Газотурбинные технологии 2000 №3 (электронная версия)

Описание товара

Высокотемпературные двигатели с применением конструкционной керамики

А. Сударев, В. Тихоплав, Г. Шишов, В. Катенев — «НИТИ ЭМ»
Одна из важнейших задач турбостроения — повышение КПД двигателя, но его дальнейшее увеличение невозможно без приближения протекания процессов в газовых турбинах к адиабатному, что, в свою очередь, невозможно без роста температуры газа. Материалы, используемые в конструкции ГТД, не позволяют повышать температуру газа перед турбиной (ТГ). Развитие энергетических ГТУ идет преимущественно по пути интенсификации процессов охлаждения высокотемпературных элементов газовых турбин, но подобная тенденция противоречит принципу адиабатности. Для достижения гармоничного сочетания роста температур и охлаждения высокотемпературных узлов и деталей без потерь КПД работы идут по нескольким направлениям: создание новых жаропрочных сплавов, разработка более эффективных способов и конструкций охлаждения. В статье приводятся зависимости КПД от ТГ. Один из путей увеличения КПД — использование конструкционной металлокерамики. Алюмоборнитридная керамика — основной материал керамического двигателя, он позволяет иметь ТГ 1700?С, при номинальной разности температур (ТГ -ТК) 850?…950?. В статье приводятся данные, полученные при испытаниях этого материала. По заказу ОАО «Газпром» создается металлокерамический стационарный ГТД мощностью 2,5 МВт с блочным газогенератором КГТД-2,5.

Объемная электрохимическая обработка на ОАО «Рыбинские моторы»

М. Ерочкин, Л. Уваров, А. Горшков — ОАО «Рыбинские моторы»

Создание высоконапорных малоразмерных компрессоров требует применения лопаток небольших габаритов и сложной геометрии профиля. Это приводит к резкому удорожанию производства, особенно если учесть процесс доводки, при котором профиль лопатки претерпевает существенные конструктивные изменения. Объемная электрохимическая обработка (ЭХО), освоенная в ОАО «Рыбинские моторы», позволила полностью решить эти проблемы, сократив цикл изготовления первого комплекта лопаток новых ГТД, повысить газодинамическую устойчивость, снизить разброс частот собственных колебаний, повысить их усталостную прочность за счет уменьшения остаточных напряжений при обработке. В статье приведена технология достижения точности и качества при изготовлении лопаток методом ЭХО на станках с ЧПУ. Исследования показали, что прочность лопаток при этом повысилась на 10% по сравнению с механической обработкой, резко снизилась их себестоимость.

Производство турбинных лопаток ГТД методом направленной кристаллизации

Е. Каблов — ВИАМ

Жаропрочные никелевые сплавы — основной материал турбинных лопаток современных ГТД, изготавливаемых методом литья. Лопатки в процессе работы испытывают статические, циклические и термоциклические напряжения. Основные причины разрушений лопаток — микропористость, присущая литью, и границы зерен материала, которые могут являться концентраторами напряжений. Метод направленной кристаллизации (НК) либо образует столбчатую структуру зерен, что исключает появление поперечных границ зерен, либо образует единый монолитный кристалл, повышая механические характеристики лопатки. В статье подробно освещены свойства и методы получения отливок, состоящих из множества столбчатых зерен, и отливок с направленной структурой кристаллизации с заданной кристаллографической ориентацией. В первом случае за счет увеличения скорости охлаждения происходит уменьшение размеров дендритной ячейки, что увеличивает циклическую прочность материала. Во втором случае создан новый класс монокристальных жаропрочных сплавов. Совершенствование этих технологий производится ВИАМ совместно с другими двигателестроительными предприятиями.

