Pikap24.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое лопатки двигателя

Лопаточные механизмы широко применяются в машинах различного назначения. Наиболее часто используют их в турбинах и компрессорах.

Турбина — ротационный двигатель, работающий под действием значительных центробежных сил. Основной рабочий орган машины — ротор, на котором по всему диаметру закреплены лопатки. Все элементы помещены в общий корпус специальной формы в виде нагнетающего и подающего патрубков или сопел. На лопатки подается рабочая среда (пар, газ или вода), приводя в движение ротор.

Таким образом, кинетическая энергия движущегося потока преобразуется в механическую энергию на валу.

Направления задач, успешно решаемых для авиаремонтного завода

  1. Определение причин разрушения рабочих лопаток двигателей или турбин из сплавов жаропрочных сплавов на никелевой основе (ЖС6У) или титанового сплава ВТ3-1.
  2. Определение причин разрушения других деталей механизмов авиационной техники, например, зубчатых пар.
  3. Контроль качества микроструктуры основного металла лопаток на отсутствие перегрева согласно инструкции 046-0045 р2.

Примеры исследований, выполненных для авиаремонтного завода за последний год

1) Определение причин разрушения лопатки четвертой ступени турбины двигателя Д-30КП-2

Наработка ППР 510 часов, 216 циклов. Наработка СНЭ 3437 часов, 1526 циклов. Разрушение произошло путем обрыва пера рабочей лопатки 4-й ступени турбины, выпадения ее части в ГВТ двигателя с повреждением рабочих и сопловых лопаток 4-6 ступеней турбины.

Внешний вид лопатки и поверхности разрушения

Внешний вид лопатки и поверхности разрушения

Поры в приповерхностном слое лопатки

Микроструктура лопатки после травления

Изображение поверхности разрушения в электронном микроскопе, х110

График линейного сканирования, показывающий изменение концентрации элементов из толщи металла лопатки до поверхности

Заключение. Анализ микроструктуры в районе зоны разрушения и вне ее, фрактографический и рентгеноспектральный анализ не выявили признаков, характерных для разрушения лопаток турбин ГТД, а именно: многоцикловой усталости, коррозии, ползучести. Наиболее вероятной причиной является разрушение из-за ударного воздействия инородным объектом или фрагментом самого двигателя. Гипотезу подкрепляют следы пластической деформации, в частности, приведшие заметному загибу пера в области выходной кромки, и обнаруженные в предполагаемом очаге разрушения и распространяющиеся из него затухшие (вторичные) трещины. Низкое металлургическое качество лопатки – обширная усадочная пористость, высокая доля содержания карбидной фазы, послужили дополнительными факторами, повлекшими преимущественно хрупкое разрушение исследуемой лопатки. Указанные металлургические дефекты присутствуют в изломе.

2) Определение причин разрушения лопаток турбогенераторной установки ТГ-16М (сплав ЖС-6К) и рабочей лопатки второй ступени турбины двигателя Д-30КП-2 (сплав ЖС-6У)

Для исследования были предоставлены разрушенные лопатки турбин с сильными следами окисления, не позволяющими детально исследовать поверхность разрушения.

Внешний вид разрушенных лопаток

Микроструктура одной из лопаток после травления

Микроструктура одной из лопаток после травления

Изображение микроструктуры в электронном микроскопе, х110

Читать еще:  Двигатель g4na технические характеристики

Изображение микроструктуры в электронном микроскопе

Карта распределения химических элементов карбидных включений

Частицы γ’-фазы, электронный микроскоп, увеличение 30000

Частицы γ’-фазы, электронный микроскоп, увеличение 30000

Частицы γ’-фазы, электронный микроскоп, увеличение 30000

Карта распределения химических элементов карбидных включений

Карта распределения химических элементов карбидных включений

Заключение. Разрушение лопаток турбогенераторной установки является следствием действия нескольких факторов:

— попадание в них посторонних предметов (предположительно частей других лопаток турбогенераторной установки ТГ-16М, разрушившихся ранее);

— развитие процессов термической усталости (присутствие межкристаллитных трещин и формоизменение лопаток) в условиях перегрева. Признаком того, что разрушение произошло вследствие заброса температур, а не локального изменения температурных полей в турбине или долговременного воздействия повышенных температур, считается разрушение лопаток по всей окружности рабочего колеса и примерно на одной высоте;

— максимальные обороты двигателя, так как линия обрыва уголков лопаток с входной кромки совпадает с линией собственных колебаний лопатки на максимальных оборотах двигателя.

