"Türbin" teması kapsamlı olduğu kadar karmaşıktır. Bu nedenle, elbette, tam olarak ifşa edilmesinden bahsetmek gerekli değildir. Her zamanki gibi "genel tanışma" ve "ayrı ilginç anlar" ile ilgilenelim ...

Aynı zamanda, havacılık türbininin tarihi, genel olarak türbin tarihine kıyasla çok kısadır. Bu, içeriği çoğunlukla havacılık için geçerli olmayan, ancak uçak motorlarında bir gaz türbininin kullanımıyla ilgili bir hikayenin temeli olan bazı teorik ve tarihsel geziler olmadan yapamayacağınız anlamına gelir.

Vızıltı ve uğultu hakkında...

Biraz alışılmadık bir şekilde başlayalım ve "" hakkında hatırlayalım. Bu, medyada genellikle deneyimsiz yazarlar tarafından güçlü uçakların işleyişini tanımlarken kullanılan oldukça yaygın bir ifadedir. Burada, aynı "uçak türbinleri" için "kükreme, ıslık" ve diğer yüksek sesli tanımları da ekleyebilirsiniz.

Birçoğu için oldukça tanıdık kelimeler. Bununla birlikte, anlayan insanlar, aslında tüm bu "sağlam" sıfatların, jet motorlarının bir bütün olarak veya türbinlerle çok az ilgisi olan parçalarının çalışmasını karakterize ettiğini çok iyi bilirler (tabii ki, istisna hariç). ortak çalışmaları sırasında karşılıklı etki). turbojet motorunun genel döngüsünde).

Üstelik, bir turbojet motorunda (sadece eleştirilerin amacı budur), bir gaz jetinin reaksiyonunu kullanarak itme yaratan bir doğrudan reaksiyon motoru olarak, türbin bunun sadece bir parçasıdır ve dolaylı olarak “ kükreyen kükreme”.

Ve bir düğüm gibi, bir şekilde baskın bir rol oynadığı motorlarda (bunlar dolaylı reaksiyon motorlarıdır ve bunlara denir gaz türbini), artık böyle etkileyici bir ses yok veya uçağın elektrik santralinin tamamen farklı parçaları, örneğin bir pervane tarafından yaratılıyor.

Yani, ne gümbürtü ne de kükreme, havacılık türbini gerçekten uygulamayın. Bununla birlikte, bu tür ses verimsizliğine rağmen, modern bir turbojet motorunun (GTE) karmaşık ve çok önemli bir birimidir ve genellikle ana operasyonel özelliklerini belirler. Tek bir gaz türbini motoru, tanımı gereği türbinsiz yapamaz.

Bu nedenle, konuşma, elbette, etkileyici sesler ve Rus dilinin tanımlarının yanlış kullanımı ile ilgili değil, ilginç bir birim ve havacılık ile ilişkisi hakkında, ancak bu onun tek alanından uzak olsa da. başvuru. Teknik bir cihaz olarak türbin, "uçak" (veya uçak) kavramı ortaya çıkmadan çok önce ortaya çıktı ve hatta daha fazlası gaz türbini motoru onun için.

Tarih + biraz teori...

Ve hatta çok uzun bir süre için. Doğa güçlerinin enerjisini faydalı eyleme dönüştüren mekanizmaların icadından beri. Bu konuda en basit ve bu nedenle ilk ortaya çıkanlardan biri sözde idi. döner motorlar.

Bu tanımın kendisi elbette sadece günümüzde ortaya çıktı. Bununla birlikte, anlamı sadece motorun basitliğini belirler. Herhangi bir ara cihaz olmadan doğrudan doğal enerji, böyle bir motorun ana güç elemanının - şaftın dönme hareketinin mekanik gücüne dönüştürülür.

türbin- döner motorun tipik bir temsilcisi. İleriye baktığımızda, örneğin bir pistonlu içten yanmalı motorda (ICE) ana elemanın piston olduğunu söyleyebiliriz. Pistonlu bir hareket gerçekleştirir ve çıkış milinin dönüşünü elde etmek için, yapıyı doğal olarak karmaşıklaştıran ve ağırlaştıran ek bir krank mekanizmasına sahip olmak gerekir. Türbin bu konuda çok daha karlı.

Döner tip bir içten yanmalı motor için, bu arada, bir turbojet motoru olan bir ısı motoru olarak, genellikle "döner" adı kullanılır.

Bir su değirmeninin türbin çarkı

Türbinin en ünlü ve en eski kullanımlarından biri, çok eski zamanlardan beri insanlar tarafından çeşitli ev ihtiyaçları için (sadece tahıl öğütmek için değil) kullanılan büyük mekanik değirmenlerdir. olarak muamele görürler su, ve yel değirmenleri mekanizmalar.

uzun bir süre boyunca Antik Tarih(ilk sözler yaklaşık MÖ 2. yüzyıla aittir) ve Orta Çağ tarihi, bunlar aslında insan tarafından pratik amaçlar için kullanılan tek mekanizmalardı. Teknik koşulların ilkelliğine rağmen uygulama olasılığı, kullanılan çalışma sıvısının (su, hava) enerjisini dönüştürmenin basitliğinden oluşuyordu.

Bir yel değirmeni, bir türbin çarkına bir örnektir.

Bu motorlarda aslında gerçek döner motorlar, suyun veya hava akışının enerjisi şaft gücüne dönüştürülür ve sonuçta faydalı iş. Bu, akış, çalışma yüzeyleri ile etkileşime girdiğinde olur. su çarkı bıçakları veya yel değirmeni kanatları. Aslında ikisi de modern bıçakların prototipidir. bıçak makineleri, şu anda kullanılan türbinler (ve bu arada kompresörler de).

Başka bir türbin türü bilinmektedir, ilk olarak eski Yunan bilim adamı, mekanik, matematikçi ve doğa bilimci İskenderiye Heron tarafından belgelenmiştir (görünüşe göre icat edilmiştir). balıkçıl ho Alexandreus,1 -th yüzyıl) onun tezinde Pnömatik. Tarif ettiği buluşa deniyordu. aeolipil Yunanca'da "Eol topu" anlamına gelen (rüzgar tanrısı, Αἴολος - Eol (Yunanca), pila top (enlem.)).

Aeolipil balıkçıl.

İçinde top, zıt yönde yönlendirilmiş iki tüp-meme ile donatıldı. Topa aşağıda bulunan bir kazandan borulardan giren ve böylece topu döndürmeye zorlayan nozullardan buhar çıktı. Eylem şekilden açıktır. Yan tarafa dönen sözde ters çevrilmiş türbindi, ters taraf buhar çıkışı. Türbinler bu türün özel bir adı vardır - reaktif (daha fazla ayrıntı - aşağıda).

Heron'un arabasındaki çalışan vücudun ne olduğunu hayal etmesi ilginçtir. O çağda buhar hava ile özdeşleştirildi, adı bile buna tanıklık ediyor, çünkü Eol rüzgara, yani havaya hükmediyor.

Eolipil, genel olarak, tam teşekküllü bir ısıtma motoru yanmış yakıtın enerjisini şaft üzerinde mekanik dönme enerjisine dönüştüren. Belki de tarihteki ilk ısı motorlarından biriydi. Doğru, buluş faydalı bir iş yapmadığından, kullanışlılığı hala “tamamlanmadı”.

Eolipil, o zamanlar bilinen diğer mekanizmalar arasında, sonraki yüzyıllarda çok popüler olan ve aslında sadece anlaşılmaz bir geleceği olan ilginç bir oyuncak olan "otomat tiyatrosu" denilen şeyin bir parçasıydı.

Yaratıldığı andan itibaren ve genel olarak, insanların ilk mekanizmalarında yalnızca “kendilerini açıkça gösteren” doğa güçlerini (rüzgar gücü veya düşen suyun yerçekimi) kullandığı çağdan, yakıtın termal enerjisinin güvenle kullanılmasına kadar. yeni yaratılan ısı motorları, yüzden fazla yıl geçti.

Bu tür ilk birimler buhar motorlarıydı. Gerçek çalışma örnekleri İngiltere'de ancak 17. yüzyılın sonlarına doğru icat edildi ve inşa edildi ve kömür madenlerinden su pompalamak için kullanıldı. Daha sonra piston mekanizmalı buhar motorları ortaya çıktı.

Gelecekte, teknik bilginin gelişmesiyle, çeşitli tasarımlara sahip pistonlu içten yanmalı motorlar, daha gelişmiş ve daha verimli mekanizmalar “sahneye girdi”. Zaten çalışma sıvısı olarak gazı (yanma ürünleri) kullandılar ve onu ısıtmak için hacimli buhar kazanlarına ihtiyaç duymadılar.

Türbinler termik motorların ana bileşenleri olarak, gelişimlerinde de benzer bir yoldan geçtiler. Ve tarihte bazı durumlardan ayrı olarak bahsedilmesine rağmen, ancak dikkati hak ediyor ve dahası, patentli de dahil olmak üzere belgelenmiş, birimler yalnızca 19. yüzyılın ikinci yarısında ortaya çıktı.

Her şey bir çiftle başladı...

Bu çalışma sıvısının kullanımı ile hemen hemen tüm temel prensipler bir ısı motorunun önemli bir parçası olarak türbin cihazları (bundan sonra gaz türbinleri olarak anılacaktır).

Laval tarafından patentli jet türbini.

Bu konuda oldukça karakteristik, yetenekli bir İsveçli mühendis ve mucidin gelişmeleriydi. Gustave de Laval(Karl Gustaf Patrik de Laval). O zamanki araştırması, artan sürüş hızına sahip yeni bir süt ayırıcı geliştirme fikriyle bağlantılıydı ve bu da verimliliği önemli ölçüde artırmayı mümkün kıldı.

En önemli elemanın - pistonun - büyük ataleti nedeniyle zaten geleneksel (ancak mevcut olan tek) pistonlu buhar motorunu kullanarak yüksek bir dönme hızı (devir) elde etmek mümkün değildi. Bunu fark eden Laval, piston kullanımını bırakmaya karar verdi.

Bu fikrin, kumlama makinelerinin çalışmalarını gözlemlerken aklına geldiği söyleniyor. 1883'te bu alandaki ilk patentini (İngiliz Patenti No. 1622) aldı. Patentli cihazın adı " Buhar ve su ile çalışan türbin».

Uçlarında sivrilen nozulların yapıldığı S şeklinde bir boruydu. Tüp, içinden buharın nozüllere beslendiği içi boş bir şaft üzerine monte edildi. Prensip olarak, tüm bunlar İskenderiye Heron'un eolipilinden hiçbir şekilde farklı değildi.

Üretilen cihaz, o zamanın teknolojisi için yüksek devirlerle oldukça güvenilir bir şekilde çalıştı - 42.000 rpm. Dönüş hızı 200 m/s'ye ulaştı. Ama böyle iyi parametrelerle türbin son derece düşük verimliliğe sahipti. Ve mevcut teknoloji ile arttırma girişimleri hiçbir şeye yol açmadı. Neden oldu?

——————-

Biraz teori ... Özellikler hakkında biraz daha ....

Bahsedilen verimlilik faktörü (modern uçak türbinleri için, bu sözde güç veya etkin verimlilik faktörüdür), türbin şaftını tahrik etmek için harcanan (mevcut) enerjinin kullanılmasının verimliliğini karakterize eder. Yani, bu enerjinin hangi kısmı şaftın dönüşü için faydalı bir şekilde harcandı ve ne " borudan aşağı gitti».

Sadece havalandı. Tanımlanan ve reaktif olarak adlandırılan türbin tipi için bu ifade tam olarak doğrudur. Böyle bir cihaz, çıkan gaz jetinin (veya bu durumçift).

Dinamik bir genleşme makinesi olarak bir türbin, hacimsel makinelerin (pistonlu makineler) aksine, çalışması için yalnızca çalışma sıvısının (gaz, buhar) sıkıştırılmasını ve ısıtılmasını değil, aynı zamanda hızlanmasını da gerektirir. Burada, özellikle memede hızlanma nedeniyle genleşme (özgül hacimde artış) ve basınç düşüşü meydana gelir. Bir pistonlu motorda bu, silindir odasının hacmindeki bir artıştan kaynaklanmaktadır.

Sonuç olarak, yanmış yakıtın termal enerjisinin kendisine verilmesi sonucu oluşan çalışma sıvısının bu büyük potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür (elbette eksi çeşitli kayıplar). Ve kinetik (bir jet türbininde) reaksiyon kuvvetleri yoluyla - şaft üzerindeki mekanik çalışmaya.

Ve bu ne kadar eksiksiz kinetik enerji bu durumda mekanik hale gelir ve bize verimi söyler. Ne kadar yüksekse, memeden çıkan akışın kinetik enerjisi o kadar az olur. çevre. Bu kalan enerjiye " çıkış hızı ile kayıp”ve giden akışın hızının karesiyle doğru orantılıdır (herkes muhtemelen mС 2/2'yi hatırlar).

Bir jet türbininin çalışma prensibi.

Burada mutlak hız C'den bahsediyoruz. Sonuçta, giden akış, daha doğrusu, parçacıklarının her biri karmaşık bir harekete katılır: doğrusal artı dönme. Böylece, mutlak hız C (sabit bir koordinat sistemine göre), türbin dönüş hızı U ve bağıl akış hızı W'nin (meme göre hız) toplamına eşittir. Toplam elbette şekilde gösterilen vektördür.

Segner tekerleği.

Minimum kayıplar (ve maksimum verimlilik), minimum hız C'ye karşılık gelir, ideal olarak sıfıra eşit olmalıdır. Ve bu ancak W ve U eşitse mümkündür (şekilde görülebilir). Bu durumda çevresel hız (U) denir en uygun.

Hidrolik türbinlerde (örn. Segner tekerleği), çünkü onlar için nozullardan sıvı çıkış hızı (W hızına benzer) nispeten düşüktür.

Ancak gaz veya buhar için aynı W hızı, sıvı ve gazın yoğunluklarındaki büyük farktan dolayı çok daha büyüktür. Yani, sadece 5 atm'lik nispeten düşük bir basınçta. bir hidrolik türbin sadece 31 m/s egzoz hızı ve bir buhar türbini 455 m/s verebilir. Yani, yeterince düşük basınçlarda bile (sadece 5 atm.), Laval'ın jet türbininin, yüksek verimlilik nedenleriyle, 450 m / s'nin üzerinde bir çevresel hıza sahip olması gerektiği ortaya çıktı.

O zamanki teknolojinin gelişme düzeyi için bu imkansızdı. Bu tür parametrelerle güvenilir bir tasarım yapmak imkansızdı. Göreceli (W) azaltarak optimal çevresel hızı azaltmak da mantıklı değildi, çünkü bu sadece sıcaklık ve basıncı ve dolayısıyla genel verimliliği azaltarak yapılabilir.

Laval aktif türbin...

Laval'ın jet türbini daha fazla gelişmeye yenik düşmedi. Yapılan girişimlere rağmen işler durma noktasına geldi. Sonra mühendis farklı bir yol izledi. 1889'da, daha sonra aktif adını alan farklı bir türbin tipinin patentini aldı. Yurtdışında (İngilizce) artık adını taşıyor dürtü türbini, yani dürtüsel.

Patentte talep edilen cihaz, hareketli bir türbin çarkının (veya diskinin) kenarına monte edilmiş kova şeklindeki bıçaklara buhar sağlayan bir veya daha fazla sabit memeden oluşuyordu.

Laval tarafından patentli aktif tek kademeli buhar türbini.

Böyle bir türbinde çalışma süreci aşağıdaki gibidir. Buhar, kinetik enerjinin artması ve basıncın düşmesi ile nozüllerde hızlanır ve rotor kanatlarının içbükey kısımlarına düşer. Çarkın kanatlarına çarpma sonucu dönmeye başlar. Veya dönmenin jetin dürtüsel hareketi nedeniyle gerçekleştiğini söyleyebilirsiniz. Bu nedenle İngilizce adı dürtütürbin.

Aynı zamanda, pratik olarak sabit bir kesite sahip olan kanatlar arası kanallarda, akış hızını (W) ve basıncını değiştirmez, yön değiştirir, yani geniş açılarda (180°'ye kadar) döner. Yani, memeden çıkışta ve bıçaklar arası kanalın girişinde varız: mutlak hız C 1 , bağıl W 1 , çevresel hız U.

Çıkışta sırasıyla C 2, W 2 ve aynı U. Bu durumda, W 1 \u003d 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.

Prensip olarak, bu süreç basitleştirilmiş bir şekilde gösterilmiştir. Ayrıca, işlemin açıklamasını basitleştirmek için, burada mutlak ve çevresel hız vektörlerinin pratik olarak paralel olduğu, akışın çarkta 180° yön değiştirdiği varsayılır.

Aktif bir türbin aşamasında buhar (gaz) akışı.

Hızları mutlak terimlerle düşünürsek, W 1 \u003d C 1 - U ve C 2 \u003d W 2 - U olduğu görülebilir. Böylece, yukarıdakilere dayanarak, optimum mod için, verimlilik alındığında maksimum değerlerde ve çıkış hızından kaynaklanan kayıplar minimum olma eğilimindedir (yani, C 2 =0) elimizde C 1 =2U veya U=C 1 /2 vardır.

Bunu aktif bir türbin için alıyoruz optimum çevresel hız nozuldan çıkış hızının yarısı, yani böyle bir türbin, bir jet türbininin yarısı kadar yüklenir ve daha yüksek verim elde etme görevi kolaylaştırılır.

Bu nedenle gelecekte Laval sadece bu tür türbinleri geliştirmeye devam etti. Bununla birlikte, gerekli çevresel hızdaki azalmaya rağmen, hala yeterince büyük kaldı, bu da eşit derecede büyük merkezkaç ve titreşim yükleri gerektirdi.

Aktif bir türbinin çalışma prensibi.

Bu, genellikle büyük zorluklarla çözülen yapısal ve mukavemet sorunlarının yanı sıra dengesizlikleri giderme sorunlarıyla sonuçlandı. Ek olarak, o zamanın koşullarında, sonuçta bu türbinin verimliliğini azaltan, çözülmemiş ve çözülemeyen başka faktörler de vardı.

Bunlar arasında, örneğin, kanatların aerodinamiğinin kusurlu olması, hidrolik kayıplar, ayrıca bireysel buhar jetlerinin titreşimli etkisi. Aslında, yalnızca birkaç hatta bir bıçak, bu jetlerin (veya jetlerin) hareketini aynı anda algılayan aktif bıçaklar olabilir. Gerisi aynı anda boşta hareket ederek ek direnç yarattı (buhar atmosferinde).

Çok türbinler Sıcaklık ve buhar basıncındaki artıştan dolayı gücü arttırmanın bir yolu yoktu, çünkü bu çevresel hızda bir artışa yol açacaktı, bu aynı tasarım problemlerinden dolayı kesinlikle kabul edilemezdi.

Ek olarak, güçteki artış (çevresel hızdaki artışla birlikte) başka bir nedenden dolayı uygun değildi. Türbinin enerji tüketicileri, ona kıyasla düşük hızlı cihazlardı (bunun için elektrik jeneratörleri planlandı). Bu nedenle Laval, türbin şaftının tüketici şaftı ile kinematik bağlantısı için özel dişli kutuları geliştirmek zorunda kaldı.

Aktif Laval türbininin ve dişli kutusunun kütlelerinin ve boyutlarının buna oranı.

Bu şaftların hızlarındaki büyük fark nedeniyle, dişli kutuları son derece hantaldı ve genellikle türbinin boyutunu ve ağırlığını önemli ölçüde aştı. Gücündeki bir artış, bu tür cihazların boyutunda daha da büyük bir artışa neden olacaktır.

Sonunda Laval aktif türbin Nispeten düşük güçlü bir üniteydi (350 hp'ye kadar çalışan örnekler), dahası, pahalı (çok sayıda iyileştirme nedeniyle) ve bir dişli kutusu ile tamamlandı, aynı zamanda oldukça hantaldı. Bütün bunlar onu rekabetsiz hale getirdi ve kitlesel uygulamayı hariç tuttu.

