Cumpărător - Aceasta este o parte de lucru a rotorului turbinei. Pasul este fixat în siguranță sub unghiul optim al înclinării. Elementele lucrează sub sarcini colosale, astfel încât acestea le sunt prezentate cele mai stricte cerințe pentru calitate, fiabilitate și durabilitate.

Aplicarea și tipurile de mecanisme de lame

Mecanismele lamelor sunt utilizate pe scară largă în diferite mașini de destinație. Cel mai adesea le folosesc în turbine și compresoare. Turbină - motor rotativ care funcționează sub acțiunea forțelor centrifuge semnificative. Corpul principal de lucru al mașinii este rotorul, pe care lamele sunt fixate pe tot diametrul. Toate elementele sunt plasate în corpul general al unei forme speciale sub formă de injectare și a duzei sau duzelor. Lamele servește un mediu de lucru (abur, gaz sau apă), ceea ce duce la mișcarea rotorului. Astfel, energia cinetică a fluxului de mișcare este transformată în energie mecanică pe arbore.

Cele două tipuri principale de lame de turbină se disting:

1. Lucrătorii sunt pe arbori rotativi. Detalii Transmiteți puterea utilă mecanică la mașina de operare atașată (adesea acesta este generatorul). Presiunea asupra lamelor de lucru rămâne constantă datorită faptului că lamele de ghidare Întreaga diferență de entalpie este transformată în energia curentului.
2. Ghidajele sunt fixate în carcasa turbinei. Aceste elemente convertesc parțial energia curentului, datorită cărora rotația roților primește o forță tangențială. În turbină, diferența de entalpie ar trebui să fie redusă. Acest lucru se realizează prin reducerea numărului de pași. Dacă setați prea multe lame de ghidare, ruperea fluxului va amenința fluxul accelerat al turbinei.

Metode de fabricare a lamelor turbinelor

Blades de turbină Realizate prin turnarea de la modele de laminare metalice de înaltă calitate. Folosiți banda, pătratul, este permisă utilizarea unor goluri ștampilate. Ultima opțiune Este de preferat ca industriile mari, deoarece raportul de utilizare a metalelor este destul de ridicat, iar costurile forței de muncă sunt minime.

Lamele turbinei sunt o prelucrare termică obligatorie. Suprafața este acoperită de compuși de protecție împotriva dezvoltării proceselor de coroziune, precum și a compozițiilor speciale care măresc rezistența mecanismului atunci când lucrează în condiții de temperatură ridicată. De exemplu, aliajele de nichel nu sunt practic supuse prelucrării mecanice, astfel încât metodele de ștampilare pentru producția de lame nu sunt adecvate.

Tehnologiile moderne au prezentat posibilitatea producerii de lame de turbină prin metoda cristalizării direcționale. Acest lucru a făcut posibilă obținerea elementelor de lucru cu o astfel de structură care este aproape imposibil de rupt. Se introduce metoda de fabricare a unei singure lame de cristal, adică de la un cristal.

Etape de producție de lame de turbină:

1. Turnate sau forjate. Turnarea vă permite să obțineți lame calitate superioară. Forjarea de a fi făcută prin ordin special.
2. Restaurare mecanică. De regulă, centrele automate de rotire și frezare sunt folosite pentru prelucrare, cum ar fi complexul japonez Mazak sau pe mașini de frezat, cum ar fi Mikron elvețian Production.
3. Aproape măcinarea este utilizată ca finisare.

Cerințe pentru lamele turbinelor, materialele utilizate

Blades de turbină Operate în condițiile unui mediu agresiv. Temperatura deosebit de critică. Detaliile lucrează la tensiunea de tracțiune, apar eforturi de deformare ridicate, întinderea lamelor. De-a lungul timpului, detaliile se referă la carcasa turbinei, mașina este blocată. Toate acestea determină utilizarea materialelor de cea mai înaltă calitate pentru fabricarea lamelor capabile să reziste la sarcini semnificative cu un cuplu, precum și orice efort în condiții. presiune ridicata și temperatura. Calitatea lamelor turbinei este estimată de eficiența generală a unității. Amintiți-vă că este necesară o temperatură ridicată pentru a crește eficiența autovehiculului pe ciclul Carno.

