تصنيع عجلات أحادية ودفاعات لمحركات التوربينات الغازية. شفرة توربينية لمحرك توربيني غازي

مقدمة

يحتل إنتاج شفرات محرك التوربينات الغازية مكانة خاصة في الهندسة الميكانيكية الحديثة. هذا يرجع إلى الميزات التالية لتصنيع الشفرات.
1. الغرض المسؤول من الشفرات في المحرك. تحدد الشفرات إلى حد حاسم موثوقية وعدم فشل محركات التوربينات الغازية. يتم تحديد عمر خدمة المحرك ، كقاعدة عامة ، من خلال أداء الشفرات. في هذا الصدد ، يجب أن تضمن تكنولوجيا التصنيع والتحكم للشفرات استقرار جودة تصنيعها واستبعاد إمكانية تركيب ريش مع انحرافات في الأبعاد الهندسية وجودة السطح والعيوب المعدنية وغيرها في المحرك.
2. تعقيد الأشكال والمتطلبات الهندسية دقة عاليةتصنيع الشفرات. ريشة النصل عبارة عن شفرة ذات مقطع متغير ، ومحدودة بأسطح ذات شكل معقد وموجهة بدقة في الفضاء فيما يتعلق بالقفل. دقة تصنيع القلم في حدود 0.05x0.15 ملم. تم تصنيع جزء القفل ، الذي يتم من خلاله ربط الشفرات بالأقراص ، بدقة 0.01-0.02 ملم.
3. الإنتاج الضخم للشفرات. يحتوي المحرك الحديث المزود بضاغط محوري على ما يصل إلى 2000 شفرة. في هذا الصدد ، حتى مع إنتاج المحركات النموذجية ، يكون تصنيع الشفرات ذا طبيعة تسلسلية.
4. استخدام مواد باهظة الثمن وشحيحة لصناعة الشفرات. في هذا الصدد ، يجب أن تضمن العملية التكنولوجية لإنتاج الشفرات حدًا أدنى من نسبة الرفض.
5. ضعف قابلية المواد المستخدمة في تصنيع الشفرات. تُصنع شفرات التوربينات من سبائك أساسها النيكل ، والتي تتميز بصلابة عالية نسبيًا وصلابة عالية.
أدى الجمع بين هذه العوامل إلى تحديد خصوصية إنتاج الشفرات.
يتم تحسين إنتاج الشفرات في الوقت الحاضر ، بشكل رئيسي في اتجاه الميكنة والأتمتة. لا يسمح التخلص من العمل اليدوي بتقليل كثافة اليد العاملة فحسب ، بل يؤدي أيضًا إلى تحسين جودة تصنيع الشفرات.
تم إحراز تقدم كبير في مؤخرافي مجال تكثيف أنماط المعالجة للفولاذ والسبائك المقاوم للحرارة والتيتانيوم ، وكذلك في مجال تصنيع الشفرات الخزفية.

1. الغرض وتصميم شفرات الفوهة

شفرات التوجيه والعمل ، وفقًا لغرضها الرسمي ، هي الأجزاء الرئيسية للمحركات البخارية والشفرة. يشكلان معًا جزء التدفق من التوربين ، حيث يتم تحويل الطاقة الحرارية لوسط العمل (بخار ، غاز) إلى عمل ميكانيكي لعضو دوار. تسمى مجموعة شفرات التوجيه والعمل بجهاز ريش التوربينات.
جهاز الشفرة هو الجزء الأغلى والأكثر أهمية في التوربين. تعتمد كفاءة التوربينات - كفاءتها - بشكل أساسي على جودة جهاز الشفرة. يصل تعقيد تصنيع ريش التوربينات البخارية القوية الحديثة إلى 42-45٪ من إجمالي كثافة اليد العاملة في تصنيع جميع أجزائه.
تعمل شفرات التوربينات في ظل ظروف صعبة للغاية. يتعرضون تأثير قويقوة الطرد المركزي ، وتأثير الانحناء والنبض لوسط العمل ، مما يتسبب في اهتزاز الشفرات ، حيث يمكن بسهولة إثارة الاهتزازات الرنانة. يحدث كل هذا في المراحل الأولى من التوربين عند درجات حرارة عالية لوسط العمل ، والذي يعمل على الريش كيميائيًا وميكانيكيًا ؛ في المراحل الأخيرة ، تتآكل (تتآكل) الحواف الأمامية للشفرات بواسطة جزيئات الماء الموجودة في البخار الرطب.
تتطلب هذه الشروط نهجًا دقيقًا بشكل خاص لتصميم الشفرات واختيار المواد لها وتنظيم إنتاجها. يجب الحرص بشكل خاص على تلبية جميع الأبعاد التي تشكل شكل الشفرات والامتثال للمتطلبات الفنية المحددة لتصنيعها. يمكن أن تسبب الانحرافات عن الرسومات ضغوطًا إضافية في الشفرات لم يتم توفيرها بواسطة الحسابات ، والتي بدورها يمكن أن تؤدي إلى فشل خطير في التوربينات.
يتم غسل جهاز الفوهة في المرحلة الأولى بالغاز ، حيث يمكن أن تكون درجة حرارته ، مع مراعاة التفاوت بعد غرفة الاحتراق ، أعلى بنسبة 100-120 درجة مئوية من متوسط الكتلة أمام التوربين. لذلك ، في درجات حرارة عالية توربينات الغازيتم تبريده بشكل مكثف للغاية. تحت متوسط درجة حرارة الكتلة أمام التوربين ، يجب مراعاة المتوسط المرجح لدرجة حرارة الركود أمام ريش الدوار. يتيح ذلك استخدام الهواء بحرية أكبر لتبريد ريش الفوهة في المرحلة الأولى ، ومع ذلك ، في الوقت نفسه ، هناك خسائر ديناميكية هوائية صغيرة في جهاز الفوهة نفسه والتدفق الأكثر اتساقًا في درجة الحرارة والضغط والاتجاه مباشرة أمام الدوار يجب ضمان شفرات هذه المرحلة.
عادةً ما تكون دوامات الفوهة ملتوية قليلاً على طول نصف القطر ، وبالتالي يمكن تنفيذ أنظمة التبريد المستخدمة مع جميع قوانين دوامات المرحلة تقريبًا.
عادة ما يتم جعل جهاز فوهة المرحلة الأولى من التوربين قابلاً للانهيار باستخدام فوهات مزدوجة الدعم ، نظرًا لأنه يلاحظ أكبر انخفاض في الضغط ، ولكن مع الحرية اللازمة للتمدد الحراري (الشكل 1 ، أ). تحتوي جميع الفوهات الجديدة على دوارات فوهة مبردة مع مخرج هواء في الغالب إلى الحافة الخلفية. يعمل هذا الهواء الممزوج مع تدفق الغاز الرئيسي في حواف التوربينات اللاحقة ، لذا فإن استهلاكه لا يسبب ضررًا كبيرًا لكفاءة التوربين. يتم تصنيع دوارات فوهة التبريد المجوفة عن طريق الصب الدقيق (وفقًا لنماذج الاستثمار). تحتوي المرحلة الأولى من التوربينات في وحدة GTK-16 TMZ على شفرات ملحومة بالنحاس.
بالنسبة لأجهزة الفوهة للمراحل اللاحقة في الممارسة الثابتة ، يتم استخدام الشفرات الكابولية الثابتة (الشكل 1 ، ب). في مصنع المحركات التوربينية ، يتم دمجها في مجموعات (شرائح) من ثلاث أو أربع قطع ، وبين الحزم التي تتركها

تصاميم شفرة منفردة

أ)

ب)

الخامس)

أ - شفرة فوهة مبردة بالهواء مزدوجة الدعم ؛ ب - ناتئ
ريشة دليل التوربينات ج - جهاز فوهة قابل للتعديل بأسطح محدودة كروية.

أرز. 1

أقسام الجزء الجانبي لشفرات الفوهة المبردة

أ - تبريد الحمل الحراري بمنحرف ؛ ب - تبريد الحمل الحراري ؛ ج - تبريد مخترق ؛ د - التبريد داخل الجدار ؛
1 - عاكس 2 - شفرة الزهر. 3 - طلاء مسامي 4 - طلاء عازل للحرارة.
أرز. 2

تستخدم أجهزة الفوهة غير القابلة للفصل في شكل أغشية ملحومة. إنها تتطلب تدابير تصميم خاصة لضمان المرونة الحرارية وتجنب المقود. يفضل استخدام أغشية مجوفة ورقيقة الجدران بدون انقسام أفقي.
من المستحسن أيضًا أن تكون دوارات الفوهة غير المبردة مجوفة لتقليل الضغوط الحرارية في الحواف الخلفية أثناء التوقف المفاجئ. في جميع الحالات ، من الضروري تقليل إزالة الحرارة من دوارات الفوهة إلى الأجزاء الثابتة التي تربطها.
تتطلب الفوهات ثنائية العمود وثلاثة أعمدة التسامح الصارم لمنطقة قسم المخرج في المرحلة الأولى من كل توربين لضمان التوزيع المحسوب لقطرات الحرارة بينهما. في حالة العمل ، تزداد مساحة توربينات الضغط العالي والمنخفض بمقدار مختلف.
تتطلب أجهزة الفوهة القابلة للتعديل اهتمامًا خاصًا في التصميم. لتقليل الخلوص الشعاعي في نهايات الشفرات ، يجب عمل الأسطح الزوال المجاورة لريش التوجيه الدوارة على طول المجالات الموصوفة بأنصاف الأقطار من المركز الموجود عند تقاطع محور مرتكز الدوران مع محور التوربينات (الشكل 1 ، ج). يتم تحقيق تبسيط التصميم من خلال عدد صغير نسبيًا من الشفرات العريضة ، ومع ذلك ، فإن الخلوص المحوري بين الفوهة وشفرات العمل يتغير بقوة أكبر عند الدوران. نطاق التشغيل المطلوب لتغيير منطقة الفوهة هو ± 10٪.
ضمن تصميمات مختلفةتعتبر شفرات الفوهة المبردة ، وشفرات العاكس أكثر شيوعًا من غيرها (الشكل 2 ، أ). عادة ما يتم تصنيع الغلاف الخارجي للحمل عن طريق الصب الدقيق. يتيح العاكس ذو الجدران الرقيقة الإضافي إمكانية تنظيم تبريد الحمل الحراري الجيد للجدران والتبريد النفاث من داخل الحافة الأمامية للشفرة. يترك المبرد الشفرة في أغلب الأحيان من خلال الحافة الأمامية ، التي يتم إجراؤها بواسطة التجويف أو بالقرب منها. في مثل هذه الشفرات ، يتحرك المبرد عبر محور الشفرة. في التصميمات المبكرة لأجهزة الفوهة المبردة للمرحلة الأولى ، تم استخدام التدفق الطولي لسائل التبريد دون تصريف الهواء إلى الحافة. الآن ، نظرًا لتأثير التبريد الصغير ، نادرًا ما يتم استخدام مثل هذه التصميمات وفي المرحلة الثانية أو الثالثة فقط.
مزايا الشفرة ذات العاكس الإضافي للمقطع العرضي للمبرد:
تقارب معاملات نقل الحرارة للهواء والغاز ، مما يعطي درجة حرارة موحدة على المقطع العرضي للشفرة ؛
إمكانية تنفيذ تبريد متباين لأجزاء الشفرة في الارتفاع وفي المقطع العرضي بسبب موقع وعدد الثقوب في العاكس ؛
القدرة على التحكم في عمق تبريد الشفرة في عملية إنهاء أو زيادة المورد ؛
البساطة النسبية لتكثيف التبادل الحراري من الهواء بسبب المضطربات المختلفة.
العاكس عبارة عن غلاف رقيق الجدران من جزأين ، متصلاً باللحام النقطي أو الأسطوانة ، وأحيانًا اللحام. من الممكن تصنيع انحراف عن طريق تشويه وتوسيع أنبوب رقيق الجدران. يربك ثقب في أماكن معينةيسمح بتكثيف نقل الحرارة بالحمل الحراري بسبب التبريد النفاث. يسمى تركيز التبريد النفاث في مكان واحد تبريد الدش.
تُستخدم شفرات الفوهة المزودة بتبريد الغشاء الحراري في درجات حرارة الغاز المرتفعة (Tg> 1200-1250 ° C) مقارنة بالحمل الحراري البحت. هذا يستهلك هواء تبريد أكثر من بدون فيلم التبريد المنفوخ. ومع ذلك ، بالنسبة لريش الفوهة في المرحلة الأولى ، فإن هذا ليس حرجًا. تتمثل ميزة تبريد الشفرات بغشاء الحمل الحراري (الشكل 2 ، ب) في إمكانية حدوث انخفاض إضافي في درجة حرارة المعدن بمقدار 100 درجة مئوية أو أكثر. ميزة أخرى هي إمكانية القضاء على ارتفاع درجة الحرارة المحلية للشفرة عن طريق إنشاء فتحة نفخ إضافية أمام القسم بدرجة حرارة مبالغ فيها. ومع ذلك ، يتم غسل الفيلم بسرعة ويجب تكرار فتحات النفخ. بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي تأثير الفيلم المحقون على الطبقة الحدودية إلى زيادة الخسائر الديناميكية الهوائية. أثناء تبريد الفيلم ، عادة ما تكون هناك درجة حرارة غير متساوية عبر المقطع العرضي للشفرة.
في نهاية الثمانينيات ، لم تكن شفرات الفوهة التي يتم دفعها محليًا مع تبريد الغشاء الحراري في نهاية الثمانينيات منتشرة على نطاق واسع ، ولكنها ظهرت في التسعينيات الجديدة.
من بين أنظمة التبريد لشفرات الفوهة التي يتم تطويرها ، ولكن لم يتم وضعها موضع التنفيذ ، سنذكر الشفرات ذات التبريد المخترق والشفرات ذات التبريد داخل الجدار.
التبريد المخترق ، حيث يمر الهواء من خلال ثقوب صغيرة (مسام) في جدار الشفرة ، مصمم لدرجات حرارة عالية جدًا ، على سبيل المثال Tg = 1600 درجة مئوية. في ظل هذه الظروف ، يمكن تحقيق انخفاض كبير في استهلاك هواء التبريد مقارنةً بتبريد الغشاء الحراري. يرتبط التبريد المخترق ارتباطًا وثيقًا بتقنية تصنيع جدران الشفرة أكثر من طرق التبريد الأخرى. كقاعدة عامة ، فإن دوارات الفوهة ذات التبريد المخترق هي دوارات الأكمام ، أي تغطي قشرة رقيقة النواة الصلبة للشفرة (الشكل 2 ، ج). تتمثل العيوب المهمة في الحاجة إلى تنقية شاملة لهواء التبريد وخطر انسداد المسام بسبب الجسيمات المشتتة الموجودة في منتجات الاحتراق.
نوع آخر واعد من شفرات الأكمام (القشرة) هو الشفرات مع التبريد داخل الجدار. هنا ، يتم استخدام التدفق الطولي لسائل التبريد (الشكل 2 ، د).