İlginç bir gerçek, Laval'ın aktif türbininin yapıcı prensibinin aslında onun tarafından icat edilmemiş olmasıdır. Araştırmasının 1629'da Roma'da ortaya çıkmasından 250 yıl önce bile, İtalyan mühendis ve mimar Giovanni Branca'nın bir kitabı "Le Machine" ("Makineler") başlığı altında yayınlandı.

İçinde, diğer mekanizmaların yanı sıra, Laval tarafından inşa edilen tüm ana bileşenleri içeren bir “buhar çarkı” tanımı yerleştirildi: bir buhar kazanı, bir buhar besleme borusu (meme), aktif bir türbin çarkı ve hatta bir dişli kutusu. Bu nedenle, Laval'den çok önce, tüm bu unsurlar zaten biliniyordu ve onun değeri, hepsini gerçekten birlikte çalıştırması ve mekanizmayı bir bütün olarak iyileştirmenin son derece karmaşık sorunlarıyla ilgilenmesi gerçeğinde yatıyordu.

Buharlı aktif türbin Giovanni Branca.

İlginçtir, en çok biri bilinen özellikler onun türbini, rotor kanatlarına buhar sağlayan nozülün tasarımıydı (aynı patentte ayrıca belirtilmiştir). Burada, bir jet türbininde olduğu gibi sıradan bir sivrilen memenin nozulu oldu. daralan-genişleyen. Daha sonra bu tip nozullara Laval nozullar denilmeye başlandı. Yeterince küçük kayıplarla gazın (buhar) süpersonik hıza akışını hızlandırmayı mümkün kılarlar. Onlar hakkında .

Böylece, asıl sorun Laval'in türbinlerini geliştirmek için uğraştığı ve baş edemediği yüksek bir çevresel hızdı. Bununla birlikte, bu soruna oldukça etkili bir çözüm zaten önerildi ve hatta garip bir şekilde Laval'ın kendisi tarafından.

Çok aşamalı….

Aynı yıl (1889), yukarıda açıklanan aktif türbinin patenti alındığında, bir mühendis, bir çark (disk) üzerine monte edilmiş iki paralel rotor kanadı sırasına sahip bir aktif türbin geliştirdi. Bu sözde oldu iki kademeli türbin.

Çalışma bıçaklarına, tek aşamalı olanda olduğu gibi, memeden buhar verildi. İki sıra rotor kanatları arasına, birinci kademenin kanatlarını terk eden akışı ikincinin rotor kanatlarına yönlendiren bir sıra sabit kanat yerleştirildi.

Tek kademeli bir jet türbini (Laval) için çevresel hızı belirlemek için yukarıda önerilen basitleştirilmiş prensibi kullanırsak, o zaman iki kademeli bir türbin için dönüş hızının memeden çıkış hızından daha az olduğu ortaya çıkar. iki değil, dört kat.

Curtis çarkının prensibi ve içindeki parametrelerin değiştirilmesi.

Bu, Laval tarafından önerilen ancak kullanılmayan ve hem buhar hem de gaz olmak üzere modern türbinlerde aktif olarak kullanılan düşük optimum çevresel hız sorununa en etkili çözümdür. Çok aşamalı…

Bu, tüm türbin için mevcut olan büyük enerjinin bir şekilde aşama sayısına göre parçalara ayrılabileceği ve bu tür her parçanın ayrı bir aşamada çalışılacağı anlamına gelir. Bu enerji ne kadar düşük olursa, rotor kanatlarına giren çalışma sıvısının (buhar, gaz) hızı o kadar düşük olur ve sonuç olarak optimal çevresel hız o kadar düşük olur.

Yani, türbin aşamalarının sayısını değiştirerek milinin dönme sıklığını değiştirebilir ve buna göre üzerindeki yükü değiştirebilirsiniz. Ek olarak, çok aşamalı, türbin üzerinde büyük enerji farklılıkları üzerinde çalışmanıza, yani gücünü artırmanıza ve aynı zamanda yüksek verimlilik oranlarını korumanıza olanak tanır.

Bir prototip yapılmış olmasına rağmen Laval, iki aşamalı türbininin patentini almadı, bu nedenle 1896'da benzer bir cihaz için patent alan Amerikalı mühendis C. Curtis'in (tekerlek (veya disk) Curtis) adını taşıyor.

Ancak, çok daha önce, 1884'te İngiliz mühendis Charles Algernon Parsons, ilk gerçek makineyi geliştirdi ve patentini aldı. çok kademeli buhar türbini. Kendisinden önce mevcut enerjiyi adımlara bölmenin faydası hakkında çeşitli bilim adamları ve mühendisler tarafından birçok açıklama yapıldı, ancak fikri "demir"e ilk çeviren o oldu.

Parsons çok kademeli aktif jet türbini (demonte).

Aynı zamanda, onun türbin modern cihazlara yaklaştıran bir özelliği vardı. İçinde buhar sadece sabit kanatların oluşturduğu nozüllerde değil, kısmen özel şekillendirilmiş rotor kanatlarının oluşturduğu kanallarda da genleşir ve hızlanır.

Adı oldukça keyfi olmasına rağmen, bu tür türbini reaktif olarak adlandırmak gelenekseldir. Aslında, tamamen reaktif Heron-Laval türbini ile tamamen aktif Laval-Branca arasında bir ara konumda bulunur. Rotor kanatları tasarımları gereği aktif ve reaktif prensipleri birleştirir. ortak süreç. Dolayısıyla böyle bir türbin demek daha doğru olur. aktif-reaktif hangi sıklıkla yapılır.

Çok kademeli bir Parsons türbininin şeması.

Parsons, çeşitli çok kademeli türbin türleri üzerinde çalıştı. Tasarımları arasında sadece yukarıda açıklanan eksen ( çalışan vücut dönme ekseni boyunca hareket eder), aynı zamanda radyal (buhar radyal yönde hareket eder). Oldukça iyi bilinen, içinde Heron'un tekerleklerinin kullanıldığı üç aşamalı tamamen aktif türbini "Heron"dur (öz, aeolipil'inkiyle aynıdır).

Jet türbini "Heron".

Daha sonra, 1900'lerin başlarından itibaren buhar türbini inşası hızla ivme kazandı ve Parsons bunun ön saflarında yer aldı. Çok aşamalı türbinleri deniz gemileri, ilk deneysel olanlar (Türbinia gemisi, 1896, 44 ton deplasman, 60 km / s hız - o zaman için eşi görülmemiş), daha sonra askeri gemiler (örneğin, Dretnought zırhlısı, 18000 ton) ile donatıldı. , hız 40 km / s) h, türbin gücü 24.700 hp) ve yolcu (örnek - aynı tip "Moritanya" ve "Lusitania", 40.000 ton, hız 48 km / s, türbin gücü 70.000 hp). Aynı zamanda, örneğin enerji santrallerinde (Chicago'daki Edison Company) türbinleri tahrik olarak kurarak sabit türbin inşaatı başladı.

Gaz türbinleri hakkında...

Bununla birlikte, ana konumuza - havacılığa geri dönelim ve oldukça açık bir şeye dikkat edin: buhar türbinlerinin çalışmasında böylesine açık bir şekilde belirgin bir başarı, aynı zamanda gelişiminde hızla ilerleyen havacılık için yalnızca yapıcı ve temel bir öneme sahip olabilir. .

Bir buhar türbininin uçaklarda elektrik santrali olarak kullanılması, bariz nedenlerden dolayı son derece şüpheliydi. havacılık türbini sadece temelde benzer, ancak çok daha karlı bir gaz türbini olabilir. Ancak, o kadar kolay değildi...

60'ların popüler kitabı "Motorların Yaratıcıları"nın yazarı Lev Gumilevsky'ye göre, bir kez, 1902'de, buhar türbini binasının hızlı gelişiminin başlangıcında, Charles Parsons, aslında, o zamanın ana ideologlarından biri. bu iş, genel olarak, şaka soru soruldu: Bir gaz motorunu "parsonize etmek" mümkün mü?”(ima edilen türbin).

Cevap kesinlikle belirleyici bir biçimde ifade edildi: “ Bir gaz türbininin asla oluşturulmayacağını düşünüyorum. Bu konuda iki yol yok" Mühendis bir peygamber olmayı başaramadı, ama kesinlikle bunu söylemek için bir nedeni vardı.

Gaz türbini kullanımı, özellikle havacılıkta buhar yerine kullanımını kastediyorsak, elbette cezbediciydi, çünkü olumlu yönleri ortada. Tüm güç yetenekleriyle, buhar - kazanlar oluşturmak için devasa, hacimli cihazlara ve ayrıca soğutma - kondansatörleri, soğutma kuleleri, soğutma havuzları vb. için daha az büyük cihaz ve sistemlere ihtiyaç duymaz.

Bir gaz türbini motorunun ısıtıcısı, motorun içinde bulunan ve doğrudan hava akımında yakıt yakan küçük, kompakt bir ısıtıcıdır. Buzdolabı bile yok. Daha doğrusu var, ama sanal gibi var, çünkü egzoz gazı, buzdolabı olan atmosfere boşaltılıyor. Yani, bir ısı motoru için ihtiyacınız olan her şey var, ancak aynı zamanda her şey kompakt ve basit.

Doğru, bir buhar türbini tesisi “gerçek bir buzdolabı” (kondansatör olmadan) olmadan da yapabilir ve buharı doğrudan atmosfere bırakabilir, ancak o zaman verimliliği unutabilirsiniz. Bunun bir örneği bir buharlı lokomotiftir - gerçek verimlilik yaklaşık %6'dır, enerjisinin %90'ı boruya uçar.

Ancak bu tür somut artılarla birlikte, genel olarak Parsons'ın kategorik cevabının temeli haline gelen önemli dezavantajlar da vardır.

Çalışma döngüsünün müteakip uygulanması için çalışma sıvısının sıkıştırılması, dahil. ve türbinde...

Bir buhar türbini tesisinin çalışma çevriminde (Rankine çevrimi), suyu sıkıştırma işi küçüktür ve bu işlevi yerine getiren pompanın talepleri ve bu nedenle verimliliği de küçüktür. Havanın sıkıştırıldığı GTE döngüsünde, bu çalışma tam tersine çok etkileyicidir ve türbinin mevcut enerjisinin çoğu buna harcanır.

Bu, türbinin kullanılabileceği faydalı iş miktarını azaltır. Bu nedenle, hava sıkıştırma ünitesinin verimliliği ve ekonomisi açısından gereksinimleri çok yüksektir. Modern uçak gaz türbini motorlarındaki (çoğunlukla eksenel) ve sabit ünitelerdeki kompresörler, türbinlerle birlikte karmaşık ve pahalı cihazlardır. Onlar hakkında .

Sıcaklık…

Havacılık da dahil olmak üzere gaz türbinleri için ana sorun budur. Gerçek şu ki, bir buhar türbini tesisinde genleşme işleminden sonra çalışma sıvısının sıcaklığı soğutma suyunun sıcaklığına yakınsa, gaz türbininde birkaç yüz derecelik bir değere ulaşır.

Bu, elbette, termal verimlilik ile karakterize edilen tüm çalışma döngüsünün verimliliğini olumsuz yönde etkileyen atmosfere (bir buzdolabı gibi) büyük miktarda enerji yayıldığı anlamına gelir: η t \u003d Q 1 - Q 2 / S 1. Burada Q 2, atmosfere salınan aynı enerjidir. Q 1 - prosese ısıtıcıdan sağlanan enerji (yanma odasında).

Bu verimi artırmak için türbinin önündeki (yani yanma odasındaki) sıcaklığın arttırılmasına eşdeğer olan Q1'in arttırılması gerekmektedir. Ancak işin gerçeği, bu sıcaklığı yükseltmek her zaman mümkün olmaktan uzaktır. Maksimum değeri türbinin kendisi ile sınırlıdır ve burada mukavemet ana koşul haline gelir. Türbin, yüksek sıcaklıklar yüksek santrifüj yükleri ile birleştiğinde çok zor koşullar altında çalışır.

Gaz türbinli motorların (büyük ölçüde sıcaklığa bağlı) güç ve itme yeteneklerini her zaman sınırlayan ve genellikle türbinlerin karmaşıklığının ve maliyetinin nedeni haline gelen bu faktördür. Bu durum bizim zamanımızda da devam etmiştir.

Ve Parsons'ın zamanında, ne metalurji endüstrisi ne de aerodinamik bilimi, verimli ve ekonomik bir kompresör ve yüksek sıcaklık türbini yaratma sorunlarına henüz bir çözüm sağlayamadı. Ne uygun bir teori ne de gerekli ısıya dayanıklı ve ısıya dayanıklı malzemeler yoktu.

Yine de denemeler oldu...

Yine de, genellikle olduğu gibi, olası zorluklardan korkmayan (veya belki de anlamayan :-)) insanlar vardı. Bir gaz türbini yaratma girişimleri durmadı.

Dahası, Parsons'ın kendisinin, "türbin" faaliyetinin şafağında, çok kademeli bir türbin için ilk patentinde, buharın yanı sıra yakıt yanma ürünleri üzerinde de çalışma olasılığını not etmesi ilginçtir. Bir kompresör, bir yanma odası ve bir türbin ile sıvı yakıtla çalışan bir gaz türbini motorunun olası bir çeşidi de burada düşünüldü.

Duman tükürmek.

Gaz türbinlerinin herhangi bir teoriye bağlı kalmadan kullanım örnekleri uzun zamandan beri bilinmektedir. Görünüşe göre, "otomat tiyatrosundaki" Heron bile bir hava jet türbini prensibini kullandı. Sözde "duman şişleri" yaygın olarak bilinmektedir.

Ve İtalyan (mühendis, mimar, Giovanni Branca, Le Machine) tarafından daha önce bahsedilen kitapta Giovanni Branca bir çizim var “ ateş çarkı". İçinde türbin çarkı, ateşten (veya ocaktan) yanma ürünleri tarafından döndürülür. İlginç bir şekilde, Branca makinelerinin çoğunu kendisi yapmadı, sadece onların yaratılması için fikirlerini dile getirdi.

Giovanni Branca'nın Ateş Çarkı.

Tüm bu "duman ve ateş çarklarında" hava (gaz) sıkıştırma aşaması yoktu ve böyle bir kompresör yoktu. Potansiyel enerjinin, yani yakıtın yanmasıyla sağlanan termal enerjinin, bir gaz türbininin dönüşü için kinetik (hızlanma) haline dönüştürülmesi, yalnızca sıcak kütleler yükseldiğinde yerçekimi etkisiyle meydana geldi. Yani, konveksiyon fenomeni kullanıldı.

Tabii ki, örneğin gerçek makineler için bu tür "birimler" araç sürmek için kullanılamaz. Bununla birlikte, 1791'de İngiliz John Barber, en önemli bileşenlerinden biri gaz türbini olan bir “atsız taşıma makinesinin” patentini aldı. Tarihte resmi olarak tescilli ilk gaz türbini patentiydi.

John Barber gaz türbini motoru.

Makine, odun, kömür veya yağdan elde edilen, soğutulduktan sonra hava ile birlikte sıkıştırıldığı pistonlu kompresöre giren özel gaz jeneratörlerinde (imbiklerde) ısıtıldı. Daha sonra karışım yanma odasına beslendi ve bundan sonra yanma ürünleri döndürüldü. türbin. Yanma odalarını soğutmak için su kullanıldı ve ortaya çıkan buhar da türbine gönderildi.

O zamanki teknolojilerin gelişme düzeyi, fikri hayata geçirmeye izin vermedi. Gaz türbinli Berber makinesinin çalışma modeli sadece 1972'de Hannover Endüstri Fuarı için Kraftwerk-Union AG tarafından yapıldı.

19. yüzyıl boyunca, gaz türbini konseptinin gelişimi, yukarıda açıklanan nedenlerden dolayı son derece yavaştı. Dikkate değer birkaç örnek vardı. Kompresör ve ısı, aşılmaz bir engel olarak kaldı. Havayı sıkıştırmak için bir fan kullanmanın yanı sıra yapısal elemanları soğutmak için su ve havanın kullanılmasına yönelik girişimlerde bulunulmuştur.

Motor F. Stolze. 1 - eksenel kompresör, 2 - eksenel türbin, 3 - ısı eşanjörü.

Alman mühendis Franz Stolze'nin 1872'de patenti alınan ve tasarımı modern gaz türbinli motorlara çok benzeyen bir gaz türbini motoru örneği bilinmektedir. İçinde aynı şaft üzerine çok kademeli bir eksenel kompresör ve çok kademeli bir eksenel türbin yerleştirildi.

Hava, rejeneratif ısı eşanjöründen geçtikten sonra iki kısma ayrılmıştır. Biri yanma odasına girdi, ikincisi türbine girmeden önce yanma ürünleriyle karıştırılarak sıcaklıkları düşürüldü. Bu sözde ikincil hava, ve kullanımı modern gaz türbini motorlarında yaygın olarak kullanılan bir tekniktir.

Stolze motoru 1900-1904'te test edildi, ancak kompresörün düşük kalitesi ve türbin önündeki düşük sıcaklık nedeniyle son derece verimsiz olduğu ortaya çıktı.

20. yüzyılın ilk yarısının çoğu için, gaz türbini, buhar türbini ile aktif olarak rekabet edemedi veya pistonlu içten yanmalı motorun yerini alabilecek gaz türbini motorunun bir parçası haline gelemedi. Motorlarda kullanımı esas olarak yardımcıydı. Örneğin, basınçlandırma üniteleri havacılık motorları da dahil olmak üzere pistonlu motorlarda.

Ancak 1940'ların başından itibaren durum hızla değişmeye başladı. Son olarak, türbinin önündeki gazın sıcaklığını (800 ° C'ye kadar ve daha yüksek) radikal bir şekilde yükseltmeyi mümkün kılan yeni ısıya dayanıklı alaşımlar oluşturuldu ve yüksek verimli oldukça ekonomik olanlar ortaya çıktı.

Bu, yalnızca verimli gaz türbinli motorlar üretmeyi mümkün kılmakla kalmadı, aynı zamanda, güçlerinin göreceli hafiflik ve kompaktlık ile birleşimi nedeniyle, bunları uçakta kullanmayı da mümkün kıldı. Jet uçağı ve uçak gaz türbini motorları dönemi başladı.

Uçak gaz türbini motorlarındaki türbinler ...

Yani ... Türbinlerin havacılıktaki ana uygulama alanı gaz türbinli motorlardır. Buradaki türbin zor işi yapar - kompresörü döndürür. Aynı zamanda, herhangi bir ısı motorunda olduğu gibi bir gaz türbin motorunda da genleşme işi, sıkıştırma işinden daha büyüktür.

Ve türbin sadece bir genleşme makinesidir ve kompresör için gaz akışının mevcut enerjisinin sadece bir kısmını tüketir. Geri kalan (bazen bedava enerji) motorun tipine ve tasarımına bağlı olarak faydalı amaçlar için kullanılabilir.

Ücretsiz bir türbin ile Şema TVAD Makila 1a1.

Turboşaft motoru AMAKILA 1A1.

(Helikopter GTE) gibi dolaylı reaksiyon motorları için pervanenin dönüşü için harcanır. Bu durumda, türbin çoğunlukla iki kısma ayrılır. Birincisi kompresör türbini. Vidayı çalıştıran ikincisi, sözde serbest türbin. Bağımsız olarak döner ve kompresör türbinine yalnızca gaz dinamik olarak bağlıdır.

Doğrudan reaksiyon motorlarında (jet motorları veya VRE'ler), türbin yalnızca kompresörü çalıştırmak için kullanılır. TVAD'de serbest bir türbini döndüren kalan serbest enerji, memede kullanılır ve jet itişi elde etmek için kinetik enerjiye dönüşür.

Bu uçlar arasında ortada yer almaktadır. Serbest enerjilerinin bir kısmı pervaneyi tahrik etmek için kullanılır ve bir kısmı da çıkış cihazında (nozul) jet itişi oluşturur. Doğru, motorun toplam itme gücündeki payı küçüktür.