Blades de turbină - Mecanism responsabil. Acest lucru asigură fiabilitatea unității. Evidențiam sarcinile principale în timpul turbinei:

• Există viteze mari circumferențiale în condiții de temperatură ridicată într-un flux de vapori sau gaz, care întinde lamele;
• Se formează tensiuni semnificative de temperatură statică și dinamică, fără a exclude sarcini vibratoare;
• Temperatura din turbină ajunge la 1000-1700 de grade.

Toate acestea predeterminează utilizarea de oțel inoxidabil rezistent la căldură și oțel inoxidabil pentru producerea de lame de turbină. De exemplu, astfel de timbre pot fi utilizate ca 18x11mfnb-sh, 15x11mf-sh, precum și diverse aliaje pe bază de nichel (până la 65%) xn65kmvb. Următoarele componente sunt introduse în plus în compoziția unui astfel de aliaj ca elemente de aliaj: 6% aluminiu, 6-10% tungsten, tantal, rheniiu și unele rutenium.

Mecanism de cumpărături Trebuie să aibă o anumită rezistență la căldură. Pentru aceasta, turbina face sisteme complexe de canale și ieșiri de răcire, care asigură crearea unui film de aer pe suprafața unei lame de lucru sau de ghidare. Gazele fierbinți nu ating lama, prin urmare, se produce încălzirea minimă, dar gazele în sine nu se răcesc. Toate acestea măresc eficiența mașinii. Canalele de răcire sunt formate folosind tije ceramice. Oxid de aluminiu, punctul de topire care atinge 2050 de grade este folosit pentru producție.

Probabil că toată lumea știe că, pe măsură ce chinezii nu încearcă, coping motoarele moderne de jeturi nu pot. Tot. Ceea ce ar putea avea - a copiat și a primit uscarea lor, dar motorul încă mai trebuie să cumpere în Federația Rusă. Asta tocmai am citit articolul pe VIM: http: //www.warandpeace.ru/ru/news/view/74298/ "China încă nu reușește să copieze motorul modern cu jet." Mai mult, înțeleg că există tehnologii, evoluții, matematice ultra-inspectate etc., alte lucruri ... dar pentru a înțelege mai multe detalii în ceea ce privește cazul în sine, vă recomand să citiți următorul articol.

Motoare și materiale

Puterea oricărui motor termic determină temperatura fluidului de lucru - în cazul unui motor reactiv, aceasta este temperatura gazului care curge din camerele de combustie. Cu cât temperatura gazului este mai mare, cu atât este mai puternic motorul, cu atât este mai mare forța, cu atât este mai mare eficiența și caracteristicile de greutate mai bune. În motorul cu turbină cu gaz există compresor de aer. Aceasta duce la rotirea turbinei cu gaz, așezându-se cu el pe același arbore. Compresorul comprimă aerul atmosferic la 6-7 atmosfere și îl direcționează în camera de combustie în care este injectat combustibilul - kerosenul. Fluxul gazului fierbinte care curge din camere - produsele de combustie de kerosen - rotește turbina și, plecând prin duză, creează o tracțiune reactivă, conduce aeronava. Temperaturile ridicate care decurg din camerele de combustie au cerut crearea de noi tehnologii și aplicarea de noi materiale pentru a proiecta unul dintre cele mai responsabile elemente ale motorului - lamele de stator și rotative ale turbinei cu gaz. Ele trebuie să fie de multe ore, fără a pierde o rezistență mecanică, rezistă la o temperatură imensă la care mulți oțel și aliaje sunt deja topite. În primul rând, acest lucru se referă la lamele de umăr de turbină - ei percep fluxul de gaze fierbinți încălzite la temperaturi de peste 1600 K. Teoretic, temperatura gazului în fața turbinei poate ajunge la 2200 K (1927 o C). La momentul originii aviației reactive - imediat după război - materialele din care ar putea fi făcute lamele, capabile să reziste în mod lung sarcini mecanice, nu au existat în țara noastră.
La scurt timp după absolvire Războiul patriotic. Lucrările la crearea aliajelor pentru fabricarea lamelor de turbină au început un laborator special în VIAM. Era condusă de Serghei Timofeevich Kishkin.