2. المواد المستخدمة في صناعة الشفرات

يتم تحديد درجة حرارة معدن ريش الفوهة بواسطة درجة حرارة سائل العمل ، وغسل الشفرات في مرحلة معينة ، وبواسطة نظام التبريد. إن ضغوط الانحناء الناتجة عن عمل تدفق الغاز هي 50-80 ميجا باسكال ، وفي تلك القوية الواعدة ذات درجات الحرارة العالية تصل إلى 130 ميجا باسكال.
تخضع الشفرات لتأثيرات ثابتة وديناميكية لتدفق الغاز. في هذه الحالة ، من الممكن حدوث انخفاض في درجات الحرارة مثل الصدمات الحرارية حتى 400 درجة مئوية ، وفي حالات واعدة تصل إلى 600-700 درجة مئوية. بالنسبة لتوربينات القيادة ، يصل عدد مرات البدء لكل مورد إلى 200 ، وللذروة - 5000. كما تتعرض الشفرات للتآكل والتآكل لتدفق منتجات الاحتراق بسرعة تصل إلى 700 م / ث. يمكن أن يصل محتوى الغبار في التدفق بجزيئات صلبة يصل حجمها إلى 100 ميكرون إلى تركيز 0.3 مجم / م 3. مع غير موات الأحوال الجويةيمكن أن تزيد هذه القيم لفترة وجيزة حتى 250 ميكرومتر و 2.5 مجم / م 3 ، على التوالي. في حالة وجود أجهزة لتنقية الهواء ، يجب ألا يتجاوز محتوى الغبار في تدفق الهواء المعايير المعمول بها.
حدد تحليل الظروف التي تعمل فيها الشفرات ودراسة الحوادث النموذجية للشفرات المتطلبات التالية لمادة شفرات فوهة التوربينات:
أ) مقاومة عالية للحرارة ، أي الحفاظ على قوة عالية عند درجة حرارة تشغيل عالية ؛
ب) اللدونة العالية المطلوبة للتوزيع المنتظم للضغوط على كامل مساحة المقطع العرضي للشفرة ؛ مقاومة جيدة للضغوط المحلية ؛
ج) قوة التعب العالية (التحمل) ؛
د) عامل التخميد العالي.
ه) استقرار الهيكل ، وضمان ثبات الخواص الميكانيكية أثناء تشغيل التوربينات ؛
ه) مقاومة عالية للأكسدة وتكوين القشور في درجات حرارة عالية ؛
ز) الخصائص التكنولوجية الملائمة ، مما يسمح باستخدام طرق أكثر عقلانية لمعالجة الشفرات (بشكل أساسي عن طريق القطع) وضمان التنفيذ الدقيق لحجم التشكيل الجانبي والنقاء العالي للمعالجة. يجب أن تكون الشفرة المعدنية مزورة جيدًا وختمها وبرشامها دون تكسير وثنيها جيدًا وملفوفة في حالة باردة. في حالة الهياكل الملحومة ، يلزم وجود قابلية لحام جيدة لمعدن الشفرات.
ح) مقاومة عالية للتآكل.
تُستخدم سبائك النيكل المصبوب أو المشغول كمواد لشفرات الفوهة في المراحل الأولى. عند درجات حرارة غاز تصل إلى 700 درجة مئوية ، تم استخدام الفولاذ الأوستنيتي سابقًا. بالنسبة إلى شفرات المراحل الأخيرة عند درجة حرارة غاز أقل من 580 درجة مئوية ، من الممكن أيضًا استخدام سبائك فولاذ الكروم. بالنسبة للشفرات التي تعمل في درجات حرارة أعلى من 650 إلى 8000 درجة مئوية ، يتم استخدام سبائك معدنية مقاومة للحرارة قائمة على النيكل. من بينها ZhS6K ، EI929VD ، EI893 ، N70VMYUT ، KhN80TBYu ، إلخ.
عند درجات حرارة غاز تصل إلى 800 درجة مئوية وما فوق ، وفي ظل وجود الكبريت في غاز الوقود وعند 720 درجة مئوية ، من الضروري وضع طبقات واقية على الفوهة وشفرات العضو الدوار التي تحتوي على محتوى من الكروم في السبيكة بنسبة أقل من 20٪ ، عن طريق الألمنيوم بالكروم ، أو المعالجة بالكروموسيليكون ، أو إزالة الصبغ بالألمنيوم ، وما إلى ذلك. سمك الطلاء الواقي هو 30-60 ميكرون.كما يتم استخدام طلاء المينا ، وللشفرات المبردة ، الطلاءات الواقية من الحرارة.

3. نوع الشغل

تُستخدم الأنواع التالية من الفراغات لتصنيع الشفرات: الفولاذ المسطح ، والصفائح الفولاذية ، والمطروقات ، والختم ، وشرائط التشكيل المدلفن على الساخن (ما يسمى بالشكل الملفوف المدلفن بالضوء) والصب الاستثماري. أكثر الفراغات شيوعًا للشفرات هي المقاطع المدلفنة الخفيفة والمطروقات.
نوع الشغل له تأثير كبير على العملية التكنولوجية اللاحقة للمعالجة ، لذلك ، عند اختيار قطع العمل المنطقية ، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار جميع ظروف الإنتاج المحددة ، وعلى وجه الخصوص ، شكل الشفرات وعددها وتوقيتها. طلبات.
الطريقة الرئيسية لتصنيع شفرات الفوهة هي صب الاستثمار بدقة ، بشكل أساسي من سبائك الصب LK4 ، ZhS6 ، ZhS6-K ، إلخ.
يتيح استخدام صب الاستثمار الدقيق الحصول على فراغات بأقل بدل ريش. يتم تصنيع الفراغات الخاصة بهذه الشفرات بشكل أساسي في معالجة أقفال الشفرات.
يتميز صب الشمع المفقود بالمزايا التالية مقارنة بالطرق الأخرى لإنتاج الفراغات لشفرات الفوهة ؛
1) إمكانية الحصول على قطع عمل ذات شكل معقد ، مع تشطيب سطحي من 5-ب ودقة داخل الفئة الرابعة ؛
2) إمكانية الحصول على شفرات مجوفة بسمك جدار يصل إلى 0.5 مم.
تشمل عيوب هذه الطريقة ما يلي:
1) الحاجة إلى استخدام سبائك باهظة الثمن ومواد مساعدة للصب ؛
2) مدة دورة الإنتاج.
في بعض المحركات ، بدأت شفرات جهاز الفوهة في صنعها من مادة مقاومة للحرارة من الألواح عن طريق الختم البارد ، يليها اللحام الكهربائي للحافة الخلفية.

4. المتطلبات الأساسية للشفرة بالقطع

تعتمد الجودة الجيدة للشفرات ، مثل جميع أجزاء التوربين الأخرى ، على التنفيذ الصحيح لأبعاد التصميم المحددة في الرسومات ونظافة معالجة السطح. كل جزء من النصل (الذيل وجزء العمل والرأس) له غرض مختلف. يعمل الذيل على ربط الشفرات بإحكام في غلاف التوربينات. جزء العمل مخصص لإدراك ضغط البخار والرأس لتثبيت الضمادة. إذا كان ذيل الكتفين متوافقين مع غرضه الرسمي أهمية عظيمةلديه درجة من الدقة التي يتم بها صنع جميع أبعاد الهبوط الخاصة بالذيل ، ثم بالنسبة لجزء العمل ، الذي لا تهبط أبعاده ، فإن درجة نقاء المعالجة لها أهمية كبيرة. يساعد السطح المصقول جيدًا لجزء العمل على تقليل فقد البخار بسبب الاحتكاك على سطح الشفرة ، مع زيادة مقاومة الشفرة للتآكل في نفس الوقت.
يمكن تقسيم جميع أحجام الشفرات ، وفقًا لمتطلبات دقتها ، إلى ثلاث مجموعات.
أولاً: الأبعاد التي تعتمد عليها طبيعة اتصال الريش بأجزاء أخرى من التوربين ، أي: تفاصيل الهبوط. يتضمن ذلك ، أولاً وقبل كل شيء ، أبعاد ذيول ومسامير ربط أشرطة الضمادات. يتم تنفيذ قطر الدعامة (مع مسمار مستدير) وعرض وسمك الدعامة (مع مسمار مستطيل) وفقًا لعمليات الإنزال الجارية من الفئة الرابعة.
ثانيًا: الأبعاد التي لا تهبط ولكنها تتطلب مزيدًا من الدقة. وتشمل هذه أبعاد أقسام أجزاء العمل ؛ الأبعاد التي تحدد تركيب الشفرات وموقع الثقوب لسلك التثبيت ، إلخ. يتم تنفيذ هذه الأبعاد إما وفقًا لفئتي الدقة الثالثة والرابعة ، أو وفقًا للتفاوتات غير القياسية المجانية التي تتراوح من 0.1 مم إلى 0.5 مم ، اعتمادًا على حجم الشفرة.
ثالثًا: الأبعاد الحرة ، والتي تشمل عادةً أبعاد الشرائح والشُطب والعناصر الأخرى الأقل أهمية للشفرات. دقة الأبعاد المجانية إما غير موحدة على الإطلاق أو مقتصرة على تفاوتات فئة الدقة السابعة. ومع ذلك ، حتى في حالة عدم وجود تفاوتات للأبعاد الحرة ، يتم تنفيذها عادةً وفقًا للتفاوتات المحددة للأبعاد المجانية بواسطة تعليمات تكنولوجية خاصة صادرة عن مؤسسة معينة.
يتم الحفاظ على نظافة معالجة أسطح المقاعد في الدرجة السادسة ، وملامح العمل وشرائح في أجزاء العمل - 8-9 الطبقة.
أبعاد الهبوط لوصلات الذيل هي الأكثر مسؤولية. يجب ضمان هذه الأبعاد ، بالإضافة إلى إنهاء المعالجة ، من خلال الدقة المناسبة للتشغيل وجودة أداة القطع. يظهر رسم لشفرة فوهة نموذجية في الشكل. 3.

رسم شفرة فوهة نموذجية

أ)

ب)

أ - تصميم غير قابل للقفل ، ب - بقفل.

أرز. 3

تتميز دقة تصنيع الأسطح الرئيسية للشفرات بالبيانات التالية:
تحمل سُمك ملف تعريف المنقار ………………… +0.5 - 0,2;
تحمل سمك الحافة …………………………. ± 0.2 ؛
انحناء الملف الشخصي .. ………………………. 0.8 مم ؛
انحناء الحافة الخلفية ……………. 0.8 مم ؛
التسامح لسمك جدار الشفرات المجوفة ..... ± 0.3 مم ؛
نظافة سطح القفل …………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………

5. عملية آلية نموذجية

يمكن تطوير العملية التكنولوجية لمعالجة أي شفرة جديدة بسهولة وسرعة بواسطة تقني في وجود المصنف والعمليات التكنولوجية النموذجية.
يتم معالجة السبائك التي تصنع منها الشفرات بشكل سيئ عن طريق القطع (خاصة باستخدام أداة معدنية). في هذا الصدد ، عادة ما يتم تنفيذ عمليات معالجة هذه الشفرات عن طريق الطحن.
بالنسبة للفراغات من شفرات جهاز الفوهة ، المصنوع من الصب الدقيق مع السماح بالريش للطحن ، فإن النوع الرئيسي للمعالجة هو طحن الأقفال.
عادة ما يتم الانتهاء من ريش النصل يدويًا على غرابيل رأس لتلميع. يتم التنظيف الأولي للقلم باستخدام عجلات جلخ بحجم حبة 46-60.تتكون العملية التكنولوجية المسيرة لتصنيع شفرات جهاز الفوهة (بأقفال) من العمليات التالية:

№ عمليات	اسم العملية	معدات

	التحكم بقطعة العمل
	طحن الطائرات المرجعية	آلة طحن السطح MSZ
	تنظيف المنضدة للحافة الخلفية مع تدفق السطح الرئيسي
	لف الطائرات الجانبية للقلعة من جانب الحوض الصغير	آلة اللف
	طحن طائرات القلعة	آلة طحن السطح MSZ
	طحن سبرو	آلة طحن السطح MSZ
	طحن طائرتين من القفل من الخلف	طحن السطح MSZ
	التآكل الكهربائي للفتحات الموجودة في القفل	تركيب خاص
	تدفق مائى - صرف	غسالة
	حفر أخدود على نعل القفل	آلة طحن عمودية
	صانع الأقفال (إبهار الحواف الحادة بعد المعالجة الآلية)
	الغسل والنفخ	غسالة
	التحكم المطلق
	كشف عيوب اللون	تركيب خاص
	تنظيف المناطق المعيبة بعد اكتشاف عيوب اللون	رأس تلميع
	النقش
	السيطرة بعد تنظيف الأماكن المعيبة
	التحكم في الانارة
	تنظيف العيوب بعد التحكم في الانارة	رأس تلميع
	الغسل والمسح	غسالة

تتكون عملية المسار التكنولوجية لتصنيع شفرات جهاز فوهة بدون قفل من العمليات التالية:

رقم العملية	اسم العملية	معدات
	فارغ - صب دقيق بدون بدل للمعالجة على القلم
	طحن نهاية القلم	آلة طحن السطح MSZ
	طحن نصف قطر من جانب الإدخال حافة	آلة طحن أفقية
	طحن نصف قطر من جانب الإدخال حافة	آلة طحن أفقية
	مقاعد البدلاء deburring بعد طحن وتفتيح الحواف الحادة	رأس تلميع
	الغسل والنفخ	غسالة
	التحكم المطلق
	كشف عيوب اللون	تركيب خاص
	عيوب التنظيف بعد الكشف عن عيوب اللون	رأس تلميع
	النقش
	السيطرة بعد التجريد
	التحكم في الانارة	تركيب خاص
	إزالة الأزيز بعد فحص الفلورسنت	رأس تلميع
	الغسل والمسح	غسالة

بعد ذلك ، يتم تلميع القلم بدوائر من اللباد باستخدام مادة كاشطة لاصقة. يتم التلميع في ثلاث تمريرات. حجم الحبيبات للمادة الكاشطة المستخدمة في هذا العلاج هو 60 و 180 و 220 على التوالي.

