenea, expuse efectelor erozive și corozive ale fluxului de produse de ardere cu o viteză de până la 700 m/s. Conținutul de praf al fluxului cu particule solide de până la 100 de microni poate atinge o concentrație de 0,3 mg/m3. În condiții atmosferice nefavorabile, aceste valori pot crește pentru scurt timp la 250 microni și, respectiv, 2,5 mg/m3. Dacă există dispozitive de curățare a aerului, conținutul de praf din fluxul de aer nu trebuie să depășească standardele stabilite.
Analiza condițiilor în care funcționează paletele și studiul accidentelor tipice ale aparatelor cu pale a determinat următoarele cerințe pentru materialul paletelor duzei turbinei:
A) rezistență ridicată la căldură, adică menținerea unor valori ridicate de rezistență la temperaturi ridicate de funcționare;
B) plasticitate ridicată, necesară pentru distribuția uniformă a tensiunilor pe întreaga suprafață a secțiunii transversale a lamei; rezistență bună la solicitările locale;
B) rezistență mare la oboseală (rezistență);
D) scădere mare a atenuării;
D) stabilitatea structurii, asigurând constanța proprietăților mecanice în timpul funcționării turbinelor;
E) rezistență ridicată la oxidare și detartrare la temperaturi ridicate;
G) proprietăți tehnologice favorabile, permițând utilizarea unor metode mai raționale de prelucrare a lamelor (în primul rând tăiere) și asigurând executarea corectă a dimensiunii profilului și curățenia ridicată a prelucrării. Metalul pentru lame trebuie să fie bine forjat, ștanțat, nituit fără crăpături, să se îndoaie bine și să fie rulat la rece. În cazul structurilor sudate, metalul lamelor necesită o bună sudabilitate.
H) Rezistență ridicată la eroziune.
Ca material pentru paletele duzei din primele etape se folosesc aliaje pe bază de nichel turnat sau forjat. La temperaturi ale gazului de până la 700 °C, au fost utilizate anterior oțeluri austenitice. Pentru lamele din ultimele trepte la temperaturi ale gazului mai mici de 580 °C, este posibil să se utilizeze și oțeluri cu crom aliat. Pentru lamele care funcționează la temperaturi peste 650 până la 8000 C, se folosesc aliaje metalice rezistente la căldură pe bază de nichel. Printre acestea se numără ZhS6K, EI929VD, EI893, N70VMYUT, KhN80TBYu etc.
La temperaturi ale gazului de 800°C și peste, și dacă există sulf în gazul combustibil și la 720°C, este necesar să se aplice acoperiri de protectie pe duza si lamele de lucru avand un continut de crom in aliaj mai mic de 20%, prin cromoalitizare, cromosiliconizare sau cromoaluminosiliconare etc.Grosimea stratului de protectie este de 30 - 60 microni.Se folosesc si straturi email, si straturi termoprotectoare. sunt folosite pentru lamele răcite.

3. Tipul piesei de prelucrat

Următoarele tipuri de piese sunt utilizate pentru fabricarea lamelor: bandă de oțel, tablă de oțel, forjate, ștanțare, benzi de profil laminate la cald (așa-numitul profil laminat ușor) și turnare de precizie. Cele mai obișnuite semifabricate pentru lame sunt profilele laminate ușoare și ștanțarea.
Tipul piesei de prelucrat are o mare influență asupra procesului tehnologic ulterior de prelucrare, prin urmare, atunci când alegeți piese de prelucrat raționale, trebuie să luați în considerare toate condițiile specifice de producție și, în special, forma lamelor, cantitatea acestora și momentul comenzilor. .
Principala metodă de fabricare a lamelor aparatelor de duză este turnarea cu ceară pierdută de precizie, în principal din aliajele de turnare LK4, ZhS6, ZhS6-K etc.
Utilizarea turnării cu ceară pierdută de precizie face posibilă obținerea pieselor de prelucrat cu o alocație minimă pentru pene. Restaurare mecanică Pregătirea unor astfel de lame constă în principal în prelucrarea încuietorilor lamei.
Turnarea cu ceară pierdută are următoarele avantaje în comparație cu alte metode de producere a semifabricatelor pentru lamele aparatelor de duză;
1) capacitatea de a obține piese de prelucrat de forme complexe, cu un finisaj de suprafață de 5-6 și precizie în clasa a IV-a;
2) posibilitatea de a obține lame goale cu o grosime a peretelui de până la 0,5 mm.
Dezavantajele acestei metode includ:
1) necesitatea de a folosi aliaje scumpe și materiale auxiliare pentru turnare;
2) durata ciclului de producţie.
La unele motoare, lamele aparatului duzei au început să fie fabricate din material foaie rezistent la căldură folosind metoda de ștanțare la rece, urmată de sudarea electrică a marginii de ieșire.