În Anglia pentru metal

Primul design intern al motorului Turbojet, în fața războiului, creat în Leningrad un constructor de motoare cu aeronave, Mikhailovich Craulk. La sfârșitul anilor 1930, el a fost reprimat, dar, probabil, anticipând arestul, desenele motorului au reușit să îngroape institutul în curte. În timpul războiului, conducerea țării a aflat că germanii au creat deja aeronave reactive (prima aeronavă cu motorul TurboJet a fost germană "Heinkel" He-178, proiectată în 1939 ca laborator de zbor; Primul aeronavă de luptă serială a fost gemeni - Messerschmit "ME-262. Atunci Stalin a provocat LP Beria, care a supravegheat noi evoluții militare și cerută să găsească pe cei care în țara noastră sunt angajați în motoare cu jet. Am Lulleka a fost rapid lansat și ia dat la Moscova pe strada Galyushkin , un premis pentru primele motoare Biroului de design. Desenele sale Archia Mikhailovich a găsit și a săpat, dar motorul nu a reușit imediat la proiectul său. Apoi au luat pur și simplu motorul TurboJet cumpărat de la britanic și a repetat-o \u200b\u200bla unu. Dar Cazul a fost cu vedere la materialele care au fost absente în Uniunea Sovietică, dar erau în Anglia, iar compoziția lor, desigur, a fost clasificată. Și totuși era posibil să o descifrați.
Sosind în Anglia pentru a vă familiariza cu producția de motoare, S. T. Kishkin a apărut peste tot în pantofi pe o talpă microporoasă groasă. Și, vizitând fabrica, unde au fost tratate lamele de turbină, el lângă mașină, ca și cum ar fi întâmplător, a pășit pe jetoanele care au căzut din detalii. O bucată de metal sa prăbușit într-un cauciuc moale, blocat în ea și apoi a fost scos și deja la Moscova supus unei analize atente. Rezultatele analizei metalelor englezești și a studiilor proprii mari efectuate în VIAM au făcut posibilă crearea primelor aliaje de nichel rezistente la căldură pentru lamele de turbină și, cel mai important, să dezvolte fundamentele teoriei structurii și primii lor.

S-a constatat că purtătorul principal al rezistenței la căldură al unor astfel de aliaje este particulele submicroscopice ale fazei intermetalice pe baza compusului Ni3 al. Lamele primelor aliaje de nichel rezistent la căldură ar putea funcționa de mult timp dacă temperatura gazului în fața turbinei nu depășește 900-1000 K.

Casting în loc de ștampilare

Lamele primelor motoare au fost ștampilate din aliaj, turnate în bar, la forma seamănă de la distanță a produsului finit și apoi a fost prelucrată cu atenție și atent pe mașini. Dar a existat o dificultate neașteptată: pentru a crește temperatura de lucru a materialului, elementele de aliere au fost adăugate la IT - tungsten, molibden, niobiu. Dar au făcut un aliaj atât de mult încât a devenit imposibil de a-l exprima - prin metodele de deformare fierbinte, el nu a renunțat.
Apoi, Kishkin a oferit lamele să se topească. Designeri-autovehicule Indignant: În primul rând, după turnare, lama va trebui să se ocupe de mașini și, cel mai important, cum pot pune lopata în motor posibil? Metalul lamei ștampilate este foarte mila, puterea sa este ridicată, iar metalul turnat rămâne mai slăbit și este evident mai puțin durabil decât returnarea. Dar Kishkin a reușit să convingă scepticii, iar în Viama a creat aliaje speciale de turnare rezistente la căldură și tehnologia de a turnarea lamelor. Au fost efectuate teste, după care aproape toate motoarele turboctante aviatice au început să producă cu lame turbine turnate.
Primele lame au fost solide și lungi pentru a rezista la temperatura ridicată nu a putut. A fost necesar să se creeze un sistem de răcire. Pentru a face acest lucru, am decis să facem canale longitudinale pentru a furniza aer de răcire de la compresor. Această idee nu a fost AHTI: Cu cât mai mult aer din compresor se răcește, cu atât mai puțin va merge în camera de combustie. Dar nu a existat nicăieri - resursa turbinei trebuie să fie mărită prin orice.