Tek şaftlı tiyatro DART RDa6'nın şeması. Motorun ortak bir şaftındaki türbin.

Turboprop tek şaftlı motor Rolls-Royce DART RDa6.

Tasarım gereği, HPT'ler, serbest türbinin yapısal olarak tahsis edilmediği ve tek bir ünite olarak hem kompresörü hem de pervaneyi aynı anda çalıştıran tek şaftlı olabilir. Bir Rolls-Royce DART RDa6 TVD örneği ve aynı zamanda iyi bilinen AI-20 TVD'miz.

Pervaneyi tahrik eden ve motor bileşenlerinin geri kalanına mekanik olarak bağlı olmayan (gaz-dinamik bağlantı) ayrı bir serbest türbine sahip bir TVD de olabilir. Bir örnek, çeşitli modifikasyonların (uçak) PW127 motoru veya Pratt & Whitney Canada PT6A tiyatrosudur.

Ücretsiz türbinli Pratt & Whitney Canada PT6A tiyatrosunun şeması.

Pratt & Whitney Kanada PT6A motoru.

Serbest türbinli bir PW127 TVD'nin şeması.

Elbette her tür gaz türbinli motorda faydalı yük, motorun ve uçak sistemlerinin çalışmasını sağlayan üniteleri de içerir. Bunlar genellikle pompalar, yakıt ve hidro, elektrik jeneratörleri vb. Tüm bu cihazlar çoğunlukla turboşarj milinden tahrik edilir.

Türbin türleri hakkında.

Aslında oldukça fazla tür var. Sadece örneğin, bazı isimler: eksenel, radyal, diyagonal, radyal-eksenel, döner bıçak, vb. Havacılıkta sadece ilk ikisi kullanılır ve radyal oldukça nadirdir. Bu türbinlerin her ikisi de içlerindeki gaz akışının hareketinin doğasına göre isimlendirilmiştir.

Radyal.

Radyalde yarıçap boyunca akar. Ayrıca, radyal olarak havacılık türbini daha yüksek verimlilik sağlayan merkezcil akış yönü kullanılır (havacılık dışı uygulamada merkezkaç da vardır).

Radyal türbin aşaması, girişinde akışı oluşturan bir çark ve sabit kanatlardan oluşur. Bıçaklar, bıçaklar arası kanalların sivrilen bir konfigürasyona sahip olacak şekilde, yani nozullar olacak şekilde profillenmiştir. Tüm bu kanatlar, üzerine monte edildikleri gövde elemanları ile birlikte denir. meme aparatı.

Radyal merkezcil türbin şeması (açıklamalarla birlikte).

Çark, özel profilli kanatlara sahip bir çarktır. Pervanenin dönmesi, gazın kanatlar arasındaki daralan kanallardan geçerek kanatlara etki etmesiyle gerçekleşir.

Radyal merkezcil türbin çarkı.

Radyal türbinler oldukça basittir, çarklarında az sayıda kanat bulunur. Çarktaki aynı gerilmelerde radyal türbinin olası çevresel hızları, eksenel türbininkinden daha büyüktür, bu nedenle üzerinde daha büyük miktarlarda enerji (ısı düşüşleri) üretilebilir.

Ancak bu türbinler küçük bir akış alanına sahiptir ve eksenel türbinlere kıyasla aynı boyutta yeterli gaz akışı sağlamazlar. Başka bir deyişle, tek bir motorda düzenlenmelerini zorlaştıran çok büyük nispi çap boyutlarına sahiptirler.

Ek olarak, içlerindeki gaz genleşme derecesini sınırlayan büyük hidrolik kayıplar nedeniyle çok kademeli radyal türbinler oluşturmak zordur. Olası maksimum gaz sıcaklıklarını azaltan bu tür türbinleri soğutmak da zordur.

Bu nedenle havacılıkta radyal türbinlerin kullanımı sınırlıdır. Esas olarak düşük gaz tüketimine sahip düşük güç ünitelerinde, çoğunlukla yardımcı mekanizmalarda ve sistemlerde veya model uçakların ve küçük insansız uçakların motorlarında kullanılırlar.

İlk Heinkel He 178 jet uçağı.

Radyal türbinli TRD Heinkel HeS3.

Radyal türbinin ana hava jet motoru olarak kullanımına ilişkin birkaç örnekten biri, ilk gerçek jet uçağı olan Heinkel He 178 turbojet Heinkel HeS 3'ün motorudur. Fotoğraf, böyle bir türbin aşamasının unsurlarını açıkça göstermektedir. Bu motorun parametreleri, kullanım olasılığı ile oldukça tutarlıydı.

eksenel havacılık türbini.

Bu, şu anda sürdürülebilir havacılık gaz türbini motorlarında kullanılan tek türbin türüdür. Motordaki böyle bir türbinden elde edilen şaft üzerindeki ana mekanik iş kaynağı, çarklar veya daha doğrusu bu tekerleklere monte edilmiş ve enerji yüklü bir gaz akışı (sıkıştırılmış ve ısıtılmış) ile etkileşime giren rotor kanatlarıdır (RL).

İşçilerin önüne takılan sabit kanatların kenarları, akışın doğru yönünü düzenler ve gazın potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüştürülmesine katılır, yani genişleme sürecinde basınçta bir düşüşle hızlandırır. .

Üzerine monte edildikleri gövde elemanları ile tamamlanan bu kanatlara denir. meme aparatı(CA). Çalışma bıçakları ile tamamlanan nozul aparatı türbin aşaması.

Sürecin özü ... Söylenenlerin genelleştirilmesi ...

Rotor kanatları ile yukarıdaki etkileşim sürecinde, akışın kinetik enerjisi motor şaftını döndüren mekanik enerjiye dönüştürülür.Eksenel türbinde böyle bir dönüşüm iki şekilde gerçekleşebilir:

Tek kademeli aktif türbin örneği. Yol boyunca parametrelerin değişimi gösterilir.

1. Türbin aşamasında basıncı ve dolayısıyla bağıl akış hızının büyüklüğünü değiştirmeden (sadece yönü gözle görülür şekilde değişir - akışın dönüşü); 2. Basınçta bir düşüşle, bağıl akış hızında bir artış ve aşamada yönünde bir miktar değişiklik.

Birinci yönteme göre çalışan türbinlere aktif denir. Gaz akışı, etraflarında akarken yönündeki bir değişiklik nedeniyle kanatlar üzerinde aktif olarak (dürtüsel olarak) etki eder. İkinci şekilde - jet türbinleri. Burada, darbe etkisine ek olarak, akış türbinin gücünü artıran bir reaktif kuvvet yardımıyla rotor kanatlarını dolaylı olarak da etkiler (basitçe söylemek gerekirse). Rotor kanatlarının özel profili sayesinde ilave reaktif etki elde edilir.

Tüm türbinler için (sadece havacılık değil) genel olarak aktivite ve reaktivite kavramları yukarıda belirtilmiştir. Ancak, modern uçak gaz türbini motorları yalnızca eksenel jet türbinlerini kullanır.

Eksenel gaz türbini aşamasında parametrelerin değişimi.

Radar üzerindeki kuvvet etkisi çift olduğundan, bu tür eksenel türbinler olarak da adlandırılırlar. aktif-reaktif ki bu belki de daha doğrudur. Bu tür türbin aerodinamik açıdan daha avantajlıdır.

Böyle bir türbin aşamasına dahil edilen meme aparatının sabit kanatları, kanatlar arası kanalın enine kesitinin girişten çıkışa azalması nedeniyle büyük bir eğriliğe sahiptir, yani f 1 bölümü, f 0 bölümünden daha azdır. . Konik bir jet nozulunun profili ortaya çıkıyor.

Onları takip eden çalışma bıçakları da büyük bir eğriliğe sahiptir. Ayrıca karşıdan gelen akışa (vektör W 1) göre, durmasını önleyecek ve kanat çevresinde doğru akışı sağlayacak şekilde yerleştirilirler. Belirli yarıçaplarda, RL ayrıca daraltıcı interskapular kanallar oluşturur.

Adım çalışması havacılık türbini.

Gaz, nozül aparatına eksene yakın bir hareket yönü ve C0 (ses altı) hızı ile yaklaşır. Akıştaki basınç Р 0 , sıcaklık Т 0 . Bıçaklar arası kanaldan geçen akış, α 1 = 20°-30° açıyla bir dönüşle C1 hızına hızlanır. Bu durumda basınç ve sıcaklık sırasıyla P 1 ve T 1 değerlerine düşer. Akışın potansiyel enerjisinin bir kısmı kinetik enerjiye dönüştürülür.

Eksenel türbin aşamasında gaz akışı hareketinin modeli.

Çalışma bıçakları çevresel hız U ile hareket ettiğinden, akış, RL'nin bıçaklar arası kanalına halihazırda, Cı ve U (vektör) arasındaki fark tarafından belirlenen nispi bir Wı hızında girer. Kanaldan geçen akış, kanatlarla etkileşir ve üzerlerinde P u'nun türbini döndürmesini sağlayan çevresel bileşeni olan aerodinamik kuvvetler P oluşturur.

Kanatlar arasındaki kanalın daralması nedeniyle, akış W 2 hızına (reaktif ilke) hızlanırken, aynı zamanda döner (aktif ilke). Mutlak akış hızı Cı, C2'ye düşer - akışın kinetik enerjisi türbin şaftında mekanik enerjiye dönüştürülür. Basınç ve sıcaklık sırasıyla P2 ve T2'ye düşer.

Aşamanın geçişi sırasında mutlak akış hızı, C0 hızından C2 hızının eksenel izdüşümüne doğru hafifçe artar. Modern türbinlerde bu projeksiyon bir kademe için 200-360 m/s değerindedir.

Adım, α 2 açısı 90°'ye yakın olacak şekilde profillendirilir. Fark genellikle 5-10°'dir. Bu, C2'nin değeri minimum olacak şekilde yapılır. Bu, türbinin son aşaması için özellikle önemlidir (ilk veya orta aşamalarda, 25 ° 'ye kadar dik açıdan sapmaya izin verilir). Bunun nedeni çıkış hızı ile kayıp, bu sadece C2 hızının büyüklüğüne bağlıdır.

Bunlar, bir zamanlar Laval'a ilk türbininin verimliliğini artırma fırsatı vermeyen kayıplarla aynı. Motor reaktif ise, kalan enerji memede üretilebilir. Ancak örneğin jet tahriki kullanmayan bir helikopter motoru için türbinin son aşamasının arkasındaki akış hızının mümkün olduğunca düşük olması önemlidir.

Böylece, aktif jet türbini aşamasında, gaz genleşmesi (basınç ve sıcaklık düşüşü), enerji dönüşümü ve çalışması (ısı düşüşü) sadece SA'da değil, çarkta da meydana gelir. Bu fonksiyonların RC ve SA arasındaki dağılımı, motor teorisinin parametresini karakterize eder. reaktivite derecesi ρ.

Çarktaki ısı düşüşünün tüm kademedeki ısı düşüşüne oranına eşittir. ρ = 0 ise, kademe (veya tüm türbin) aktiftir. ρ > 0 ise, aşama reaktiftir veya daha doğrusu bizim durumumuz için aktif-reaktiftir. Rotor kanatlarının profili yarıçap boyunca değiştiğinden, bu parametre (ve bazı diğerlerinin yanı sıra) ortalama yarıçapa göre hesaplanır (aşamada değişen parametreler şeklinde bölüm В-В).

Aktif jet türbininin çalışma bıçağının kaleminin konfigürasyonu.

Bir aktif jet türbininin radar kaleminin uzunluğu boyunca basınçtaki değişim.

Modern gaz türbinli motorlar için türbinlerin reaktivite derecesi 0,3-0,4 aralığındadır. Bu, kademenin (veya türbinin) toplam ısı düşüşünün yalnızca %30-40'ının çarkta tükendiği anlamına gelir. Nozul aparatında %60-70 işlenir.

Kayıplarla ilgili bir şey.

Daha önce de belirtildiği gibi, herhangi bir türbin (veya aşaması), kendisine sağlanan akış enerjisini mekanik işe dönüştürür. Ancak gerçek bir birimde bu işlemin verimi farklı olabilir. Mevcut enerjinin bir kısmı zorunlu olarak israf edilir, yani kayıplara dönüşür, türbinin verimliliğini artırmak, yani verimliliğini artırmak için dikkate alınması ve en aza indirilmesi için önlemler alınması gerekir.

Kayıplar hidrolik ve çıkış hızı ile kayıp. Hidrolik kayıplar, profil ve uç kayıpları içerir. Profil, aslında, belirli bir viskoziteye sahip olan gaz türbinin yüzeyleri ile etkileşime girdiğinden, sürtünme kayıplarıdır.

Tipik olarak, çarktaki bu tür kayıplar yaklaşık% 2-3 ve meme aparatında -% 3-4'tür. Kayıpları azaltmak için alınacak önlemler, hesaplama ve deney yoluyla akış yolunun yanı sıra türbin aşamasındaki akış için hız üçgenlerinin doğru hesaplanması, daha kesin olarak, belirli bir durumda en uygun çevresel hız U'nun seçimidir. hız C 1 . Bu eylemler genellikle U/C 1 parametresi ile karakterize edilir. Turbojet motorda ortalama yarıçaptaki çevresel hız 270 - 370 m/s'dir.

Türbin aşamasının akış kısmının hidrolik mükemmelliği, aşağıdaki gibi bir parametreyi dikkate alır: adyabatik verimlilik. Bazen kanatlı olarak da adlandırılır, çünkü kademe kanatlarındaki (SA ve RL) sürtünme kayıplarını hesaba katar. Türbin için, onu tam olarak güç üretmek için bir birim olarak, yani şaft üzerinde iş yaratmak için mevcut enerjinin kullanım derecesi olarak karakterize eden başka bir verimlilik faktörü vardır.

Bu sözde güç (veya etkin) verimliliği. Şaft üzerindeki işin mevcut ısı düşüşüne oranına eşittir. Bu verimlilik, çıkış hızındaki kayıpları hesaba katar. Genellikle turbojet motorlar için yaklaşık %10-12'yi oluştururlar (modern turbojet motorlarda C 0 = 100-180 m/s, C 1 = 500-600 m/s, C 2 = 200-360 m/s).

Modern gaz türbinli motorların türbinleri için, soğutmasız türbinler için adyabatik verimin değeri yaklaşık 0,9 - 0,92'dir. Türbin soğutulursa bu verim %3-4 daha düşük olabilir. Güç verimliliği genellikle 0,78 - 0,83'tür. Çıkış hızı ile kayıpların miktarı adyabatikten daha azdır.

Nihai kayıplara gelince, bunlar sözde " kaçak kayıpları". Akış kısmı, sabit olanlarla (gövde + rotor) birlikte dönen tertibatların mevcudiyeti nedeniyle motorun geri kalanından tamamen izole edilemez. Bu nedenle, yüksek basınçlı alanlardan gelen gaz, düşük basınçlı alanlara akma eğilimindedir. Özellikle, örneğin, çalışma bıçağının önündeki alandan, kanat kanat profili ve türbin muhafazası arasındaki radyal boşluk yoluyla arkasındaki alana.

Böyle bir gaz, akış enerjisini mekanik enerjiye dönüştürme sürecine katılmaz, çünkü bu konuda kanatlarla etkileşime girmez, yani uç kayıpları vardır (veya radyal boşluk kaybı). Yaklaşık %2-3'ünü oluştururlar ve hem adyabatik hem de güç verimini olumsuz etkilerler, gaz türbini motorunun verimini oldukça belirgin şekilde düşürürler.

Örneğin, 1 m çapındaki bir türbinde radyal boşlukta 1 mm'den 5 mm'ye bir artışın, motordaki özgül yakıt tüketiminde %10'dan fazla bir artışa yol açabileceği bilinmektedir.

Radyal boşluktan tamamen kurtulmanın imkansız olduğu açıktır, ancak en aza indirmeye çalışırlar. Yeterince zor çünkü havacılık türbini- ünite ağır yüklü. Boşluğun boyutunu etkileyen tüm faktörlerin doğru bir şekilde değerlendirilmesi oldukça zordur.

Motor çalışma modları sıklıkla değişir, bu da rotor kanatlarının, sabitlendikleri disklerin ve türbin gövdelerinin deformasyonunun sıcaklık, basınç ve merkezkaç kuvvetlerindeki değişikliklerin bir sonucu olarak değiştiği anlamına gelir.

Labirent mühür.

Burada, motorun uzun süreli çalışması sırasında artık deformasyonun değerini hesaba katmak gerekir. Ayrıca, uçak tarafından gerçekleştirilen evrimler, boşlukların boyutunu da değiştiren rotorun deformasyonunu etkiler.

Açıklık genellikle sıcak motor durdurulduktan sonra değerlendirilir. Bu durumda, ince dış kasa, büyük disklerden ve şafttan daha hızlı soğur ve çapı küçülerek bıçaklara dokunur. Bazen radyal boşluğun değeri, kanat kanadının uzunluğunun %1,5-3'ü aralığında seçilir.

Petek sızdırmazlık ilkesi.

Kanatlara zarar vermemek için, türbin gövdesine temas etmeleri durumunda, genellikle kanatların malzemesinden daha yumuşak bir malzemeden özel uçlar yerleştirilir (örneğin, sermet). Ayrıca temassız contalar kullanılmaktadır. Bunlar genellikle labirent veya petek labirent mühürler.

Bu durumda, çalışma bıçakları kanat profilinin uçlarında örtülür ve contalar veya kamalar (bal peteği için) zaten örtü raflarına yerleştirilmiştir. Petek contalarda, peteğin ince duvarları nedeniyle temas alanı çok küçüktür (geleneksel bir labirentten 10 kat daha küçüktür), bu nedenle montajın montajı boşluksuz gerçekleştirilir. İçeri girdikten sonra boşluk yaklaşık 0,2 mm'dir.

Petek conta uygulaması. Petek (1) ve düz halka (2) kullanırken kayıpların karşılaştırılması.

Akış yolundan (örneğin, diskler arası alana) gaz sızıntısını azaltmak için benzer boşluk kapatma yöntemleri kullanılır.

SAURZ…

Bunlar sözde pasif yöntemler radyal boşluk kontrolü. Ek olarak, 80'lerin sonlarından beri geliştirilen (ve geliştirilmekte olan) birçok gaz türbini motorunda " radyal boşlukların aktif regülasyonu için sistemler» (SAURZ - aktif yöntem). Bunlar otomatik sistemlerdir ve çalışmalarının özü, bir uçak türbininin mahfazasının (statorunun) termal ataletini kontrol etmektir.

Türbin rotoru ve statoru (dış mahfaza) malzeme ve “büyüklük” bakımından birbirinden farklıdır. Bu nedenle, geçici rejimlerde farklı şekillerde genişlerler. Örneğin, motorun azaltılmış bir çalışma modundan artırılmış bir çalışma moduna geçişi sırasında, yüksek sıcaklıklı, ince duvarlı bir mahfaza ısınır ve daha hızlı genişler (disklere sahip büyük bir rotordan daha hızlı), kendisi ve kendisi arasındaki radyal boşluğu arttırır. bıçaklar. Ayrıca, yoldaki basınç değişiklikleri ve uçağın gelişimi.

Bunu önlemek için, otomatik bir sistem (genellikle FADEC tipinin ana regülatörü), türbin muhafazasına gerekli miktarlarda soğutma havası beslemesini düzenler. Böylece, mahfazanın ısınması gerekli sınırlar içinde stabilize edilir, bu da lineer genleşme değerinin ve buna bağlı olarak radyal boşlukların değerinin değiştiği anlamına gelir.

Bütün bunlar, modern için çok önemli olan yakıttan tasarruf etmenizi sağlar. sivil Havacılık. SAURZ sistemleri en etkili şekilde GE90, Trent 900 ve diğer bazı türlerin turbojet motorlarındaki düşük basınçlı türbinlerde kullanılmaktadır.