4.Cerințe de bază pentru prelucrarea mecanică a lamelor

Paletele de bună calitate, ca toate celelalte componente ale turbinei, depind de executie corecta stabilite în desene dimensiuni de proiectareși curățenia tratamentului de suprafață. Fiecare parte a lamei (coada, partea de lucru și cap) are un scop diferit. Coada servește la fixarea în siguranță a lamei în carcasa turbinei. Partea de lucru este concepută pentru a absorbi presiunea aburului, iar capul este pentru atașarea bandajului. Dacă pentru coada unei lame, în conformitate cu scopul său de serviciu, gradul de precizie cu care sunt realizate toate dimensiunile de aterizare ale cozii este de mare importanță, atunci pentru partea de lucru, ale cărei dimensiuni nu sunt de aterizare, gradul de curăţenie a prelucrării este de mare importanţă. O suprafață bine lustruită a piesei de lucru ajută la reducerea pierderilor de abur din cauza frecării cu suprafața lamei, sporind în același timp rezistența anticoroziune a lamei.
Toate dimensiunile lamei, în funcție de cerințele pentru precizia lor, pot fi împărțite în trei grupuri.
În primul rând: dimensiunile de care depinde natura legăturii paletelor cu alte părți ale turbinei, adică. piese de aterizare. Acestea includ, în primul rând, dimensiunile cozilor și vârfurilor pentru atașarea benzilor de bandaj. Diametrul gărgălului (cu cord rotund) și lățimea și grosimea țepului (cu țurțul dreptunghiular) se realizează conform potrivirilor de rulare clasa 4.
În al doilea rând: dimensiuni care nu aterizează, dar necesită o precizie sporită. Acestea includ dimensiunile secțiunii transversale ale părților de lucru; dimensiuni care determină montarea lamelor și amplasarea orificiilor pentru sârma de fixare etc. Aceste dimensiuni sunt realizate fie conform clasei a treia și a patra de precizie, fie conform toleranțelor libere non-standard, cuprinse între 0,1 mm și 0,5 mm, în funcție de dimensiunea lamei.
În al treilea rând: dimensiunile libere, care includ de obicei dimensiunile fileturilor, teșiturilor și altor elemente mai puțin critice ale lamelor. Precizia dimensiunilor libere fie nu este standardizată deloc, fie este limitată la toleranțe ale clasei a 7-a de precizie. Totuși, chiar și în cazul în care nu sunt stabilite toleranțe pentru dimensiunile libere, acestea sunt de obicei efectuate conform toleranțelor stabilite pentru dimensiunile libere prin special instructiuni tehnologice, produs la această întreprindere.
Curățenia prelucrării suprafețelor de ședere se menține în clasa a VI-a, profilele de lucru și fileurile pieselor de lucru sunt în clasa a 8-a-9.
Cele mai importante sunt dimensiunile de aterizare ale conexiunilor cozii. Aceste dimensiuni, precum și curățenia prelucrării, trebuie să fie asigurate de precizia corespunzătoare a prelucrării la mașină și de calitatea sculei de tăiere. În Fig. 3.

Desenul unei lame tipice de duză

A)

b)

a - design fără lacăt, b-cu lacăt.

Orez. 3

Precizia de fabricație a suprafețelor principale ale lamelor este caracterizată de următoarele date:
toleranta pe grosimea profilului penei ………………… +0,5 - 0,2;
toleranta la grosimea marginii……………………. ±0,2;
nerectitudinea profilului……………. 0,8 mm;
nerectitudinea muchiei de fugă……………. 0,8 mm;
toleranta pentru grosimea peretelui lamelor goale.....±0,3mm;
curățenia suprafeței lacătului……………... 4— 5.

5. Proces de prelucrare tipic

Procesul tehnologic de prelucrare a oricărei lame noi poate fi dezvoltat ușor și rapid de un tehnolog cu un clasificator și operații tehnologice standard.
Aliajele din care sunt fabricate lamele sunt slab prelucrate prin tăiere (în special cu unelte metalice). În acest sens, operațiunile de prelucrare a acestor lame se realizează de obicei prin șlefuire.
Pentru semifabricate ale lamelor aparatului de duză realizate prin turnare de precizie cu o toleranță de-a lungul lamei pentru șlefuire, principalul tip de prelucrare mecanică este șlefuirea încuietorilor.
Penele lamei sunt de obicei finisate manual cu ajutorul roților de lustruit. Curățarea inițială a stiloului este efectuată roți abrazive granulație 46-60.Procesul tehnologic de traseu de prelucrare mecanică a lamelor aparatelor de duză (cu încuietori) constă în următoarele operații:

№ operațiuni	numele operațiunii	Echipamente
	Controlul piesei de prelucrat
	Slefuirea planelor de bază	Mașină de șlefuit suprafață MSZ
	Curățarea mașinilor a marginii de ieșire la nivel cu suprafața principală
	Slefuire în planurile laterale ale ecluzei din partea jgheabului	Masina de leuit
	Slefuirea suprafetelor de blocare	Mașină de șlefuit suprafață MSZ
	Slefuirea sprue	Mașină de șlefuit suprafață MSZ
	Slefuirea a două planuri ale lacătului din spate	Mașină de șlefuit de suprafață
	Prelucrarea cu descărcare electrică a orificiilor în broască	Instalare specială
	Flushing	Mașină de spălat
	Frezarea unei caneluri pe talpa lacătului	Mașină de frezat verticală
	Prelucrarea metalelor (tocirea muchiilor ascuțite după prelucrare)
	Spălarea și suflarea	Mașină de spălat
	Controlul final
	Detectarea defectelor de culoare	Instalare specială
	Curățarea zonelor defecte după detectarea defectelor de culoare	Cap de lustruire
	Gravurare
	Inspecție după curățarea zonelor defecte
	Control luminiscent
	Curățarea defectelor după testarea luminiscentă	Cap de lustruire
	Spălarea și ștergerea	Mașină de spălat

Procesul tehnologic de traseu de prelucrare mecanică a lamelor unui aparat cu duză cu un design fără blocare constă în următoarele operații:

Operațiunea nr.	numele operațiunii	Echipamente
	Blank - turnare de precizie fără alocație pentru prelucrare mecanică pe stilou
	Slefuirea capatului stiloului	Mașină de șlefuit suprafață MSZ
	Frezare cu raza din partea de intrare­ nici o margine	Mașină de frezat orizontal
	Frezare cu raza din partea de intrare nici o margine	Mașină de frezat orizontal
	Debavurare mecanica dupa frezarea și ștergerea muchiilor ascuțite	Cap de lustruire
	Spălarea și suflarea	Mașină de spălat
	Controlul final
	Detectarea defectelor de culoare	Instalare specială
	Curățarea defectelor după detectarea defectelor de culoare	Cap de lustruire
	Gravurare
	Control după decapare
	Control luminiscent	Instalare specială
	Debavurare după testarea fluorescentă	Cap de lustruire
	Spălarea și ștergerea	Mașină de spălat

În continuare, pana este lustruită cu cercuri de pâslă cu abraziv lipit. Lustruirea se realizează în trei tranziții. Dimensiunea granulației abrazivului utilizat în acest tratament este de 60, 180 și, respectiv, 220.