Современные технологические процессы газотермического напыления в производстве и ремонте ГТУ

В. Лебедев, В. Соломонов, Г. Зубарев — ОАО «А. Люлька-Сатурн»
Л. Балдаев — ООО «ТСЗП»

Наиболее перспективными способами нанесения на деталь функциональных покрытий со специальными свойствами являются газоплазменный, плазменный и высокоскоростной. Благодаря простоте технологического оборудования и большому выбору материалов, они широко применяются в мировой практике при производстве и ремонте газотурбинных установок. Эти способы базируются на горении газообразных углеводов в кислороде и характеризуются уровнем адгезии, пористостью и низкой себестоимостью. В статье описаны преимущества приведенных выше способов нанесения специальных покрытий, по сравнению с традиционными, которые позволяют выйти на качественно новый уровень свойств высоконагруженных деталей ГТД, . В настоящее время США, Германия и Россия — лидеры на рынке технологий и оборудования для нанесения защитных покрытий.

Улучшение газодинамических характеристик входных и выходных устройств промышленных газотурбинных установок

Н. Пономарев — ОАО «ЛМЗ»

Потери давления во входных и выходных устройствах ГТУ оказывают существенное влияние на их КПД. На модели выходного устройства ГТУ-12П дается обобщенный анализ влияния наклонной стенки и различных обтекателей, установленных в проточной части диффузора, на потери полного давления в нем. Проведенные эксперименты позволили обобщить условия выбора геометрических параметров выходных устройств и вычислить поправочные коэффициенты на входе и выходе из диффузора. На модели ГТУ-16П проведено исследование характеристик выходного устройства при закрутке потока. Проведены также исследования характеристик входных устройств, отличающихся от выходных наличием конфузорных каналов, что обусловливает в них меньшие потери полного давления. Статья иллюстрирована визуальными картинами течения газовых потоков.

Металлургия гранул жаропрочных никелевых сплавов — надежная основа прогресса в газотурбостроении

Б. Бондарев, Г. Гарибов, Л. Буславский, А. Казберович — ОАО «ВИЛС»

Созданная ОАО «ВИЛС» технология производства дисков и валов из гранул жаропрочных никелевых сплавов стала серьезным вкладом в развитие современных газотурбинных двигателей, а сплав ЭП741НП уже 20 лет пользуется повышенным спросом у производителей газотурбинной техники. Металлургия гранул заключается в получении десятков миллиардов микрослитков (гранул) со скоростью охлаждения 104 — 105 ?С/с и соединением этих частиц в условиях изостатического сжатия при высокой температуре в сплошную заготовку, близкую по форме к готовому изделию. Точность геометрии сопоставима с литьем по выплавляемым моделям. Описан технологический процесс получения гранул, который происходит в атмосфере сверхчистого инертного газа или в вакууме. Методика получения сплавов постоянно совершенствуется, уменьшаются размеры гранул. Как показывают испытания, прочность деталей из одного и того же материала выше, если они изготовлены методом гранул. Одним из направлений исследований является метод горячего изостатического прессования (ГИП), связанный с производством турбинных дисков из гранул сложнолегированных сплавов. Ведется работа по изготовлению лопаток из титановых сплавов. Автоматизированный контроль качества материала соответствует мировым стандартам, он включает сканирование дисков и ультразвуковое исследование структуры.

Монокристаллические турбинные лопатки

А. Денисов, В. Савин, А. Зеленцов, С. Авдюхин — ЗАО «АББ Унитурбо»

Жаропрочные сплавы обладают анизотропией свойств, а наличие границ зерен приводит к снижению их длительной прочности. Применение литых монокристаллических лопаток в ГТУ позволяет повысить их рабочие характеристики. В статье описан последовательный метод высокоскоростной направленной кристаллизации для формирования монокристаллической рабочей лопатки, разработанный ЗАО «АББ Унитурбо». Метод позволяет снизить стоимость лопаток более чем в три раза и повысить выход годных по структуре лопаток до 90%. Также подробно рассмотрена технология упрочнения и теплоизоляции лопаток корундовой керамической оболочкой.

«Технология получения газоциркуляционных защитных покрытий.»