Oțelurile au început să proiecteze cu câteva canale de răcire, amplasate de-a lungul axei lamei. Cu toate acestea, sa dovedit în curând că o astfel de structură este ineficientă: aerul prin canal se desfășoară prea repede, zona suprafeței răcite este mică, căldura nu este suficient de permisă. A încercat să schimbe configurația cavității interioare a lamei, introducând deflectorul acolo, care deflectă și întârzie fluxul de aer sau face canalele unei forme mai complexe. La un moment dat, specialiștii din motoarele aviatice au luat o idee tentantă - de a crea o lamă ceramică întreagă: ceramica rezistă la o temperatură foarte ridicată și nu este necesar să se răcească. De atunci, au trecut aproape cincizeci de ani, dar până acum nimeni în lumea motorului cu lame ceramice nu a făcut-o, deși încercările continuă.

Cum să faci o lamă de gunoi

Tehnologia de fabricare a lamelor turbinei se numește turnarea pe modelele topite. Mai întâi efectuați modelul de ceară al lamei viitoare, turnându-l în matriță, în care cilindrii de cuarț sunt pre-investiți în locul viitoarelor canale de răcire (apoi folosite alte materiale). Modelul este acoperit cu masa ceramica lichida. După uscarea sa, ceara este flipped cu apă caldă și arderea masei ceramice. Forma care menține temperatura metalului topit este de la 1450 la 1500 ° C, în funcție de marca aliajului. Forma este turnată metal, care îngheață sub forma unei lame finite, dar cu tije de cuarț în loc de canale din interior. Tijele sunt îndepărtate, dizolvând în acid plastic. Această operație se desfășoară într-un lucrător de cameră închis ermetic într-o scară cu un furtun pentru alimentarea cu aer. Tehnologia este incomod, periculoasă și dăunătoare.
Pentru a exclude această operație, în Viaam a început să facă tije din oxid de aluminiu cu un aditiv de 10-15% oxid de siliciu, care se dizolvă în alcaline. Materialul lamelor cu alcalii nu reacționează, iar reziduurile de oxid de aluminiu sunt îndepărtate printr-un jet puternic de apă.
ÎN viata de zi cu zi Suntem obișnuiți să luăm în considerare produsele turnate foarte dur și dur. Dar am reușit să alegem astfel de compoziții ceramice că forma lor este complet netedă și prelucrarea nu este aproape de nici o nevoie. Simplifică foarte mult munca: lamele au o formă foarte complexă și să se ocupe de ele nu este ușor.
Materialele noi au necesitat noi tehnologii. Indiferent cât de confortabil, nici aditivii oxidului de siliciu în materialul tijelor, trebuia să fie abandonați. Punct de topire a oxidului de aluminiu al 2O3 și oxidul de siliciu Si02 este de numai 1700 o C, iar noile aliaje rezistente la căldură au distrus tijele în procesul de umplere.
Astfel încât forma de oxid de aluminiu menține rezistență, este arsă la o temperatură mai mare decât temperatura metalului lichid, care este turnată în ea. În plus, geometria internă a formei turnării nu trebuie să se schimbe: pereții lamelor sunt foarte subțiri, iar dimensiunile trebuie să corespundă cu precizie celor calculate. Prin urmare, magnitudinea admisibilă a contracției de formă nu trebuie să depășească 1%.

De ce abandonați lamele ștampilate

După cum sa menționat deja, după ștanțare, lopata trebuia să se ocupe de mașini. În același timp, 90% din metal au intrat în jetoane. Sarcina a fost stabilită: pentru a crea o astfel de tehnologie de turnare precisă, astfel încât profilul specificat de vane a fost obținut imediat și produsul finit ar trebui să lustru și să aplice o acoperire de protecție termică pe ea. Designul, care este format în corpul lamei și îndeplinește sarcina de răcire.
Astfel, este foarte important să se facă o lopată care este răcită efectiv fără a reduce temperatura gazului de lucru și are o rezistență ridicată pe termen lung. Această sarcină a fost rezolvată prin configurarea canalelor din corpul lamei și găurile de ieșire de la acesta, astfel încât un film de aer subțire să apară în jurul lamei. În același timp, două iepuri sunt ucise: Gazele fierbinți cu materialul lamei nu sunt în contact și, prin urmare, și nu o încălzesc și ei înșiși nu sunt răciți.
Aici există o analogie cu protecția termică a rachetei spațiale. Când racheta la viteză mare intră în straturile strânse ale atmosferei, începe să se evapore și să ardă așa-numita acoperire sacrificială care închide capul. Este nevoie de fluxul principal de căldură, iar produsele sale de combustie formează un fel de pernă de protecție. În designul blades de turbină Același principiu este așezat, numai în loc de acoperirea sacrificială utilizează aerul. Adevărat, lamele trebuie să fie protejate de eroziune și de la coroziune.