6. Tipul de mașini

Datorită intensității ridicate a forței de muncă a operațiunilor de montare manuală a profilelor la fabricile individuale, s-a încercat mecanizarea acestor operațiuni.
În fig. Figura 4 prezintă o mașină PSL modernizată pentru lustruirea spatelui lamelor aparatului duzei. Această mașină poate prelucra mai multe piese în același timp.
Mașinile MSh-81 și MSh-82 ale Uzinei de mașini de șlefuit din Moscova (Fig. 5) sunt proiectate pentru prelucrarea lamelor de duză fără blocare, al căror spate și jgheab au un profil constant în toate secțiunile. Pena este prelucrată cu o roată de profil, care este îndreptată cu un tăietor de profil special. În fig. Figura 6 prezintă un dispozitiv special utilizat la mașinile de șlefuit cilindric pentru șlefuirea spatelui lamelor aparatului de duză.
Dispozitivul este alcătuit dintr-un mecanism de rotație sincronă a axului roții de șlefuit și a axului grinzii din față, un mecanism de îmbrăcare a roții de șlefuit și un mecanism de antrenare a copiatorului.
Axul capului 3 primește rotație de la axul capului de șlefuit printr-un sistem de roți dințate pentru a asigura rotația sincronă a roții și a piesei de prelucrat.
De la ax, rotația produsului cu un raport de transmisie de 2:1 este transmisă la copiatorul volumetric 2, care este utilizat pentru îmbrăcarea discului de șlefuit. Cercul 9 este reglat folosind un mecanism special. Pe arborele 10 al mecanismului de îmbrăcare a roților este montată rigid o pârghie care poartă un instrument de profilare 8. La celălalt capăt al arborelui 10 este montată o rolă 11, conectată la o rolă 6 care se sprijină pe copiatorul volumetric 12. mecanismul de pansare se deplasează de-a lungul axei de rotație a discului de șlefuit. Pentru șlefuirea prealabilă a copiatorului volumetric se folosește o lamă de referință 6, de care se sprijină discul 7, înlocuind discul de șlefuit.
Când lama de referință 6 se rotește, discul 7 primește mișcare orizontală, care este transmisă prin pârghia arborelui 10 al mecanismului de îmbinare către mecanismul roții de șlefuit, care șlefuiește profilul copiatorului volumetric.
După șlefuirea copiatorului volumetric, în locul discului de șlefuit, se instalează o rolă 11, al cărei diametru este egal cu diametrul roții. În locul unui disc-sector, este instalat un diamant 8, care este profilat de o roată de șlefuit. După îmbrăcarea discului abraziv se prelucrează partea din spate a lamei instalată în locul lamei de referință.
Lamele aparatului de duză ale unui număr de motoare cu turbină cu gaz sunt realizate prin turnare de precizie utilizând modele de ceară pierdută cu un spațiu de-a lungul lamei pentru măcinare.
În acest caz, procesul tehnologic de prelucrare a lamelor include (pe lângă operațiunile indicate) și operațiuni de șlefuire a profilului profilului aerodinamic, efectuate pe mașinile KhSh-185V, KhSh-186 și pe mașinile de șlefuit universale modernizate.
Lamele de duză cu design goale au devenit larg răspândite în motoarele cu turbină cu gaz la temperatură înaltă. Astfel de lame sunt realizate și prin turnare de precizie, cu tije ceramice sau alte tije formând o cavitate internă.
Încuietorile lamelor aparatului de duză sunt prelucrate pe mașini de șlefuit de suprafață. Lama de prelucrat este instalată într-o casetă specială. Bazele în acest caz sunt suprafața jgheabului și marginea penei. Clema se realizează de-a lungul suprafeței spatelui. Aranjarea necesară a planurilor de blocare se realizează prin rotirea casetei și instalarea acesteia cu suprafețele corespunzătoare (Fig. 7.
Prelucrarea bazelor lamelor aparatului de duză poate fi efectuată folosind o polizor de suprafață semi-automată model BS-200. Mașina funcționează în ciclu semi-automat și asigură o distribuție uniformă a alocației între spate și jgheab. Aparatul are dispozitiv electronic pentru distribuirea uniformă a alocației de-a lungul profilului stiloului, precum și un dispozitiv pentru îmbrăcarea roții fără diamante. Piesele sunt fixate într-un dispozitiv special cu o clemă cu eliberare rapidă.