6. نوع الآلات

نظرًا لارتفاع كثافة اليد العاملة للضبط اليدوي للملف الشخصي في المصانع الفردية ، فقد جرت محاولات لميكنة هذه العمليات.
على التين. يوضح الشكل 4 آلة PSL حديثة لتلميع الجزء الخلفي من شفرات جهاز الفوهة. يمكن لهذه الآلة معالجة عدة أجزاء في نفس الوقت.
تم تصميم آلات MSH-81 و MSH-82 لمصنع موسكو لآلات الطحن (الشكل 5) لمعالجة شفرات الفوهة غير القابلة للقفل ، والتي يكون للظهر والجزء السفلي منها ملف تعريف ثابت في جميع الأقسام. تتم معالجة القلم بدائرة ملف تعريف ، يتم تصحيحها باستخدام قاطع ملف تعريف خاص. على التين. يوضح الشكل 6 جهازًا خاصًا يستخدم في آلات الطحن الأسطوانية لطحن الجزء الخلفي من ريش جهاز الفوهة.
يتكون الجهاز من آلية للدوران المتزامن لمغزل عجلة الطحن ومغزل الشعاع الأمامي ، وآلية لتضميد عجلة الطحن وآلية لقيادة الناسخة.
يتلقى المغزل 3 من رأس الطحن الدوران من محور دوران رأس الطحن عبر نظام من التروس لضمان تزامن دوران العجلة وقطعة العمل.
من مغزل المنتج ، يتم نقل الدوران بنسبة ترس 2: 1 إلى آلة نسخ حجمية 2 ، والتي تعمل على تلبيس عجلة الطحن. الدائرة 9 مصححة بـ آلية خاصة. على العمود 10 لآلية تضميد الدائرة ، يجلس ذراع بشكل صارم ، ويحمل أداة التنميط 8. في الطرف الآخر من العمود 10 ، يتم تثبيت بكرة 11 ، متصلة بالأسطوانة 6 ، متاخمة لآلة نسخ الصوت 12 • آلية الضماد تتحرك على طول محور دوران عجلة الطحن. للطحن الأولي لآلة نسخ الحجم ، يتم استخدام الشفرة المرجعية 6 ، والتي يستقر عليها القرص 7 ، لتحل محل عجلة الطحن.
عندما تدور الشفرة المرجعية 6 ، يتلقى القرص 7 حركة أفقية ، تنتقل عبر ذراع العمود 10 لآلية الضمادة إلى آلية عجلة الطحن ، والتي تطحن ملف تعريف الناسخة ثلاثية الأبعاد.
بعد طحن آلة النسخ الحجمي ، بدلاً من عجلة الطحن ، يتم تثبيت بكرة 11 ، قطرها يساوي قطر الدائرة. بدلاً من قطاع القرص ، يتم تثبيت Diamond 8 ، والذي يحدد عجلة الطحن. بعد تلبيس عجلة الطحن ، تتم معالجة الجزء الخلفي من الشفرة المثبتة بدلاً من الشفرة المرجعية.
يتم تصنيع شفرات جهاز الفوهة لعدد من محركات التوربينات الغازية من خلال طريقة صب الاستثمار بدقة مع السماح للطحن على الريش.
في هذه الحالة ، تشمل العملية التكنولوجية لمعالجة الشفرات (بالإضافة إلى العمليات المشار إليها) أيضًا عمليات طحن ملف تعريف الشفرة ، والتي يتم إجراؤها على آلات XSh-185V و XSh-186 وعلى آلات طحن عالمية حديثة.
تستخدم شفرات فوهة التصميم المجوفة على نطاق واسع في محركات توربينات الغاز ذات درجة الحرارة العالية. يتم تصنيع هذه الشفرات أيضًا عن طريق الصب الاستثمار ، حيث تشكل قضبان السيراميك أو قضبان أخرى تجويفًا داخليًا.
تتم معالجة أقفال شفرات جهاز الفوهة على المطاحن السطحية. يتم تثبيت الشفرة المعالجة في شريط خاص. في هذه الحالة ، يكون سطح الحوض وحافة القلم بمثابة قواعد. يتم تنفيذ المشبك على سطح الظهر. يتم تحقيق الترتيب المطلوب لطائرات الأقفال عن طريق قلب الكاسيت وتثبيته مع الأسطح المقابلة الشكل. 7.
يمكن إجراء معالجة قواعد شفرات جهاز الفوهة على آلة تجليخ السطح شبه الأوتوماتيكية من طراز BS-200. تعمل الآلة على دورة شبه أوتوماتيكية وتوفر توزيعًا موحدًا للبدل بين الظهر والحوض. تحتوي الماكينة على جهاز إلكتروني للتوزيع المنتظم للبدل على طول ملف تعريف القلم ، بالإضافة إلى جهاز لتضميد الدائرة الخالي من الماس. يتم تثبيت الأجزاء في تركيبات خاصة بمشبك سريع التحرير.

7. تحديد الشغل

أثناء المعالجة ، يتم توجيه قطعة العمل (الجزء) وفقًا لذلك ، يجب أن تكون ثابتة. يتم تحقيق ذلك عن طريق تثبيته في أداة تثبيت أو على جهاز.
على عكس أساس الشغل ، عند فرض عدد مختلف من السندات عليه وحرمانه من ثلاث درجات وأربع وخمس وست درجات من الحرية ، في جميع حالات تثبيت الشغل يجب حرمانه من ست درجات من الحرية .
لهذا الغرض ، يتم استخدام مجموعة متنوعة من أجهزة التثبيت (الميكانيكية ، الهيدروليكية ، الهوائية ، المغناطيسية ، الفراغ ، إلخ) ، بناءً على استخدام قوى الاحتكاك.
يجب أن تخلق أجهزة التثبيت في التركيبات اتصالًا مستمرًا بين القواعد والنقاط المرجعية (ضمان الأساس الصحيح) وعدم حركة قطعة العمل أثناء معالجتها (تثبيت قطعة العمل).
وتجدر الإشارة إلى أنه كلما قل عدد القواعد والنقاط المرجعية المستخدمة عند تأسيس قطع العمل ، كلما كان تصميم التركيبات أبسط وأكثر إنتاجية وأرخص. لذلك ، عند تأسيس قطع العمل المراد معالجتها ، من الضروري السعي لاستخدام أقل عدد من القواعد مع أقل عدد من النقاط المرجعية ، حيث يمكن ضمان أبعاد وشكل الجزء المحدد بواسطة الرسم.

صقل الجزء الخلفي من ريش الريش لجهاز الفوهة
على جهاز PSL حديث

المنظر العام ومنطقة العمل لطاحونة السطح
طرازي MSh-81 و MSh-82

أرز. 5

طحن الجزء الخلفي من شفرة الفوهة
على آلة نسخ وطحن حديثة

1 - توقف ، 2 - آلة تصوير ، 3 - مغزل ، 4 - إطار لتثبيت الشفرة المرجعية ، 5 - شفرة ، 6 - شفرة مرجعية ، 7 - قرص ، 8 - ماسي ، 9 - عجلة طحن ، 10 - أعمدة آلية الضبط ، 11 ، بكرة ، 12 قرص ناسخة.
أرز. 6

طحن طائرات اقفال ريش جهاز الفوهة

أرز. 7

8. التحكم الفني في الشفرات

يتم فحص الشفرات أثناء عملية المعالجة وبعد الانتهاء منها. يتضمن التحكم في الشفرة:
الكشف عن العيوب الخارجية والداخلية ؛ التحقق من خشونة الأسطح المعالجة وفقًا لمتطلبات الرسم ؛ التحقق من أبعاد وشكل ملامح القلم (الظهر والحوض) والأقفال وموضعها النسبي ؛ تحديد كتلة وتواتر التذبذبات الطبيعية للشفرات ؛ الاختبار الانتقائي لشفرات التوربينات والضاغط الدوار للتعب. في شفرات العمل المبردة المجوفة LPT ، يتم فحص معدل تدفق الماء عبر التجويف الداخلي (اختبارات تساقط الشفرات).
إن التحكم في العيوب الخارجية والداخلية في مادة الشفرات يجعل من الممكن تحديد التشققات والخطوط الشعرية على السطح ، والأصداف ، والمسامية ، والتشويش ، والشوائب الخارجية والرقائق في المادة. لهذا الغرض ، يتم استخدام طرق الحفر ، واكتشاف عيوب اللون ، والإنارة ، والمغناطيسية ، وطرق التحكم بالموجات فوق الصوتية.
تعتمد طريقة الجسيمات المغناطيسية على جذب جزيئات مسحوق الحديد إلى الأقطاب المغناطيسية التي تتشكل بالقرب من جزء ممغنط في أماكن الانقطاع. تكشف طريقة الجسيمات المغناطيسية عن شقوق بعرض فتحة يبلغ 0.001 مم أو أكثر ، وعمق 0.01 مم أو أكثر. ساهمت البساطة النسبية والموثوقية العالية لهذه الطريقة في تطبيقها على نطاق واسع.
تُستخدم طرق فحص اللون واللمعان (طرق الكشف عن الخلل الشعري) لاكتشاف العيوب التي تظهر على سطح أحد الأجزاء. تعتمد طريقة اكتشاف عيوب اللون على قدرة الطلاء الأحمر الخاص على اختراق عيوب السطح والطلاء الأبيض بعمق تمتص الطلاء الأحمر من عيب ، تكشف الطريقة عن شقوق بعرض يصل إلى 0.01 مم وعمق من 0.05 مم وطول من 0.3 مم.
تعتمد طريقة الإنارة (LUM-A) على قدرة بعض السوائل على التوهج عند تعريضها للإشعاع بالأشعة فوق البنفسجية. تكتشف طريقة الإنارة LUM-A بشكل موثوق الشقوق ، والمسام ، والتفتت ، وأغشية الأكسيد ، والانسدادات ، وما إلى ذلك التي تظهر على السطح. يكتشف شقوقًا صغيرة يصل عرضها إلى 0.01 مم وعمق يصل إلى 0.05 مم وعرض يصل إلى 0.2 مم. حساسية طريقة LUM-A أعلى قليلاً من طريقة الكشف عن عيوب اللون. يتم فحص العيوب الداخلية في مادة الشفرات بواسطة طرق الأشعة السينية والموجات فوق الصوتية.
تعتمد طريقة الأشعة السينية للكشف عن العيوب على توهين إشعاع الأشعة السينية بواسطة مادة الجزء ، حيث يتم تسجيل صورة الظل للجزء الشفاف على فيلم الأشعة السينية. تتمثل ميزة الطريقة في حساسيتها العالية للكشف عن المسام الداخلية ، والأصداف ، والشوائب الخارجية ، وما إلى ذلك في المادة.
من أجل نقل شفرات التوربينات المصبوبة ، يتم استخدام آلات الأشعة السينية للكابلات المتنقلة مثل RUP-100-10 و RUP-150-10-1 وما إلى ذلك.
تتيح طريقة الاختبار بالموجات فوق الصوتية باستخدام الموجات السطحية الكشف عن الشقوق السطحية والعيوب المعدنية للمادة. تستخدم هذه الطريقة عادة لاكتشاف الشقوق في الحواف الأمامية والخلفية ، في كثير من الأحيان أقل على سطح الظهر والحوض ، والتي تحدث أثناء تصنيع وتشغيل النصل. أصداء) من العيوب.
يتحكم أبعاد هندسية، وأشكال لمحات القلم والقفل وترتيبها المتبادل. عمليات هذا النوع من التحكم الفني للشفرات هي الأكثر كثافة في العمل. يمكن تقسيم الأجهزة المستخدمة في هذه العمليات إلى مجموعتين رئيسيتين: عدم الاتصال - الإسقاط الضوئي والتلامس - الميكانيكية والبصرية الميكانيكية والهوائية والهوائية.
يتم فحص ريشة الشفرة في المقاطع العرضية المحسوبة عن طريق طرق عدم الاتصال والتلامس. تتمثل إحدى طرق الفحص بدون جهات اتصال في التحقق من ملف التعريف على أجهزة العرض المستخدمة في الإنتاج الفردي. لم نجد أي استخدام لهم.
على نطاق صغير من الإنتاج ، يتم أحيانًا فحص ملف تعريف ريشة الشفرة باستخدام القوالب. يتم تحديد انحراف المظهر الجانبي للظهر والحوض عن القالب بصريًا من خلال الضوء أو باستخدام مسبار. التحكم في القلم بواسطة القوالب غير فعال وذاتي ويتطلب اقتصادًا مرهقًا لقياس القوالب.
في الإنتاج الضخم ، تم استخدام أدوات ميكانيكية مع مؤشرات قرص مضبوطة وفقًا للشفرة المرجعية. إنها بسيطة وسهلة الاستخدام ، ولكنها غير فعالة.
الأدوات متعددة الأبعاد وآلات القياس منتجة. يمكن إعادة تكوينها بسرعة للتحكم في الشفرات الأخرى باستخدام شفرة مرجعية. قاعدة تثبيت الشفرة عبارة عن قفل أو تجاويف مركزية ، اثنتان منها على الأسطح الجانبية للقفل وواحدة في نهاية الريش. تشتمل هذه الأجهزة على أجهزة ميكانيكية بصرية عالمية متعددة الأبعاد من نوع POMKL للتحكم المتزامن في ملف تعريف الجنيح ، وإزاحة الجنيح من محور القفل ، وزاوية الالتواء وسماكة الجنيح في المقاطع العرضية لشفرة الضاغط.
عادةً ما يتم فحص المعلمات الهندسية الرئيسية لأقفال التوربينات وشفرات الضاغط بواسطة أدوات ميكانيكية مع ضبط ساعات مؤشر وفقًا للمعيار.
يتم فحص تدفق المياه من خلال التجويف الداخلي لريش شفرات LPT المبردة من خلال تركيب خاص. يتم تثبيت الشفرة في الجهاز وتنسكب بالماء عند ضغط زائد يبلغ 4 ± 0.05 كجم / سم 2 (0.3 ± 0.005 ميجا باسكال) ودرجة حرارة 20 ± 5 بوصة مئوية لمدة 20 ثانية. تحقق من إنتاجية القناة الداخلية بحثًا عن مجموعة كاملة من الشفرات لهذا قارن متوسط معدل التدفق مع نتيجة تدفق كل شفرة في المجموعة ، ويجب ألا يتجاوز الفرق في تدفق المياه لشفرات العمل في المجموعة (الفرق) 13 ... 15٪ من متوسط تدفق المياه في مجموعة الشفرات
يتم فحص ترددات التذبذبات الطبيعية لشفرات التوربينات والضاغط على منصات الاهتزاز الكهروديناميكي.
يتم وزن الشفرات الدوارة للتوربين والضاغط على ميزان من النوع VTK-500 بدقة 0.1 جم.

