Газовотурбинная установка

Реферат

 

 

ПЗ:с.     ,рис.  ,джерел   .

 

Мета роботи - на основі порівняння властивостей різних матеріалів та вимог до матеріалу виробу обгрунтувати вибір певного матеріалу. Розроблена схема маршрутної технології виготовлення виробу,проаналізовано вибраний матеріал, його технологічні, механічні, експлуатаційні властивості, роль компонентів, що входять до його хімічного складу. Обгрунтували вибір  технології термічної обробки (попередньої, основної, додаткової). Розробили технологічну карту термічної обробки і обрали засоби контролю якості виробу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛОПАТКА, УМОВИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ, МАРШРУТНА ТЕХНОЛОГІЯ, ТЕРМІЧНЕ ОБРОБЛЕННЯ, ЗНОСОСТІЙКІСТЬ,  КОНТРОЛЬ, ТЕХНОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ, ГАРТУВАННЯ.

 

 

 

 

ЗМІСТ:

 

1. Характеристика та умови експлуатації виробів.

Вимоги до матеріалів.

2. Маршрутна технологія виготовлення лопатки авіаційного двигуна.
3. Обгрунтування вибору матеріалу для лопатки.
4. Характеристики обраного матеріалу.
5. Розробка режимів та технології термічної обробки.
6. Технічний контроль,попередження та виправлення дефектів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

 

Термічною обробкою називається  процес обробки виробу із металів  і сплавів шляхом теплового впливу із метою зміни їх структури та властивостей в заданому напрямку.

Ця взаємодія може поєднуватись також із хімічною, деформаційною, магнітною  та іншими взаємодіями.

Термічна обробка –  найпоширеніший в сучасній техніці  спосіб зміни властивостей металів  та сплавів. На металургійних та машинобудівних заводах термічна обробка є однією із найважливіших частин технологічного процесу виробництва напівфабрикатів  та деталей машин. Термообробку застосовують як проміжну операцію для покращення технологічних властивостей (оброблюваність тиском, різанням та інше) і як завершальну  операцію для надання металу або  сплаву такого комплексу механічних, фізичних і хімічних властивостей, який забезпечує необхідними експлуатаційними характеристиками виріб. Чим відповідальніше  конструкція, тим, як правило, більше в  ній деталей, що піддаються термічній  обробці.

Теорія термічної обробки  є частиною металознавства. Головне  в металознавстві – це учення про  взаємодію між будовою та технічно важливими властивостями металів  та сплавів. При нагріванні та охолодженні  змінюється структура металевого матеріалу, що обумовлено зміною механічних, фізичних та хімічних властивостей та впливає  на його поведінку при обробці  та експлуатації.

Теорія термічної обробки  складає учення про зміни будови і властивостей металів або сплавів  при тепловій взаємодії, які не зникають після його завершення.

По глибині та різновиду  структурних змін, які виникають  в результаті термообробки, з нею  не можуть порівнятися ні механічні, ні які-небудь інші види взаємодії на метали.

1. Характеристика та умови експлуатації  виробів. Вимоги до матеріалів.

В даному курсовому проекті  розглядається  робоча лопатка компресора низького тиску авіаційного двигуна, що показана на рис. 1.1

 

 

 

 

 

Рис. 1 – Робоча лопатка компресора низького тиску авіаційного двигуна.

Робочі лопатки компресора - одни з найбільш відповідальних деталей, від конструктивнї досконалості і довговічності яких залежить якість компресора, а отже, надійна робота двигуна в цілому. Робочі лопатки працюють в складних умовах. На них діють інерційні та аеродинамічні сили, що викликають напруження розтягування, вигину і крутіння. Відцентрова сила, створювана лопаткою вентилятора, сягає 300 ... 600 кН. Лопатки зазнають суттєвих вібраційні напруги через коливання.У високого тиску компресорах температура лопаток останніх ступенів може досягати 1000 К і вище.Крім того, лопатки, особливо першого ступеня, схильні до значного зносу при експлуатації внаслідок попадання пилу, крапель дощу, сторонніх предметів. При значній величині останніх може відбуватися руйнування робочих лопаток, що призводить до відмови двигуна.При проектуванні і виготовленні робочих лопаток повинні бути забезпечені:

- Висока міцність і жорсткість, оскільки лопатки відчувають великі статичні і динамічні (змінні) навантаження при високій температурі;

- Високий ступінь чистоти обробки  пера (Ra 0,32). Гладка поверхня пера необхідна як для зменшення втрат на тертя при плині повітря, так і для збільшення опору втомі конструкції лопатки;