7. Asigurarea pieselor de prelucrat

În timpul prelucrării, piesa de prelucrat (piesa) este orientată corespunzător și trebuie să fie nemișcată. Acest lucru se realizează prin fixarea acestuia într-un dispozitiv de fixare sau pe o mașină.
Spre deosebire de baza unei piese de prelucrat, atunci când i se aplică un număr diferit de legături și este lipsită de trei, patru, cinci și șase grade de libertate, în toate cazurile de fixare piesa de prelucrat trebuie să fie lipsită de șase grade de libertate.
În acest scop, diverse dispozitive de prindere(mecanice, hidraulice, pneumatice, magnetice, vid etc.), bazate pe utilizarea fortelor de frecare.
Dispozitivele de prindere în corpuri de fixare trebuie să creeze un contact constant al bazelor cu punctele de referință (asigură baza corectă) și imobilitatea piesei de prelucrat în timpul prelucrării acesteia (fixarea piesei de prelucrat).
Trebuie remarcat faptul că, cu cât numărul de baze și puncte de sprijin utilizate la bazarea pieselor de prelucrat este mai mic, cu atât designul dispozitivelor este mai simplu, mai productiv și mai ieftin. Prin urmare, atunci când se bazează piesele de prelucrat, este necesar să se străduiască să se utilizeze cel mai mic număr de baze cu cel mai mic număr de puncte de referință, care poate asigura conformitatea cu dimensiunile și forma piesei specificate în desen.

Lustruirea spatelui lamelor aparatului de duză
pe un aparat PSL modernizat

Vedere generală și zona de lucru a mașinii de șlefuit de suprafață
modelele MSh-81 și MSh-82

Orez. 5

Slefuirea spatelui lamei aparatului duzei
pe o mașină de șlefuit de copiere modernizată

1—opritoare, 2—copiator, 3—ax, 4—cadru pentru fixarea lamei standard, 5—lama, 6—lama standard, 7—disc, 8—diamant, 9—moala de șlefuire, 10—arborii mecanismului de îmbinare, 11 — rolă, 12 — disc copiator.
Orez. 6

Slefuirea planurilor de blocare a lamei duzei

Orez. 7

8. Controlul tehnic al lamelor

Lamele sunt verificate atat in timpul prelucrarii cat si dupa terminarea acesteia. Controlul omoplatului include:
identificarea defectelor materiale externe și interne; verificarea rugozității suprafețelor prelucrate în conformitate cu cerințele desenului; verificarea dimensiunilor, formei profilelor de pene (spate, jgheab) și a încuietorilor și a poziției lor relative; determinarea masei și frecvenței vibrațiilor naturale ale palelor; testarea aleatorie a palelor turbinei și compresorului pentru oboseală. În lamele de lucru LPT răcite în gol, se verifică debitul de apă prin cavitatea internă (testarea deversării lamelor).
Monitorizarea defectelor externe și interne ale materialului lamelor face posibilă identificarea fisurilor și firelor de păr la suprafață, cavități, porozități, delaminare, incluziuni străine și fulgi din material. În acest scop, sunt utilizate metode de gravare, de detectare a defectelor de culoare, luminiscente, magnetice și ultrasonice.
Metoda particulelor magnetice se bazează pe atragerea particulelor de pulbere de fier către polii magnetici formați la partea magnetizată în locurile în care există o discontinuitate. Metoda particulelor magnetice detectează fisuri cu o lățime a deschiderii de 0,001 mm sau mai mult și o adâncime de 0,01 mm sau mai mult. Simplitatea relativă și fiabilitatea destul de ridicată a acestei metode au contribuit la adoptarea sa pe scară largă.
Metode de control al culorii și luminiscentei ( metode capilare detectarea defectelor) sunt utilizate pentru a identifica defectele care se extind pe suprafața unei piese. Metoda de detectare a defectelor de culoare se bazează pe capacitatea vopselei roșii speciale de a pătrunde adânc în defectele de suprafață și a vopselei albe de a absorbi vopseaua roșie din defect. Metoda detectează fisuri cu lățimea de 0,01 mm, în adâncime de la 0,05 mm și în lungime de la 0,3 mm.
Metoda luminiscentă (LUM-A) se bazează pe capacitatea unor lichide de a străluci atunci când sunt iradiate cu lumină ultravioletă. Metoda luminiscentă LUM-A detectează în mod fiabil fisurile de suprafață, porii, petele libere, peliculele de oxid, blocajele etc. Detectează fisuri cu o lățime de 0,01 mm, o adâncime de 0,05 mm și o lungime de 0,2 mm. Sensibilitatea metodei LUM-A este puțin mai mare decât metoda de detectare a defectelor de culoare. Defectele interne ale materialului lamelor sunt verificate prin metode cu raze X și ultrasonice.
Metoda cu raze X de detectare a defectelor se bazează pe atenuarea radiației cu raze X de către materialul piesei, în care imaginea în umbră a părții transiluminate este înregistrată pe film cu raze X. Avantajul metodei este sensibilitatea sa ridicată la detectarea porilor interni, cavităților, incluziunilor străine etc. în materialul piesei.
Pentru paletele de turbine turnate cu raze X, se folosesc aparate mobile cu raze X cu cablu, cum ar fi RUP-100-10, RUP-150-10-1 etc.
Testarea cu ultrasunete folosind unde de suprafață vă permite să identificați fisurile de suprafață și defectele metalurgice ale materialului. Această metodă este de obicei utilizată pentru a identifica fisurile la marginile de început și de fugă, și mai rar pe suprafața spatelui și a jgheabului, care apar în timpul fabricării și exploatării lamei.Metoda se bazează pe sondarea materialului controlat cu scuturi scurte. pulsuri de termen de vibrații ultrasonice care se propagă de-a lungul suprafeței lamei și captează reflexiile (ecourile) ale acestora din defecte.
Controlul dimensiunilor geometrice, formei stiloului și a profilelor de blocare și poziția relativă a acestora. Operațiile de acest tip de control tehnic al lamelor sunt cele mai laborioase. Dispozitivele utilizate în aceste operațiuni pot fi împărțite în două grupe principale: fără contact - proiecție optică și de contact - mecanice, optic-mecanice, pneumatice și pneumohidraulice.
Pena lamei este verificată în secțiuni transversale calculate folosind metode fără contact și contact. Una dintre metodele de control fără contact este verificarea profilului pe proiectoare, utilizate în producție unică. Nu le-am găsit niciun folos.
În producția la scară mică, profilul profilului aerodin al lamei este uneori verificat folosind șabloane. Abaterea profilului spatelui și jgheabului de la șablon se determină vizual împotriva luminii sau cu ajutorul unui calibre. Controlul stiloului cu șabloane este cu productivitate scăzută, subiectiv și necesită facilități greoaie de măsurare a șabloanelor.
În producția de masă s-au folosit instrumente mecanice cu indicatori de tip cadran, reglate după o lamă standard. Sunt simple și ușor de utilizat, dar nu foarte productive.
Instrumentele multidimensionale și mașinile de măsurat sunt productive. Ele pot fi reconfigurate rapid pentru a controla alte lame folosind o lamă de referință. Baza pentru atașarea lamei este o încuietoare sau adâncituri centrale, dintre care două se află pe suprafețele laterale ale broaștei și una la capătul penei. Astfel de dispozitive includ dispozitive optic-mecanice multidimensionale universale de tip POMKL pentru monitorizarea simultană a profilului profilului aerodinamic, deplasarea profilului aerodin de pe axa de blocare, unghiul de răsucire și grosimea profilului aerodinamic în secțiunile transversale ale lamei compresorului.
Principalii parametri geometrici ai blocării palelor turbinei și compresorului sunt de obicei verificați de instrumente mecanice cu ceasuri indicator reglate conform unui standard.
Debitul de apă prin cavitatea internă a profilului aerodinamic al lamelor LPT răcite este verificat cu ajutorul unei instalații speciale. Spatula este instalată în dispozitiv și vărsată cu apă când excesul de presiune la 4±0,05 kgf/cm2 (0,3±0,005 MPa) și o temperatură de 20±5 "C timp de 20 s. Verificați capacitatea canalului intern al întregului prim set de lame dintr-o etapă dată. Comparați debitul mediu cu rezultatul scurgerii fiecărei lame din set.Diferența de consum de apă al paletelor de lucru din set (variația debitelor) nu trebuie să fie mai mare de 13...15% din consumul mediu de apă din set. de lame
Frecvențele naturale ale paletelor turbinei și compresorului sunt verificate pe suporturi de vibrații electrodinamice.
Paletele de lucru ale turbinei și compresorului sunt cântărite pe o cântar VTK-500 cu o precizie de 0,1 g.