9. التنفيذ الحقيقي العملية التكنولوجيةفي UTMZ

لنفكر في عملية تكنولوجية حقيقية على مثال ريشة التوجيه للمرحلة الأولى من GTN-6U. نوع قطعة العمل - صب الاستثمار ، مادة قطعة العمل - سبيكة KhN648MKYUT - USZMI - ZU.
التنفيذ الحقيقي للعملية التكنولوجية في المصنع لريش التوجيه
يتم عرض 6-11 مراحل من توربين GT-6-750 في الجدول. 3.
الجدول 3

رقم العملية	اسم ومحتوى العملية	معدات

	التحكم في المدخلات
	الطحن والتمركز. ينتهي التشذيب ويتوسط الجانبين.	مركز. طحن MP-71
	الطحن الأفقي. قم بطحن طائرات الذيل من جانب المظهر الجانبي الداخلي والخارجي في المراكز.	الطحن الأفقي 6M82G
	طحن. طحن مستوى الذيل من جانب المظهر الخارجي في المراكز.	طحن سطح 3B-722
	طحن. طحن مستوى الذيل من جانب الملف الشخصي الداخلي	طحن سطح 3B-722
	الطحن الأفقي. قم بطحن مستوى الذيل بزاوية من جانب مخرج الغاز مسبقًا في تمريرين.	الطحن الأفقي 6M83G
	الطحن العمودي. طحن سطح الذيل بزاوية من جانب مخرج الغاز نظيف.	الطحن العمودي 6 م
	الطحن الأفقي. قم بطحن مستوى الذيل من جانب الإدخال بزاوية مسبقًا.	الطحن الأفقي 6M82G
	الطحن العمودي. قم بطحن مستوى الذيل من جانب الدخول بزاوية نظيفة	الطحن العمودي 6 م
	تحول. شحذ عرقوب الخيوط.	تحول P.U. 16K20F3
	الطحن العمودي. قم بطحن جانبي المدخل والمخرج بطول جزء العمل.	الطحن العمودي FK-300
	الطحن الأفقي. طحن الشرائح على جانب مدخل الغاز نظيف.	الطحن الأفقي 6M83G
	الطحن الأفقي. قم بطحن الشرائح على جانب مخرج الغاز بشكل نظيف.	الطحن الأفقي 6M83G
	الطحن العمودي. قم بطحن شرائح المقطع الجانبي الداخلي والخارجي بزاوية 1050 'في 11 صفًا (باستثناء الخطوة 11) متسقة مع المظهر الجانبي الرئيسي.	الطحن العمودي 4FSL-4A
	الطحن العمودي. قم بطحن شرائح المقطع الجانبي الداخلي والخارجي في خط مستقيم لـ 11 سطراً متوافقاً مع المظهر الجانبي الرئيسي.	الطحن العمودي 4FSL-4A
	طحن. طحن الملامح الداخلية والخارجية في نفس الوقت في المراكز لـ 400 خط	طحن LSh-1A
	يتحكم. التحكم في العمليات 16.
	قفال. شاهد نصف القطر على الكتفين من جانب المظهر الجانبي الداخلي والخارجي للمدخل والخروج وفقًا للقوالب ؛ شطب 1x450
	طحن. طحن شرائح الملف الشخصي الداخلي والخارجي متدفق مع الملف الشخصي الرئيسي ؛ طحن الحافة الأمامية.	تلميع
	قفال. قم بلف حافة الخروج.
	التحكم المطلق.
	قطع. قطع القاعدة من نهاية جزء العمل.	قطع جلخ
	طحن. قم بتلميع الجوانب الخارجية والداخلية والحافة الأمامية والشرائح.	تلميع DSh-96
	قفال. قم بتلميع الحافة الخلفية باليد.
	قفال. بمناسبة تعيين النصل.
	يتحكم. تحقق من وجود شقوق.
	تدفق مائى - صرف
	التحكم المطلق	لوحة التحكم
	اختبار الاهتزاز

10. اقتراحات لتحسين العملية التكنولوجية

امتداد إنتاج متسلسلساهم البخار ، الناجم عن مهام تطوير صناعة الطاقة والغاز في البلاد ، في تسريع التقدم التقني في بناء التوربينات.
تم إحراز تقدم كبير بشكل خاص في هذا الاتجاه في إنتاج شفرات التوربينات. في جميع مراحل العملية التكنولوجية ، بدءًا من إعداد أسطح القاعدة الرئيسية ، يتم استخدام آلات خاصة وآلات CNC. أصبح إدخال آلات متعددة المغزل للطحن الدائري للمقاطع الداخلية والخارجية لأجزاء العمل للشفرات الطويلة ذات الخطوط العرضية أهم إجراء لزيادة إنتاجية العمالة وتحسين الجودة.
أتاح نقل معالجة مجموعة معينة من الشفرات إلى أدوات الآلة باستخدام التحكم في البرنامج إمكانية الجمع بين عدة عمليات في عملية واحدة وبالتالي تقصير دورة تحضير الشفرة وتحرير العامل من أداء المهام الثقيلة صنع يدوي، زيادة دقة المعالجة من حيث الأبعاد والخشونة من خلال القضاء على عمليات إعادة التعيين والعمل في ظروف قطع التصميم.
من بين الأعمال الواعدة المطلوبة مبرر علميوالتنفيذ يجب ذكر ما يلي:
- تحسين إنتاج الفراغات المختومة من حيث تقليل بدلات التصنيع ؛
- ميكنة أعمال الطحن للضبط الدقيق لمحات أجزاء العمل للشفرات الطويلة ؛
- إجراء أعمال بحثية لتحديد المعلمات المثبتة علميًا للانحرافات المسموح بها عن أبعاد التصميم لأجزاء المظهر الجانبي ، على التوالي ، لطول وعرض ريش العمل ودوارات التوجيه.
سيتم تحقيق تقدم تقني كبير في بناء التوربينات من خلال تنظيم التصميم المركزي وتصنيع الشفرات في مصنع واحد متخصص مع تصنيف واسع للشفرات ، وبالتالي ، نقل آليتها في التدفق وخطوط التشغيل تلقائيًا ، والتي يتم التحضير لها عمليًا. يجري تنفيذه بالفعل في الوقت الحاضر في محطة التوربينات ريش (LZTD).
عامل مهمسيكون التقدم التكنولوجي في هذا الحدث هو تقريب عملية تصميم الشفرات لإنتاجها. GTU-UPI 2002

يرجى القراءة قبل طرح سؤال:

ربما يعلم الجميع أنه بغض النظر عن مدى صعوبة المحاولة الصينية ، لا يمكنهم نسخ المحركات النفاثة الحديثة. الجميع. ما في وسعهم - قاموا بنسخه وحصلوا على DRY ، لكن لا يزال يتعين شراء المحرك في الاتحاد الروسي. لقد قرأت للتو مقالاً عن WIM: http://www.warandpeace.ru/ru/news/view/74298/ "لا تزال الصين غير قادرة على نسخ محرك نفاث حديث." علاوة على ذلك ، أفهم أن هناك تقنيات وتطورات ورياضيات فائقة الحداثة وما إلى ذلك ، وما إلى ذلك ... ولكن لفهم ماهية الأمر بمزيد من التفصيل ، أوصي بقراءة المقالة التالية.

المحركات والمواد

قوة أي محرك حرارييحدد درجة حرارة سائل العمل - في حالة المحرك النفاث ، هذه هي درجة حرارة الغاز المتدفق من غرف الاحتراق. كلما ارتفعت درجة حرارة الغاز ، زادت قوة المحرك ، وزادت قوة الدفع ، وزادت الكفاءة وخصائص الوزن أفضل. المحرك التوربيني الغازي به ضاغط هواء. يتم تشغيلها بواسطة توربينات غازية مثبتة على نفس العمود معها. يقوم الضاغط بضغط الهواء الجوي حتى 6-7 أجواء ويرسله إلى غرف الاحتراق ، حيث يتم حقن الوقود - الكيروسين -. إن تدفق الغاز الساخن المتدفق من الغرف - نواتج احتراق الكيروسين - يدور التوربين ، ويطير من خلال الفوهة ، ويخلق دفعًا نفاثًا ، ويدفع الطائرة. تتطلب درجات الحرارة المرتفعة التي تحدث في غرف الاحتراق ابتكار تقنيات جديدة واستخدام مواد جديدة لتصميم أحد أهم عناصر المحرك - الشفرات الثابتة والدوارة. التوربينات الغازية. يجب أن تتحمل ، لعدة ساعات ، دون أن تفقد قوتها الميكانيكية ، درجات الحرارة الهائلة التي يذوب فيها بالفعل العديد من الفولاذ والسبائك. بادئ ذي بدء ، ينطبق هذا على شفرات التوربينات - فهم يرون تدفق الغازات الساخنة المسخنة إلى درجات حرارة أعلى من 1600 كلفن ، نظريًا ، يمكن أن تصل درجة حرارة الغاز أمام التوربين إلى 2200 كلفن (1927 درجة مئوية). في وقت ولادة الطيران النفاث - بعد الحرب مباشرة - لم تكن المواد التي كان من الممكن صنع شفرات منها قادرة على تحمل الأحمال الميكانيكية العالية لفترة طويلة موجودة في بلدنا.
بعد فترة وجيزة من نهاية العظمى الحرب الوطنيةبدأ العمل في إنشاء سبائك لتصنيع شفرات التوربينات بواسطة مختبر خاص في VIAM. كان برئاسة سيرجي تيموفيفيتش كيشكين.

إلى إنجلترا للمعادن

حتى قبل الحرب ، تم إنشاء أول تصميم محلي لمحرك نفاث نفاث في لينينغراد بواسطة مصمم محركات الطائرات ، Arkhip Mikhailovich Lyulka. في أواخر الثلاثينيات من القرن الماضي ، تعرض للقمع ، ولكن ، توقعًا لاعتقاله على الأرجح ، تمكن من دفن رسومات المحرك في ساحة المعهد. خلال الحرب ، علمت قيادة البلاد أن الألمان قد صنعوا بالفعل طائرة نفاثة (كانت أول طائرة بمحرك نفاث هي الطائرة الألمانية "Heinkel" He-178 ، التي صُممت عام 1939 كمختبر طيران ؛ والطائرة ذات المحركين "Messerschmit" Me -262 أصبحت أول طائرة مقاتلة متسلسلة "ثم أطلق عليها ستالين L.P. Beria ، الذي كان مسؤولاً عن التطورات العسكرية الجديدة ، وطالب بالعثور على أولئك الذين يعملون في المحركات النفاثة في بلدنا. تم إطلاق سراح A.M. Lyulka بسرعة ومنحه غرفة في موسكو في شارع غالوشكين لأول محركات نفاثة لمكتب التصميم. وجد Arkhip Mikhailovich رسوماته وحفرها ، لكن المحرك وفقًا لمشروعه لم يعمل على الفور. ثم أخذوا ببساطة المحرك التوربيني الذي اشتراه من البريطانيين وكرروه مرة واحدة لكن الأمر واجه مواد لم تكن متوفرة في الاتحاد السوفيتي ، لكنها كانت متوفرة في إنجلترا ، وكان تركيبها بالطبع سريًا ، ومع ذلك كان من الممكن فك شفرته.
عند وصوله إلى إنجلترا للتعرف على إنتاج المحركات ، ظهر S. T. Kishkin في كل مكان في أحذية ذات نعل سميك مسامي. وبعد أن قام بجولة في المصنع حيث تمت معالجة شفرات التوربينات ، بالقرب من الماكينة ، كما لو كان بالصدفة ، داس على الرقائق التي سقطت من الجزء. تحطمت قطعة من المعدن في المطاط اللين ، وانحشرت فيه ، ثم تم إخراجها وخضعت بالفعل في موسكو لتحليل شامل. أتاحت نتائج تحليل المعدن الإنجليزي والبحث الخاص الشامل الذي تم إجراؤه في VIAM إمكانية إنشاء أول سبائك نيكل مقاومة للحرارة لشفرات التوربينات ، والأهم من ذلك ، تطوير أسس نظرية هيكلها وإنتاجها.

وقد وجد أن الحاملات الرئيسية لمقاومة الحرارة لهذه السبائك هي جسيمات دون مجهرية من الطور البيني المعدني على أساس مركب Ni 3 Al. يمكن أن تعمل الشفرات المصنوعة من سبائك النيكل الأولى المقاومة للحرارة لفترة طويلة إذا لم تتجاوز درجة حرارة الغاز أمام التوربين 900-1000 كلفن.

الصب بدلا من الختم

تم ختم شفرات المحركات الأولى من سبيكة مصبوبة في قضيب إلى شكل يشبه بشكل غامض منتجًا نهائيًا ، ثم تم تشكيلها بشكل طويل ومختوم بعناية. ولكن هنا نشأت صعوبة غير متوقعة: من أجل زيادة درجة حرارة العمل للمادة ، تمت إضافة عناصر صناعة السبائك إليها - التنغستن والموليبدينوم والنيوبيوم. لكنهم جعلوا السبيكة صلبة لدرجة أنه أصبح من المستحيل ختمها - لا يمكن تشكيلها بطرق التشوه الساخنة.
ثم اقترح كيشكين صب شفرات الكتف. كان المهندسون غاضبين: أولاً ، بعد الصب ، لا يزال يتعين تشكيل الشفرة ، والأهم من ذلك ، كيف يمكن وضع شفرة مصبوبة في المحرك؟ معدن الشفرات المختومة كثيف جدًا ، وقوته عالية ، ويظل المعدن المصبوب أكثر مرونة ومن الواضح أنه أقل متانة من المعدن المختوم. لكن Kishkin تمكن من إقناع المتشككين ، وأنشأت VIAM سبائك خاصة مقاومة للحرارة وسبائك تقنية صب الشفرة. تم إجراء الاختبارات ، وبعد ذلك بدأ إنتاج جميع محركات الطائرات النفاثة تقريبًا بشفرات التوربينات المصبوبة.
كانت الشفرات الأولى صلبة وطويلة الأمد درجة حرارة عاليةلا يمكن. كان من الضروري إنشاء نظام للتبريد. للقيام بذلك ، قررنا عمل قنوات طولية في الشفرات لتزويد هواء التبريد من الضاغط. لم تكن هذه الفكرة ساخنة جدًا: فكلما زاد تدفق الهواء من الضاغط إلى التبريد ، قل تدفقه إلى غرف الاحتراق. ولكن لم يكن هناك مكان نذهب إليه - يجب زيادة موارد التوربينات بأي ثمن.