Разрушение рабочей лопатки второй ступени турбины двигателя Д-30КП-2 произошло в результате оплавления входной кромки лопатки вследствие ее сильного перегрева (до температуры выше 1276°С) из-за нарушений эксплуатации двигателя. После оплавления изменилась геометрия пера лопатки, и произошел отрыв ее части по смешанному механизму разрушения.

70-85% потерь выходной мощности турбины во время эксплуатации можно избежать.

Снижение выходной мощности турбины во время ее эксплуатации можно избежать при качественной воздухоподготовке. Существует мнение, что повышение эффективности фильтрации увеличивает начальное сопротивление системы фильтрации, снижает ресурс ее работы при увеличении затрат на ее приобретение. Однако эти аргументы не имеют под собой основания, если система фильтрации подобрана с учетом особенностей окружающей среды, режима работы и интервалов технического обслуживания. В большинстве случаев внедрение высокоэффективного решения возможно без модернизации воздухозаборного тракта. Вложенные средства имеют относительно короткий срок окупаемости и дают следующие преимущества:

  • Увеличение выработки практически без потери мощности
  • Сокращение удельного расхода топлива и снижение тепловой мощности.
  • Снижение/отказ от промывок осевого компрессора двигателя
  • Снижение повреждений и вибрации лопаток ротора
  • Сокращение затрат на замену/восстановление компонентов проточной части двигателя.
  • Снижение выбросов CO2.

Конструкция лопатки

Для каждой лопатки характерен собственный аэродинамический профиль. Обычно он напоминает крыло летательного аппарата. Самое существенное отличие лопатки от крыла состоит в том, что лопатки работают в потоке, параметры которого очень сильно изменяются по её длине.

Профильная часть лопатки

По конструкции профильной части лопатки подразделяются на лопатки постоянного и переменного сечений. Лопатки постоянного сечения применяются для ступеней, в которых длина лопатки не более одной десятой среднего диаметра ступени. В турбинах большой мощности это, как правило, лопатки первых ступеней высокого давления. Высота этих лопаток невелика и составляет 20-100 мм.

Читать еще:  Что такое двигатели ram

Лопатки переменного сечения имеют переменный профиль на последующих ступенях, причём площадь поперечных сечений плавно уменьшается от корневого сечения к вершине. У лопаток последних ступеней это соотношение может достигать 6-8. Лопатки переменного сечения всегда имеют начальную закрутку, то есть углы, образованные прямой, соединяющей кромки сечения (хордой), с осью турбины, называемыми углами установки сечений. Эти углы, из соображений аэродинамики, по высоте задаются различными, с плавным увеличением от корня к вершине.

Для относительно коротких лопаток углы закрутки профиля (разность между углами установки периферийного и корневого сечений) составляют 10-30, а для лопаток последних ступеней могут достигать 65-70.

Взаимное расположение сечений по высоте лопатки при образовании профиля и положение этого профиля относительно диска представляет собой установку лопатки на диске и должно удовлетворять требованиям аэродинамики, прочности и технологичности изготовления.

Лопатки в основном изготавливаются из предварительно отштампованных заготовок. Также применяются методы изготовления лопаток точным литьём или точной штамповкой. Современные тенденции повышения мощности турбин требуют увеличения длины лопаток последних ступеней. Создание таких лопаток зависит от уровня научных достижений в области аэродинамики потока, статической и динамической прочности и наличия материалов с необходимыми свойствами.

Современные титановые сплавы позволяют изготовить лопатки длиной до 1500 мм. Но в этом случае ограничением является прочность ротора, диаметр которого приходится повышать, но тогда необходимо уменьшать длину лопатки для сохранения соотношения из соображений аэродинамики, иначе увеличение длины лопатки неэффективно. Поэтому существует ограничение длины лопатки, больше которой она не может эффективно работать.

Основные элементы лопатки

  1. Гребешки лабиринтного уплотнения радиального зазора
  2. Бандажная полка
  3. Гребешки торцевого лабиринтного уплотнения
  4. Отверстие для подвода охлаждающего воздуха во внутренние каналы охлаждаемой лопатки

Хвостовая часть лопатки

Конструкции хвостовых соединений и, соответственно, хвостовиков лопатки весьма разнообразны и применяются исходя из условий обеспечения необходимой прочности с учётом освоения технологий их изготовления на предприятии, изготавливающем турбины. Виды хвостовиков: Т-образные, грибовидные, вильчатые, ёлочные и др.