9. Implementarea reală a procesului tehnologic la UTMZ

Să luăm în considerare un proces tehnologic real folosind exemplul paletei de ghidare a primei etape a GTN-6U. Tipul piesei de prelucrat - turnare de precizie, materialul piesei de prelucrat - aliaj KHN648MKYUT - USZMI - ZU.
Execuția efectivă a procesului într-o fabrică de palete de ghidare
Cele 6-11 trepte ale turbinei GT-6-750 sunt prezentate în tabel. 3.
Tabelul 3

Operațiunea nr.	Denumirea și conținutul operațiunii	Echipamente
	Control de intrare
	Frezare si centrare. Tăiați capetele și centrați pe ambele părți.	centru. frezarea MR-71
	Frezare orizontală. Frezați planurile de coadă de pe laturile profilului interior și exterior în centre.	Frezare orizontală 6M82G
	Măcinare. Slefuiți planul cozii din partea laterală a profilului exterior în centre.	Slefuirea suprafetei 3B-722
	Măcinare. Slefuiți planul cozii din partea laterală a profilului intern	Slefuirea suprafetei 3B-722
	Frezare orizontală. Frezați planul cozii la un unghi față de partea de evacuare a gazului în 2 treceri.	Frezare orizontală 6M83G
	Frezare verticală. Frezați planul cozii într-un unghi față de partea de evacuare a gazului.	Frezare verticală 6M13P
	Frezare orizontală. Frezați mai întâi planul cozii din partea de intrare mai întâi într-un unghi.	Frezare orizontală 6M82G
	Frezare verticală. Frezați planul cozii din partea de intrare într-un unghi curat	Frezare verticală 6M13P
	Cotitură. Ascuțiți tija pentru fir.	Întoarcerea P.U. 16K20F3
	Frezare verticală. Frezați părțile de intrare și ieșire la lungimea piesei de lucru.	Frezare verticală FK-300
	Frezare orizontală. Măcinați fileul de pe partea de intrare a gazului curat.	Frezare orizontală 6M83G
	Frezare orizontală. Măcinați fileul de pe partea de evacuare a gazului curat.	Frezare orizontală 6M83G
	Frezare verticală. Se freza fileul profilului intern și extern la un unghi de 1050’ în 11 linii (cu excepția pasului a 11-a) la nivel cu profilul principal.	Frezare verticală 4FSL-4A
	Frezare verticală. Se freza fileul profilului intern și extern în linie dreaptă pe 11 linii, la același nivel cu profilul principal.	Frezare verticală 4FSL-4A
	Măcinare. Măcinați interiorul și profile externe simultan în centre pentru 400 de linii	Măcinare LSH-1A
	Test. Controlul operațiunii 16.
	Lăcătuș. File razele pe umeri pe partea profilului intern și extern al intrării și ieșirii conform șabloanelor; teșitură 1x450
	Măcinare. Se macina fileul profilului intern și extern la nivel cu profilul principal; măcinați marginea anterioară.	Lustruire
	Lăcătuș. File marginea ieșirii.
	Controlul final.
	A tăia calea. Tăiați baza de la capătul părții de lucru.	Tăiere abrazivă
	Măcinare. Lustruiți profilul exterior și interior, marginea anterioară și fileurile.	Lustruire DSh-96
	Lăcătuș. Lustruiți manual marginea de ieșire.
	Lăcătuș. Marcați denumirea lamei.
	Test. Verificați dacă există fisuri.
	Flushing
	Controlul final	Placa de control
	Test de vibrații