- Висока точність виконання  лінійних і кутових розмірів  при виготовленні лопаток для  отримання однакових швидкостей  течії повітряного потоку і  однакових тисків і температур  в кожному лопатковому каналі. Різні режими течії в лопаткових каналах не тільки знижують ККД компресора, але і збуджують коливання, що призводять до поломки лопаток;

- Можливо менші концентратори  напружень, особливо в місці  переходу профільної частини до хвостовика, щоб уникнути виникнення високих місцевих напружень;

- Мінімальна маса хвостовика, так  як вона в значній мірі визначає навантаження на диск робочого колеса ротора. Зниження маси лопатки на 1% дозволяє зменшити масу ротора, що припадає на одну лопатку, на 4 ... 5%;

- Конструкція хвостовика, що дозволяє  легко виконувати складання ротора  і заміну лопатки у разі  її пошкодження;

- Мінімальні залишкові напруги,  які визначаються методами виготовлення. Профілювання пера лопатки повинно здійснюватися при взаємному забезпеченні аеродинамічної якості, статичної та динамічної міцності і враховувати можливості виробництва. Необхідна довговічність робочих лопаток визначається призначенням літального апарату, для якого призначений компресор, з урахуванням можливості експлуатації по технічному стану.

Конструкція та основні геометричні  параметри робочих лопаток:

Робоча лопатка складається  з профільної частини (пера) і хвостовика. Форма і розміри профільної частини  лопатки визначаються на підставі аеродинамічного  розрахунку. Проте остаточна її конструкція  уточнюється з урахуванням вимог  забезпечення статичної та динамічної міцності. Для запобігання резонансних  коливань на профільній частині лопаток  великого подовження виконують антивібраційні полки 2. Якщо дозволяє міцність, на кінцях робочих лопаток можуть бути розташовані  бандажні полки 6. Утворюється при  цьому безперервне периферійне  бандажне кільце утримує від скручування  і деформації уздовж хорди по всій довжині лопатки і забезпечує кращі аеродинамічні характеристики, ніж при розміщенні полиць на проміжному радіусі профільованої частини. Для створення суцільного кільця між полицями сусідніх лопаток створюють  натяг до 0,2 ... 0,4 мм. Площа контакту між полицями вибирається виходячи з допустимого значення нормального  тиску (50 МПа). Для зменшення зносу  поверхня контактних майданчиків або  спеціально обробляють для підвищення твердості, або покривають зносостійким сплавом.

Вимоги до робочої лопатки: робоча температура  < 400ºС, експлуатація передбачає значне запилення повітря(ерозійний  знос),  σ_В >930 МПа, 

σ_-1=480 МПа, КСU = 300 Дж/м^2, , ресурс 6000 год,=800 МПа.

 

Виходячи з вимог до матеріалу для виготовлення деталі обираємо титанові сплави, тому що механічні  властивості титанових сплавів  знаходяться на рівні міцних сталей, які мають σ_В = 600 – 1000 МПа при щільності майже у 2 рази менше, ніж у сталі. Питома міцність Ті сплавів при 200 – 500º С вище ніж у сталей та в 2 рази вище ніж у алюмінієвих сплавів. Корозійна стійкість Ті сплавів в багатьох агресивних середовищах знаходиться на рівні стійкості таких благородних металів, як срібло та золото. Титан не магнітний (парамагнетик), не є дефіцитним матеріалом, сплави з титану мають малий ТКЛР (в 2 рази менше ніж у аустенітних корозійностійких сталей) та низький модуль пружності (в 2 рази нижче ніж у сталі).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Маршрутна технологія виготовлення виробів.

Технологія виготовлення виробів  на машинобудівних, іструментальних, спеціальних  заготівельних підприємствах уявляє собою логічну послідовність  технологічних операцій, виконання  яких дозволяє отримати якісні вироби із відповідними характеристиками та властивостями матеріалу.

Маршрутна технологія уявляє собою  рух заготовок по цехах та відділеннях  підприємства, в ній зазначаються виконувані операції, які можуть повторюватися  але мати різне призначення, режими та забезпечувати зміну форми, розмірів, шорсткості поверхні, мікроструктури та властивостей. В розробці маршрутної технології приймають участь фахівці тих цехів, в яких відбувається обробка даного виробу. Вона може включати десятки операцій.

Із урахуванням умов експлуатації виробів, на основі довідкових даних  по аналогічній групі виробів  та групі матеріалів складаються  вимоги до макро- та мікроструктури, що забезпечують необхідний комплекс властивостей.