В. Лесников, В. Кузнецов — ООО «Турбомет»

Для повышения ресурса в высокотемпературном газовом потоке (до 1200°С) турбинные лопатки должны иметь защитное покрытие на пере и диффузное защитное покрытие во внутренних полостях и в перфорированных отверстиях. В ООО «Турбомет» изготовлена установка для нанесения газоциркуляционных покрытий (ГЦП). Авторами уделено большое внимание механизму формирования ГЦП, оборудованию и технологии нанесения ГЦП, комплексным покрытиям на базе ГЦП. В статье приведены графики и таблицы, характеризующие ГЦП как перспективную технологию изготовления жаростойких и прочных турбинных лопаток. Высокая работоспособность ГЦП и созданных на их базе комплексных покрытий подтверждается многолетней эксплуатацией авиационных, судовых и наземных газотурбинных двигателей.

Изготовление лопаток компрессора холодной пластической деформацией

Ю. Елисеев, В. Крымов, В. Поклак — ФНПЦ «Салют»

Лопатки компрессора — самые массовые и нетехнологичные детали газотурбинного двигателя. В общей трудоемкости двигателя их изготовление составляет 20-30%. Из них до 50% занимают полировальные работы, а коэффициент использования материала (КИМ) не превышает 0,1-0,2. Сложнонапряженное состояние лопаток в процессе эксплуатации обусловливает жесткие требования, предъявляемые к геометрии, качеству поверхности и к их прочностным характеристикам. Оптимальная схема изготовления лопаток включает холодную вальцовку или получение из малопластичных материалов профилированных деталей в фигурных ручьях деформирующего элемента Это позволяет изготавливать лопатки без припуска по перу на механическую обработку и с кромкой любой толщины. Технология вальцевания, отработанная ФНПЦ «Салют», сравнивается с зарубежным опытом (фирмы Industrie Werke Karlsruhe AG, General Electric, Solar). Приводятся оптимальные режимы, оказывающие влияние на качество изготавливаемых лопаток, и используемое оборудование. Отмечено, что вальцевание титановых лопаток не нашло широкого распространения и не рекомендовано ВИАМ для внедрения в серийное производство.

Новый уровень электронно-лучевых технологий в России

С. Чуклинов — ЗАО «Авиационные технологии»

Использование электронно-лучевых технологий, которые позволяют изготавливать уникальные узлы, сваривать материалы различной толщины и конфигурации, не уступая по качеству лучшим мировым достижениям. ЗАО «Авиационные технологии» совместно с ОАО «Электромеханика» изготовили для ОАО «Рыбинские моторы» многофункциональный автоматизированный промышленный комплекс электронно-лучевых технологий ЭЛУР-1АТ. Проект получил диплом победителя по разделу «Машиностроение» в конкурсе проектов Первого Международного форума «Высокие технологии оборонного комплекса». В статье раскрываются технические возможности ЭЛУР-1АТ, который позволяет обрабатывать изделия диаметром до 3,2 м, высотой до 1,8 м и массой до 10 т при максимальной автоматизации процесса. Следующий этап — производственная кооперация и создание Федерального центра электронно-лучевых технологий, который сможет реально обеспечить отечественную промышленность высокотехнологичными разработками на уровне мировых стандартов и выйти на международный рынок.

ОАО «УМПО»: от авиационных двигателей — к установкам для энергетики и транспорта газа

В. Лесунов — ОАО «УМПО»

Надежность выпускаемой техники — основное качество изделий завода. Наработка двигателя Р-95Ш в 5-10 раз превышает наработку подобных двигателей. Основные направления деятельности предприятия: производство авиадвигателей, приводов для газоперекачивающих агрегатов и энергетических установок, агрегатов для вертолетов и др. За время существования произведены десятки моделей поршневых, газотурбинных и ракетных двигателей для гражданской и военной авиации. В настоящее время, совместно с АО «Мотор-Сич» и ЗМКБ «Прогресс», завод приступил к изготовлению авиационного трехвального турбовентиляторного двигателя Д436Т1; для ОАО «Газпром» осваивает газотурбинный двигатель АЛ-31СТ.