10. Sugestii pentru îmbunătățirea procesului tehnologic

Extinderea producției în serie de generatoare de abur și abur, cauzată de sarcinile de dezvoltare a industriei energetice și gaze a țării, a contribuit la accelerarea progresului tehnic în construcția de turbine.
S-au realizat progrese deosebit de semnificative în această direcție în producția de pale de turbine. În toate etapele procesului tehnologic, începând cu pregătirea suprafețelor principale de bază, se folosesc mașini speciale și mașini CNC. Cea mai importantă măsură pentru creșterea productivității muncii și îmbunătățirea calității a fost introducerea mașinilor cu mai multe ax pentru frezarea circulară cu cusături în cruce a profilelor interne și externe ale pieselor de lucru ale lamelor lungi.
Transferarea procesării unei anumite game de lame la mașini controlate de computer a făcut posibilă combinarea mai multor operațiuni într-una singură și, prin urmare, scurtarea ciclului de achiziție a lamei, eliberarea lucrătorului de lucrări manuale grele, creșterea preciziei prelucrării în ceea ce privește dimensiunea și rugozitatea prin eliminarea reinstalărilor și lucrul în modurile de proiectare tăiere
Printre lucrări promițătoare necesar justificare științificăși execuție, trebuie menționate următoarele:
- îmbunătățirea producției de semifabricate ștanțate în ceea ce privește reducerea totelor pentru prelucrare;
- mecanizarea lucrărilor de șlefuire pentru reglarea fină a profilelor părților de lucru ale lamelor lungi;
- efectuarea de lucrări de cercetare pentru determinarea parametrilor bazați științific ai abaterilor admisibile de la dimensiunile de proiectare ale pieselor de profil, respectiv, lungimea și lățimea lamelor de lucru și de ghidare.
Un progres tehnic semnificativ în construcția turbinelor se va realiza prin organizarea centralizată a proiectării și confecționării palelor la o singură fabrică specializată, cu o largă tipificare a palelor și, astfel, transferarea prelucrării mecanice a acestora în linii continue și de funcționare automată, pregătirea pentru care practic este deja efectuată. la paletele centralei de turbine (LZTD).
Un factor important progres tehnic Acest eveniment va aduce procesul de proiectare a lamelor mai aproape de producția lor. GTU-UPI 2002

Înainte de a pune o întrebare, citiți:

Invenţia se referă la domeniul ingineriei mecanice, şi anume la metode de fabricare a palelor pentru motorul cu turbină cu gaz de aeronave (GTE) din materiale care pot fi deformate în stare rece sau fierbinte. Se face un semifabricat de lamă. Ele formează un profil aerodinamic în fiecare secțiune a penei. Formați o coadă. Se efectuează operațiuni de finisare. Formarea profilului aerodinamic și a tijei se realizează prin răsucirea simultană a penei și a tijei și calibrarea lor în ștampilă. O piesă de prelucrat plată este realizată cu secțiuni a căror zonă și lungime sunt egale, respectiv, cu aria secțiunilor corespunzătoare ale lamei ștanțate și lungimea coardelor acestor secțiuni. Rezultatul este o creștere a ratei de utilizare a metalului și a preciziei de fabricație, o creștere a calității palelor motoarelor cu turbine cu gaz cu coardă largă și o reducere a costurilor de timp. 2 bolnavi.

Prezenta invenție se referă la domeniul ingineriei mecanice, și anume la metode de fabricare a palelor pentru motorul cu turbină cu gaz aeronavelor (GTE) din materiale care pot fi deformate în stare rece sau fierbinte.

În modelele moderne de ventilatoare ale motoarelor de aeronave, sunt utilizate pe scară largă palele de coardă largi de dimensiuni mari, ceea ce poate reduce semnificativ zgomotul ventilatorului, crește forța și, în general, crește eficiența unui motor cu turbină cu gaz.

Sunt cunoscute tehnologii tradiționale de producere a lamelor, inclusiv producerea unui semifabricat de lamă prin ștanțare cu răsucire pas cu pas a profilului lamei și a toleranțelor pentru lamă și blocare, urmată de eliminarea alocațiilor prin tăiere, metode electrofizice și alte metode. (Krymov V.V., Eliseev Yu.S., Zudin K.I. Producția de palete de motoare cu turbine cu gaz. M., „Inginerie mecanică / Inginerie mecanică - Zbor”, 2002, pp. 66-100, 101-197).

Această metodă devine extrem de laborioasă și de metal în producția de lame cu coardă lată datorită dimensiunilor lor mari (lungimea poate ajunge la 1,5 m, cu un raport înălțime/coardă mai mic de 2) și complexității. formă geometrică.

Configurația complexă a tranzițiilor preliminare reduce fabricabilitatea operațiunilor aferente, variind de la curățarea defectelor de ștanțare până la utilizarea suporturilor specializate pentru încălzire înainte de următoarea tranziție de ștanțare.