بدأوا في تصميم شفرات بعدة قنوات تبريد تقع على طول محور النصل. ومع ذلك ، سرعان ما أصبح واضحًا أن مثل هذا التصميم كان غير فعال: يتدفق الهواء عبر القناة بسرعة كبيرة ، ومساحة السطح المبرد صغيرة ، والحرارة لا تتم إزالتها بشكل كافٍ. حاولت تغيير التكوين تجويف داخليالشفرات عن طريق إدخال عاكس هناك ، مما يؤدي إلى انحراف وتأخير تدفق الهواء ، أو لجعل القنوات ذات شكل أكثر تعقيدًا. في مرحلة ما ، توصل خبراء محركات الطائرات إلى فكرة مغرية - لإنشاء شفرة خزفية بالكامل: السيراميك يتحمل درجات حرارة عالية جدًا ، ولا يحتاج إلى تبريد. لقد مر ما يقرب من خمسين عامًا منذ ذلك الحين ، ولكن حتى الآن لم يصنع أحد في العالم محركًا بشفرات من السيراميك ، على الرغم من استمرار المحاولات.

كيف يتم تصنيع المجرفة المصبوبة

تسمى تقنية تصنيع شفرات التوربينات بصب الاستثمار. أولاً ، يُصنع نموذج شمعي للشفرة المستقبلية ، ويصب في قالب ، حيث يتم وضع أسطوانات الكوارتز أولاً بدلاً من قنوات التبريد المستقبلية (فيما بعد بدأوا في استخدام مواد أخرى). النموذج مغطى بكتلة خزفية سائلة. بعد أن يجف ، يذوب الشمع ماء ساخن، ويتم إطلاق كتلة السيراميك. اتضح شكلاً يمكنه تحمل درجة حرارة المعدن المنصهر من 1450 إلى 1500 درجة مئوية ، اعتمادًا على درجة السبيكة. يُسكب المعدن في القالب ، الذي يتجمد على شكل شفرة نهائية ، ولكن بقضبان كوارتز بدلاً من القنوات الموجودة بالداخل. تتم إزالة القضبان عن طريق إذابتها في حمض الهيدروفلوريك. يتم تنفيذ هذه العملية في غرفة محكمة الإغلاق بواسطة عامل يرتدي بدلة فضائية بخرطوم لتزويد الهواء. التكنولوجيا غير ملائمة وخطيرة وضارة.
لاستبعاد هذه العملية ، بدأت VIAM في صنع قضبان أكسيد الألومنيوم بإضافة 10-15٪ أكسيد السيليكون الذي يذوب في القلويات. لا تتفاعل مادة الشفرات مع القلويات ، وتتم إزالة بقايا أكسيد الألومنيوم بنفث قوي من الماء.
في الحياة اليوميةلقد اعتدنا على اعتبار منتجات الزهر خشنة وخشنة للغاية. لكننا نجحنا في اختيار مثل هذه التركيبات الخزفية بحيث يكون شكلها سلسًا تمامًا ولا يتطلب أي معالجة تقريبًا. هذا يبسط العمل إلى حد كبير: للشفرات شكل معقد للغاية ، وليس من السهل معالجتها.
تتطلب المواد الجديدة تقنيات جديدة. بغض النظر عن مدى ملاءمة إضافة أكسيد السيليكون إلى مادة القضبان ، كان لا بد من التخلي عنها. تبلغ درجة انصهار أكسيد الألومنيوم Al 2 O 3 2050 درجة مئوية ، وأكسيد السيليكون SiO 2 حوالي 1700 درجة مئوية فقط ، وقد دمرت السبائك الجديدة المقاومة للحرارة القضبان في عملية الصب.
من أجل أن يحتفظ قالب أكسيد الألومنيوم بقوته ، يتم إطلاقه عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة المعدن السائل الذي يُسكب فيه. بالإضافة إلى ذلك ، يجب ألا تتغير الهندسة الداخلية للقالب أثناء الصب: جدران الشفرات رقيقة جدًا ، ويجب أن تتطابق الأبعاد تمامًا مع الأبعاد المحسوبة. لذلك ، يجب ألا يتجاوز الانكماش المسموح به للقالب 1٪.

لماذا رفضت المجرفة المختومة

كما ذكرنا سابقًا ، بعد الختم ، كان لا بد من تشكيل الشفرة. في الوقت نفسه ، ذهب 90 ٪ من المعدن إلى رقائق. تم تعيين المهمة: لإنشاء تقنية صب دقيقة بحيث يتم الحصول على ملف تعريف شفرة معين على الفور ، ولن يكون المنتج النهائي إلا مصقولًا وتطبيقه بطبقة واقية من الحرارة. لا يقل أهمية عن التصميم الذي يتم تشكيله في جسم الشفرة ويقوم بمهمة تبريده.
وبالتالي ، من المهم جدًا صنع شفرة يتم تبريدها بكفاءة دون خفض درجة حرارة غاز العمل ولها قوة عالية على المدى الطويل. تم حل هذه المشكلة عن طريق ترتيب القنوات في جسم النصل والمخارج منه بحيث يظهر غشاء رقيق من الهواء حول الشفرة. في الوقت نفسه ، يقتلون عصفورين بحجر واحد: لا تتلامس الغازات الساخنة مع مادة الشفرة ، وبالتالي لا تسخنها ولا تبرد نفسها.
هناك بعض التشابه هنا مع الحماية الحرارية. صاروخ فضائي. عندما يدخل صاروخ إلى طبقات الغلاف الجوي الكثيفة بسرعة عالية ، يبدأ ما يسمى بالطلاء القرباني الذي يغطي الرأس في التبخر والاحتراق. إنه يأخذ التدفق الحراري الرئيسي ، وتشكل منتجات احتراقه نوعًا من الوسادة الواقية. يعتمد تصميم ريش التوربينات على نفس المبدأ ، حيث يتم استخدام الهواء فقط بدلاً من طلاء الذبيحة. صحيح ، يجب أيضًا حماية الشفرات من التآكل والتآكل.

إجراء صنع الشفرة على النحو التالي. أولاً ، يتم إنشاء سبيكة نيكل بمعايير محددة للقوة الميكانيكية ومقاومة الحرارة ، حيث يتم إدخال إضافات صناعة السبائك في النيكل: 6٪ ألومنيوم ، 6-10٪ تنجستن ، التنتالوم ، رينيوم وقليل من الروثينيوم. إنها تسمح بأداء أقصى درجات الحرارة العالية للسبائك المصنوعة من النيكل (هناك إغراء لزيادة هذه السبائك باستخدام المزيد من الرينيوم ، لكنها باهظة الثمن بجنون). الاتجاه الواعد هو استخدام النيوبيوم سيليسيد ، لكن هذه مسألة مستقبل بعيد.
ولكن هنا يتم سكب السبيكة في قالب عند درجة حرارة 1450 درجة مئوية وتبرد معه. يتبلور معدن التبريد ، مكونًا حبيبات منفصلة متساوية ، أي بنفس الحجم تقريبًا في جميع الاتجاهات. يمكن أن تكون الحبوب نفسها كبيرة وصغيرة. تلتصق بشكل غير موثوق به ، وانهارت شفرات العمل على طول حدود الحبوب وتحطمت إلى قطع صغيرة. لا يمكن أن تدوم شفرة واحدة أكثر من 50 ساعة. ثم اقترحنا إدخال معدل في مادة قالب الصب - بلورات الكوبالت ألومينات. إنها بمثابة مراكز ، نوى التبلور ، وتسريع عملية تكوين الحبوب. الحبوب موحدة ودقيقة. بدأت الشفرات الجديدة في العمل لمدة 500 ساعة. لا تزال هذه التكنولوجيا التي طورها إ. ن. كابلوف تعمل بشكل جيد. ونحن في VIAM ننتج أطنانًا من الكوبالت ألومينات ونوفرها للمصانع.
نمت قوة المحركات النفاثة ، وزادت درجة حرارة وضغط الغاز النفاث. واتضح أن الهيكل متعدد الحبيبات لمعدن الشفرة لن يكون قادرًا على العمل في ظل الظروف الجديدة. كانت هناك حاجة إلى أفكار أخرى. تم العثور عليها ، وإحضارها إلى مرحلة التطور التكنولوجي وأصبحت تعرف باسم التبلور الموجه. هذا يعني أن المعدن ، عندما يصلب ، لا يشكل حبيبات متساوية ، ولكن بلورات عمودية طويلة ممدودة بشكل صارم على طول محور النصل. سوف تقاوم الشفرة بهذا الهيكل الكسر جيدًا. أتذكر على الفور المثل القديم عن مكنسة لا يمكن كسرها ، على الرغم من أن كل أغصانها تتكسر دون صعوبة.

كيف يتم إجراء عملية التبلور الاتجاهي

لكي تنمو البلورات المكونة للشفرة بشكل صحيح ، تتم إزالة القالب المعدني المنصهر ببطء من منطقة التسخين. في الوقت نفسه ، يقف النموذج مع المعدن السائل على قرص نحاسي ضخم يتم تبريده بالماء. يبدأ نمو البلورات من القاع ويرتفع بمعدل تقريبًا سرعة متساويةخروج القالب من السخان. عند إنشاء تقنية التبلور الاتجاهي ، كان من الضروري قياس وحساب العديد من المعلمات - معدل التبلور ، ودرجة حرارة السخان ، وتدرج درجة الحرارة بين السخان والمبرد ، إلخ. ستنمو البلورات على طول النصل بالكامل. في ظل كل هذه الظروف ، تنمو 5-7 بلورات عمودية طويلة لكل سنتيمتر مربع من قسم الشفرة. مكنت هذه التكنولوجيا من إنشاء جيل جديد من محركات الطائرات. لكننا ذهبنا إلى أبعد من ذلك.
بعد دراسة البلورات العمودية المزروعة بطرق حيود الأشعة السينية ، أدركنا أنه يمكن تصنيع الشفرة بالكامل من بلورة واحدة ، والتي لن يكون لها حدود حبيبية - وهي العناصر الهيكلية الأضعف التي يبدأ على طولها التدمير. للقيام بذلك ، قاموا بصنع بذرة تسمح فقط لبلورة واحدة بالنمو في اتجاه معين (الصيغة البلورية لمثل هذه البذرة هي 0-0-1 ؛ هذا يعني أن البلورة تنمو في اتجاه Z ، ولكن ليس في XY اتجاه). تم وضع البذرة في الجزء السفلي من القالب وسكب المعدن ، وتبريده بشكل مكثف من الأسفل. اكتسبت البلورة المفردة المتنامية شكل شفرة.
استخدم المهندسون الأمريكيون بلورة نحاسية مبردة بالماء للتبريد. وبعد عدة تجارب ، استبدلناها بحمام بقصدير مصهور عند درجة حرارة 600-700 كلفن ، مما جعل من الممكن تحديد تدرج درجة الحرارة المطلوب بدقة أكبر والحصول على منتجات عالية الجودة. في VIAM ، تم إنشاء تركيبات مع حمامات لتنمية الشفرات أحادية البلورة - آلات متقدمة للغاية مع التحكم في الكمبيوتر.
في التسعينيات ، عندما انهار الاتحاد السوفياتي ، بقيت الطائرات السوفيتية في ألمانيا الشرقية ، وخاصة مقاتلات MiG. كانت لديهم شفرات من إنتاجنا في محركاتهم. تم فحص معدن الشفرات من قبل الأمريكيين ، وبعد ذلك بقليل وصل المتخصصون إلى VIAM وطلبوا إظهار من قام بإنشائه وكيف. اتضح أنه تم تكليفهم بمهمة صنع شفرات بلورية واحدة بطول متر ، والتي لم يتمكنوا من حلها. لقد صممنا تركيبًا للصب عالي التدرج للشفرات الكبيرة لتوربينات الطاقة وحاولنا تقديم تقنيتنا إلى Gazprom و RAO "UES of Russia" ، لكنهم لم يبدوا أي اهتمام. ومع ذلك ، فقد جهزنا تقريبًا منشأة صناعية لصب الريش بطول متر ، وسنحاول إقناع إدارة هذه الشركات بضرورة تنفيذها.

بالمناسبة ، تعد توربينات صناعة الطاقة مهمة أخرى مثيرة للاهتمام حلها VIAM. بدأ استخدام محركات الطائرات التي نفد عمرها التشغيلي في محطات ضاغط أنابيب الغاز وفي محطات الطاقة التي تغذي مضخات أنابيب النفط. الآن أصبح إنشاء محركات خاصة لهذه الاحتياجات مهمة ملحة تعمل في درجات حرارة وضغط أقل بكثير من غاز العمل ، ولكن لفترة أطول. إذا كان مورد محرك الطائرة حوالي 500 ساعة ، فيجب أن تعمل التوربينات على خط أنابيب النفط والغاز من 20 إلى 50 ألف ساعة. كان من أوائل من تعامل معهم مكتب تصميم سامارا تحت قيادة نيكولاي دميترييفيتش كوزنتسوف.

سبائك مقاومة للحرارة

لا تنمو الشفرة أحادية البلورة صلبة - بداخلها تجويف ذو شكل معقد للتبريد. جنبًا إلى جنب مع CIAM ، قمنا بتطوير تكوين تجويف يوفر معامل كفاءة تبريد (نسبة درجات حرارة معدن الشفرة وغاز العمل) يساوي 0.8 ، أي أعلى مرة ونصف تقريبًا من المنتجات التسلسلية.

هذه هي الشفرات التي نقدمها لمحركات الجيل الجديد. الآن تصل درجة حرارة الغاز أمام التوربين بالكاد إلى 1950 كلفن ، وفي المحركات الجديدة ستصل إلى 2000-2200 كلفن بالنسبة لهم ، لقد طورنا بالفعل سبائك عالية الحرارة تحتوي على ما يصل إلى خمسة عشر عنصرًا من الجدول الدوري ، بما في ذلك الرينيوم و الروثينيوم ، والطلاءات الواقية من الحرارة ، والتي تشمل النيكل والكروم والألمنيوم والإيتريوم ، وفي المستقبل - السيراميك من أكسيد الزركونيوم المستقر بأكسيد الإيتريوم.