Çok daha az sıklıkla, ancak oldukça etkili bir şekilde, rotor ve statorun ısınma oranlarını senkronize etmek için türbin disklerinin (gövde yerine) zorla üflenmesi kullanılır. Bu tür sistemler CF6-80 ve PW4000 motorlarında kullanılır.

———————-

Türbinde eksenel boşluklar da düzenlenir. Örneğin, SA'nın çıkış kenarları ile RL girişi arasında, genellikle kanatların ortalama yarıçapında RL kirişinin 0,1-0,4'ü arasında bir boşluk vardır. Bu boşluk ne kadar küçük olursa, SA'nın arkasındaki akış enerjisi kaybı o kadar düşük olur (SA'nın arkasındaki hız alanının sürtünmesi ve eşitlenmesi için). Ancak aynı zamanda, SA bıçaklarının gövdelerinin arkasındaki alanlardan bıçaklar arası alanlara alternatif vuruş nedeniyle RL'nin titreşimi artar.

Tasarım hakkında biraz...

eksenel havacılık türbinleri yapıcı bir plandaki modern gaz türbini motorları farklı olabilir akış yolu şekli.

Dav = (Din+Dn)/2

1. Sabit gövde çapına (Dn) sahip form. Burada yol boyunca iç ve ortalama çaplar azaltılır.

Sabit dış çap.

Böyle bir şema, motorun (ve uçak gövdesinin) boyutlarına iyi uyuyor. Özellikle çift şaftlı turbojet motorlar için aşamalar halinde iyi bir iş dağılımına sahiptir.

Bununla birlikte, bu şemada, mahfazanın iç duvarlarından akış ayrılması ve dolayısıyla hidrolik kayıplarla dolu olan çan açısı büyüktür.

Sabit iç çap.

Tasarlarken, soket açısının 20 ° 'den fazla olmasına izin vermemeye çalışırlar.

2. Sabit bir iç çapa (Dv) sahip form.

Yol boyunca ortalama çap ve gövde çapı artar. Böyle bir şema, motorun boyutlarına tam olarak uymuyor. Bir turbojet motorda, iç muhafazadan gelen akışın "yükselmesi" nedeniyle, hidrolik kayıplara neden olan SA'yı açmak gerekir.

Sabit ortalama çap.

Şema, turbofan motorlarda kullanım için daha uygundur.

3. Sabit bir ortalama çapa sahip form (Dav). Gövde çapı artar, iç çap azalır.

Plan, önceki ikisinin dezavantajlarına sahiptir. Ancak aynı zamanda, böyle bir türbinin hesaplanması oldukça basittir.

Modern uçak türbinleri çoğunlukla çok aşamalıdır. Bunun ana nedeni (yukarıda bahsedildiği gibi) bir bütün olarak türbinin mevcut enerjisinin büyük olmasıdır. Çevresel hız U ve hız C 1 (U / C 1 - optimal) ve dolayısıyla yüksek genel verimlilik ve iyi ekonominin optimal bir kombinasyonunu sağlamak için, mevcut tüm enerjiyi kademeli olarak dağıtmak gerekir.

Üç aşamalı bir turbojet türbin örneği.

Ancak aynı zamanda o türbin yapısal olarak daha karmaşık ve ağırdır. Her aşamadaki küçük sıcaklık farkı (tüm aşamalara yayılmış) nedeniyle, ilk aşamaların çoğu yüksek sıcaklıklara maruz kalır ve genellikle ek soğutma.

Dört aşamalı eksenel türbin TVD.

Motor tipine bağlı olarak, aşama sayısı farklı olabilir. Turbojet motorlar için, genellikle üçe kadar, baypas motorları için 5-8 adıma kadar. Genellikle, motor çok şaftlıysa, türbin, her biri kendi ünitesini çalıştıran ve kendisi çok kademeli olabilen (baypas derecesine bağlı olarak) birkaç (şaft sayısına göre) kaskadlarına sahiptir.

Çift şaftlı eksenel uçak türbini.

Örneğin, Rolls-Royce Trent 900 üç şaftlı motorda türbinin üç aşaması vardır: bir aşama yüksek basınçlı kompresörü çalıştırmak için bir aşama, ara kompresörü sürmek için bir aşama ve fanı çalıştırmak için beş aşama. Kaskadların ortak çalışması ve kaskadlarda gerekli sayıda kademenin belirlenmesi, "motor teorisi"nde ayrıca açıklanmaktadır.

Kendini havacılık türbini Basitçe söylemek gerekirse, bir rotor, bir stator ve çeşitli yardımcı yapı elemanlarından oluşan bir yapıdır. Stator, bir dış mahfaza, mahfazalardan oluşur. meme cihazları ve rotor yatak yuvaları. Rotor genellikle disklerin rotora ve çeşitli şekillerde birbirine bağlandığı bir disk yapısıdır. ek elemanlar ve bağlama yöntemleri.

Tek kademeli bir turbojet türbin örneği. 1 - şaft, 2 - SA kanatları, 3 - çark diski, 4 - rotor kanatları.

Her diskte, çarkın temeli olarak çalışan bıçaklar vardır. Bıçakları tasarlarken, takıldıkları disk kenarının daha küçük olması nedeniyle kütlesini azaltan daha küçük bir kiriş ile gerçekleştirmeye çalışırlar. Ancak aynı zamanda, türbinin parametrelerini korumak için, gücü artırmak için kanatların örtülmesini gerektirebilecek tüyün uzunluğunu artırmak gerekir.

Çalışma bıçaklarını türbin diskine sabitlemek için olası kilit türleri.

Bıçak diske şu şekilde takılır: bağlantıyı kilitle. Böyle bir bağlantı, bir gaz türbini motorundaki en yüklü yapısal elemanlardan biridir. Bıçak tarafından algılanan tüm yükler kilit vasıtasıyla diske aktarılır ve özellikle malzeme farklılığından dolayı disk ve bıçakların farklı lineer genleşme katsayılarına sahip olması ve ayrıca eşitsizliği nedeniyle çok büyük değerlere ulaşır. sıcaklık alanı, farklı şekilde ısınırlar.

Kilitlemedeki yükü azaltma ve böylece türbinin güvenilirliğini ve hizmet ömrünü artırma olasılığını değerlendirmek için, aralarında deneylerin yapıldığı araştırma çalışmaları yürütülmektedir. bimetalik bıçaklar veya blisk çark türbinlerinde uygulama.

Bimetalik bıçaklar kullanıldığında, disk üzerindeki sabitleme kilitlerindeki yükler, bıçağın kilitleme kısmının diskin malzemesine benzer bir malzemeden (veya parametrelerde yakın) üretilmesi nedeniyle azalır. Bıçak tüyü başka bir metalden yapılır, daha sonra özel teknolojiler kullanılarak bağlanırlar (bir bimetal elde edilir).

Bliskler, yani kanatların disk ile tek parça halinde yapıldığı çarklar, genellikle bir kilit bağlantısının varlığını ve dolayısıyla çarkın malzemesinde gereksiz gerilimleri ortadan kaldırır. Bu tip üniteler halihazırda modern turbofan kompresörlerde kullanılmaktadır. Bununla birlikte, onlar için onarım sorunu çok daha karmaşıktır ve yüksek sıcaklıkta kullanım ve soğutma olanakları havacılık türbini.

Balıksırtı kilitleri kullanarak çalışma bıçaklarının diske sabitlenmesine bir örnek.

Ağır yüklü türbin disklerinde kanatları sabitlemenin en yaygın yolu balıksırtıdır. Yükler orta düzeydeyse, yapısal olarak daha basit, örneğin silindirik veya T şeklinde olan diğer kilit türleri kullanılabilir.

Kontrol…

Çalışma koşullarından dolayı havacılık türbini son derece zor ve uçağın en önemli birimi olarak güvenilirlik sorunu büyük öncelik taşıyor, o zaman yapısal elemanların durumunu izleme sorunu yer operasyonunda ilk sırada yer alıyor. Özellikle bu, en çok yüklü elemanların bulunduğu türbinin iç boşluklarının kontrolü ile ilgilidir.

Modern ekipman kullanılmadan bu boşlukların incelenmesi elbette imkansızdır. uzaktan görsel kontrol. Uçak gaz türbini motorları için çeşitli endoskoplar (boreskoplar) bu kapasitede hareket eder. Bu tür modern cihazlar oldukça mükemmel ve harika yeteneklere sahip.

Vucam XO endoskop kullanılarak turbojet motorunun gaz-hava kanalının incelenmesi.

Canlı bir örnek, Alman şirketi ViZaar AG'nin taşınabilir ölçüm video endoskopu Vucam XO'dur. Küçük boyutuna ve ağırlığına (1,5 kg'dan az) rağmen, bu cihaz yine de çok işlevseldir ve alınan bilgilerin hem denetlenmesi hem de işlenmesi için etkileyici yeteneklere sahiptir.

Vucam XO tamamen mobildir. Tüm set küçük bir plastik kasaya yerleştirilmiştir. Çok sayıda kolayca değiştirilebilen optik adaptöre sahip video probu, tam 360° mafsallı, 6,0 mm çapında ve çeşitli uzunluklarda (2,2m; 3,3m; 6,6m) olabilir.

Bir Vucam XO endoskop kullanılarak bir helikopter motorunun boreskopik incelemesi.

Bu tür endoskopları kullanan boroskopik kontroller, tüm modern uçak motorları için düzenlemelerde sağlanmıştır. Türbinlerde akış yolu genellikle denetlenir. Endoskop probu iç boşluklara nüfuz eder havacılık türbiniözel aracılığıyla kontrol portları.

CFM56 turbojet türbin muhafazasındaki borescopic kontrol portları.

Türbin gövdesindeki, sızdırmaz tapalarla (genellikle dişli, bazen yaylı) kapatılan deliklerdir. Endoskopun özelliklerine (prob uzunluğu) bağlı olarak motor milinin döndürülmesi gerekebilir. Türbin ilk aşamasının kanatları (SA ve RL), yanma odası mahfazasındaki pencerelerden ve son aşamanın kanatları motor nozülünden görülebilir.

Bu sıcaklığı yükseltecek ...

Tüm şemaların gaz türbini motorlarının geliştirilmesi için genel yönlerden biri, türbinin önündeki gaz sıcaklığını arttırmaktır. Bu, hava tüketimini artırmadan itme kuvvetinde önemli bir artışa izin verir, bu da motorun ön alanında bir azalmaya ve belirli ön itişte bir artışa yol açabilir.

Modern motorlarda, yanma odasından çıkıştaki gaz sıcaklığı (torçtan sonra) 1650°C'ye (artma eğilimi ile) ulaşabilir, bu nedenle türbinin bu kadar yüksek termal yüklerde normal çalışması için, özel, genellikle koruyucu önlemler alın.

İlk (ve bu durumun en basiti)- kullanım ısıya dayanıklı ve ısıya dayanıklı malzemeler, hem metal alaşımlar hem de (gelecekte) en yüklü türbin parçalarını üretmek için kullanılan özel kompozit ve seramik malzemeler - meme ve rotor kanatlarının yanı sıra diskler. Bunların en yüklüleri belki de çalışan bıçaklardır.

Metal alaşımları, esas olarak çeşitli alaşım katkı maddeleri içeren nikel bazlı alaşımlardır (erime noktası - 1455 ° C). Maksimum yüksek sıcaklık özellikleri elde etmek için modern ısıya dayanıklı ve ısıya dayanıklı alaşımlara 16'ya kadar çeşitli alaşım elementi eklenir.

Kimyasal egzotik...

Bunlar arasında örneğin krom, manganez, kobalt, tungsten, alüminyum, titanyum, tantal, bizmut ve hatta renyum veya rutenyum ve diğerleri yerine. Bu konuda özellikle umut verici olan, şu anda karbürler yerine kullanılan renyumdur (Re - renyum, Rusya'da kullanılır), ancak son derece pahalıdır ve rezervleri azdır. Niyobyum silisit kullanımının da umut verici olduğu düşünülmektedir.

Ek olarak, bıçağın yüzeyi genellikle özel bir teknoloji kullanılarak uygulanan özel bir kaplama ile kaplanır. ısı koruma tabakası(anti-termal kaplama - termal bariyer kaplama veya TVS) Bıçağın gövdesine giren ısı akışının miktarını önemli ölçüde azaltan (termal bariyer işlevleri) ve onu gaz korozyonundan koruyan (ısıya dayanıklı işlevler).

Termal koruyucu kaplama örneği. Bıçak kesiti üzerindeki sıcaklık değişiminin doğası gösterilmektedir.

Şekil (mikrofoto), modern bir turbofan motorunun yüksek basınçlı türbin kanadı üzerindeki bir ısı koruma tabakasını göstermektedir. Burada TGO (Termal Olarak Büyütülmüş Oksit) termal olarak büyüyen bir oksittir; Yüzey - bıçağın ana malzemesi; Bond kat - geçiş katmanı. Yakıt düzeneklerinin bileşimi artık nikel, krom, alüminyum, itriyum vb. içermektedir. Zirkonyum oksitle stabilize edilmiş zirkonyum oksit (VIAM tarafından geliştirme) bazlı seramik kaplamaların kullanımı üzerinde de deneysel çalışmalar yürütülmektedir.

Örneğin…

Savaş sonrası dönemden başlayarak motor yapımında oldukça yaygın olarak bilinen ve şu anda kullanılan, Special Metals Corporation - ABD'den en az %50 nikel ve %20 krom, ayrıca titanyum, alüminyum ve diğer birçok içeren ısıya dayanıklı nikel alaşımlarıdır. küçük miktarlarda eklenen bileşenler.

Profil amacına (RL, SA, türbin diskleri, akış yolu elemanları, nozullar, kompresörler, vb. ile havacılık dışı uygulamalar), bileşimlerine ve özelliklerine bağlı olarak, her biri aşağıdakileri içeren gruplar halinde birleştirilirler. Çeşitli seçenekler alaşımlar.

Nimonic 80A alaşımından yapılmış Rolls-Royce Nene türbin kanatları.

Bu gruplardan bazıları Nimonic, Inconel, Incoloy, Udimet/Udimar, Monel ve diğerleridir. Örneğin, 1945'te geliştirilen ve elementleri yapmak için kullanılan Nimonic 90 alaşımı uçak türbinleri(esas olarak bıçaklar), nozullar ve parçalar uçak, bir bileşime sahiptir: nikel - minimum %54, krom - %18-21, kobalt - %15-21, titanyum - %2-3, alüminyum - %1-2, manganez - %1, zirkonyum -%0,15 ve diğer alaşım elementleri (küçük miktarlarda). Bu alaşım bu güne kadar üretilmektedir.

Rusya'da (SSCB), VIAM (Tüm Rusya Havacılık Malzemeleri Araştırma Enstitüsü), gaz türbini motorları için bu tür alaşımları ve diğer önemli malzemeleri başarıyla geliştiriyor ve geliştiriyor. Savaş sonrası dönemde, enstitü deforme olabilen alaşımlar (EI437B tipi) geliştirdi, 60'ların başından beri bir dizi yüksek kaliteli döküm alaşımı yarattı (daha fazlası aşağıda).

Bununla birlikte, hemen hemen tüm ısıya dayanıklı metalik malzemeler, soğutma olmaksızın yaklaşık ≈ 1050°C'ye kadar olan sıcaklıklara dayanabilir.

Bu yüzden:

Yaygın olarak kullanılan ikinci ölçü bu başvuru çeşitli soğutma sistemleri bıçaklar ve diğer yapısal elemanlar uçak türbinleri. Yeni yüksek sıcaklığa dayanıklı ısıya dayanıklı alaşımların kullanılmasına ve modern gaz türbini motorlarında soğutma olmadan yapmak hala imkansızdır. özel yollar elemanların imalatı.

Soğutma sistemleri arasında iki alan vardır: sistemler açık ve kapalı. Kapalı sistemler, kanatlı radyatör sisteminde ısı transfer akışkanının cebri sirkülasyonunu kullanabilir veya "termosifon etkisi" prensibini kullanabilir.

İkinci yöntemde, soğutucunun hareketi, daha sıcak katmanlar daha soğuk olanları değiştirdiğinde, yerçekimi kuvvetlerinin etkisi altında gerçekleşir. Burada, örneğin, bir ısı taşıyıcı olarak sodyum veya bir sodyum ve potasyum alaşımı kullanılabilir.

Ancak çözümü zor ve deneysel araştırma aşamasında olan problemlerin çokluğu nedeniyle kapalı sistemler havacılık pratiğinde kullanılmamaktadır.

Çok kademeli bir turbojet türbin için yaklaşık soğutma şeması. SA ve rotor arasındaki contalar gösterilmiştir. A - havayı önceden soğutmak için dönen hava için bir profil kafesi.

Ancak geniş pratik uygulamada açık soğutma sistemleri. Buradaki soğutucu akışkan, türbin kanatlarının içindeki kompresörün farklı aşamaları nedeniyle genellikle farklı basınçlarda sağlanan havadır. Bu sistemlerin kullanılmasının tavsiye edildiği maksimum gaz sıcaklığına bağlı olarak, bunlar üç tipe ayrılabilir: konvektif, konvektif film(veya baraj) ve gözenekli.

Konvektif soğutma ile kanadın içine özel kanallardan hava verilir ve içindeki en çok ısınan bölgeleri yıkayarak daha düşük basınçlı alanlarda akıntıya gider. Bu durumda, kanalların şekline bağlı olarak kanatlardaki hava akışını düzenlemek için çeşitli şemalar kullanılabilir: uzunlamasına, enine veya halka şeklinde (karışık veya karmaşık).

Soğutma türleri: 1 - saptırıcılı konvektif, 2 - konvektif film, 3 - gözenekli. Bıçak 4 - ısı koruma kaplaması.

Tüy boyunca uzunlamasına kanalları olan en basit şema. Burada, hava çıkışı genellikle, örtü rafı boyunca bıçağın üst kısmında düzenlenir. Böyle bir şemada, bıçağın mukavemet özelliklerini olumsuz yönde etkileyen, 150-250˚'ye kadar, kanat kanadı boyunca oldukça büyük bir sıcaklık düzensizliği vardır. Şema, ≈ 1130ºС'ye kadar gaz sıcaklıklarına sahip motorlarda kullanılır.

Diğer yol konvektif soğutma(1) tüyün içinde özel bir deflektörün varlığını ima eder (tüy içine ince duvarlı bir kabuk yerleştirilir), bu da ilk önce en çok ısıtılan alanlara soğutma havası beslemesine katkıda bulunur. Saptırıcı, bıçağın önüne hava üfleyen bir tür meme oluşturur. En çok ısıtılan parçanın jet soğutması ortaya çıkıyor. Ayrıca, yüzeyin geri kalanını yıkayan hava, kalemdeki uzunlamasına dar deliklerden çıkar.

CFM56 motorunun türbin kanadı.

Böyle bir şemada, sıcaklık eşitsizliği çok daha düşüktür, ayrıca esnekliği nedeniyle birkaç merkezleme enine kayışı boyunca gerilim altında bıçağa yerleştirilen deflektörün kendisi bir damper görevi görür ve bıçakların titreşimlerini sönümler. Bu şema maksimum ≈ 1230°C gaz sıcaklığında kullanılır.

Sözde yarım döngü şeması, kanatta nispeten eşit bir sıcaklık alanı elde etmeyi mümkün kılar. Bu, kanat gövdesi içindeki hava akışını yönlendiren çeşitli nervürlerin ve pimlerin konumunun deneysel olarak seçilmesiyle sağlanır. Bu devre, 1330°C'ye kadar maksimum gaz sıcaklığına izin verir.

Meme bıçakları, işçilere benzer şekilde konvektif olarak soğutulur. Soğutma işlemini yoğunlaştırmak için genellikle ek nervürler ve pimler ile çift boşluklu yapılırlar. Ön boşluğa ön uçtaki arka kısma göre daha yüksek basınçlı hava verilir (farklı kompresör aşamaları nedeniyle) ve gerekli hava hızını sağlamak için gerekli minimum basınç farkını korumak için kanalın farklı bölgelerine verilir. soğutma kanallarında

Rotor kanatlarının soğutulması için olası yöntemlere örnekler. 1 - konvektif, 2 - konvektif film, 3 - bıçakta karmaşık döngü kanalları olan konvektif film.