Procedura de realizare a lamei este astfel. În primul rând, un aliaj de nichel este creat cu parametrii specificați pentru rezistența mecanică și rezistența la căldură, pentru care aditivii de aliere sunt introduși în nichel: 6% aluminiu, 6-10% tungsten, tantal, rheniiu și un anumit ruteniu. Acestea vă permit să obțineți caracteristici maxime de temperatură ridicată pentru aliaje pe bază de nichel (există o tentație de a le mări, folosind mai mult Rhenium, dar este drumuri insanely). Utilizarea silicidei de niobiu este considerată o direcție promițătoare, dar acesta este cazul unui viitor îndepărtat.
Dar aliajul este acoperit într-o formă la o temperatură de 1450 ° C și răcită cu ea. Metalul de răcire este cristalizat, formând echiogen separat, adică aproximativ aceeași dimensiune în toate direcțiile, boabe. Cerealele în sine pot fi obținute mari și mici. Ele sunt nesigure, iar lamelele de lucru au fost distruse pe granițele boabelor și smithereens au fost împrăștiate. Nici o pană nu ar putea funcționa mai mult de 50 de ore. Apoi am sugerat introducerea formularului de turnare pentru modificarea de turnare - aluminatul cristalin Cobalt. Ele servesc ca centre, embriind cristalizarea, accelerând procesul de formare a cerealelor. Granulele sunt omogene și mici. Noi lame au început să lucreze 500 de ore. Această tehnologie, pe care E. N. Kabov sa dezvoltat, este încă de lucru și funcționează bine. Și în Viama, suntem drenați prin aluminați tone de cobalt și furnizați-o plantelor.
Puterea motoarelor cu jet a crescut, temperatura și presiunea jetului de gaz trandafir. Și a devenit clar că structura multi-gradă a lamei metalice în noile condiții nu va putea să funcționeze. Aveam nevoie de alte idei. Acestea au fost găsite, au fost aduse la procesul de dezvoltare tehnologică și au devenit cunoscuți sub numele de cristalizare direcționată. Aceasta înseamnă că metalul, înghețat, formează cerealele echivalente și cristale lungi coloane se întind strict de-a lungul axei lamei. Lama cu o astfel de structură va fi foarte bună pentru a rezista într-o pierdere. Amintește imediat parabola veche despre o mătură, care nu poate fi inversată, deși toate crengurile sale sunt rupte separat.