في سبائك الجيل الأول ، كانت كمية صغيرة من الكربون موجودة في شكل كربيد التيتانيوم أو التنتالوم. توجد الكربيدات على طول حدود البلورات وتقلل من قوة السبيكة. تخلصنا من الكربيد واستبدلناه بالرينيوم وزاد تركيزه من 3٪ في العينات الأولى إلى 12٪ في العينات الأخيرة. يوجد القليل من احتياطيات الرينيوم في بلادنا ؛ هناك ودائع في كازاخستان ، ولكن بعد الانهيار الاتحاد السوفياتيتم شراؤها بالكامل من قبل الأمريكيين. لا تزال جزيرة إيتوروب التي يطالب بها اليابانيون. لكن لدينا الكثير من الروثينيوم ، وفي السبائك الجديدة نجحنا في استبدال الرينيوم به.
يكمن تفرد VIAM في حقيقة أننا قادرون على تطوير كل من السبائك والتكنولوجيا لإنتاجها ، بالإضافة إلى طريقة صب المنتج النهائي. تم استثمار عمل ومعرفة ضخمة لجميع العاملين في VIAM في جميع الشفرات.

مرشح العلوم التقنية I. DEMONIS ، نائب المدير التنفيذي VIAM

مرشح العلوم التقنية I. DEMONIS ، نائب المدير العام لـ VIAM.

تطلب الطيران النفاث ، الذي بدأ إنشاؤه منذ الأربعينيات ، تطوير نوع جديد من المحركات. أحدثت المحركات النفاثة التوربينية الغازية الأكثر استخدامًا ثورة في تكنولوجيا الطيران.

العلم والحياة // الرسوم التوضيحية

تعمل شفرات التوربينات الغازية للمحرك النفاث في ظروف صعبة للغاية: فهي محاطة بتيار من الغازات الساخنة من غرف الاحتراق.

يخرج هواء التبريد الذي يتم توفيره من جانب محور التوربين إلى قنوات الريشة من وجهها النهائي.

قضبان المرجعية التي توضع في قالب لصب شفرة التوربينات الغازية. بعد تبريد قطعة العمل ، يتم إذابة القضبان وتبقى قنوات تمرير هواء التبريد في الشفرة النهائية.

يخلق الهواء المتسرب من الثقوب الموجودة في جانب الشفرات طبقة رقيقة من الهواء تعزل الشفرة عن الغازات الساخنة (على اليسار). القنوات المؤدية إلى الثقوب لها هندسة معقدة نوعًا ما (يمين).

يتجمد معدن النصل المصبوب على شكل بلورات بأحجام مختلفة ، متصلة بشكل غير آمن (على اليسار). بعد إدخال المعدل في المعدن ، أصبحت البلورات صغيرة وموحدة ، وزادت قوة المنتج (يمين).

حتى تنتج التبلور الاتجاهي لمادة النصل.

من خلال تحسين تقنية التبلور الاتجاهي ، كان من الممكن تنمية شفرة على شكل بلورة واحدة.

يتم إنشاء تجويف تبريد ذي شكل معقد في شفرات أحادية البلورة. جعلت التطورات الأخيرة في تكوينه من الممكن زيادة كفاءة التبريد للشفرات بمقدار مرة ونصف.

المحركات والمواد

تحدد قوة أي محرك حراري درجة حرارة سائل العمل - في حالة المحرك النفاث ، هذه هي درجة حرارة الغاز المتدفق من غرف الاحتراق. كلما ارتفعت درجة حرارة الغاز ، زادت قوة المحرك ، وزادت قوة الدفع ، وزادت الكفاءة وخصائص الوزن أفضل. المحرك التوربيني الغازي به ضاغط هواء. يتم تشغيلها بواسطة توربينات غازية مثبتة على نفس العمود معها. يقوم الضاغط بضغط الهواء الجوي حتى 6-7 أجواء ويرسله إلى غرف الاحتراق ، حيث يتم حقن الوقود - الكيروسين -. إن تدفق الغاز الساخن المتدفق من الغرف - نواتج احتراق الكيروسين - يدور التوربين ، ويطير من خلال الفوهة ، ويخلق دفعًا نفاثًا ، ويدفع الطائرة. تطلبت درجات الحرارة المرتفعة التي تحدث في غرف الاحتراق إنشاء تقنيات جديدة واستخدام مواد جديدة لتصميم أحد أهم عناصر المحرك - الشفرات الثابتة والدوارة للتوربينات الغازية. يجب أن تتحمل ، لعدة ساعات ، دون أن تفقد قوتها الميكانيكية ، درجات الحرارة الهائلة التي يذوب فيها بالفعل العديد من الفولاذ والسبائك. بادئ ذي بدء ، ينطبق هذا على شفرات التوربينات - فهم يرون تدفق الغازات الساخنة المسخنة إلى درجات حرارة أعلى من 1600 كلفن ، نظريًا ، يمكن أن تصل درجة حرارة الغاز أمام التوربين إلى 2200 كلفن (1927 درجة مئوية). في وقت ولادة الطيران النفاث - بعد الحرب مباشرة - لم تكن المواد التي كان من الممكن صنع شفرات منها قادرة على تحمل الأحمال الميكانيكية العالية لفترة طويلة موجودة في بلدنا.

بعد فترة وجيزة من نهاية الحرب الوطنية العظمى ، بدأ العمل على إنشاء سبائك لتصنيع شفرات التوربينات بواسطة مختبر خاص في VIAM. كان برئاسة سيرجي تيموفيفيتش كيشكين.

إلى إنجلترا للمعادن

عند وصوله إلى إنجلترا للتعرف على إنتاج المحركات ، ظهر S. T. Kishkin في كل مكان في أحذية ذات نعل سميك مسامي. وبعد أن قام بجولة في المصنع حيث تمت معالجة شفرات التوربينات ، بالقرب من الماكينة ، كما لو كان بالصدفة ، داس على الرقائق التي سقطت من الجزء. تحطمت قطعة من المعدن في المطاط اللين ، وانحشرت فيه ، ثم تم إخراجها وخضعت بالفعل في موسكو لتحليل شامل. أتاحت نتائج تحليل المعدن الإنجليزي والبحث الخاص الشامل الذي تم إجراؤه في VIAM إمكانية إنشاء أول سبائك نيكل مقاومة للحرارة لشفرات التوربينات ، والأهم من ذلك ، تطوير أسس نظرية هيكلها وإنتاجها.

الصب بدلا من الختم

ثم اقترح كيشكين صب شفرات الكتف. كان المهندسون غاضبين: أولاً ، بعد الصب ، لا يزال يتعين تشكيل الشفرة ، والأهم من ذلك ، كيف يمكن وضع شفرة مصبوبة في المحرك؟ معدن الشفرات المختومة كثيف جدًا ، وقوته عالية ، ويظل المعدن المصبوب أكثر مرونة ومن الواضح أنه أقل متانة من المعدن المختوم. لكن Kishkin تمكن من إقناع المتشككين ، وأنشأت VIAM سبائك خاصة مقاومة للحرارة وسبائك تقنية صب الشفرة. تم إجراء الاختبارات ، وبعد ذلك بدأ إنتاج جميع محركات الطائرات النفاثة تقريبًا بشفرات التوربينات المصبوبة.

كانت الشفرات الأولى صلبة ولا يمكنها تحمل درجات الحرارة العالية لفترة طويلة. كان من الضروري إنشاء نظام للتبريد. للقيام بذلك ، قررنا عمل قنوات طولية في الشفرات لتزويد هواء التبريد من الضاغط. لم تكن هذه الفكرة ساخنة جدًا: فكلما زاد تدفق الهواء من الضاغط إلى التبريد ، قل تدفقه إلى غرف الاحتراق. ولكن لم يكن هناك مكان نذهب إليه - يجب زيادة موارد التوربينات بأي ثمن.

بدأوا في تصميم شفرات بعدة قنوات تبريد تقع على طول محور النصل. ومع ذلك ، سرعان ما أصبح واضحًا أن مثل هذا التصميم كان غير فعال: يتدفق الهواء عبر القناة بسرعة كبيرة ، ومساحة السطح المبرد صغيرة ، والحرارة لا تتم إزالتها بشكل كافٍ. لقد حاولوا تغيير تكوين التجويف الداخلي للشفرة عن طريق إدخال عاكس هناك ، مما يؤدي إلى انحراف تدفق الهواء وتأخيره ، أو إنشاء قنوات ذات شكل أكثر تعقيدًا. في مرحلة ما ، توصل خبراء محركات الطائرات إلى فكرة مغرية - لإنشاء شفرة خزفية بالكامل: السيراميك يتحمل درجات حرارة عالية جدًا ، ولا يحتاج إلى تبريد. لقد مر ما يقرب من خمسين عامًا منذ ذلك الحين ، ولكن حتى الآن لم يصنع أحد في العالم محركًا بشفرات من السيراميك ، على الرغم من استمرار المحاولات.

كيف يتم تصنيع المجرفة المصبوبة

لاستبعاد هذه العملية ، بدأت VIAM في صنع قضبان أكسيد الألومنيوم بإضافة 10-15٪ أكسيد السيليكون الذي يذوب في القلويات. لا تتفاعل مادة الشفرات مع القلويات ، وتتم إزالة بقايا أكسيد الألومنيوم بنفث قوي من الماء. كان مختبرنا منخرطًا في تصنيع النوى ، وبدأت بنفسي في دراسة تكنولوجيا الصب ، ومواد قوالب السيراميك ، والسبائك والطلاءات الواقية للمنتجات النهائية ، والآن أقود هذا الاتجاه البحثي.

في الحياة اليومية ، اعتدنا على اعتبار منتجات الصب خشنة وخشنة للغاية. لكننا نجحنا في اختيار مثل هذه التركيبات الخزفية بحيث يكون شكلها سلسًا تمامًا ولا يتطلب أي معالجة تقريبًا. هذا يبسط العمل إلى حد كبير: للشفرات شكل معقد للغاية ، وليس من السهل معالجتها.

تتطلب المواد الجديدة تقنيات جديدة. بغض النظر عن مدى ملاءمة إضافة أكسيد السيليكون إلى مادة القضبان ، كان لا بد من التخلي عنها. تبلغ درجة انصهار أكسيد الألومنيوم Al 2 O 3 2050 درجة مئوية ، وأكسيد السيليكون SiO 2 حوالي 1700 درجة مئوية فقط ، وقد دمرت السبائك الجديدة المقاومة للحرارة القضبان في عملية الصب.

من أجل أن يحتفظ قالب أكسيد الألومنيوم بقوته ، يتم إطلاقه عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة المعدن السائل الذي يُسكب فيه. بالإضافة إلى ذلك ، يجب ألا تتغير الهندسة الداخلية للقالب أثناء الصب: جدران الشفرات رقيقة جدًا ، ويجب أن تتطابق الأبعاد تمامًا مع الأبعاد المحسوبة. لذلك ، يجب ألا يتجاوز الانكماش المسموح به للقالب 1٪.

لماذا رفضت المجرفة المختومة

كما ذكرنا سابقًا ، بعد الختم ، كان لا بد من تشكيل الشفرة. في الوقت نفسه ، ذهب 90 ٪ من المعدن إلى رقائق. تم تعيين المهمة: لإنشاء تقنية صب دقيقة من شأنها أن تنتج فورًا ملف تعريف شفرة معين ، وسيتعين فقط صقل المنتج النهائي وتطبيقه بطبقة واقية من الحرارة. لا يقل أهمية عن التصميم الذي يتم تشكيله في جسم الشفرة ويقوم بمهمة تبريده.

وبالتالي ، من المهم جدًا صنع شفرة يتم تبريدها بكفاءة دون خفض درجة حرارة غاز العمل ولها قوة عالية على المدى الطويل. تم حل هذه المشكلة عن طريق ترتيب القنوات في جسم النصل والمخارج منه بحيث يظهر غشاء رقيق من الهواء حول الشفرة. في الوقت نفسه ، يقتلون عصفورين بحجر واحد: لا تتلامس الغازات الساخنة مع مادة الشفرة ، وبالتالي لا تسخنها ولا تبرد نفسها.

يوجد هنا بعض التشابه مع الحماية الحرارية لصاروخ فضائي. عندما يدخل صاروخ إلى طبقات الغلاف الجوي الكثيفة بسرعة عالية ، يبدأ ما يسمى بالطلاء القرباني الذي يغطي الرأس في التبخر والاحتراق. إنه يأخذ التدفق الحراري الرئيسي ، وتشكل منتجات احتراقه نوعًا من الوسادة الواقية. يعتمد تصميم ريش التوربينات على نفس المبدأ ، حيث يتم استخدام الهواء فقط بدلاً من طلاء الذبيحة. صحيح ، يجب أيضًا حماية الشفرات من التآكل والتآكل. ولكن لمزيد من المعلومات حول هذا ، راجع الصفحة 54.

ولكن هنا يتم سكب السبيكة في قالب عند درجة حرارة 1450 درجة مئوية وتبرد معه. يتبلور معدن التبريد ، مكونًا حبيبات منفصلة متساوية ، أي بنفس الحجم تقريبًا في جميع الاتجاهات. يمكن أن تكون الحبوب نفسها كبيرة وصغيرة. تلتصق بشكل غير موثوق به ، وانهارت شفرات العمل على طول حدود الحبوب وتحطمت إلى قطع صغيرة. لا يمكن أن تدوم شفرة واحدة أكثر من 50 ساعة. ثم اقترحنا إدخال معدل في مادة قالب الصب - بلورات الكوبالت ألومينات. إنها بمثابة مراكز ، نوى التبلور ، وتسريع عملية تكوين الحبوب. الحبوب موحدة ودقيقة. بدأت الشفرات الجديدة في العمل لمدة 500 ساعة. لا تزال هذه التكنولوجيا التي طورها إ. ن. كابلوف تعمل بشكل جيد. ونحن في VIAM ننتج أطنانًا من الكوبالت ألومينات ونوفرها للمصانع.