Reducerea toleranței pentru prelucrarea profilului profilului aerodinamic duce la creșterea forțelor specifice de ștanțare, iar obținerea simultană a configurației sale finale necesită o creștere a rigidității ansamblului trusei de ștanțare pentru a amortiza forțele de forfecare mari în timpul ștanțarii.

Finisarea finală simultană a profilului penei din punct de vedere al grosimii și configurației, în ciuda metodelor cunoscute de măcinare mecanică, chimică și electrochimică, este o operație care necesită o mare muncă.

Există o metodă cunoscută pentru fabricarea palelor de turbină cu gaz (brevet RF nr. 2257277) - prototip. Esența metodei este că, în prima etapă de proiectare a procesului tehnologic, desenul de proiectare al lamei este reluat, derulând și depărtând secțiunile de proiectare ale profilului aerodinamic, „așezând” coardele secțiunilor nerăsute într-un singur plan. Desenul modificat al lamei rezultat este baza pentru proiectarea unui semifabricat de ștanțare. O ștanțare semifabricată având un profil nerăsucit al penei este produsă folosind metodele de ștanțare volumetrică cu o alocație pentru pana și blocarea sub procesare ulterioara tăiere. După îndepărtarea adaosului brut, de exemplu prin frezare, profilul lamei este răsucit în stare fierbinte cu ajutorul unor dispozitive speciale. Ulterior, piesa de prelucrat astfel produsă este supusă tuturor etapelor tradiționale ale procesului de fabricare a lamei.

Dezavantajul acestei metode este că determinarea parametrilor de putere prin calcularea procesului de turbionare la cald a unei lame a lamei având o secțiune transversală variabilă a profilului aerodinamic de-a lungul lungimii este problematică deoarece analiza modelelor matematice existente pentru determinarea parametrilor de forță în timpul torsiunii se limitează la luarea în considerare a tijelor cu secțiuni geometrice elementare (cerc, elipsă, pătrat, dreptunghi). Prin urmare, deformațiile în timpul răsucirii produsului duc inevitabil la deformarea profilului aerodinamic, care poate depăși intervalul de toleranță. Selecția modurilor tehnologice și a parametrilor geometrici ai piesei de prelucrat necesită o cantitate mare de muncă experimentală intensivă și consumatoare de timp pentru fiecare tip de dimensiune a lamei de coardă largă. Procesul nu este stabil, depinde de mulți factori și necesită echipamente speciale.

Pentru a elimina aspectele negative de mai sus, se propune separarea operațiilor: formarea grosimii de livrare a profilului penei și formarea conturului acestuia. În plus, acest lucru vă permite să extindeți în mod semnificativ gama de echipamente pentru efectuarea primei etape, iar toate operațiunile însoțitoare de reglare și prelucrare mecanică a acestei etape sunt efectuate pe un contur îndreptat, care este mai avansat tehnologic.

Prezenta invenţie încearcă să ofere metoda noua producția de pale de motor cu turbină cu gaz cu un contur proiectat, folosind metoda ștanțarii finale izoterme, fără flash, într-o singură etapă (răsucire + calibrare), care reduce sau rezolvă problemele menționate mai sus.

Invenția rezolvă problema fabricării palelor de turbină cu gaz cu coardă largă, de formă geometrică complexă, folosind echipamente standard.

Rezultatul tehnic al prezentei invenții este de a îmbunătăți calitatea de fabricație a palelor motoarelor de turbină cu gaz, precum și stabilitatea procesului tehnologic, reducând în același timp costurile.

O metodă pentru fabricarea palelor de motor cu turbină cu gaz, inclusiv fabricarea unei pale semifabricate, formarea unei foi aerodinamice în fiecare secțiune a paletei aerodinamice, formarea unei tije și efectuarea operațiunilor de finisare, formarea unei folii aerodinamice în fiecare secțiune a paletei aerodinamice și formarea tijei este se efectuează prin răsucirea simultană a profilului aerodinamic și a tijei și calibrarea acestora într-o matriță de ștanțare izotermă, în care se produce o piesă de prelucrat plată, realizată cu secțiuni a căror suprafață și lungime sunt egale, respectiv, cu aria secțiunilor corespunzătoare ale lama ștanțată și lungimea coardelor acestor secțiuni.

Esența invenției este ilustrată prin desene, care arată:

figura 1 - lama 1 coardă largă, realizată, de exemplu, din titan sau unul dintre aliajele sale;

figura 2 - semifabricat îndreptat al unei lame de coardă lată.

Metoda de fabricare a palelor de turbină cu gaz propusă conform invenţiei se realizează după cum urmează.

1. Producția piesei plate 4 (Fig. 2) prin metode de extrudare și (sau) ștanțare de precizie, precum și laminare și (sau) răsturnare și (sau) prelucrare mecanică a produselor plate sau lungi.

2. Pregătirea elementelor de bază 3 pentru finisarea ulterioară, prelucrarea mecanică a penei și, în același timp, așezarea elementelor pentru ștanțarea cu o singură tranziție sau în stadiul de ștanțare de precizie a piesei de prelucrat și (sau) blană suplimentară. prelucrarea pieselor de prelucrat obținute anterior sau obținute prin sudare la piesa de prelucrat 4 și blană suplimentară. prelucrare.

3. Pregătirea unei proiecții planificate a piesei de prelucrat pentru ștanțarea cu o singură tranziție sau în stadiul de ștanțare de precizie a piesei de prelucrat și (sau) blană suplimentară. prelucrarea semifabricatelor obținute anterior (aceasta asigură egalitatea coardelor semifabricatului stilou 6 și a acordurilor produsului finit 7).