Konvektif film soğutma (2) daha da yüksek gaz sıcaklığında kullanılır - 1380°C'ye kadar. Bu yöntemle, kanattaki özel deliklerden geçen soğutma havasının bir kısmı dış yüzeyine salınarak bir nevi kanatçık oluşumu sağlanır. bariyer filmi Bıçağı sıcak gaz akımıyla temastan koruyan. Bu yöntem hem çalışma hem de meme bıçakları için kullanılır.

Üçüncü yol ise gözenekli soğutmadır (3). Bu durumda, bıçağın uzunlamasına kanallı güç çubuğu, gaz akışı ile yıkanmış, bıçağın tüm yüzeyine soğutucunun düzgün ve dozlu bir şekilde salınmasını sağlayan özel bir gözenekli malzeme ile kaplanmıştır.

Bu, gözenekli malzeme seçimindeki zorluklar ve gözeneklerin oldukça hızlı tıkanma olasılığının yüksek olması nedeniyle gaz türbinli motorların toplu kullanımında kullanılmayan, hala umut verici bir yöntemdir. Ancak bu problemler çözülürse, bu tip soğutma ile olası gaz sıcaklığı 1650°C'ye ulaşabilir.

Türbin diskleri ve CA yuvaları da soğutulan parçaların yıkanması ve ardından akış yoluna bırakılması ile motorun iç boşluklarından geçerken kompresörün farklı aşamaları nedeniyle hava ile soğutulur.

Modern motorların kompresörlerindeki oldukça yüksek basınç oranı nedeniyle, soğutma havasının kendisi oldukça yüksek bir sıcaklığa sahip olabilir. Bu nedenle, soğutma verimliliğini artırmak için bu sıcaklığı önceden azaltmak için önlemler alınır.

Bunu yapmak için, hava, kanatlar ve diskler üzerindeki türbine beslenmeden önce, SA türbinine benzer özel profil ızgaralarından geçirilebilir, burada hava pervanenin dönüş yönünde bükülür, genleşir ve soğur. aynı zamanda. Soğutma miktarı 90-160° olabilir.

Aynı soğutma için ikincil hava ile soğutulan havadan havaya radyatörler kullanılabilir. AL-31F motorunda, böyle bir radyatör, sıcaklığı uçuşta 220°'ye ve zeminde 150°'ye düşürür.

soğutma ihtiyaçları için havacılık türbini kompresörden yeterince büyük miktarda hava alınır. Çeşitli motorlarda -% 15-20'ye kadar. Bu, motorun termogaz dinamik hesaplamasında dikkate alınan kayıpları önemli ölçüde artırır. Bazı motorlarda, düşük motor çalışma koşullarında soğutma için hava beslemesini azaltan (veya tamamen kapatan) sistemler bulunur, bu da verimlilik üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir.

Turbofan motor NK-56'nın 1. aşamasının soğutma şeması. Ayrıca, azaltılmış motor çalışma modlarında petek contalar ve soğutma kesme bandı da gösterilmektedir.

Soğutma sisteminin verimliliği değerlendirilirken, genellikle soğutma havasının serbest bırakılması sırasında şekillerindeki bir değişiklik nedeniyle kanatlardaki ek hidrolik kayıplar dikkate alınır. Gerçek soğutmalı bir türbinin verimi, soğutmasız bir türbinden yaklaşık %3-4 daha düşüktür.

Bıçak yapımıyla ilgili bir şey...

Birinci neslin jet motorlarında türbin kanatları esas olarak üretildi. damgalama yöntemi ardından uzun işlemler. Bununla birlikte, 1950'lerde, VIAM uzmanları, bıçakların ısı direnci seviyesini artırma olasılığını açanın dövme alaşımlar değil, dökme alaşımlar olduğunu ikna edici bir şekilde kanıtladı. Yavaş yavaş, bu yeni yöne (Batı dahil) bir geçiş yapıldı.

Şu anda, üretimde hassas atıksız döküm teknolojisi kullanılmaktadır, bu da soğutma sisteminin çalışması için kullanılan özel profilli iç boşluklara sahip bıçakların üretilmesini mümkün kılar (sözde teknoloji). yatırım dökümleri).

Aslında, şimdi soğutulmuş bıçaklar elde etmenin tek yolu budur. Ayrıca zamanla düzeldi. İlk aşamalarda enjeksiyon kalıplama teknolojisi kullanılarak farklı ebatlarda kanatlar üretildi. kristalleşme taneleri birbirine güvenilmez bir şekilde kenetlenen, ürünün gücünü ve hizmet ömrünü önemli ölçüde azaltan.

Daha sonra özel modifiye edicilerin kullanımı ile tek tip, eş eksenli, ince yapısal tanelere sahip döküm soğutmalı kanatlar üretmeye başladılar. Bu amaçla, 1960'larda VIAM, ZhS6, ZhS6K, ZhS6U, VZhL12U döküm için ilk seri yerli ısıya dayanıklı alaşımları geliştirdi.

Çalışma sıcaklıkları, o zamanlar yaygın olan deforme olabilen (dövme) alaşım EI437A/B'den (KhN77TYu/YuR) 200° daha yüksekti. Bu malzemelerden yapılan bıçaklar, görsel olarak görünür bir arıza belirtisi olmaksızın en az 500 saat çalıştı. Bu tip üretim teknolojisi bugün hala kullanılmaktadır. Bununla birlikte, tane sınırları, bıçak yapısının zayıf bir noktası olarak kalır ve yıkımı onlarla birlikte başlar.

Bu nedenle, modern çalışmaların yük özelliklerinin büyümesiyle uçak türbinleri(basınç, sıcaklık, merkezkaç yükleri), kanatların üretimi için yeni teknolojilerin geliştirilmesi gerekli hale geldi, çünkü çok damarlı yapı artık birçok açıdan ağır çalışma koşullarını karşılamıyor.

Rotor kanatlarının ısıya dayanıklı malzemesinin yapı örnekleri. 1 - eş eksenli tane boyutu, 2 - yönlü kristalizasyon, 3 - tek kristal.

Böylece ortaya çıktı" yönlü kristalizasyon yöntemi". Bu yöntemle, bıçağın sertleştirilmiş dökümünde tek tek eş eksenli metal taneler değil, kesinlikle bıçağın ekseni boyunca uzayan uzun sütunlu kristaller oluşur. Bu tür bir yapı, bıçağın kırılma direncini önemli ölçüde artırır. Her ne kadar oluşturan dalların her biri sorunsuz bir şekilde kırılsa da, kırılması çok zor olan bir süpürgeye benzer.

Bu teknoloji daha sonra daha da gelişmiş bir hale getirildi" tek kristal döküm yöntemi”, bir bıçak pratik olarak bir bütün kristal olduğunda. Bu bıçak türü artık modern havacılık türbinleri. Üretimleri için, renyum içeren alaşımlar da dahil olmak üzere özel alaşımlar kullanılır.

70'lerde ve 80'lerde VIAM, yönlü katılaşma ile türbin kanatlarının dökümü için alaşımlar geliştirdi: ZhS26, ZhS30, ZhS32, ZhS36, ZhS40, VKLS-20, VKLS-20R; ve 90'larda - uzun hizmet ömrüne sahip korozyona dayanıklı alaşımlar: ZhSKS1 ve ZhSKS2.

Ayrıca, bu yönde çalışan VIAM, 2000 yılının başından günümüze, üçüncü neslin yüksek renyumlu ısıya dayanıklı alaşımlarını yarattı: VZhM1 (%9.3 Re), VZhM2 (%12 Re), ZhS55 (%9 Re) ve VZhM5 (%4 Yeniden). Son 10 yılda özellikleri daha da geliştirmek için, dördüncü - VZhM4 ve beşinci nesil VZhM6'nın renyum-rutenyum içeren alaşımlarıyla sonuçlanan deneysel çalışmalar yapılmıştır.

Asistan olarak...

Daha önce de belirtildiği gibi gaz türbinli motorlarda sadece reaktif (veya aktif-reaktif) türbinler kullanılmaktadır. Bununla birlikte, sonuç olarak, kullanılanlar arasında hatırlamakta fayda var. uçak türbinleri aktif olanlar da var. Esas olarak ikincil görevleri yerine getirirler ve ana motorların çalışmasında yer almazlar.

Ve yine de rolleri genellikle çok önemlidir. Bu durumda, yaklaşık havalı marşlar koşmak için kullanılır. Mevcut Farklı çeşit gaz türbinli motorların rotorlarını döndürmek için kullanılan marş cihazları. Air starter, belki de aralarında en belirgin yeri kaplar.

Hava marş turbofan.

Bu birim, aslında, işlevlerin önemine rağmen, temelde oldukça basittir. Buradaki ana ünite, motor rotorunu bir dişli kutusu ve bir tahrik kutusu (genellikle bir turbofan motorunda düşük basınçlı bir rotor) aracılığıyla döndüren bir veya iki aşamalı aktif türbindir.

Havalı marş motorunun yeri ve turbofan motor üzerindeki çalışma hattı,

Türbin kendisi, bir yer kaynağından veya yerleşik bir APU'dan veya halihazırda çalışan başka bir uçak motorundan gelen bir hava akımı tarafından döndürülür. Başlatma döngüsünün belirli bir noktasında, marş otomatik olarak devre dışı kalacaktır.

Bu tür birimlerde, gerekli çıkış parametrelerine bağlı olarak ayrıca kullanılabilir. radyal türbinler. Ayrıca hava sıcaklığındaki genleşme ve azalmanın türbin üzerindeki etkisinin kabinlere giren havayı soğutmak için kullanıldığı bir turbo-cooler elemanı olarak uçak kabinlerindeki klima sistemlerinde de kullanılabilirler.

Ayrıca pistonlu uçak motorlarının turboşarj sistemlerinde hem aktif eksenel hem de radyal türbinler kullanılmaktadır. Bu uygulama, türbin en önemli GTE ünitesi haline gelmeden önce başladı ve bu güne kadar devam ediyor.

Yardımcı cihazlarda radyal ve eksenel türbin kullanımına bir örnek.

Turboşarj kullanan benzer sistemler otomobillerde ve genel olarak çeşitli basınçlı hava besleme sistemlerinde kullanılmaktadır.

Böylece havacılık türbini, insanlara yardımcı anlamda iyi hizmet eder.

———————————

Eh, muhtemelen bugünlük bu kadar. Aslında, hem ek bilgi açısından hem de daha önce söylenenlerin daha eksiksiz bir açıklaması açısından daha yazılacak çok şey var. Konu çok geniş. Ancak, enginliği kavramak imkansız :-). Genel bir tanıdık için, belki de yeterlidir. Sonuna kadar okuduğunuz için teşekkür ederiz.

Tekrar buluşana kadar…

Resmin sonunda, metinde "yersiz".

Tek kademeli bir turbojet türbin örneği.

Heron'un Kaluga Kozmonot Müzesi'ndeki aeolipil modeli.

Vucam XO endoskop video probunun artikülasyonu.

Vucam XO çok işlevli endoskopun ekranı.

Endoskop Vucam XO.

Bir GP7200 motorunun CA kanatları üzerindeki bir termal koruyucu kaplama örneği.

Contalar için kullanılan petek plakalar.

Labirent conta elemanlarının olası çeşitleri.

Labirent petek mühür.

GTE kanatlarının üretimi, uçak motoru endüstrisinde, başlıcaları olan bir dizi faktörden dolayı özel bir yere sahiptir:

kanat profili ve bıçak sapının karmaşık geometrik şekli;

yüksek üretim hassasiyeti;

bıçakların üretimi için pahalı ve kıt malzemelerin kullanılması;

bıçakların seri üretimi;

bıçak imalatının teknolojik sürecini pahalı özel ekipmanlarla donatmak;

genel üretim karmaşıklığı.

Kompresör ve türbin kanatları, gaz türbinli motorların en büyük parçalarıdır. Bir motor kitindeki sayıları 3000'e ulaşır ve üretimin emek yoğunluğu, motorun toplam emek yoğunluğunun% 25 ... 35'idir.

Kürek kemiğinin tüyü, genişletilmiş karmaşık bir uzaysal şekle sahiptir.

Kalemin çalışma kısmının uzunluğu, eksen boyunca kesitlerde değişken bir profil ile 30-500 mm arasındadır. Bu bölümler, kesinlikle temel tasarım düzlemine ve kilidin profiline göre yönlendirilmiştir. Kesitlerde, koordinat sisteminde kanadın sırt ve çukur profilini belirleyen noktaların hesaplanan değerleri verilmiştir. Bu koordinatların değerleri tablo şeklinde verilmiştir. Enine kesitler birbirine göre döndürülür ve bıçak tüyünün bir bükülmesini oluşturur.

Kanat profili profilinin koordinat sistemindeki doğruluğu, her bir kanat profili noktasının verilen nominal değerlerinden izin verilen sapma ile belirlenir. Örnekte bu 0,5 mm iken kalemin bükümündeki açısal hata 20’yi geçmemelidir.

Kalemin kalınlığı küçük değerlere sahiptir, kompresöre hava akışının giriş ve çıkışında çeşitli bölümler için 1,45 mm ile 2,5 mm arasında değişmektedir. Bu durumda kalınlık toleransı 0,2 ila 0,1 mm arasında değişir. Kanat kanat profilinin giriş ve çıkışında geçiş yarıçapının oluşumuna da yüksek talepler getirilir. Bu durumda yarıçap 0,5 mm'den 0,8 mm'ye değişir.

Kanat kanat profilinin pürüzlülüğü en az 0,32 µm olmalıdır.

Kanat kanat profilinin orta kısmında, karmaşık bir profil tasarımına sahip destekleyici örtü rafları bulunur. Bu raflar, bıçakların yardımcı tasarım yüzeylerinin rolünü oynar ve yatak yüzeylerine sert alaşımlı tungsten karbür ve titanyum karbür kaplamalar uygulanır. Birbirine bağlanan orta örtü rafları, kompresör rotorunun ilk tekerleğinde tek bir destek halkası oluşturur.

Bıçağın alt kısmında, değişken kesit parametreleri ile karmaşık bir uzaysal şekle sahip bir kilit rafı vardır. Kanatların alt rafları kompresör çarkında kapalı bir devre oluşturarak kompresöre düzgün hava beslemesi sağlar. Bu raflar arasındaki boşluğun değiştirilmesi 0,1 ... 0,2 mm içinde gerçekleştirilir. Kanat kanat profilinin üst kısmı, generatrisi tam olarak kilidin profiline ve kanat profilinin ön kenarına göre yerleştirilmiş olan şekillendirilmiş bir yüzeye sahiptir. Kanatların üst kısımları ile kompresör stator çarkının mahfazası arasındaki boşluk, bu profilin doğruluğuna bağlıdır.

Örtü raflarının kanat kanadının çalışma profili ve kilit, generatrix yüzeylerinde basma gerilmeleri oluşturmak için sertleştirme işleme yöntemlerine tabi tutulur. Çatlaklara, yanıklara ve diğer üretim kusurlarına izin verilmeyen bıçak yüzeylerinin durumuna da yüksek gereksinimler uygulanır.

Bıçak malzemesi, her bıçağın kapsamlı bir kalite kontrolünü sağlayan ikinci kontrol grubuna aittir. Bir grup bıçak için, laboratuvar analizine tabi tutulan özel bir numune de hazırlanır. Kompresör kanatlarının kalitesi için gereksinimler çok yüksektir.

Bu tür parçalar için ilk boşlukları elde etme yöntemleri ve daha sonraki işlemler için geleneksel ve özel yöntemlerin kullanılması, üretimin çıktı kalitesini ve ekonomik göstergelerini belirler. Kompresör kanatlarının ilk boşlukları damgalama ile elde edilir. Bu durumda, işleme için küçük paylarla artırılmış doğrulukta iş parçaları elde edilebilir. Aşağıda, sıradan doğrulukta sıcak damgalama ile elde edilen orijinal iş parçası olan kompresör kanatlarının üretim teknolojik sürecini ele alıyoruz. Böyle bir iş parçası oluştururken, üretim karmaşıklığını ve listelenen göstergelerin uygulanmasını, kompresör kanatlarının kalitesini azaltan yollar belirlenmiştir.

Teknolojik süreci geliştirirken aşağıdaki görevler belirlendi:

Bıçak tüyü için minimum pay ile sıcak damgalama ile ilk boşluğun oluşturulması.

İş parçasının teknolojik sistemde yönlendirilmesi ve güvenilir şekilde sabitlenmesi için teknolojik kazançların yaratılması.

İşlemin çeşitli aşamalarında ödeneği dağıtmak (optimize etmek) için teknolojik ekipmanın geliştirilmesi ve ilk iş parçasının teknolojik sistemde bıçak kanadı profiline göre yönlendirilmesi yönteminin uygulanması.

Frezeleme işlemlerinde karmaşık konturları işlemek için bir CNC makinesi kullanma.

Yüzeylerin kalite göstergelerinin garantisi ile taşlama ve cilalama ile son işlem yöntemlerinin kullanılması.

Üretimin ana aşamalarında işlemlerin yürütülmesi için bir kalite kontrol sisteminin oluşturulması.

Bıçak üretimi için rota teknolojisi. Damgalama ve ilgili tüm işlemler, geleneksel hassas sıcak damgalama teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilir. Teknik şartlara uygun olarak krank preslerinde işleme gerçekleştirilir. Damgalama eğimleri 7…10°'dir. Damgalama yüzeylerinin geçiş yarıçapları R=4mm içinde gerçekleştirilir. IT-15'e göre yatay ve dikey boyutlar için toleranslar. Pulların ayırma çizgisi boyunca izin verilen yer değiştirme 2 mm'den fazla değildir. Orijinal iş parçasının tüyü profilli çalışmaya tabi tutulur. İş parçasının tüm konturu boyunca parlama izleri 1 mm'yi geçmemelidir.

Kompresör kanatları, en kritik ve seri üretilen motor ürünlerinden biridir ve birkaç saatten birkaç on binlerce saate kadar hizmet ömrüne sahip olup, dinamik ve statik streslerden, aşındırıcı içeren yüksek sıcaklıktaki gaz akışından çok çeşitli etkilere maruz kalır. partiküllerin yanı sıra çevrenin oksidatif ürünleri ve yanma yakıtı. Aynı zamanda, coğrafi çalışma konumuna ve motorun çalışma moduna bağlı olarak, yolu boyunca sıcaklığın -50 ... -40 ° C ile değiştiğine dikkat edilmelidir.

Kompresörde 700…800 С°. Modern gaz türbini motorlarının kompresör kanatları için titanyum alaşımları (VT22, VT3-1, VT6, VT8, VT33), ısıya dayanıklı çelikler (EN961 Sh, EP517Sh) ve türbin kanatları için nikel bazlı döküm alaşımları ( ZhS6U, ZhS32) .

Askeri uçaklar için motor çalıştırma ve tamir etme deneyimi, tahsis edilen 500-1500 saatlik kaynağın sağlanmasının büyük ölçüde kompresör ve türbin kanatlarındaki hasar seviyesine bağlı olduğunu göstermektedir. Aynı zamanda, çoğu durumda çentikler, yorulma ve termal yorulma çatlakları, çukurlaşma ve gaz korozyonu ve aşındırıcı aşınma ile ilişkilidir.

20 * 106 döngü bazında 4. kademe kanatlar için yorulma sınırındaki düşüş %30'dur (kusursuz kanatlar için 480 MPa'dan onarım kanatları için 340 MPa'ya), ancak tamir edilen kanatlar üzerindeki maksimum gerilmeler 4. aşama, azalmalarına rağmen, çentikler olmadan bıçak kenarlarındaki stresi hala önemli ölçüde aşmaktadır. Kompresör rotor kanatlarındaki çentikler, yeni kanatlarda önemli bir yorulma mukavemeti kaybına yol açar. Onarım tolerans limitini aşan çentiklere sahip olduklarından, önemli sayıda bıçak reddedilir ve geri dönüşü olmayan bir şekilde kaybolur. Nispeten düşük ağırlığa sahip titanyumdan yapılan yapılar, yüksek korozyon direncine, iyi mekanik özelliklere ve güzel bir görünüme sahiptir.