نمت قوة المحركات النفاثة ، وزادت درجة حرارة وضغط الغاز النفاث. واتضح أن الهيكل متعدد الحبيبات لمعدن الشفرة لن يكون قادرًا على العمل في ظل الظروف الجديدة. كانت هناك حاجة إلى أفكار أخرى. تم العثور عليها ، وإحضارها إلى مرحلة التطور التكنولوجي وأصبحت تعرف باسم التبلور الموجه. هذا يعني أن المعدن ، عندما يصلب ، لا يشكل حبيبات متساوية ، ولكن بلورات عمودية طويلة ممدودة بشكل صارم على طول محور النصل. سوف تقاوم الشفرة بهذا الهيكل الكسر جيدًا. أتذكر على الفور المثل القديم عن مكنسة لا يمكن كسرها ، على الرغم من أن كل أغصانها تتكسر دون صعوبة.

كيف يتم إجراء عملية التبلور الاتجاهي

بعد دراسة البلورات العمودية المزروعة بطرق حيود الأشعة السينية ، أدركنا أنه يمكن تصنيع الشفرة بالكامل من بلورة واحدة ، والتي لن يكون لها حدود حبيبية - وهي العناصر الهيكلية الأضعف التي يبدأ على طولها التدمير. للقيام بذلك ، صنعوا بذرة تسمح فقط لبلورة واحدة بالنمو في اتجاه معين (الصيغة البلورية لمثل هذه البذرة هي 0-0-1 ؛ هذا يعني أنه في اتجاه المحور ضالبلورة تنمو ، وفي الاتجاه X-ص- لا). تم وضع البذرة في الجزء السفلي من القالب وسكب المعدن ، وتبريده بشكل مكثف من الأسفل. اكتسبت البلورة المفردة المتنامية شكل شفرة. بالمناسبة ، ظهر أول منشور عن هذه التكنولوجيا في مجلة "Science and Life" في عام 1971 ، في رقم 1.

استخدم المهندسون الأمريكيون بلورة نحاسية مبردة بالماء للتبريد. وبعد عدة تجارب ، استبدلناها بحمام بقصدير مصهور عند درجة حرارة 600-700 كلفن ، مما جعل من الممكن تحديد تدرج درجة الحرارة المطلوب بدقة أكبر والحصول على منتجات عالية الجودة. في VIAM ، تم إنشاء تركيبات مع حمامات لتنمية الشفرات أحادية البلورة - آلات متقدمة للغاية مع التحكم في الكمبيوتر.

في التسعينيات ، عندما انهار الاتحاد السوفياتي ، بقيت الطائرات السوفيتية في ألمانيا الشرقية ، وخاصة مقاتلات MiG. كانت لديهم شفرات من إنتاجنا في محركاتهم. تم فحص معدن الشفرات من قبل الأمريكيين ، وبعد ذلك بقليل وصل المتخصصون إلى VIAM وطلبوا إظهار من قام بإنشائه وكيف. اتضح أنه تم تكليفهم بمهمة صنع شفرات بلورية واحدة بطول متر ، والتي لم يتمكنوا من حلها. لقد صممنا تركيبًا للصب عالي التدرج للشفرات الكبيرة لتوربينات الطاقة وحاولنا تقديم تقنيتنا إلى Gazprom و RAO "UES of Russia" ، لكنهم لم يبدوا أي اهتمام. ومع ذلك ، فقد جهزنا تقريبًا منشأة صناعية لصب الريش بطول متر ، وسنحاول إقناع إدارة هذه الشركات بضرورة تنفيذها.

بالمناسبة ، تعد توربينات صناعة الطاقة مهمة أخرى مثيرة للاهتمام حلها VIAM. بدأ استخدام محركات الطائرات التي خرجت من الخدمة في محطات ضاغط أنابيب الغاز ومحطات الطاقة التي تغذي مضخات خطوط أنابيب النفط (انظر "Science and Life" No.). الآن أصبح إنشاء محركات خاصة لهذه الاحتياجات مهمة ملحة تعمل في درجات حرارة وضغط أقل بكثير من غاز العمل ، ولكن لفترة أطول. إذا كان مورد محرك الطائرة حوالي 500 ساعة ، فيجب أن تعمل التوربينات على خط أنابيب النفط والغاز من 20 إلى 50 ألف ساعة. كان من أوائل من تعامل معهم مكتب تصميم سامارا تحت قيادة نيكولاي دميترييفيتش كازنتسوف.

سبائك مقاومة للحرارة

في سبائك الجيل الأول ، كانت كمية صغيرة من الكربون موجودة في شكل كربيد التيتانيوم أو التنتالوم. توجد الكربيدات على طول حدود البلورات وتقلل من قوة السبيكة. تخلصنا من الكربيد واستبدلناه بالرينيوم وزاد تركيزه من 3٪ في العينات الأولى إلى 12٪ في العينات الأخيرة. يوجد القليل من احتياطيات الرينيوم في بلادنا ؛ توجد ودائع في كازاخستان ، ولكن بعد انهيار الاتحاد السوفيتي ، تم شراؤها بالكامل من قبل الأمريكيين ؛ لا تزال جزيرة إيتوروب التي يطالب بها اليابانيون. لكن لدينا الكثير من الروثينيوم ، وفي السبائك الجديدة نجحنا في استبدال الرينيوم به.

يكمن تفرد VIAM في حقيقة أننا قادرون على تطوير كل من السبائك والتكنولوجيا لإنتاجها ، بالإضافة إلى طريقة صب المنتج النهائي. تم استثمار عمل ومعرفة ضخمة لجميع العاملين في VIAM في جميع الشفرات.

انظر في غرفة حول نفس الموضوع

يتعلق الاختراع بإنتاج المسابك. يتم تصنيع شفرة المحرك التوربيني الغازي عن طريق الاستثمار في الصب. تحتوي نصل الكتف على ريشة 4 ، وفي نهايتها يوجد كعب 5 ، مصنوع على شكل قطعة واحدة مع ريشة. يحتوي الكعب على منصة 5 أ ، حيث يتكون الحمام الأول 12 بأسطح نصف قطرية 13 وقاع 14. يقلل الحمام 12 من سمك الكعب. في الحمام الأول ، على مستوى منطقة الواجهة 15 بين الريش والكعب ، يتم عمل حمام ثان 16 ، والذي يسمح بسكب المعدن في قالب الصدفة عند نقطة واحدة فقط. بسبب التوزيع المنتظم للمعدن ، يتم منع تكون المسامية في الجرافة. 3 ن. و 3 ز. f-ly ، 4 مرض.

رسومات لبراءة الاختراع RF 2477196

يتعلق الاختراع الحالي بشفرة من المعدن المصبوب وطريقة لصنعها.

يشتمل المحرك التوربيني الغازي ، مثل المحرك التوربيني ، على مروحة ، ومراحل ضاغط واحد أو أكثر ، وغرفة احتراق ، ومراحل توربينية أو أكثر ، وفوهة. يتم تشغيل الغازات بواسطة دوارات المروحة والضاغط والتوربينات ، نظرًا لوجود شفرات نصف قطرية مثبتة على محيط الدوارات.

يجب مراعاة مفاهيم الموضع أو الموقع الداخلي أو الخارجي أو الشعاعي أو الأمامي أو الخلفي فيما يتعلق بالمحور الرئيسي لمحرك التوربينات الغازية واتجاه تدفق الغاز في هذا المحرك.

تحتوي شفرة التوربينات المتحركة على ساق يتم توصيلها بالقرص الدوار ، وهي عبارة عن منصة تشكل عنصرًا من الجدار الداخلي يحد من مسار الهواء والغاز ، وريشة تقع بشكل أساسي على طول المحور الشعاعي ويتم نفخها بالغازات. اعتمادًا على مرحلة المحرك والتوربين ، عند نهايتها بعيدًا عن الجذع ، تنتهي الشفرة بعنصر مستعرض للمحور الرئيسي (الرئيسي) للجناح الجنيح ، يسمى الكعب ، والذي يشكل عنصرًا في الجدار الخارجي يحد من الغاز - مسار.

على السطح الخارجي للكعب ، تصنع واحدة أو أكثر من الألواح نصف القطرية أو الأسقلوب ، والتي تشكل جنبًا إلى جنب مع الجدار الثابت المقابل حشية متاهة توفر إحكامًا فيما يتعلق بالغازات ؛ لهذا ، كقاعدة عامة ، يتكون الجدار الثابت المذكور على شكل حلقة من مادة قابلة للتآكل ، والتي تحتك بها الألواح. تحتوي الألواح على جانب أمامي وجانب خلفي يقعان بشكل عرضي لتدفق الغاز.

يمكن أن تكون الشفرة أحادية الكتلة ، أي أن الساق والمنصة والريش والكعب مصنوعة على شكل قطعة واحدة. الشفرة مصنوعة بطريقة الصب تسمى "صب الشمع المفقود" وهي جيدة متخصصون معروفون. في هذا الطريق:

في السابق ، كان نموذج لوح الكتف مصنوعًا من الشمع ؛

النموذج مغمور في زلة خزفية مقاومة للحرارة ، تشكل غلافًا بعد إطلاق النار ؛

يتم إذابة الشمع وإزالته ، مما يجعل من الممكن الحصول على "شكل قشرة" من مادة مقاومة للحرارة ، يحدد حجمها الداخلي شكل الشفرة ؛

يُسكب المعدن المنصهر في قالب الصدفة ، بينما يتم دمج العديد من قوالب القشرة في كتلة للصب المتزامن للمعدن ؛

قالب الصدفة مكسور ، مما يجعل من الممكن الحصول على ملعقة معدنية.

في النقاط التي يُسكب فيها المعدن في القالب ، تتشكل نواتج معدنية سميكة نسبيًا على الشفرة المعدنية المصبوبة في القالب ، والتي يجب تشكيلها بعد تشكيل الشفرة. كقاعدة عامة ، يتم سكب المعدن على مستوى كعب النصل. يعتبر قطر قناة الصب ، وبالتالي ، التراكم المتشكل لاحقًا كبيرًا ، ويتم السكب بالقرب من ألواح حشية المتاهة ، ذات السماكة الصغيرة ؛ نتيجة لذلك ، إذا تم توفير نقطة سكب واحدة فقط ، فإن المعدن يتم توزيعه بشكل سيئ في قالب القشرة وهناك مشاكل في مسامية الشفرة ، لا سيما على مستوى شفراتها.

يمكن حل هذه المشكلة عن طريق توفير مدخلين للصب ، في حين يتم تقليل قطر قنوات الصب بالمقابل. وبالتالي ، بدلاً من قناة صب واحدة ذات قطر كبير ، يتم الحصول على قناتين صب بقطر أصغر ، متباعدتين ، مما يوفر توزيعًا أفضل للمعدن ويتجنب مشاكل المسامية.

ومع ذلك ، فمن المستحسن معالجة مشاكل المسامية هذه بالحفاظ على نقطة صب واحدة فقط.

في هذا الصدد ، فإن هدف الاختراع هو شفرة محرك توربيني غازي ، مصنوعة عن طريق الصب ، تحتوي على ريشة ، في نهايتها كعب ، مصنوع على شكل قطعة واحدة مع الريشة ، والتي تكون بها متصل على مستوى منطقة الواجهة ، بينما يحتوي الكعب على منصة يتم عليها ، وفقًا لصفيحة مانعة للتسرب واحدة على الأقل ، ويتم عمل الحمام الأول في المنصة ، ويتميز بأن الحمام الثاني يتم في الحمام الأول عند مستوى الواجهة بين الريش والكعب.

إن وجود حمام واحد في حمام آخر على مستوى منطقة الواجهة بين الجنيح والكعب يجعل من الممكن تجنب زيادة السماكة في هذه المنطقة وأثناء تشكيل الشفرة عن طريق الصب ، مما يوفر توزيعًا أفضل للمعدن السائل في العفن. يسمح التوزيع المحسن للمعدن السائل في القالب باستخدام طريقة الصب مع نقطة صب معدنية واحدة. تتمثل ميزة تصنيع الشفرة بنقطة صب واحدة في البساطة الاستثنائية لقالب الغلاف ، وإذا لزم الأمر ، كتلة قوالب القشرة ؛ يتم تقليل تكلفة تصنيع الشفرات مع تحسين جودتها.

بالإضافة إلى ذلك ، تم تحسين كمية المواد عند مستوى الكعب ، مما يقلل من وزن وتكلفة الشفرة.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم تحسين الضغوط الميكانيكية على الكعب و / أو الريش ويتم امتصاصها بشكل أفضل بواسطة الشفرة مع تحقيق توزيع أفضل للكتلة.

على نحو مفضل ، يكون الحمام الأول محددًا بالأسطح الشعاعية والقاع ، ويتكون الحمام الثاني في قاع الحمام الأول.

ويفضل أيضًا أن يكون الدرج الثاني مصنوعًا على طول المحور الرئيسي للشفرة مقابل منطقة الواجهة بين الكعب والريش.

من المستحسن أن يتم تشكيل الجنيح للشفرة بجدار صلب وأن يحتوي على أسطح منحنية في منطقة التزاوج ، بينما يحتوي الحمام الثاني على أسطح منحنية نصف قطرية وسطح سفلي ، وأن تكون الأسطح المنحنية الشعاعية للحمام الثاني موازية بشكل أساسي للحوض الثاني. الأسطح المنحنية للجنيح في منطقة التزاوج ، والتي توفر سمكًا ثابتًا للشفرة في منطقة الواجهة.

الهدف من الاختراع هو أيضًا توربين يحتوي على شفرة واحدة على الأقل وفقًا للاختراع الحالي.

الهدف من الاختراع هو أيضًا محرك توربين غازي يحتوي على توربين واحد على الأقل وفقًا للاختراع الحالي.

موضوع الاختراع هو أيضًا طريقة لتصنيع شفرة محرك توربين غازي ، تشتمل على الخطوات التالية:

يصنع نموذج شمعي للشفرة ، يحتوي على ريشة ، يصنع في نهايته كعب ، مكونًا جزءًا واحدًا مع الريشة ، والتي يتم توصيلها بها على مستوى منطقة الواجهة ، بينما يحتوي الكعب على منصة التي يتم فيها صنع لوح إحكام واحد على الأقل ، بينما يتم إجراء الحمام الأول على المنصة ، ويتم إجراء الحمام الثاني في الحمام الأول على مستوى منطقة الاقتران بين الريش والكعب ،

ملعقة مصنوعة من الشمع مغمورة في زلة مقاومة للحرارة ،

يتكون قالب الصدفة من مادة مقاومة للحرارة ،

يُسكب المعدن المنصهر في قالب القشرة من خلال مدخل سكب واحد ،

شكل الصدفة مكسور ويتم الحصول على ملعقة.