Cum se produce cristalizarea direcțională

Astfel încât cristalele care formează lopata în mod corespunzător, forma cu metalul topit este îndepărtată lent din zona de încălzire. În același timp, o formă cu un metal lichid se află pe un disc masiv de cupru, apă răcită. Creșterea cristalelor începe mai jos și crește la o viteză, aproape egală cu rata de ieșire a formei încălzitorului. Crearea unei tehnologii de cristalizare direcțională, a fost necesară măsurarea și calcularea setului de parametri - viteza de cristalizare, temperatura încălzitorului, gradientul de temperatură dintre încălzitor și frigider etc. A fost necesar să se ridice o viteză atât de viteză forma formei astfel încât cristalele coloanele să germineze pentru întreaga lungime a lamei. În conformitate cu toate aceste condiții, 5-7 cristale coloane lungi cresc pentru fiecare centimetru pătrat al secțiunii de lopată. Această tehnologie a făcut posibilă crearea unei noi generații de motoare de aviație. Dar am mers mai departe.
După ce am studiat prin metode radiografice cultivate cristale coloane, am realizat că întreaga lamă ar putea fi făcută dintr-un cristal, care nu ar avea granițe interstitice - cele mai slabe elemente ale structurii pentru care începe distrugerea. Pentru aceasta, au făcut o sămânță, care au permis doar un cristal să crească într-o anumită direcție (formula cristalografică pentru o astfel de semințe 0-0-1; aceasta înseamnă că în direcția axei Z, cristalul este în creștere și direcția X-Y - nu). Sămânța a fost pusă în partea inferioară a formei și a turnat metalul, răcirea intensivă din partea de jos. Cristalul unic în creștere a dobândit forma lamei.
Inginerii americani au fost utilizați pentru răcirea unui cristalizator răcit cu apă de cupru. Și după mai multe experimente, am înlocuit baia cu tablă topită la o temperatură de 600-700 K. A făcut posibilă selectarea mai precis a gradientului de temperatură necesar și obțineți produse de înaltă calitate. În Viaam, instalații instalate cu băi pentru cultivarea lamelor monocristaline - mașini foarte perfecte cu control al calculatorului.
În anii 1990, când URSS sa despărțit, avioanele sovietice au rămas pe teritoriul Germaniei de Est, în cea mai mare parte luptători Mig. Acestea au lamele producției noastre în motoare. Metalul lamelor a explorat americanii, după care specialiștii lor au venit în Viam și au cerut să arate cine și cum a creat el. Sa dovedit că au fost însărcinați să facă lopeți monocristaline, pe care nu l-au putut rezolva. Am construit instalația pentru turnarea cu gradient ridicat de lame de dimensiuni mari pentru turbinele energetice și am încercat să oferim tehnologia lor la Gazprom și Rao "Ues of Rusia", dar nu au manifestat interes. Cu toate acestea, deja am pregătit deja instalarea industrială pentru lamele de contoare de turnare și vom încerca să convingem conducerea acestor companii în necesitatea introducerii sale.

Apropo, turbina energetică este o altă sarcină interesantă pe care Viam a rezolvat. Motoarele de aeronave care au dezvoltat o resursă au început să fie utilizate pe stațiile de compresoare ale conductelor de gaz și în centralele electrice care alimentează pompele de conducte. Acum a devenit o sarcină urgentă de a crea motoare speciale pentru aceste nevoi, ceea ce ar funcționa cu temperaturi mult mai mici și a presiunii gazului de lucru, dar mult mai mult. Dacă resursa motorului aviației este de aproximativ 500 de ore, atunci turbinele de pe ulei și gaz pot funcționa 20-50 de mii de ore. Unul dintre primii care sunt începutul Biroului de Design Samara sub conducerea lui Nikolai Dmitrievich Kuznetsov.

Aliaje rezistente la căldură

O singură lamă de cristal nu crește în interior, are o cavitate a unei forme complexe de răcire. Împreună cu CIAM, am dezvoltat o configurație a cavității care oferă un coeficient de eficiență de răcire (raportul dintre temperatura metalică a lamei și gazului de lucru) egal cu 0,8, aproape o dată și jumătate mai mare decât cea a produselor seriale.

Iată aceste lame pe care le oferim pentru motoarele unei noi generații. Acum, temperatura gazului din fața turbinei ajunge la 1950 K, iar în motoarele noi va ajunge la 2000-2200 k. Pentru ei, am dezvoltat deja aliaje de înaltă rezistență care conțin până la cincisprezece elemente ale mesei Mendeleev, Inclusiv rheniul și tensiunea și acoperirile de protecție împotriva căldurii în care includ nichel, crom, aluminiu și yttrium și în perspectivă - ceramică din oxidul de zirconiu stabilizat de oxidul de ytriu.

Primele aliaje de generație au fost prezentate o cantitate mică de carbon sub formă de carburi de titan sau tantal. Carbidele sunt situate pe limitele cristalelor și reduc rezistența din aliaj. Din carbură, am scăpat și înlocuit cu reniu, sporind concentrația de la 3% în primele probe de până la 12% din acesta din urmă. În țara de reniu în țara noastră; Există depozite în Kazahstan, dar după prăbușirea Uniunii Sovietice, americanii au fost complet cumpărați; Insula este insula, care este revendicată de japonezi. Dar avem o mulțime de ruteniu și am înlocuit cu succes noile aliaje.
Unicitatea Viama este că suntem capabili să ne dezvoltăm și să aliaje, iar tehnologia primirii lor și metoda de turnare produs finit. Toate lamele au o muncă enormă și cunoașterea tuturor lucrătorilor VIM.

Candidatul științelor tehnice I. Demonis, deputat director general Viama.