Çinliler ne kadar uğraşırsa uğraşsın modern jet motorlarını taklit edemeyeceklerini muhtemelen herkes biliyor. Herşey. yapabildiklerini - kopyalayıp KURUTMAlarını aldılar, ancak motorun hala Rusya Federasyonu'ndan satın alınması gerekiyor. WIM hakkında bir makale okudum: http://www.warandpeace.ru/ru/news/view/74298/ "Çin hala modern bir jet motorunu kopyalayamıyor." Üstelik anlıyorum ki ultra modern teknolojiler, gelişmeler, matematik vs vs var... Ama meselenin ne olduğunu daha detaylı anlamak için aşağıdaki yazıyı okumanızı tavsiye ederim.

MOTORLAR VE MALZEMELER

Herhangi bir ısı motorunun gücü, çalışma sıvısının sıcaklığını belirler - bir jet motoru durumunda, bu, yanma odalarından akan gazın sıcaklığıdır. Gaz sıcaklığı ne kadar yüksekse, motor o kadar güçlü, itme gücü o kadar yüksek, verim o kadar yüksek ve ağırlık özellikleri o kadar iyi olur. Gaz türbini motorunda bir hava kompresörü bulunur. Onunla aynı şaft üzerinde oturan bir gaz türbini tarafından tahrik edilir. kompresör sıkıştırır atmosferik hava 6-7 atmosfere kadar ve yakıtın enjekte edildiği yanma odalarına gönderir - gazyağı. Haznelerden akan sıcak gazın akışı - gazyağı yanma ürünleri - türbini döndürür ve memeden dışarı fırlayarak jet itişi yaratır, uçağı hareket ettirir. Yanma odalarında meydana gelen yüksek sıcaklıklar, motorun en kritik unsurlarından birinin - bir gaz türbininin stator ve rotor kanatlarının - tasarımı için yeni teknolojilerin yaratılmasını ve yeni malzemelerin kullanılmasını gerektirdi. Pek çok çeliğin ve alaşımın halihazırda eridiği muazzam sıcaklığa, mekanik güçlerini kaybetmeden saatlerce dayanmaları gerekir. Her şeyden önce, bu türbin kanatları için geçerlidir - 1600 K'nin üzerindeki sıcaklıklara ısıtılan sıcak gazların akışını algılarlar. Teorik olarak türbinin önündeki gaz sıcaklığı 2200 K'ye (1927 o C) ulaşabilir. Jet havacılığının doğuşu sırasında - savaştan hemen sonra - ülkemizde uzun süre yüksek mekanik yüklere dayanabilecek bıçaklar yapmanın mümkün olduğu malzemeler yoktu.
Büyük'ün sona ermesinden kısa bir süre sonra Vatanseverlik Savaşı VIAM'da özel bir laboratuvar tarafından türbin kanatlarının üretimi için alaşımların oluşturulmasına yönelik çalışmalar başlatıldı. Sergei Timofeevich Kishkin tarafından yönetildi.

METAL İÇİN İNGİLTERE'YE

Savaştan önce bile, bir turbojet motorunun ilk yerli tasarımı, uçak motorlarının tasarımcısı Arkhip Mikhailovich Lyulka tarafından Leningrad'da yaratıldı. 1930'ların sonlarında bastırıldı, ancak muhtemelen tutuklanmasını bekleyerek, motorun çizimlerini enstitünün bahçesine gömmeyi başardı. Savaş sırasında, ülkenin liderliği Almanların zaten jet uçağı yarattığını öğrendi (turbojet motorlu ilk uçak, 1939'da uçan bir laboratuvar olarak tasarlanan Alman "Heinkel" He-178; çift motorlu "Messerschmitt" Me -262 ilk seri savaş uçağı oldu "Sonra Stalin, yeni askeri gelişmelerden sorumlu olan L.P. Beria'yı aradı ve ülkemizde jet motorlarıyla uğraşanları bulmasını istedi. A.M. Lyulka hızla serbest bırakıldı ve ona bir oda verildi. Moskova Galushkina Caddesi'ndeki ilk tasarım bürosu jet motorları için Arkhip Mihayloviç çizimlerini buldu ve onları çıkardı, ancak projesine göre motor hemen çalışmadı.Sonra sadece İngilizlerden alınan turbojet motorunu aldılar ve bir tane tekrarladılar. Ama mesele Sovyetler Birliği'nde bulunmayan, ancak İngiltere'de bulunan malzemelerle karşı karşıya geldi ve bunların bileşimi elbette sınıflandırıldı. Yine de onu deşifre etmek mümkün oldu.
Motor üretimiyle tanışmak için İngiltere'ye gelen S. T. Kishkin, her yerde kalın mikro gözenekli tabanlı botlarda ortaya çıktı. Ve türbin kanatlarının işlendiği tesisi, makinenin yanında bir turla gezerek, sanki tesadüfen parçadan düşen talaşlara bastı. Bir parça metal yumuşak kauçuğa çarptı, içine sıkıştı ve sonra çıkarıldı ve Moskova'da kapsamlı bir analize tabi tutuldu. İngiliz metalinin analizinin sonuçları ve VIAM'de yürütülen kapsamlı kendi araştırmaları, türbin kanatları için ilk ısıya dayanıklı nikel alaşımlarının oluşturulmasını ve en önemlisi yapı ve üretim teorisinin temellerini geliştirmeyi mümkün kıldı.

Bu tür alaşımların ısı direncinin ana taşıyıcılarının, Ni3 Al bileşiğine dayanan intermetalik fazın mikroskobik altı parçacıkları olduğu bulundu. Türbin önündeki gaz sıcaklığı 900-1000 K'yi geçmediyse, ilk ısıya dayanıklı nikel alaşımlarından yapılmış kanatlar uzun süre çalışabilir.

DAMGALAMA YERİNE DÖKÜM

İlk motorların kanatları, bir çubuğa dökülen bir alaşımdan, bitmiş bir ürüne belli belirsiz benzeyen bir şekle sahip olacak şekilde damgalandı ve daha sonra uzun ve dikkatli bir şekilde işlendi. Ancak burada beklenmedik bir zorluk ortaya çıktı: malzemenin çalışma sıcaklığını arttırmak için ona alaşım elementleri eklendi - tungsten, molibden, niyobyum. Ama alaşımı o kadar sert yaptılar ki damgalamak imkansız hale geldi - sıcak deformasyon yöntemleriyle kalıplanamadı.
Sonra Kishkin, omuz bıçaklarını atmayı önerdi. Mühendisler öfkeliydi: ilk olarak, dökümden sonra bıçağın hala işlenmesi gerekecek ve en önemlisi, bir döküm bıçağı motora nasıl yerleştirilebilir? Damgalı bıçakların metali çok yoğundur, gücü yüksektir ve dökme metal, damgalı metalden daha gevşek ve açıkça daha az dayanıklı kalır. Ancak Kishkin şüphecileri ikna etmeyi başardı ve VIAM özel döküm ısıya dayanıklı alaşımlar ve bıçak döküm teknolojisi yarattı. Testler yapıldı ve ardından neredeyse tüm uçak turbojet motorları dökme türbin kanatlı üretilmeye başlandı.
İlk bıçaklar sağlamdı ve uzun süre yüksek sıcaklıklara dayanamadı. Soğutmaları için bir sistem oluşturmak gerekiyordu. Bunu yapmak için, kompresörden soğutma havası sağlamak için kanatlarda uzunlamasına kanallar yapmaya karar verdik. Bu fikir o kadar sıcak değildi: kompresörden ne kadar fazla hava soğumaya giderse, yanma odalarına o kadar az gider. Ancak gidecek hiçbir yer yoktu - türbinin kaynağı ne pahasına olursa olsun arttırılmalıdır.

Bıçağın ekseni boyunca yerleştirilmiş birkaç soğutma kanalına sahip bıçaklar tasarlamaya başladılar. Bununla birlikte, kısa süre sonra böyle bir tasarımın verimsiz olduğu anlaşıldı: hava kanaldan çok hızlı akıyor, soğutulan yüzeyin alanı küçük ve ısı yeterince uzaklaştırılmıyor. Bıçağın iç boşluğunun konfigürasyonunu, oraya hava akışını saptıran ve geciktiren bir deflektör yerleştirerek veya daha karmaşık bir şekle sahip kanallar yaparak değiştirmeye çalıştılar. Bir noktada, uçak motoru uzmanları baştan çıkarıcı bir fikir buldular - tamamen seramik bir bıçak yaratmak: seramikler çok yüksek sıcaklıklara dayanır ve soğutulması gerekmez. O zamandan bu yana neredeyse elli yıl geçti, ancak şimdiye kadar dünyada hiç kimse seramik bıçaklı bir motor yapmadı, ancak girişimler devam ediyor.

DÖKÜM KÜPE NASIL YAPILIR

Türbin kanatlarının üretim teknolojisine hassas döküm denir. İlk olarak, gelecekteki bıçağın bir mum modeli yapılır, onu bir kalıba dökerek, kuvars silindirlerin ilk olarak gelecekteki soğutma kanallarının yerine yerleştirildiği (daha sonra diğer malzemeleri kullanmaya başladılar). Model sıvı seramik bir kütle ile kaplanmıştır. Kuruduktan sonra mum sıcak su ile eritilir ve seramik kütle ateşlenir. Alaşımın derecesine bağlı olarak erimiş metalin sıcaklığına 1450 ila 1500 ° C arasında dayanabilen bir form ortaya çıkıyor. Metal, bitmiş bir bıçak şeklinde katılaşan, ancak içindeki kanallar yerine kuvars çubuklarla kalıba dökülür. Çubuklar, hidroflorik asit içinde çözülerek çıkarılır. Bu işlem hava geçirmez şekilde kapatılmış bir ortamda gerçekleştirilir. içeride hava kaynağı için bir hortum ile bir uzay giysisi içinde bir işçi. Teknoloji uygunsuz, tehlikeli ve zararlıdır.
Bu işlemi dışlamak için VIAM, alkalide çözünen %10-15 silikon oksit ilavesiyle alüminyum oksit çubuklar yapmaya başladı. Bıçakların malzemesi alkali ile reaksiyona girmez ve alüminyum oksit kalıntıları güçlü bir su jeti ile çıkarılır.
Günlük yaşamda, döküm ürünleri çok kaba ve kaba olarak görmeye alışkınız. Ancak, şekillerinin tamamen pürüzsüz olduğu ve neredeyse hiç işleme gerekmediği seramik bileşimleri seçmeyi başardık. Bu, işi büyük ölçüde basitleştirir: bıçaklar çok karmaşık bir şekle sahiptir ve bunları işlemek kolay değildir.
Yeni malzemeler yeni teknolojiler gerektiriyordu. Çubukların malzemesine silikon oksit eklemek ne kadar uygun olursa olsun, terk edilmesi gerekiyordu. Alüminyum oksit Al 2 O 3'ün erime sıcaklığı 2050 o C'dir ve silikon oksit SiO 2 sadece yaklaşık 1700 o C'dir ve yeni ısıya dayanıklı alaşımlar zaten dökme işleminde olan çubukları tahrip eder.
Alüminyum oksit kalıbın mukavemetini koruması için içine dökülen sıvı metalin sıcaklığından daha yüksek bir sıcaklıkta fırınlanır. Ek olarak, döküm sırasında kalıbın iç geometrisi değişmemelidir: bıçakların duvarları çok incedir ve boyutlar hesaplananlarla tam olarak eşleşmelidir. Bu nedenle, kalıbın izin verilen büzülmesi %1'i geçmemelidir.

DAMGALI KÜPE NEDEN REDDEDİLDİ

Daha önce de belirtildiği gibi, damgalamadan sonra bıçağın işlenmesi gerekiyordu. Aynı zamanda metalin %90'ı talaşlara dönüştü. Görev belirlendi: belirli bir bıçak profilini hemen üretecek ve bitmiş ürünün yalnızca cilalanması ve bir ısı koruma kaplaması ile uygulanması gerekecek kadar hassas bir döküm teknolojisi oluşturmak. Bıçağın gövdesinde oluşturulan ve onu soğutma görevini yerine getiren tasarım daha az önemli değildir.
Bu nedenle, çalışma gazının sıcaklığını düşürmeden verimli bir şekilde soğutulan ve uzun süreli mukavemeti yüksek bir bıçak yapmak çok önemlidir. Bu sorun, bıçağın gövdesindeki kanalların ve ondan çıkan çıkışların, bıçağın etrafında ince bir hava filmi görünecek şekilde düzenlenmesiyle çözüldü. Aynı zamanda bir taşla iki kuş vururlar: sıcak gazlar bıçağın malzemesiyle temas etmez ve bu nedenle onu ısıtmaz ve kendilerini soğutmazlar.
Burada termal koruma ile bazı benzerlikler var. uzay Roketi. Bir roket atmosferin yoğun katmanlarına yüksek hızda girdiğinde, başını örten sözde kurban kaplama buharlaşmaya ve yanmaya başlar. Ana ısı akışını üstlenir ve yanma ürünleri bir tür koruyucu yastık oluşturur. Türbin kanadının tasarımı aynı prensibe dayanmaktadır, kurban kaplama yerine sadece hava kullanılmaktadır. Doğru, bıçaklar da erozyon ve korozyondan korunmalıdır.

Bir bıçak yapma prosedürü aşağıdaki gibidir. İlk olarak, mekanik mukavemet ve ısı direnci için belirtilen parametrelere sahip bir nikel alaşımı oluşturulur, bunun için alaşım katkı maddelerinin nikele dahil edildiği: %6 alüminyum, %6-10 tungsten, tantal, renyum ve biraz rutenyum. Dökme nikel bazlı alaşımlar için maksimum yüksek sıcaklık performansına izin verirler (daha fazla renyum kullanarak bunları daha da arttırmanın bir cazibesi vardır, ancak bu delicesine pahalıdır). Umut verici bir yön, niyobyum silisit kullanımıdır, ancak bu uzak bir gelecek meselesidir.
Ancak burada alaşım 1450 °C sıcaklıkta bir kalıba dökülür ve onunla birlikte soğur. Soğuyan metal, ayrı eş eksenli, yani her yönde yaklaşık olarak aynı boyutta taneler oluşturarak kristalleşir. Tahılların kendileri hem büyük hem de küçük olabilir. Güvenilmez bir şekilde yapışırlar ve çalışma bıçakları tane sınırları boyunca çöktü ve paramparça oldu. Tek bir bıçak 50 saatten fazla dayanamaz. Daha sonra döküm kalıbı malzemesine bir değiştirici eklemeyi önerdik - kobalt alüminat kristalleri. Tane oluşum sürecini hızlandıran merkezler, kristalleşme çekirdekleri olarak hizmet ederler. Taneler düzgün ve incedir. Yeni bıçaklar 500 saat çalışmaya başladı. E. N. Kablov tarafından geliştirilen bu teknoloji halen çalışıyor ve iyi çalışıyor. Ve biz VIAM'da tonlarca kobalt alüminat üretip fabrikalara tedarik ediyoruz.
Jet motorlarının gücü arttı, gaz jetinin sıcaklığı ve basıncı arttı. Ve bıçak metalinin çok damarlı yapısının yeni koşullar altında çalışamayacağı anlaşıldı. Başka fikirlere ihtiyaç vardı. Bulundular, teknolojik gelişme aşamasına getirildiler ve yönlendirilmiş kristalizasyon olarak tanındılar. Bu, metalin katılaştığında eş eksenli taneler oluşturmadığı, ancak bıçağın ekseni boyunca kesinlikle uzamış uzun sütunlu kristaller oluşturduğu anlamına gelir. Böyle bir yapıya sahip bir bıçak, kırılmaya çok iyi direnecektir. Tüm dalları tek tek zorlanmadan kırılsa da, kırılamayan bir süpürgeyle ilgili eski benzetmeyi hemen hatırlıyorum.

YÖNLÜ KRİSTALİZASYON NASIL GERÇEKLEŞTİRİLİR

Bıçağı oluşturan kristallerin düzgün bir şekilde büyümesi için erimiş metal kalıp ısıtma bölgesinden yavaş yavaş çıkarılır. Aynı zamanda, sıvı metalli form, su ile soğutulan büyük bir bakır disk üzerinde duruyor. Kristal büyümesi alttan başlar ve neredeyse bir oranda yükselir. eşit hız Kalıbın ısıtıcıdan çıkışı. Yönlü kristalleştirme teknolojisini oluştururken, kristalleşme hızı, ısıtıcı sıcaklığı, ısıtıcı ve soğutucu arasındaki sıcaklık gradyanı vb. gibi birçok parametreyi ölçmek ve hesaplamak gerekiyordu. Sütunlu olacak şekilde böyle bir kalıp hareket hızı seçmek gerekiyordu. kristaller bıçağın tüm uzunluğu boyunca büyüyecekti. Tüm bu koşullar altında, bıçak bölümünün her santimetre karesi için 5-7 uzun sütunlu kristal büyür. Bu teknoloji, yeni nesil uçak motorlarının oluşturulmasını sağlamıştır. Ama daha da ileri gittik.
Büyütülmüş sütunlu kristalleri X-ışını kırınım yöntemleriyle inceledikten sonra, tüm bıçağın tamamen tek bir kristalden yapılabileceğini fark ettik, bu kristaller tane sınırları olmayacak - yıkımın başladığı en zayıf yapısal elemanlar. Bunu yapmak için, belirli bir yönde yalnızca bir kristalin büyümesine izin veren bir tohum yaptılar (böyle bir tohum için kristalografik formül 0-0-1'dir; bu, kristalin Z ekseni yönünde büyüdüğü ve X-Y yönü- Numara). Tohum kalıbın alt kısmına yerleştirildi ve metal dökülerek alttan yoğun bir şekilde soğutuldu. Büyüyen tek kristal bir bıçak şeklini aldı.
Amerikalı mühendisler, soğutma için bakır su soğutmalı bir kristalleştirici kullandılar. Ve birkaç deneyden sonra, 600-700 K sıcaklıkta erimiş kalaylı bir banyo ile değiştirdik. Bu, gerekli sıcaklık gradyanını daha doğru bir şekilde seçmeyi ve yüksek kaliteli ürünler elde etmeyi mümkün kıldı. VIAM'da, tek kristalli bıçakları büyütmek için banyolu tesisler yapıldı - bilgisayar kontrollü çok gelişmiş makineler.
1990'larda, SSCB çöktüğünde, Sovyet uçakları, çoğunlukla MiG savaşçıları olmak üzere Doğu Almanya'da kaldı. Motorlarında bizim üretimimizden kanatlar vardı. Bıçakların metali Amerikalılar tarafından incelendi, ardından çok geçmeden uzmanları VIAM'a geldi ve onu kimin ve nasıl yarattığını göstermesini istedi. Kendilerine çözemedikleri bir metre uzunluğunda tek kristal bıçak yapma görevi verildiği ortaya çıktı. Güç türbinleri için büyük kanatların yüksek gradyan dökümü için bir tesis tasarladık ve teknolojimizi Gazprom ve RAO "Rusya'nın UES'sine" sunmaya çalıştık, ancak hiçbir ilgi göstermediler. Bununla birlikte, metre uzunluğundaki bıçakların dökümü için neredeyse hazır bir endüstriyel tesisimiz var ve bu şirketlerin yönetimini uygulama ihtiyacına ikna etmeye çalışacağız.

Bu arada, enerji mühendisliği için türbinler, VIAM'ın çözdüğü bir başka ilginç görevdir. Ömrü biten uçak motorları, gaz boru hattı kompresör istasyonlarında ve petrol boru hattı pompalarını besleyen enerji santrallerinde kullanılmaya başlandı. Şimdi, bu ihtiyaçlar için, çalışma gazının çok daha düşük sıcaklıklarında ve basıncında, ancak çok daha uzun süre çalışacak özel motorlar yaratma görevi acil hale geldi. eğer kaynak uçak motoru yaklaşık 500 saat, daha sonra petrol ve gaz boru hattındaki türbinler 20-50 bin saat çalışmalıdır. Onlarla ilk ilgilenenlerden biri, Nikolai Dmitrievich Kuznetsov'un liderliğindeki Samara tasarım bürosuydu.