Ни один вид хвостовых соединений не имеет особого преимущества над другим — у каждого есть свои преимущества и недостатки. Разными заводами изготавливаются разные типы хвостовых соединений, и каждый из них использует свои технологии изготовления.

Связи

Рабочие лопатки турбин соединяются в пакеты связями различной конструкции: бандажами, приклёпанными к лопаткам или выполненными в виде полок (цельнофрезерованный бандаж); проволоками, припаянными к лопаткам или свободно вставленными в отверстия в профильной части лопаток, и прижимающимися к ним центробежными силами; с помощью специальных выступов, свариваемых друг с другом после наборки лопаток на диск.

Материаловедение

Авторы

Самарский государственный технический университет, СамГТУ, ул. Молодогвардейская, 244, Самара, 443100, Россия

Читать еще:  Бмв 316 двигатель схема

e-mail: vadim3945@yandex.ru, v.klimov@uecrus.com

Аннотация

Рассматривается возможность использования высокотемпературных порошковых припоев в качестве износостойких слоев, наносимых посредством лазерной импульсной наплавки, как альтернатива классическим износостойким композитам с примесью карбида вольфрама. Данные материалы апробируются для последующего восстановления высоты пера лопатки турбостартера турбовинтового авиационного двигателя НК-12МП и придания торцевой кромке износостойких свойств. На основе проведенных сравнительных исследований на электронном микроскопе и микротвердомере, испытаний на локальный абразивный износ и анализа различных порошковых материалов (ВПр11-40Н, ВПр24, ВПр27, Рок-Дюр 6740) при импульсной лазерной порошковой наплавке подтверждена пригодность некоторых порошковых припоев в качестве износостойких слоёв при восстановление контактных поверхностей лопаток турбины.

Ключевые слова

Библиографический список

Петрушин Н.В., Елютин Е.С., Назаркин P.M., Колодочкина В.Г., Фесенко Т.В. Структура и свойства монокристаллов жаропрочного никелевого сплава, содержащего рений и рутений // Металлургия машиностроения. 2013. № 1. С. 12–18.

Пермиловский И.А., Гейченко В.С., Фруман И.И. Восстановление наплавкой турбинных лопаток авиационных двигателей // Автоматическая сварка. 1976. № 5. С. 54–56.

Пермиловский И.А., Казанцева Н.А. Физико-механические свойства наплавленных карбидохромовых сплавов // Автоматическая сварка. 1976. № 4. С. 52-54.

Колосов В.И. Способ восстановления длины пера лопаток компрессора газотурбинного двигателя и устройство для его осуществления // Патент РФ 2153965. Бюл. № 1, 27.09.1999.

Сорокин Л.И. Аргонодуговая наплавка бандажных полок рабочих лопаток из высокожаропрочных никелевых сплавов // Сварочное производство. 2004. № 7. С. 20–26.

Сорокин Л.И., Лукин В.И., Багдасаров Ю.С. Свариваемость жаропрочных никелевых сплавов типа ЖС6 // Сварочное производство. 1997. № 6. С. 12–17.

Корниенко А.Н., Жадкевич А. М. Состояние и проблемы внедрения пайки для ремонта лопаток газотурбинных двигателей // Заготовительные производства в машиностроении. 2005. № 10. С. 9–12.

Квасницкий В.Ф. Сварка и пайка жаропрочных сплавов в судостроении. – Л.: Судостроение, 1986. – 224 с.

Ключников И.П., Гейкин В. А. Ремонт высоконагруженных деталей и узлов горячего тракта ГТД методом высокотемпературной пайки // Пайка. Современные технологии, материалы, конструкции. – М.: ЦРДЗ. 2001. Т. 2. С. 19–24.

Орлов А.В., Березников Ю.Н., Самсонова Т.С. Ремонт деталей газовых турбин методами пайки // Энергомашиностроение. 1984. № 2. С.33–34.

Климов В.Г., Жаткин С.С., Щедрин Е.Ю., Когтева А.В. Особенности восстановления геометрии пера газотурбинного двигателя методом лазерной порошковой наплавки // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2015. Т. 17. № 2-4. С. 782–788.

Климов В.Г. Сравнение методов восстановления геометрии пера лопаток турбины из жаропрочных сплавов // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т.23. № 1. С. 86–97.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector