ТВлД для вертолёта (1006005), страница 8
Текст из файла (страница 8)
7 Расчет лопатки свободной турбиныОбозначениепараметрапараметраDtsr1Dtsr2alpha1rhoCотнhрк отнhtb/tb1t=zztвтqCотн кFв/Fкrhosigma dlM diskJp diskCмах кFкFвaVлMлMsumRвтJxJx sumJx sumJp sumJd sumMdisk sumnuсрsigmasigmaPрkЕденицыизмерения величинапояснениеm0,326 средний диаметр лопаткиm0,326 средний диаметр лопаткиgrad17,5 угол входа лопатки0,38 степень реактивности0,073m0,0535 высота лопатки1,316m0,018 длина0,0135 шаг75,55 приближеное число лопаток76 число лопаток0,013 шаг0,6 коэффициент0,170,43 отношение площадей3Kg/m8100 плотностьPa3,00E+08 предел прочностиkg6,91 масса дискаkg*cm^2914 момент инерции дискаm0,0030 толщина сеченияm^34,90E-05 площадь корневого сеченияm^32,11E-05 площадь переферийного сечения1,62E-04 коэффициент формыm^32,10E-06 объем лопаткиkg0,017 масса лопаткиkg1,293 масса всех лопатокm0,13625 радиус полкиkg*m^23,51E-04 моменты инерцииkg*m^22,67E-02 моменты инерцииkg*cm^2267 моменты инерцииkg*cm^21181 моменты инерцииkg*cm^2590 моменты инерцииkg8,203 масса диска с лопатками15000 число оборотов255,91 скоростьН/м^296109150 напряженияМпа96 напряженияН4,71E+03 действующая сила3,12 запас прочностиРасчет лопатки с помощью метода конечных элементов проводился впрограммном продукте MSC.NASTRAN.
Рассчитывалось только перо и бандажная полка,замок не моделировался и не учитывался в расчете. Модель состоит из 163572 элементовTet10, преимущества и недостатки которых рассматривались выше, при описанииконечно-элементной модели диска. Внешний вид разбитой на сетку лопатки представленна рис.21Рис.21 Сетка полученная на моделиПеремещения и напряжения показаны на рис.22 и 23 соответственно.Рис.22 Перемещения в лопаткеРис.23 Напряжения в лопаткеВыводРешение задач прочности и динамики позволяет точнее определить напряжения, атак же точно визуально локализовать их в геометрической модели. В то же время расчетметодом конечных элементов и классическими методами показал схожесть полученныхрезультатов.
Расчет МКЭ будет тем сильнее отличаться от аналитического расчета, чемточнее будут заданы граничные условия на расчет, т.к. эмпирические формулы не могутучесть всего многообразия внешних факторов и учесть их влияние, тогда как численныйметод имеет такую возможность. Однако не следует всецело доверять расчетам полученнымв программе конечно элементного анализа, необходимо анализировать полученныйрезультат на сходимость, физичность полученного результата, градиенты полученныхнапряжений, деформаций и т.п.
Оценку полученных результатов необходимо проводитьпотому, что на решение может играть роль и множество других факторов, не связанных сфизической постановкой задачи, таких как: форма элементов, наличие «плохих» элементов,нестабильность расчета, плохая обусловленность матрицы жесткости и т.д., которые такпросто не определить.
Проделанная выше работа показывает, что метод конечных элементовпозволяет выявить концентраторы напряжений, оценить степень их влияния и вовремяподкорректировать модель, фактически данный метод в настоящее время используется какпроверочный при расчете на прочность.Технологическая частьПроизводство завихрителя методом селективноголазерного спекания.В настоящее время в производство авиационных ГТД активно внедряютсяновые технологии и материалы, в частности: точное литьё, быстроепрототипирование, обработка на многокоординатных центрах с ЧПУ.Быстрое прототипирование - создание прототипов реальных изделийнепосредственно с трехмерной модели, обычно это достигается в пошаговомсинтезе (производстве) изделия любой геометрии· Модели могут использоваться:- непосредственно в качестве моделей для пространственного представленияих внешней формы, упрощения сборки, оценки эстетических качеств ипроизводительности,- для создания малых партий продукции с минимальными затратами напереоснастку.· Общие преимущества,- уменьшение времени на создание прототипа изделия и его самого от месяцадо недель и дней- реально осязаемую модель будущего изделия легче проектировать ипреставить заказчикам- физическую модель легче корректировать, при графическом представленииизделия возможны ошибки-удешевление стоимости оснастки и затрат на конструкторские итерации- стоимость прототипов изделий ниже чем при традиционных способах.· Общие недостатки,- высоки затраты на закупку оборудования- допуски обычно >.005" (130 мкм)- используются специальные материалы и требуются дополнительные шаги(пост-обработка) для синтеза более прочных металлических моделейОдним из новых и перспективных методов быстрого прототипирования являетсялазерное спекание.SLS – селективное лазерное спекание.
Порошковый материал послойноспекается лазерным излучением, для этой методики нужны порошкимелкодисперсные, термопластичные, с хорошей вязкостью и быстрозатвердевающие. Методика предложена впервые Карлом Декартом (Carl Deckard) в1986. Технология такова, в рабочей камере порошок предварительно подогреваетсядо температур незначительно ниже температур плавления легкоплавкой фазы,синтезируемая модель расщепляется в компьютере на сечения по информации из.STL файла и после разравнивания порошка по поверхности зоны обработки,лазерное излучение CO2 лазера спекает требуемый контур, затем новый слойпорошка насыпается, разравнивается и процесс повторяется. Когда модель готова,она извлекается из камеры, а излишки порошка удаляются стряхиванием илизачисткой специальным шпателем.Рис.24 Технология метода послойного лазерного синтезаПараметры лазерного излучения стабилизированы, но дефлектора позволяютуправлять движение луча по x-y поверхности платформы.
x-y дефлекторапредставляют собой два управляемые компьютером зеркалаРис.25 Управление лучом лазераВ данной методики "подпорки" не нужны, так как сам порошокподдерживает спекаемую модель. У этой технологии имеется ряд преимуществ, вчастности:-удаляемый порошок можно использовать повторно.-медленное остывание порошкового объема предотвращает от значительныхдеформаций формы изделия-мощность лазера составляет не более 50 Вт в ИФ диапазоне (1,06 или 10,6мкм).- подогрев камеры снижает затраты лазерной энергии на нагрев порошка, атакже снижает уровень деформаций-в камеру возможна подача азота (98%.), чтобы избежать окисления принагреве порошков- производительность процесса около 0.5-1" за час.-возможно одновременно производить сразу несколько моделей в однойкамере.-нетоксичные материалы-недорогие материалы-используется широкий спектр порошков: от литейного воска до полимеровдля соединения сложных и/или крупный деталейТакже существуют и некоторые недостатки:- высокая шероховатость- пористость моделей- первый слой необходимо формировать из подобного материала дляснижения термических эффектов- плотность моделей может изменяться- изменение материала требует чистки всей камерыСовершенствование технологии идет по пути внедрения новых порошковыхматериалов, а также повышения мощности лазерного излучения (дляметаллических порошков).На предприятии ММП им.
Чернышева было принято решение изготовитьпартию завихрителей методом послойного лазерного спекания.Завихритель служит для создания циркуляционного течения в первичнойзоне камеры сгорания, поддержания горения и стабилизации пламени в широкомдиапазоне рабочих параметров двигателя. Работает в условиях высокойтемпературы и больших её градиентах.Такое решение было принято в связи с тем, что в данный моментпроизводство данной продукции очень трудоемко и состоит из этапов точноголитья и механической обработки. Кроме того в процессе изготовления, из-задостаточно сложной геометрической формы возникало много брака.
Так жепреимуществом метода является то, что возможно получить детали со сложнымиповерхностями, которые не представляется возможным выполнить ни в лить ни примеханической обработке, т.е. приходиться выполнять деталь в виде нескольких,которые впоследствии необходимо спаивать либо сваривать (примером такойдетали является завихритель и колпачек).
Таким образом, принимая во вниманиедороговизну изготовления, небольшие партии деталей и трудоемкостьпроизводства, было принято решение изготовить партию завихрителей методомлазерного спекания.Материалом завихрителя является литейный сплав ВХ4-Л, литейный аналогсплава ХН50МВТЮБР-ИД (ЭП648), так как по новой технологии именно такойматериал использовать не представляется возможным, то был выбран подобный посвойствам материал фирмы EOS «CoCr SP1 M270».
Деталь изготавливалась наоборудовании фирмы EOS, установке EOSINT M 270, с размерами рабочего поля250х250х215мм.Рис. 26.Внешний вид установки для лазерного спеканияНиже предоставлены сравнительные характеристики обоих материаловТабл.8. Химический состав ВХ4-ЛНазвание хим. элтаобозначение хим элтапроцентныйсоставУглеродС0,03-0,1ХромСr32-35ВольфрамW4,3-5,5МолибденMo2,3-3,5АлюминийAl0,7-1,3ТитанTi0,7-1,3НиовийNb0,7-1,3БорB0,008СеленCe0,03КремнийSi0,4МарганецMn0,5СераS0,01ФосфорP0,015ЖелезоFe4НикельNiостальное (~50)По расчёту неболееНе болееТабл.9. Химический состав CoCr SP1 M270Название хим.
элтаКобальтХромМолибденВольфрамСеленКремнийМарганецЖелезоУглеродНикельобозначение хим элтаCoCrMoWCeSiMnFeCNiпроцентный состав6430760,71,61,50,70,10,1Не болееТабл.10. Физико-механические свойстваМатериалПредел прочности σ (Мпа)Коэффициент температурногорасширения α (м/м 0С)Плотность ρ (кг/м3)Модуль юнга Е (Гпа)ТвердостьОтносительное удлинение %ВХ4-Л90011-14,2*10-6CoCr SP1 M270195014-14,2*10-68180180320 (HB)4-786001700350-450(HV)6-8Кроме того существуют некоторые ограничения, связанные с самим методоми применяемым порошком, в частности для материала CoCr SP1 M270:-минимальная рекомендуемая толщина спекаемого слоя 20?m-минимальная толщина стенки 0,3 мм-шероховатость Ra≈8? m, Rz≈30-50? m-допуск на геометрические размеры ±20 ?mСравнив параметры материалов, преимущества и недостатки технологии, атак же накладываемые ограничения, было принято решение об изготовленииопытной партии и её проверки, для принятия окончательного решения о внедренииданной технологии.Рис.27.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