ISIYA DAYANIKLI ALAŞIMLAR

Tek kristal bir bıçak katı büyümez - içinde soğutma için karmaşık bir şekle sahip bir boşluk vardır. CIAM ile birlikte, seri ürünlerinkinden neredeyse bir buçuk kat daha yüksek, 0,8'e eşit bir soğutma verimlilik katsayısı (kanat metalinin ve çalışma gazının sıcaklıklarının oranı) sağlayan bir boşluk konfigürasyonu geliştirdik.

Bunlar yeni nesil motorlar için sunduğumuz bıçaklardır. Şimdi türbinin önündeki gaz sıcaklığı 1950 K'ye zar zor ulaşıyor ve yeni motorlarda 2000-2200 K'ye ulaşacak. Onlar için, renyum ve renyum dahil olmak üzere on beşe kadar periyodik tablo elementini içeren yüksek sıcaklık alaşımları zaten geliştirdik. rutenyum ve nikel, krom, alüminyum ve itriyumu içeren ısı koruyucu kaplamalar ve gelecekte - itriyum oksit ile stabilize edilmiş zirkonyum oksitten seramik.

Birinci nesil alaşımlarda, titanyum veya tantal karbürler şeklinde az miktarda karbon mevcuttu. Karbürler, kristallerin sınırları boyunca yer alır ve alaşımın gücünü azaltır. Karbürden kurtulduk ve yerine renyum koyduk, ilk örneklerdeki konsantrasyonunu %3'ten son örneklerde %12'ye çıkardık. Ülkemizde az sayıda renyum rezervi bulunmaktadır; Kazakistan'da mevduat var, ancak Sovyetler Birliği'nin çöküşünden sonra tamamen Amerikalılar tarafından satın alındı; Japonların üzerinde hak iddia ettiği Iturup adası kalır. Ama elimizde çok fazla rutenyum var ve yeni alaşımlarda renyumu başarılı bir şekilde onunla değiştirdik.
VIAM'ın benzersizliği, hem alaşımları hem de üretim teknolojisini ve döküm tekniğini geliştirebilmemiz gerçeğinde yatmaktadır. tamamlanmış ürün. VIAM'ın tüm çalışanlarının muazzam çalışması ve bilgisi, tüm blade'lere yatırıldı.

Teknik Bilimler Adayı I. DEMONIS, Yardımcısı CEO VIAM

Buluş dökümhane üretimi ile ilgilidir. Bir gaz türbini motorunun kanadı hassas döküm ile yapılır. Omuz bıçağı, sonunda tüylü tek bir parça şeklinde yapılmış bir topuk 5 bulunan bir tüy 4 içerir. Topuk, birinci banyonun (12) radyal yüzeyler (13) ve bir taban (14) ile yapıldığı bir platform (5a) içerir. Banyo (12) topuğun kalınlığını azaltır. Birinci banyoda, tüy ve topuk arasındaki arayüz bölgesi (15) seviyesinde, metalin kabuk kalıba sadece bir noktadan dökülmesine izin veren ikinci bir banyo (16) yapılır. Metalin homojen dağılımı sayesinde kepçede gözenek oluşumu engellenir. 3 n. ve 3 z.p. f-ly, 4 hasta.

RF patenti 2477196'ya ait çizimler

Mevcut buluş, dökme metal bir bıçak ve bunu yapmak için bir yöntem ile ilgilidir.

Bir turbojet motoru gibi bir gaz türbini motoru, bir fan, bir veya daha fazla kompresör aşaması, bir yanma odası, bir veya daha fazla türbin aşaması ve bir meme içerir. Gazlar, rotorların çevresine sabitlenmiş radyal kanatların varlığı nedeniyle fan, kompresör ve türbin rotorları tarafından tahrik edilir.

İçten takmalı, dıştan takmalı, radyal, ileri veya kıç konum veya konum kavramları, gaz türbinli motorun ana eksenine ve bu motordaki gaz akış yönüne göre düşünülmelidir.

Hareketli türbin kanadı, rotor diskine bağlı olduğu bir bacak, gaz-hava yolunu sınırlayan iç duvarın bir elemanını oluşturan bir platform ve esas olarak radyal eksen boyunca yer alan ve üflenen bir tüy içerir. gazlar tarafından. Motor ve türbin aşamasına bağlı olarak, gövdeden uzak ucunda, kanat, dış duvarın gazı sınırlayan bir elemanını oluşturan topuk adı verilen, kanat profilinin ana (ana) eksenine çapraz bir elemanla biter. -hava yolu.

Topuğun dış yüzeyinde, karşı stator duvarı ile birlikte gazlara karşı sızdırmazlık sağlayan bir labirent conta oluşturan bir veya daha fazla radyal plaka veya tarak yapılır; bunun için, kural olarak, söz konusu stator duvarı, plakaların sürtündüğü, aşındırılabilir malzemeden bir halka şeklinde yapılır. Plakalar, gaz akışına çapraz olarak yerleştirilmiş bir ön taraf ve bir arka taraf içerir.

Bıçak monoblok olabilir, yani bacak, platform, tüy ve topuk tek parça şeklinde yapılır. Bıçak, "kayıp mum dökümü" adı verilen bir döküm işlemi ile yapılır ve teknikte uzman kişilerce iyi bilinir. Böylece:

Daha önce, bir kürek kemiği modeli mumdan yapılmıştır;

Model, pişirildikten sonra bir kabuk oluşturan refrakter seramik bir astarın içine daldırılır;

Balmumu eritilir ve iç hacmi bıçağın şeklini belirleyen refrakter malzemeden bir "kabuk şekli" üretmek için çıkarılır;

Erimiş metal, kabuk kalıba dökülürken, aynı anda metalin dökülmesi için birkaç kabuk kalıbı bir blok halinde birleştirilir;

Kabuk kalıbı kırılmıştır, bu da metal bir spatula elde etmeyi mümkün kılar.

Metalin kalıba döküldüğü noktalarda, bıçak kalıplandıktan sonra işlenmesi gereken, kalıba dökülen metal bıçak üzerinde nispeten kalın metal çıkıntılar oluşur. Kural olarak, metal, bıçağın topuğu seviyesinde dökülür. Dökme kanalının çapı ve dolayısıyla daha sonra oluşan birikim önemlidir ve dökme işlemi, labirent contanın küçük bir kalınlığa sahip olan plakalarının yakınında gerçekleşir; sonuç olarak, yalnızca bir döküm noktası sağlanmışsa, metalin kabuk kalıp içinde zayıf bir dağılımı vardır ve bıçağın, özellikle bıçaklarının seviyesinde, gözenekliliği ile ilgili sorunlar vardır.

Bu sorun, iki dökme girişi sağlanarak çözülebilirken, dökme kanallarının çapı da buna uygun olarak azaltılır. Böylece, büyük çaplı bir döküm kanalı yerine, metalin daha iyi dağılımını sağlayan ve gözeneklilik problemlerini ortadan kaldıran, daha küçük çaplı, aralıklı iki döküm kanalı elde edilir.

Ancak, bu gözeneklilik problemlerinin sadece bir akma noktası korunarak ele alınması arzu edilir.

Bu bağlamda buluşun amacı, döküm ile yapılan, ucunda topuk bulunan, tüy içeren, tüy ile birlikte tek parça halinde yapılmış, tüy içeren bir gaz türbini motor kanadıdır. ara yüz bölgesi seviyesinde bağlanırken, topuk, üzerinde en az bir sızdırmazlık plakasına göre bir platform içerir ve birinci banyo platformda yapılır, özelliği ikinci banyonun birinci banyoda yapılmasıdır. tüy ve topuk arasındaki arayüzün seviyesi.

Hava folyosu ve topuk arasındaki arayüz bölgesi seviyesinde diğer bir banyoda bir banyonun bulunması, bu bölgede çok fazla kalınlaşmayı önler ve bıçağın dökümle kalıplanması sırasında sıvı metalin kalıp içinde daha iyi dağılmasını sağlar. Sıvı metalin kalıp içinde geliştirilmiş dağılımı, döküm yönteminin tek bir metal akma noktası ile kullanılmasına olanak tanır. Tek bir akma noktasına sahip bir bıçak üretmenin avantajı, kabuk kalıbın ve gerekirse kabuk kalıp bloğunun olağanüstü basitliğidir; bıçakların üretim maliyeti azalırken, kaliteleri artar.

Ek olarak, topuk seviyesindeki malzeme miktarı optimize edilmiştir, bu da bıçağın ağırlığını ve maliyetini azaltır.

Ek olarak, topuk ve/veya tüy üzerindeki mekanik baskılar optimize edilir ve daha iyi bir kütle dağılımı elde edildiğinden bıçak tarafından daha iyi emilir.

Tercihen birinci banyo, radyal yüzeyler ve taban ile sınırlandırılır ve ikinci banyo, birinci banyonun tabanında oluşturulur.

İkinci tepsinin, topuk ve tüy arasındaki arayüz bölgesinin karşısındaki bıçağın ana ekseni boyunca yapılması da tercih edilir.

Kanat kanat profilinin sağlam bir duvardan oluşturulması ve eşleşme bölgesinde kavisli yüzeyler içermesi, ikinci banyonun kavisli radyal yüzeyler ve bir alt yüzey içermesi ve ikinci banyonun kavisli radyal yüzeylerinin esasen paralel olarak konumlandırılması tavsiye edilir. ara yüzey bölgesinde esasen sabit kanat kalınlığı sağlayan eşleşme bölgesindeki kanat profilinin kavisli yüzeyleri.

Buluşun amacı ayrıca mevcut buluşa göre en az bir kanat içeren bir türbindir.

Buluşun amacı ayrıca mevcut buluşa göre en az bir türbin içeren bir gaz türbini motorudur.

Buluşun konusu aynı zamanda bir gaz türbini motor kanadı imal etmek için aşağıdaki adımları içeren bir yöntemdir:

Bıçağın bir balmumu modeli yapılır, sonunda bir topuğun yapıldığı, tüy ile tek bir parça oluşturan, arayüz bölgesi seviyesinde bağlandığı, topuk bir platform içerir. üzerine en az bir sızdırmazlık plakasının yapıldığı, birinci banyoda platform üzerinde yapılırken, ikinci banyo birinci banyoda tüy ile topuk arasındaki konjugasyon bölgesi seviyesinde yapılır,

Mumdan yapılmış bir spatula, ateşe dayanıklı bir astara daldırılır,

Kabuk kalıbı refrakter malzemeden yapılmıştır,

Erimiş metal, tek bir dökme girişinden kabuk kalıba dökülür,

Kabuk formu kırılarak spatula elde edilir.

Mevcut buluş, mevcut buluşa göre bir bıçağın tercih edilen bir düzenlemesinin aşağıdaki açıklamasından ve ekteki çizimlere atıfta bulunularak aynısını yapma yönteminden daha açık olacaktır.

İncir. 1, mevcut buluşa göre bir türbin kanadının şematik yandan görünüşüdür.

İncir. 2, skapula topuğunun dış tarafının ön tarafından izometrik bir görünümüdür.

İncir. 3, Şekil l'deki III-III düzlemi boyunca bıçağın bir kesit görünüşüdür; bir.

İncir. 4, skapula topuğunun dış tarafının izometrik yandan görünüşüdür.

Şekil 2'de gösterildiği gibi. Şekil 1'de, mevcut buluşa göre kanat (1) esasen, kanadı 1 içeren gaz türbini motorunun B eksenine göre esas itibarıyla radyal olan bir ana eksen A boyunca oluşturulmuştur. Bu durumda, bir türbin kanadından bahsediyoruz. bir turbojet motorundan. Bıçak 1, içeride bulunan bir ayağı 2, bir platformu 3, bir tüyü 4 ve dışarıda bulunan bir topuk 5'i içerir. Topuk 5, arayüz alanında 15 tüy 4 ile eşleşir. Ayak 2, bu rotora montaj için rotor soketine takılmak üzere tasarlanmıştır. Platform 3, bacak 2 ile tüy 4 arasında yapılır ve kanadın 1 eksenine A göre enlemesine yerleştirilmiş bir yüzey içerir, iç tarafı ile gaz-hava yolunu sınırlayan bir duvar elemanı oluşturur; söz konusu duvar, söz konusu türbin aşamasının kanatlarının (1) birbirine bitişik olan tüm platformları (3) tarafından oluşturulmaktadır. Tüy 4 genellikle bıçağın 1 ana ekseni A boyunca yer alır ve teknikte uzman kişilerce bilindiği gibi amacına uygun aerodinamik bir şekle sahiptir. Topuk 5, kanat l'in ana eksenine A esasen çapraz olarak kanat profilinin 4 dış ucunda yapılan bir platform 5a içerir.

Şekil 2'de gösterildiği gibi. 2 ve 4'te gösterildiği gibi, topuk platformu 5 bir ön kenar 6 ve gaz akışına göre enlemesine yönlendirilmiş bir arka kenar 7 içerir (akış genellikle turbojetin B eksenine paraleldir). Bu iki enine kenar, ön 6 ve arka 7, Z-şekilli bir profile sahip iki yan kenar 8, 9 ile birleştirilmiştir: her bir yan kenar 8, 9 birbirine bağlı iki uzunlamasına bölüm (sırasıyla 8a, 8b, 9a, 9b) içerir. esas olarak enine olan veya gaz akışının yönüne göre en azından bir açıda yapılan bölüm 8", 9". Yan kenarlar 8, 9 boyunca, 5 topuğu, rotor üzerindeki iki bitişik bıçağın topuklarıyla temas eder. Özellikle, çalışma sırasında maruz kaldıkları titreşimleri sönümlemek için kanatlar, ana eksenleri A çevresinde esasen burulma gerilimine sahip bir disk üzerine monte edilir. Topuklar 5, kanatların burulma etkisine maruz kalacağı şekilde tasarlanmıştır. 8" , 9" yan kenarlar 8, 9 boyunca bitişik bıçaklar üzerinde desteklendiğinde gerilim.

Topuğun 5 platformunun 5a dış yüzeyinden başlayarak, bu durumda iki adet olmak üzere radyal plakalar 10, 11 veya taraklar 10, 11 yapılır; sadece bir levha veya ikiden fazla levha sağlanması da mümkündür. Her bir levha 10, 11, yan kenarların 8 karşılıklı iki uzunlamasına bölümü (8a, 8b, 9a, 9b) arasında, topuğun 5 platformunun dış yüzeyinden başlayarak gaz türbini motorunun B eksenine çapraz olarak yapılır. , 9 topuğun 5.

Topuğun 5 platformu 5a, genellikle gaz türbini motorunun eksenine B göre radyal bir açıda oluşturulur. Nitekim türbinde gazların genleşmesini sağlamak için gaz-hava yolunun kesiti girişten çıkışa doğru artar; böylece, topuğun 5 platformu 5a, gaz türbini motorunun B ekseninden girişten çıkışa doğru hareket ederken, iç yüzeyi gaz-hava yolunun dış sınırını oluşturur.

Topuğun 5 platformunda 5a, (kalıp konfigürasyonundan dolayı) bir birinci banyo 12 oluşturulur.Bu birinci banyo 12, dış yüzeyinden başlanarak yapılmış bir kenar oluşturan çevresel yüzeyler 13 tarafından oluşturulan bir boşluktur. platform 5a'dır ve yüzeye 14 bağlanır, banyonun 12 tabanını 14 oluşturur. Çevresel yüzeyler 13 esasen radyal olarak düzenlenir ve bu durumda iç kısımda kavislidir, platformun 5a dış yüzeyi ile bir montaj ilişkisi oluşturur. Bu kavisli radyal yüzeyler 15 genellikle, yukarıdan bakıldığında (bant boyunca) şekillerini takip ederek, topuğun 5 yan kenarlarına 8, 9 ve enine kenarlarına 6, 7 platformlara 5a paraleldir. bıçağın ana ekseni A 1). Topuğun 5 bazı bölgeleri bu tür radyal yüzeyleri 13 içermeyebilir, bu durumda banyonun 12 tabanının 14 yüzeyi doğrudan yan kenara gider (Şekil 2'de kenar 9a'ya bakın (Şekil 2'de not edilmelidir). .4 bu bölgeler aynı yerde değil).

Bu tipte bir banyo (12) bilinen spatulalarda zaten kullanılmıştır. İşlevi, topuğu 5 tutarken hafifletmektir. Mekanik özellikler: topuğun (5) platformunun (5a) kalınlığı, yan yüzeyleri bitişik bıçaklarla temas halinde, bıçağın (1) dönüşü sırasında güçlü gerilimlere maruz kalan yan kenarların (8, 9) yakınında önemlidir, merkezi ise 5 topuğunun daha az strese maruz kalan platformunun 5a parçası, birinci banyoyu 12 oluşturan bir girinti ile yapılmıştır.

Ek olarak, topuk, bundan böyle ikinci banyo 16 olarak anılacak olan birinci banyoda 12 bir banyo 16 içerir. İkinci banyo 16, topuk 5 ile tüy 4 arasındaki arayüz bölgesi 15 seviyesinde yapılır. ikinci banyo, 5 topuk ve 4 tüyü arasındaki çiftleşme 15 bölgesinin karşısındaki bıçağın 1 ana ekseni A boyunca yapılır.

İkinci banyo (16), birinci banyonun (12) alt yüzeyini (14) ikinci banyonun (16) tabanını oluşturan (ve iç tarafta yer alan yüzey (18) ile birleştiren bir yan oluşturan çevresel yüzeyler (17) tarafından oluşturulan bir oyuktur. birinci banyonun (12) alt yüzeyine (14) göre. Çevresel yüzeyler (17) büyük ölçüde radyal olarak düzenlenir, bu durumda dış ve iç taraflarda kavisli olup, birinci teknenin (14) alt yüzeyi (14) ile ikinci teknenin (16) alt yüzeyi (18) arasında bir konjugasyon oluşturur. Bu kavisli radyal yüzeyler (17) yukarıdan bakıldığında (bıçağın 1 ana ekseni A boyunca) şekillerini takip ederek esasen tüyün 4 yüzeylerine paraleldir (bkz. Şekil 4).

İkinci tekne 16, kalıplama sırasında yapılır (başka bir deyişle, bıçağı 1 kalıplamak için kabuk kalıbın konfigürasyonu, böyle bir tekneyi 16 kalıplamak için uyarlanmıştır). Bıçak, yukarıda tarifnamede anlatıldığı gibi kayıp mum modellere dökülerek yapılır.

İkinci banyonun (16) mevcudiyeti, 5 topuk ile 4 tüyü arasındaki arayüzün 15 alanında aşırı kalınlıktan kaçınmaktadır. Bundan dolayı, metalin kabuk kalıba dökülmesi sırasında, metal daha eşit bir şekilde dağılır, bu da metalin daha düzgün dağılmasını sağlar. metal sadece bir dökme noktasında dökülse bile gözenek oluşumunu önlemek mümkündür.

Böylece bıçak (1), her bir kabuk kalıbı için tek bir sıvı metal dökme girişi olan bir hassas döküm yöntemiyle yapılabilir ve böyle bir yöntem daha basit ve daha ucuzdur. Formlar bloklar halinde birleştirilirse, yöntem daha da basittir. Ek olarak, tek bir dökme girişinden kabuk kalıba dökülerek, imal edilen bıçak, makineyle işleme ile kaldırılan yalnızca bir artık birikme içerir. Böyle bir parçanın işlenmesi daha basittir.

Ek olarak, ikinci tepsinin 16 mevcudiyeti nedeniyle bıçağın 1 ağırlığı ve dolayısıyla maliyeti azalırken, topuk 5 üzerindeki baskılar ve tüy 4 üzerindeki baskılar daha iyi dağıtılır ve, bu nedenle, bıçak 1 tarafından daha iyi algılanır.