سيكون الاختراع الحالي أكثر وضوحًا من الوصف التالي لنموذج مفضل للشفرة وفقًا للاختراع الحالي وطريقة لعمله بالإشارة إلى الرسومات المصاحبة.

تين. الشكل 1 عبارة عن منظر جانبي تخطيطي لشفرة التوربين وفقًا للاختراع الحالي.

تين. 2 هو عرض متساوي القياس من الجزء الأمامي من الجانب الخارجي من كعب لوح الكتف.

تين. الشكل 3 عبارة عن عرض مقطعي للشفرة على طول المستوى الثالث والثالث من الشكل. 1.

تين. الشكل 4 هو منظر جانبي متساوي القياس للجانب الخارجي من كعب لوح الكتف.

كما يظهر في الشكل. في الشكل 1 ، يتم تشكيل الشفرة 1 وفقًا للاختراع الحالي بشكل عام على طول المحور الرئيسي A ، والذي يكون نصف قطري بشكل أساسي فيما يتعلق بالمحور B للمحرك التوربيني الغازي الذي يحتوي على الشفرة 1. ب هذه القضيةنحن نتحدث عن شفرة التوربينات لمحرك نفاث. تحتوي نصل الكتف 1 على ساق 2 تقع في الداخل ، ومنصة 3 ، وريشة 4 ، وكعب 5 ، وتقع في الخارج. كعب 5 اصحاب مع ريشة 4 في منطقة الواجهة 15. تم تصميم الساق 2 ليتم تثبيتها في مقبس الدوار للتركيب على هذا الدوار. المنصة 3 مصنوعة بين الساق 2 والقلم 4 وتحتوي على سطح يقع بشكل عرضي فيما يتعلق بالمحور A للشفرة 1 ، مما يشكل عنصرًا جدارًا يحد من مسار الهواء والغاز من جانبه الداخلي ؛ يتكون الجدار المذكور من جميع المنصات 3 من الريش 1 من مرحلة التوربينات المعنية ، والتي تكون متجاورة مع بعضها البعض. توجد الريشة 4 بشكل عام على طول المحور الرئيسي A للشفرة 1 ولها شكل ديناميكي هوائي يتوافق مع الغرض منها ، كما هو معروف لأولئك المهرة في المجال. يحتوي الكعب 5 على منصة 5 أ ، وهي مصنوعة في الطرف الخارجي للجناح 4 بشكل مستعرض بشكل أساسي للمحور الرئيسي A للشفرة 1.

كما يظهر في الشكل. 2 و 4 ، وسادة كعب 5 تحتوي على الحافة الأمامية 6 وحافة خلفية 7 موجهة بشكل عرضي فيما يتعلق بتدفق الغاز (يجري التدفق بشكل أساسي بالتوازي مع المحور B من المحرك التوربيني النفاث). هاتان الحافتان المستعرضتان ، الأمامية 6 والخلفية 7 ، متصلتان بحافتين جانبيتين 8 ، 9 ، والتي لها شكل حرف Z: كل حافة جانبية 8 ، 9 تحتوي على قسمين طوليين (8 أ ، 8 ب ، 9 أ ، 9 ب ، على التوالي) ، القسم المترابط 8 "، 9" ، على التوالي ، والذي يكون عرضيًا بشكل أساسي أو مصنوع بزاوية على الأقل بالنسبة لاتجاه تدفق الغاز. على طول الحواف الجانبية 8 ، 9 يتلامس الكعب 5 مع كعبي نصلتين متجاورتين على الدوار. على وجه الخصوص ، من أجل إخماد الاهتزازات التي تتعرض لها أثناء التشغيل ، يتم تثبيت الشفرات على قرص مع إجهاد الالتواء بشكل أساسي حول محورها الرئيسي أ. تم تصميم الكعب 5 بطريقة تجعل الشفرات عرضة للالتواء الضغط عند دعمه على الشفرات المجاورة على طول المقاطع العرضية 8 "، 9" الحواف الجانبية 8 ، 9.

بدءًا من السطح الخارجي للمنصة 5 أ من الكعب 5 ، يتم تصنيع الألواح الشعاعية 10 ، 11 أو الأسقلوب 10 ، 11 ، في هذه الحالة بمبلغ 2 ؛ من الممكن أيضًا توفير لوحة واحدة فقط أو أكثر من لوحين. صُنعت كل لوحة 10 ، 11 بشكل مستعرض للمحور B للمحرك التوربيني الغازي ، بدءًا من السطح الخارجي لمنصة الكعب 5 ، بين قسمين طوليين متقابلين (8a ، 8b ، 9a ، 9b) من الحواف الجانبية 8 ، 9 من كعب 5.

تتشكل المنصة 5 أ للكعب 5 بشكل عام بزاوية نصف قطرية فيما يتعلق بالمحور B لمحرك التوربينات الغازية. في الواقع ، في التوربين ، يزداد المقطع العرضي لمسار الهواء والغاز من مدخل إلى مخرج لضمان تمدد الغازات ؛ وبالتالي ، تتحرك المنصة 5 أ للكعب 5 بعيدًا عن المحور B للمحرك التوربيني الغازي من المدخل إلى المخرج ، بينما يشكل سطحها الداخلي الحدود الخارجية لمسار الهواء والغاز.

في المنصة 5 أ من الكعب 5 ، يتم تشكيل حمام أول 12 (بسبب تكوين القالب). هذا الحمام الأول 12 عبارة عن تجويف يتكون من الأسطح المحيطية 13 لتشكيل حافة ، والتي يتم تصنيعها بدءًا من السطح الخارجي لـ المنصة 5 أ ومتصلة بالسطح 14 ، وتشكل الجزء السفلي 14 من الحمام 12. الأسطح الطرفية 13 مرتبة بشكل نصف قطري وفي هذه الحالة تكون منحنية من الداخل ، وتشكل رفيقة بين السطح الخارجي للمنصة 5 أ و سطح قاع 14 من الحمام 12. هذه الأسطح الشعاعية المنحنية 15 بشكل عام موازية للحواف الجانبية 8 ، 9 والحواف المستعرضة 6 ، 7 منصات 5 أ من الكعب 5 ، تتبع شكلها عند النظر إليها من أعلى (على طول المحور الرئيسي أ للشفرة 1). قد لا تحتوي بعض مناطق الكعب 5 على مثل هذه الأسطح الشعاعية 13 ، وفي هذه الحالة ينتقل سطح قاع 14 من الحمام 12 مباشرةً إلى الحافة الجانبية (انظر الحافة 9 أ في الشكل 2) (تجدر الإشارة إلى ذلك في الشكل 2). 4. هذه المناطق ليست في نفس المكان).

تم بالفعل استخدام حمام 12 من هذا النوع في ملاعق معروفة. وتتمثل وظيفتها في تفتيح الكعب 5 مع الحفاظ على خواصه الميكانيكية: سمك المنصة 5 أ من الكعب 5 مهم بالقرب من الحواف الجانبية 8 ، 9 ، الأسطح الجانبيةالتي ، عند ملامستها للشفرات المجاورة ، تتعرض لضغوط قوية أثناء دوران الشفرة 1 ، في حين أن الجزء المركزي من المنصة 5 أ من الكعب 5 ، الذي يتعرض لضغط أقل ، مصنوع من تجويف يشكل الأول الحمام 12.

بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الكعب على صينية 16 في الدرج الأول 12 ، ويشار إليه فيما بعد بالدرج الثاني 16. الدرج الثاني 16 مصنوع على مستوى منطقة الواجهة 15 بين الكعب 5 والريش 4. على وجه الخصوص ، الدرج الثاني مصنوع على طول المحور الرئيسي A للشفرة 1 مقابل المنطقة 15 التي تقترن بين الكعب 5 والريش 4.

الحمام الثاني 16 عبارة عن تجويف مكون من أسطح طرفية 17 مكونا جانبًا يربط سطح قاع 14 من الحمام الأول 12 مع السطح 18 الذي يشكل قاع الحمام الثاني 16 (ويقع في الداخل فيما يتعلق بالسطح السفلي 14 من الحمام الأول 12). الأسطح الطرفية 17 مرتبة بشكل شعاعي بشكل كبير ، وفي هذه الحالة تكون منحنية على الجانبين الخارجي والداخلي ، وتشكل رفيقة بين السطح السفلي 14 من الحوض الأول 14 والسطح السفلي 18 للحوض الثاني 16. هذه الأسطح الشعاعية المنحنية 17 بشكل أساسي موازية لأسطح الريشة 4 ، متبعة شكلها عند رؤيتها من الأعلى (على طول المحور الرئيسي أ للشفرة 1) (انظر الشكل 4).

يتم تصنيع الحوض الثاني 16 أثناء التشكيل بالحقن (بمعنى آخر ، يتم تكييف تكوين قالب الغلاف الذي يسمح بتشكيل الشفرة 1 لتشكيل مثل هذا الحوض 16). يتم تصنيع الشفرة عن طريق الصب على نماذج الشمع المفقودة ، كما هو موضح أعلاه في الوصف.

يتجنب وجود الحمام الثاني 16 السماكة الزائدة في المنطقة 15 من الواجهة بين الكعب 5 والريش 4. نتيجة لذلك ، أثناء صب المعدن في قالب الصدفة ، يتم توزيع المعدن بشكل متساوٍ ، مما يجعل من الممكن تجنب تكوين المسامية ، حتى لو تم سكب المعدن عند نقطة سكب واحدة فقط.

وبالتالي ، يمكن تصنيع الشفرة 1 عن طريق طريقة صب الاستثمار بمدخل سكب معدني سائل واحد لكل قالب قشرة ، وهذه الطريقة أبسط وأرخص. إذا تم دمج النماذج في كتل ، فإن الطريقة تكون أبسط. بالإضافة إلى ذلك ، من خلال سكب القالب الصدفي من خلال مدخل سكب واحد ، فإن الشفرة المصنعة تحتوي فقط على تراكم متبقي واحد ، والذي تتم إزالته عن طريق المعالجة الآلية. تشغيل مثل هذا الجزء أبسط.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقليل الوزن وبالتالي تكلفة الشفرة 1 بسبب وجود الدرج الثاني 16 ، في حين يتم توزيع الضغوط على الكعب 5 ، وكذلك الضغوط على الريشة 4 ، و ، لذلك ، يدركها النصل بشكل أفضل 1.

في هذه الحالة ، يتم تصنيع القلم 4 على شكل جدار صلب ، أي بدون تبريد بمساعدة سترة أو تجويف مصنوع بسماكة جداره. على نحو مفضل ، تم تصميم الأسطح الطرفية 17 والسطح السفلي 18 للحوض الثاني 16 بطريقة تجعل سمك المضرب 1 ثابتًا إلى حد كبير في الواجهة 15 بين الكعب 5 والريش 4. هذا السمة المميزةواضح للعيان في الشكل. 3. على وجه الخصوص ، إذا قمنا بتعيين 15 أ ، 15 ب للأسطح المنحنية للريشة 4 عند مستوى منطقة الواجهة 15 بين الريشة 4 والكعب 5 ، إذن في الشكل. 3 يمكن ملاحظة أن الأسطح المنحنية الشعاعية 17 من الحمام الثاني 16 متوازية إلى حد كبير مع الأسطح المنحنية 15 أ ، 15 ب من الريشة 4 ، التي توجد عليها. في التجسيد الموضح ، لا يتطابق نصف قطر الأسطح الشعاعية المنحنية 17 للحمام الثاني 16 مع نصف قطر الأسطح المنحنية المقابلة 15 أ ، 15 ب للريشة 4 ، ولكن مع ذلك فإن هذه الأسطح متوازية بشكل أساسي.

جزء من الحمام الثاني 16 ، يقع في FIG. 3 على اليسار ، يتميز بشكل منحني مستمر دون أي مساحة مسطحة بين السطح الشعاعي المنحني 13 من الدرج الأول 12 ، والقاع 14 من الدرج الأول 12 والسطح الشعاعي المنحني 17 من الدرج الثاني 16. ومع ذلك ، على جزء من الدرج الثاني 16 ، الموجود في الشكل. رقم 3 على اليمين ، كل منطقة من هذه المناطق مرئية بوضوح. يعتمد تنفيذ الأقسام المختلفة بينهما في المنطقة قيد الدراسة (في القسم) على موضع أسطح الكعب 5 بالنسبة إلى أسطح الريش 4.

تم وصف الاختراع لشفرة توربين متحركة. في نفس الوقت ، في الواقع ، يمكن تطبيقه على أي شفرة مصنوعة عن طريق الصب واحتواء الريش ، وفي النهاية يتم صنع كعب على شكل قطعة واحدة مع ريشة.

مطالبة

1. شفرة المحرك التوربيني الغازي ، المصنوع عن طريق الصب ، والذي يحتوي على ريشة ، في نهايتها كعب ، مصنوع على شكل قطعة واحدة ذات ريشة ، يتم توصيلها بها على مستوى منطقة الواجهة ، بينما يحتوي الكعب على منصة يوجد عليها لوحة واحدة على الأقل مانعة للتسرب ، ويتم عمل الحمام الأول في المنصة ، ويتميز بأن الحمام الثاني يتم في الحمام الأول على مستوى منطقة الواجهة بين الريشة والكعب.

2. ملعقة وفقًا لعنصر الحماية 1 ، حيث يتم تحديد الحمام الأول بواسطة أسطح نصف قطرية وقاع ، ويتم تكوين الحمام الثاني في قاع الحمام الأول.

3. الشفرة وفقًا للمطالبة 1 ، حيث يتم عمل الدرج الثاني على طول المحور الرئيسي (أ) للشفرة المقابلة لمنطقة الواجهة بين الكعب والريش.

4. الشفرة وفقًا للمطالبة 3 ، حيث يتكون القلم من جدار صلب ويحتوي على أسطح منحنية في منطقة الواجهة ، ويحتوي الدرج الثاني على أسطح منحنية نصف قطرية وسطح سفلي ، بينما تحتوي الأسطح الشعاعية المنحنية للدرج الثاني توجد بشكل أساسي موازية للأسطح المنحنية للقلم في منطقة الواجهة ، مما يوفر سمكًا ثابتًا للشفرة في منطقة الواجهة.

5. توربين يحتوي على شفرة واحدة على الأقل وفقًا للمطالبة 1.

6. محرك توربيني غازي يحتوي على توربين واحد على الأقل وفقًا للمطالبة 5.