На основі цих вихідних даних  вирішується одне із основних питань маршрутної технології – обрання  ефективного методу виготовлення заготовки  виробу (литтям, зварюванням, гарячою  прокаткою, куванням, штампуванням), потім  пропонується вид термічної обробки, що забезпечує отримання необхідних макро- та мікроструктури, властивостей матеріалу.

При виготовленні виробів вони можуть піддаватися термічній обробці декілька разів. В цьому випадку у маршрутній технології передбачається попередня, основна та додаткова термічна обробка.

Маршрутна технологія дає уявлення про виробничі підрозділи, в яких здійснюється оброблення виробів та в короткому вигляді сутність цих оброблень.

Таким чином, аналіз схеми маршрутної технології дозволяє виділити ті операції, які призводять до змін в структурі та властивостях.

Маршрутна технологія виготовлення робочої лопатки компресора низького тиску авіаційного двигуна наведена в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1.Схема маршруту технологій виготовлення робочої лопатки компресора низького тиску авіаційного

№ п/п	Назва операції (комплексу  операції)	Цех (дільниця) де виконується  операція	Призначення операції
1	2	3	4
1	Вхідний контроль	Заготівельний цех або  заготівельна дільниця	Контроль хімічного складу, розмірів, макроструктури, відсутності  дефектів прокату
2	Заготівельня	Заготівельний цех або заготівельна дільниця	Отримання необхідних розмірів з прокату
3	Механічне оброблення	Механічний цех	Надання валу необхідних чернових розмірів та форми
4	Термічна обробка	Термічний цех	Отримання заданих робочим  кресленням необхідних структури та властивостей (гартування та подвійне старіння)
5	Поточний контроль	Термічний цех	Контроль відсутності  дефектів та отримання необхідної структури  після термічної обробки
6	Остаточна  механічна  обробка	Механічний цех	Надання виробу чистових розмірів, геометрії, шорсткості у відповідності  з робочим кресленням (шліфування та полірування)
7	Вихідний контроль	Механічний цех	Повний контроль виробу відповідно робочому кресленню

 

 

3. Обґрунтування вибору матеріалу для лопатки авіаційного двигуна.

 

Як було зазначено у 1 розділі  для виготовлення робочої лопатки компресора низького тиску авіаційного, було обрано титановий сплав.

Розглянемо декілька марок  ливарних титанових сплавів, які  відрізняються хімічним складом  та механічними властивостями. В  таблицях 3.1, 3.2 та 3.3 наведені дані щодо хімічного складу та механічних властивостей Ті сплавів після оптимального режиму термічної обробки.

Таблиця 3.1 – Хімічний склад  титанових сплавів

 ВТ3-1,ВТ8,ВТ14.

Марка сплаву

Вміст елементів, (%,мас.)

C

Al

Cr

Mo

W

V

Ti

Fe

Si

Zr

O

H

N

ВТ3-1

До 0,1

5,5-7

0,8-2

2–3

2-3

–

85,95-91,05

0,2-0,7

0,15-0,4

ДО 0,5

ДО 0,15

ДО 0,015

ДО 0,05

ВТ8

≤0.1

5,8-7

–

2.8–3.8

-

-

87.55–90.9

≤0.3

0,2-0,4

≤0.5

≤0.5

≤0,015

≤0,05

ВТ14

≤0.1

6–6,3

-

2.5-3,8

–

0.9–1,9

86,635-93,1

≤0.3

≤0.3

ДО 0,3

≤0.15

≤0,015

≤0,05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 3.2 – Механічні  властивості ливарних титанових  сплавів

 ВТ3-1, ВТ8 та ВТ14

 

Марка сплаву	Механічні властивості
	σВ, МПа	Ѱ,%	δ, %	КСU, Дж/см2
ВТ3-1	930	20-25	8-10	300
ВТ8	950	15-20	7-8	280
ВТ14	940	20-40	10-15	500

 

 

В обраних сплавах характеристики дуже схожі,але кошти різні. Бо по коштам сплав ВТ3-1 набагато дешевший,тому ми обираємо саме його для нашої робочої лопатки.

Сплав ВТ3-1 застосовується: для виготовлення напівфабрикатів (листів, стрічок, фольги, смуг, плит, прутків, профілів, трубних  заготовок і труб, поковок і  штампованих заготовок) методом  деформації, а також злитків; кованих та штампованих деталей, що працюють при температурах до +400 ° C (до 6000 год) і до +450 ° C (до 2000 год); в авіабудуванні деталей авіаційних двигунів і деталей типу арматури, болтів, деталей системи управління.