4. Pregătirea dimensiunilor de înălțime ale piesei de prelucrat pentru ștanțarea într-o singură trecere sau în stadiul de ștanțare de precizie a piesei de prelucrat și (sau) blană suplimentară. prelucrarea pieselor primite anterior.

5. Aplicarea de căldură și presiune asupra piesei de prelucrat pentru ștanțare izotermă (răsucirea simultană a profilului aerodinamic („penă”) 1 și a cozii („blocare”) 2 cu calibrare simultană) și producerea, în esență, a configurației externe finisate și a dimensiunilor profilului necesare. pana. Pentru răsucirea în unghi înalt a profilului aerodinamic (mai mult de 40°) și calibrarea palelor ventilatorului cu coardă lată, sunt utilizate elemente de susținere special introduse ale echipamentului de matriță (nu sunt prezentate).

6. Finisarea produsului pentru a îndepărta excesul de material de pe marginile de început și de jos (5) ale configurației exterioare ștanțate izotermic pentru a obține profilul aerodinamic finit.

7. Îndepărtarea elementelor de bază (pozare) 3 din Fig.1.

8. Prelucrarea mecanică a tijei lamei („blocare”) 2.

Un exemplu de implementare specifică. Ștanțarea experimentală a unei lame a unui motor cu turbină cu gaz cu coardă largă a fost efectuată într-o matriță închisă. Material - aliaj de titan grad VT6. Temperatura de ștanțare nu este mai mare de 850°C. Instrumentul a fost încălzit la o temperatură de cel mult 850°C. Dimensiunile lamei finite: lungime - 1200 mm, lățimea maximă a coardei 620 mm.

Metoda propusă pentru fabricarea palelor cu coarde largi face posibilă dezvoltarea unei tehnologii eficiente, cu ajutorul căreia este posibilă producerea unui număr de pale pentru motoare cu turbină cu gaz din metale și aliaje avansate.

Avantajul propus solutie tehnica vă permite să extindeți capacitățile tehnologice ale echipamentelor standard și să desfășurați procesul într-un timp minim. Rata de utilizare a metalului este crescută semnificativ, precizia de fabricație și stabilitatea procesului sunt crescute.

O metodă de fabricare a palelor de motor cu turbină cu gaz, incluzând fabricarea unui semifabricat de lamă, formarea unui profil aerodinamic în fiecare secțiune a profilului aerodin al paletei, formarea unei tije și efectuarea operațiunilor de finisare, caracterizată prin aceea că formarea unui profil aerodin în fiecare secțiune a profilului aerodin al paletei iar formarea tijei se efectuează prin răsucirea simultană a profilului aerodinamic și a tijei și calibrarea acestora într-o ștanțare prin ștanțare izotermă, producând în același timp o piesă plată realizată cu secțiuni a căror aria și lungimea sunt egale, respectiv, cu aria lui ​secțiunile corespunzătoare ale lamei ștanțate și lungimea coardelor acestor secțiuni.

Brevete similare:

Invenția se referă la inginerie mecanică, și anume la prelucrarea metalelor prin forjare cu ultrasunete, și poate fi utilizată pentru fabricarea de piese cu caracteristici tehnice și operaționale sporite și pentru formarea muchiilor rotunjite cu grosime variabilă.

Invenția se referă la formarea metalelor și poate fi utilizată în industria aviației la fabricarea semifabricatelor de lame cu două tije sau cu o singură tijă și un manta. Piesa de prelucrat încălzită este instalată într-un recipient între două semimatrice ale unei matrice compozite realizate cu un canal. În acest caz, o parte a piesei de prelucrat este plasată pe poansonul inferior. Piesa de prelucrat este deformată pentru a forma un gât prin închiderea semimatricelor. Apoi se formează una dintre tijele lamei prin deplasarea poansonului inferior în sus după oprirea semifilelor. Piesa de prelucrat este extrudată prin canalul matriței compozite de către poansonul superior, în timp ce poansonul inferior se deplasează în poziția inferioară. În acest caz, o parte a piesei de prelucrat este lăsată în container și se formează o ștanțare cu secțiune transversală variabilă, extinzându-se spre partea piesei de prelucrat rămasă în container. Rezultatul este o extindere a gamei de matrițe produse, o creștere a ratei de utilizare a metalului și o creștere a caracteristicilor de rezistență ale produsului. 2 bolnavi.

Invențiile se referă la formarea metalelor și pot fi utilizate la fabricarea palelor de turbine prin ștanțare la cald. Piesa de prelucrat inițială este plasată într-un receptor orizontal al unei matrice divizate, constând din două semimatrice cu plan vertical conector Semi-matricele sunt realizate cu un orificiu orizontal traversant care formează un receptor și cavități pentru lame situate radial față de receptor. O forță axială este aplicată la ambele capete ale piesei de prelucrat prin intermediul poansonelor amplasate pe ambele părți. Ca urmare, piesa de prelucrat este deformată până când cavitățile de sub lame sunt complet umplute și se obține o forjare din mai multe piese. Forjarea constă din lame conectate printr-un reziduu de presă. Forjarea este îndepărtată de pe matriță, iar lamele sunt separate de reziduul presei. Rezultatul este o creștere a plasticității materialului piesei de prelucrat atunci când acesta se varsă în cavitatea semifilelor, o reducere a efortului tehnologic, precum și o creștere a preciziei produselor rezultate și a ratei de utilizare a materialului. 2 n. si 2 salarii f-ly, 18 bolnav. 1 av.

Invenția se referă la domeniul ingineriei mecanice, și anume la metode de fabricare a palelor de turbine cu gaz pentru aeronavă din materiale care pot fi deformate în stare rece sau fierbinte.