Bu durumda, kalem (4) katı bir duvar şeklinde, yani bir ceket veya duvarının kalınlığında yapılmış bir boşluk yardımıyla soğutmadan yapılır. Tercihen, ikinci teknenin 16 çevresel yüzeyleri 17 ve alt yüzeyi 18, kanat 1'in kalınlığı, topuk 5 ile tüy 4 arasındaki arayüzde 15 büyük ölçüde sabit olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu ayırt edici özellik açıkça görülmektedir. Şekil l'de görülebilir. Özellikle, 15a, 15b tüy 4 ve topuk 5 arasındaki arayüz bölgesi 15 seviyesinde kuş tüyünün 4 kavisli yüzeylerini belirlersek, o zaman Şekil 2'de. Şekil 3'te, ikinci banyonun (16) kavisli radyal yüzeylerinin (17) karşısında yer aldığı tüy (4)'ün kavisli yüzeylerine (15a, 15b) büyük ölçüde paralel olduğu görülebilir. Gösterilen düzenlemede, ikinci banyonun (16) kavisli radyal yüzeylerinin (17) yarıçapı, tüyün (4) karşılıklı kavisli yüzeylerinin (15a, 15b) yarıçapı ile aynı değildir, ancak yine de bu yüzeyler esasen paraleldir.

Şekil 2'de yer alan ikinci banyonun (16) bir parçası. Soldaki 3, birinci tepsinin 12 kavisli radyal yüzeyi 13, birinci tepsinin 12 tabanı 14 ve ikinci tepsinin 16 kavisli radyal yüzeyi 17 arasında herhangi bir düz alan olmaksızın sürekli bir kavisli şekil ile karakterize edilir. Şekil 2'de yer alan ikinci tepsinin (16) parçası üzerinde. 3 sağda, bu alanların her biri açıkça görülebilir. Söz konusu alanda (bölümde) farklı bölümlerin aralarındaki uygulama, tüy 4'ün yüzeylerine göre topuk 5 yüzeylerinin konumuna bağlıdır.

Buluş, hareketli bir türbin kanadı için tarif edilmiştir. Ancak aslında, bir tüy içeren ve dökülerek yapılan, sonunda tüy ile tek parça şeklinde bir topuk yapılan herhangi bir bıçağa uygulanabilir.

İDDİA

1. Döküm yoluyla yapılmış, ucunda bir topuk bulunan, tüy içeren, tüy ile tek parça şeklinde yapılmış, uç seviyesinde bağlandığı bir gaz türbini motorunun kanadı. ara yüz bölgesi, topuk, üzerinde en az bir sızdırmazlık plakasının ve birinci banyonun platformda yapıldığı bir platform içerirken, ikinci banyonun birinci banyoda tüy arasındaki arayüz bölgesi seviyesinde yapılmasıyla karakterize edilir. ve topuk.

2. İstem l'e göre bir spatula olup, burada birinci banyo radyal yüzeyler ve bir taban ile tanımlanır ve ikinci banyo birinci banyonun tabanında oluşturulur.

3. İstem l'e göre bıçak olup, burada ikinci tepsi, topuk ve tüy arasındaki arayüz bölgesinin karşısındaki bıçağın ana ekseni (A) boyunca yapılır.

4. Kalemin katı bir duvardan oluşturulduğu ve arayüz bölgesinde kavisli yüzeyler içerdiği ve ikinci tablanın kavisli radyal yüzeyler ve bir alt yüzey içerdiği, ikinci tablanın kavisli radyal yüzeyleri ise istem 3'e göre bıçak. arayüz bölgesinde esasen sabit bir bıçak kalınlığı sağlayan, arayüz bölgesinde kalemin kavisli yüzeylerine esasen paralel olarak yerleştirilmiştir.

5. İstem l'e göre en az bir kanat içeren türbin.

6. İstem 5'e göre en az bir türbin içeren gaz türbini motoru.

1

Bu makale, gaz türbini motorları için yüksek basınçlı kompresör kanatları üretme yöntemlerini ele almaktadır. İlk yol, bıçak tüyünün profilini, sayısal kontrollü koordinat makinelerinde frezeleme ve ardından manuel iyileştirme ile işlemek. İkinci yöntem, bıçak tüyünün mekanik ve manuel olarak işlenmesinin hariç tutulduğu elektrokimyasal işlemdir. Frezeleme ile kompresör kanatlarının imalatındaki problemler incelenmiştir. Çözümü doğruluğu, kaliteyi artıracak ve manuel taşlama ve cilalamayı ortadan kaldıracak gerçek görevler sunulmaktadır. Elektrokimyasal işlemenin avantajları verilmiştir. Üretimin hazırlanması için maliyetler ve işgücü girdisi, bıçakların imalatı için maliyetler ve işgücü girdisi sunulmakta ve analiz edilmektedir. Kağıt ayrıca kompresör kanatlarının ölçümlerinin sonuçlarını da sunar. Kalem profil geometrisinin doğruluğu ve kararlılığı açısından en iyi sonuçlar elektrokimyasal işlem sonucunda elde edilmiştir.

elektrokimyasal işleme

frezeleme

Karşılaştırmalı analiz

gaz türbini motoru

1. Galiev V.E., Fatkullina D.Z. Hassas kompresör kanatları üretimi için perspektif teknolojik süreç [Metin] / V.E. Galiev, D.Z. Fatkullina // Vestnik UGATU. - 2014. - No. 3. - S. 9–105.

2. Nekhorosheev M.V. ANSYS programında iki elektrotlu bir elektrokimyasal hücrenin hacimsel ve düzlemsel modellemesinin kullanımı [Metin] / M.V. Nekhorosheev, N.D. Pronichev, G.V. Smirnov // Samara Üniversitesi Bülteni. Havacılık ve uzay mühendisliği, teknolojileri ve makine mühendisliği. - 2012. - Hayır. 3–3. – S. 98–102.

3. Lunev A.N. CNC makinelerinde GTE bıçaklarının frezelenmesi için parametrelerin optimizasyonu [Metin] / A.N. Lunev, L.T. Moiseeva, M.V. Solomin // Yüksek öğretim kurumlarının haberleri. Havacılık teknolojisi. - 2007. - No. 2. - S. 52–55.

4. Nekhorosheev M.V. Şekillendirme sürecinin bilgisayar modellemesi temelinde GTE kanat kanatlarının elektrokimyasal işleme teknolojisinin tasarımının otomasyonu [Metin] / M.V. Nehorosheev., N.D. Pronichev., G.V. Smirnov // Rusya Bilimler Akademisi Samara Bilim Merkezi'nin Bildirileri. - 2013. - T. 15, No. 4–6. – S. 897–900.

5. Pavlinich S.P. Gaz türbini motorları için parça üretiminde darbeli elektrokimyasal işlemenin kullanımına ilişkin beklentiler [Metin] / S.P. Pavlinich // Vestnik UGATU. - 2008. - No. 2. - S. 105–115.

6. Gaz türbinli motorların üretimi [Metin]: başvuru kılavuzu / A.M. Abramov, I.L. Zelikov, M.F. Idzon ve diğerleri - M.: Yayınevi "MAKİNE-BİNASI", 1996. - 472 s.

7. Yenilikçi teknolojik süreçler yaratmak için bir stratejinin geliştirilmesi [Metin]: Ders Kitabı / N.D. Pronichev, A.P. Shulepov, L.A. Chempinsky, A.V. Meshcheryakov. - Samara: Samara Devlet Havacılık ve Uzay Üniversitesi, 2011. - 166 s.

8. Uçak gaz türbini motorlarının üretim teknolojisi [Metin]: Üniversiteler için ders kitabı / Y.S. Eliseev, A.G. Boytsov, V.V. Krymov, L.A. Hvorostukhin. - E.: Mashinostroenie, 2003. - 512 s.

9. Tolkachev A.V. Aşındırıcı granüllü GTE kompresör kanatlarının titreşim parlatma performansının iyileştirilmesi: diss... cand. şunlar. Bilimler. - Rybinsk, 2015. - 136 s.

10. Turanov A.V. CNC makinelerinde GTE bıçaklarının yüzeylerini frezeleme modlarını hesaplama yöntemine [Metin] / A.V. Turanov, L.T. Moiseeva, A.N. Lunev // Yüksek öğretim kurumlarının haberleri. Havacılık teknolojisi. - 2005. - No. 2. - S. 60–64.

Kompresör kanatları, bir gaz türbini motorunun kritik ve büyük parçalarıdır. Motorun kaynağı ve nihai maliyeti, doğru seçilmiş kanat üretim teknolojisine bağlı olacaktır.

Kanatların belirli bir çalışma kaynağının sağlanması, büyük ölçüde bir dizi teknolojik faktöre bağlıdır. Bıçakların yüzey tabakasının durumu, stres yoğunlaştırıcılar olan önceki işlem izlerinin (yüzey pürüzlülüğü) varlığı, çalışma sırasında bıçakların uzun vadeli ve yorulma mukavemeti üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.

Bu nedenle, küçük ölçekli üretimde bile kanatların üretimi, modern teknolojik süreçlerin, yüksek performanslı ekipmanların ve üretim sürecinin ve kontrolünün otomasyonunun kullanılmasını gerektirir.

Bir gaz türbini motorunun kompresör kanatlarının üretimi için yaygın olarak kullanılan teknolojilerden biri, özellikle son işlem olmak üzere müteakip manuel iyileştirme ile koordinat makinelerinde frezeleme yapmaktır. Bununla birlikte, bu teknolojinin bir takım dezavantajları vardır:

Düşük doğruluk ve performans;

Manuel işlemlere duyulan ihtiyaç;

Bıçak kanat profilini bitirmek için son manuel işlemlerde işçinin yüksek kalifikasyonu;

Elle taşlama ve parlatma işi yaparken işçiler için zararlı koşullar;

Kesici takımın yüksek maliyeti ve hızlı aşınması;

%100 kontrol gerektirir.

Bir gaz türbini motoru için kompresör kanatlarının imalatının asıl görevleri şunlardır:

Kalem profilinin işlenmesi için sonlandırma işlemlerinin otomasyonu. Manuel işlemlerin hariç tutulması, gaz türbini motor kanatlarının imalatına ilişkin teknolojik sürecin kalitesini ve kararlılığını artıracaktır;

Fiziksel ve kimyasal işleme yöntemlerinin kullanılması, pahalı kesici takımların kullanımını ortadan kaldıracak ve işleme verimliliğini artıracaktır;

Gaz türbinli motorların kanatlarının kontrolünün otomasyonu.

Bıçak üretiminde en etkili ve umut verici yönlerden biri elektrokimyasal işlemedir. Elektrokimyasal işlemenin avantajları şunlardır:

Bıçakların üretim süresinin ve kesilmesi zor malzemelerin etkili bir şekilde işlenmesi olasılığının azaltılması;

Elektrokimyasal işlemden sonra yüzey kalitesi minimum son finisaj gerektirir;

Yüksek takım ömrü;

Ek olarak, ECM'den sonraki kanatların artan bir gaz-dinamik stabiliteye, azaltılmış bir doğal titreşim frekans dağılımına ve artık gerilimlerdeki bir azalma nedeniyle artan bir yorulma mukavemetine sahip olduğu not edilir.

Gaz türbini motorlarının yabancı üreticilerinin (General Electric Company, MTU Aero Engines GmbH, Volvo Aero Corporation, vb.) ECM'yi her ikisini de profilsiz elektrotlar kullanarak monotekerlerin bıçaklar arası kanalının ön şekillendirme işlemi olarak başarıyla kullandıkları bilinmektedir. , ve profilli elektrot araçlarıyla kanat kanadının boyutsal işlenmesi için.

Bu alanda çalışmalar başlamış ve NIID (Moskova), Kazan (KAI, KSTU), Samara (SAI) ve Ufa (USATA'da NII PT&T ECHO) elektrokimyasal işleme okullarında vb. önemli başarılar elde edilmiştir.

Analiz için, bir gaz türbini motorunun yüksek basınçlı kompresörünün kanatlarının imalatı için iki yöntem seçilmiştir.

İlk yol. Jig freze makinelerinde bıçak imalatı, şek. 1. İlk iş parçası olarak 0,1 mm hassasiyetle yapılmış frezelenmiş bir paralel boru kullanılır. Kale tipinin oluşumu " kırlangıçkuyruğu» yatay broş makinesinde üretilmektedir. Ayrıca, bıçağın akış kısmının tüm elemanlarının karmaşık frezelenmesi, bitirme izni ile sayısal kontrollü koordinat makinelerinde gerçekleştirilir. Karmaşık frezeleme sürecinde, iş parçası bir kırlangıç ​​​​kuyruğu şaftına dayanmaktadır. son aşama bıçak imalatı manuel işleme veya sonsuz bant işleme.

İkinci yol. Elektrokimyasal makinelerde bıçak imalatı, şek. 2. İlk iş parçası olarak 0,02 mm hassasiyetle yapılmış cilalı bir paralel boru kullanılır. Elektrokimyasal işleme sürecinde, bitirme için izin verilen yol yüzeylerinin oluşumu meydana gelir. Daha sonra, yatay bir broşlama makinesinde kırlangıç ​​kuyruğu gövdesi oluşturulur. Son işlem titreşimli taşlama makinesinde gerçekleştirilir.

Kompresör kanatları üretmenin her iki yöntemini de analiz edelim. En eksiksiz resim, üretim öncesi maliyet ve emek yoğunluğu, bir parçanın imalatının maliyet ve emek yoğunluğu ile üretim bıçaklarının doğruluğu ve kararlılığı karşılaştırılarak elde edilebilir. Analiz için, yukarıdaki yöntemlerle iki bıçak grubu yapılmıştır.

Pirinç. 1. Kompresör kanatlarının imalatındaki ana aşamalar

Pirinç. 2. Kompresör kanatlarının imalatındaki ana aşamalar

tablo 1

Ana üretim öncesi maliyetler

	Planlanan işgücü girdisi n.h.		1 adet maliyeti. ovmak.		dahil malzeme maliyetleri
	üretme	yeniden öğütme	üretme	yeniden öğütme
frezeleme
1 numaralı kesici
2 numaralı kesici
3 numaralı kesici
4 Numaralı Kesici
5 numaralı kesici
Kesici No.6
7 Numaralı Kesici
Fikstür
elektrokimyasal işleme
Elektrot #1
Elektrot #2
Fikstür

Pirinç. 3. Teknolojik ekipman üretim maliyeti

Pirinç. 4. Teknolojik ekipman imalatının karmaşıklığı

Teknolojik bir sürecin tasarlanması sürecinde, üretimin hazırlanması için zaman ve maliyetler önemli faktörlerdir (Tablo 1). Masada. 1'de, kesici takımların ve takım elektrotlarının frezeleme (birinci yöntem) ve elektrokimyasal işleme (ikinci yöntem) için ekipman üretimi için ana maliyetler girildi. Tablo göz önüne alındığında. 1, elektrokimyasal işleme için malzeme maliyetinin ve üretim öncesi emek yoğunluğunun öğütme işleminden daha yüksek olduğu ortaya çıkıyor.

Teknolojik ekipman imalatının toplam emek yoğunluğu ve maliyeti Şekil 2'de gösterilmektedir. 3 ve 4.

Bıçak üretimi için ana işlemlerin emek yoğunluğu ve maliyeti tabloda sunulmaktadır. 2. Elektrokimyasal işleme için bir iş parçasının imalatının doğruluğu için yüksek gereksinimler, ek bir "yüzey taşlama" işleminin kullanılmasına yol açar. Kompresör kanatlarının karmaşık yüzeylerini elektrokimyasal yöntemle işlemek için harcanan zaman, frezelemeye göre daha düşüktür. Ayrıca Tablodan. Şekil 2, "frezeleme" teknolojisinin, bitmiş ürünlerin maliyetini artıran manuel bitirme işinin kullanılmasını gerektirdiğini göstermektedir.

Bir bıçak üretmenin toplam emek yoğunluğu ve maliyeti, Şekil 2'de gösterilmektedir. 4 ve 5.

Tablo 2

Bıçak imalatının ana operasyonlarının emek yoğunluğu ve maliyeti

		Emek yoğunluğu, n.h.		Maliyet, ovmak.
		frezeleme		frezeleme
	frezeleme			93 ovmak. 90.3 kop.	93 ovmak. 90.30 kop.
	bileme				26 ovmak. 27.50 kop.
	Kilidi germek			7 ovmak. 43.10 kop.	7 ovmak. 43.10 kop.
	Yol yüzeylerinin tedavisi			100 ovmak. 00 kop.	70 ovmak. 00 kop.
	Manuel işlem			40 ovmak. 30.20 kop.
	titreşim taşlama				5 ovmak. 40 kop.

Pirinç. 5. Tek parça imalatının toplam emek yoğunluğu

Pirinç. 6. Bir parça üretmenin toplam maliyeti

Şek. Şekil 7, bir parçanın imalat maliyetlerinin karşılaştırmalı bir analizini göstermektedir. Maliyetleri hesaplarken, daha sonra yeniden öğütme ve onarımları ile teknolojik ekipman üretim maliyetleri dikkate alınmıştır. Şekilden de görebileceğiniz gibi parça programını artırmak parça başına maliyeti düşürür. Bununla birlikte, “frezeleme” teknolojisi kullanılarak yapılan bıçaklarda önemli maliyetler düşmektedir. Bu fenomen, kesici takımın hızlı aşınması ile açıklanmaktadır.

Elektrokimyasal işleme sürecinde elektrotların neredeyse hiç aşınmaması, üretim bıçaklarının maliyetini düşürür.

İmalat bıçaklarının doğruluğu ve teknolojik süreçlerin kararlılığı Şek. 1 ve 2, Şekiller'de özetlenmiştir. sekiz.

Bitmiş bıçakların ölçümleri, bir kontrol ölçüm makinesinde gerçekleştirilmiştir. Ölçümler, giriş ve çıkış kenarları boyunca dört bölümde gerçekleştirilmiştir. Şekilden, elde etmenin en yüksek doğruluğu ve tekrarlanabilirliği olduğunu takip eder. geometrik boyutlar bıçakların kenarları elektrokimyasal işlemle elde edilir. Elektrokimyasal işlemle üretim bıçaklarının stabilitesinde ve doğruluğunda önemli bir artış, manuel işlemlerin hariç tutulmasıyla açıklanmaktadır.

Birlikte ele alındığında, elde edilen veriler dikkate alındığında aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir.

Elektrokimyasal işleme sürecinde daha karmaşık ekipmanların kullanılması, üretim hazırlığı için maliyetleri ve zamanı önemli ölçüde artırır. Bu nedenle frezeleme, daha esnek ve hızlı geçişli bir işleme yöntemidir. Öğütme işleminin üretimini hazırlamak için maliyetler ve emek yoğunluğu, elektrokimyasal işlemeden daha düşüktür (Şekil 1 ve 2).

"Frezeleme" teknolojisini kullanan bıçakların üretim maliyeti, elektrokimyasal işlemeden daha yüksektir. Maliyetteki artış, frezeleme işleminden sonra manuel işlemlerin gerekli olmasından kaynaklanmaktadır.

Pirinç. 7. Üretilen kanat sayısına bağlı olarak bir parça üretim maliyetinin karşılaştırmalı grafiği

Pirinç. 8. Kenar üretim hassasiyeti

"Frezeleme" teknolojisini kullanan bıçakların üretim maliyeti, elektrokimyasal işlemeden daha yüksektir (Şekil 7). Önemli maliyetler, pahalı kesici takımların satın alınmasıdır.

Elektrokimyasal işlemenin doğruluğu ve kararlılığı çok daha yüksektir.

bibliyografik bağlantı

Valiev A.I. GAZ TÜRBİNİ KOMPRESÖR KANATLARININ İMALATININ KARŞILAŞTIRMALI ANALİZİ // Temel Araştırma. - 2017. - No. 5. - S. 36-41;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=41503 (erişim tarihi: 28/03/2019). "Doğa Tarihi Akademisi" yayınevi tarafından yayınlanan dergileri dikkatinize sunuyoruz.