Диплом (777661), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

смещение выходной кромки от номинального положения в направлении оси х мм,

допуск формы профиля пера во всех сечениях – 0,1 мм,

допуск разворота профиля пера во всех сечениях относительно оси Z – 15,

смещение профиля пера в корневом сечении от номинального положения в направлении оси у мм,

шероховатость поверхности радиусов входной и выходной кромок пера Ra = 0,8 мкм,

шероховатость спинки, корыта, проточных поверхностей полок и радиусов перехода от полок к перу Ra = 1,6 мкм.

Данные требования назначены для обеспечения наилучшей аэродинамики газа во время работы турбины.

1. Для «елочного» замка:

взаимное смещение рабочих поверхностей зубцов одной гребенки относительно другой в направлении оси симметрии 0,01 мм,

взаимный перекос рабочих поверхностей зубцов одной гребенки относительно другой 0,02 мм,

допуск толщины хвостовика по средней линии зубцов 0,06 мм,

шероховатость поверхности зубцов Ra=0,8 мкм.

Для углов замка:

угол определяющий положение опорной поверхности зубца ,
угол паза ,
угол клина хвостовика .

Данные требования назначены, так как необходимо обеспечить точную посадку лопатки в диск ротора, а это осуществляется за счет «елочного» замка.

1. Для бандажной полки:

допуск плоскостности и наклона торцевых поверхностей полки до нанесения покрытия 0,01 мм, после покрытия – 0,03 мм,

шероховатость поверхности бандажной полки Ra = 3,2 мкм.

Данные требования назначены для наилучшей стыковки лопаток в сборке.

Также назначен допуск частоты собственных колебаний по первой изгибной форме 640…890 Гц. Соблюдение этого требование необходимо для исключения попадания лопатки в резонанс при вибрационных нагрузках.

Так как лопатки турбины являются одним из самых важных элементов двигателя, и ресурс двигателя определяется, в основном, ресурсом лопаток, то невыполнение любого из вышеуказанных требований может повлечь за собой выход двигателя из строя, что, в свою очередь, может привести к гибели людей.

В технических требования указано отклонение угла в пределах 0,03 мм для поверхности торца бандажной полки со стороны корыта. Контроль выполняется с помощью эталона и набора щупов, как показано на рисунке 3. Угол определяется по формуле .

Рисунок 3 – Схема контроля отклонения поверхности

1. Отработка конструкции на технологичность для заданного типа производства.

Качественный анализ конструкции детали показал:

Рабочая лопатка ТНД имеет сложную форму, характеризующуюся переменной толщиной, криволинейными поверхностями переменной кривизны, закруткой вдоль оси.

Перо лопатки не имеет ни одной оси и плоскости симметрии. Хвостовик «елочного» типа имеет одну плоскость симметрии. Бандажная полка не имеет плоскостей симметрии. Форма пера лопатки снаружи ограничена плавными фасонными поверхностями, форма хвостовика ограничена плоскими и цилиндрическими поверхностями с плавными переходами. Форма бандажной полки ограничена плоскими поверхностями с плавными переходами.

Деталь имеет небольшие габариты и массу 0,13 кг, что не требует применения подъемно-транспортных средств.

Для обработки «елочного» профиля технологические базы формируются при заготовительном процессе (при изготовлении моделей отливок(!)). При дальнейшей обработке бандажной полки, уже «елочный» профиль является надежной технологической, конструкторской и измерительной базой, что обеспечивает соблюдение правила совмещения баз.

Для сокращения объема механической обработки предусмотрено повышение качества исходной заготовки. Профиль пера лопатки, хвостовик и бандажные полки обрабатываются только абразивным инструментом. Однако, сложная форма детали требует создания сложнопрофильных шлифовальных кругов.

При нанесении покрытия на поверхность пера, а также при термообработках возможна одновременная обработка нескольких деталей.

Для контроля геометрических параметров в основном применяются специальные приспособления и приборы. Для механической обработки также используются специальные приспособления, которые способны увеличить жесткость детали в процессе обработки.

Для количественной оценки технологичности рассчитаем коэффициент использования материала, коэффициенты шероховатости и точности изготовления детали:

1. Обоснование выбора материала детали: критерии выбора, условия эксплуатации, возможные варианты материала.

Лопатки газовой турбины являются наиболее нагруженными деталями ГТД, работают в условиях высоких температур нагрева, напряжений и агрессивной среды продуктов сгорания топлива. Газовый поток оказывает не только химическое, но и механическое воздействие на поверхностный слой лопаток, вызывая коррозионное и эрозионное разрушение. Поэтому требования к материалам рабочих лопаток газовой турбины весьма высокие, с широким интервалом физико-химических свойств. Материалы лопаток газовой турбины должны обладать высоким сопротивлением ползучести, усталости, высокотемпературной газовой коррозии, эрозионному разрушению; располагать достаточной жаропрочностью и пластичностью; быть малочувствительными к надрезам (концентраторам напряжений) и в то же время удовлетворять определенным технологическим свойствам: обрабатываемость резанием, давлением, свариваемостью; хорошими литейными свойствами.

Лопатки турбины изготавливают из жаропрочных сплавов на никель-хромовой и никель-хром-кольбатовой основе, легированных Ti, Al, Mo, W, Ta, Nb ,Zr ,B,V, Hf, Y, La, Re и др. Используются в основном литейные жаропрочные сплавы, реже – деформируемые. Литейные сплавы в настоящее время более жаропрочные и жаростойкие чем деформируемые сплавы.

Для изготовления рабочих лопаток применяют следующие жаропрочные литейные сплавы: при температуре нагрева 950…1000 ̊С – ЖС6К, ЖС6У, ВЖЛ-12У и другие; при 1050…1100 ̊С – ЖС6У, ЖС6Ф, ЖС26ВИ, ЖС32 и другие.

Для изготовления лопатки ТНД предусмотрено применение никелевого сплава ЖС26-ВИ, получаемого методом высокоградиентной (высокоскоросной) направленной кристаллизации (111), что позволит получить заготовку с монокристаллической структурой. В таблице 1 приведен химический состав сплава. Механические свойства сплава при комнатной температуре указаны в таблице 2.

Таблица 1 – Химический состав сплава ЖС26 - ВИ в %

Таблица 2 – Механические свойства сплава ЖС26 - ВИ при комнатной температуре

1. Выбор и обоснование метода получения заготовки.

   1. Обоснование получения заготовки.

Заготовка – отливка ЖС26 - ВИ. Отливки из жаропрочных сплавов с монокристаллической структурой обладают с наиболее оптимальным сочетанием прочностных, пластических, усталостных и других характеристик и при этом имеют наименьший разброс указанных свойств. Применение лопаток, полученных методом направленной кристаллизации, дает возможность повысить рабочую температуру лопаток на 50-60^◦С.

В сплавах с равноосной структурой зарождение и развитие трещин происходит преимущественно по границам зерен, расположенным перпендикулярно к действующим направлениям. Направленная кристаллизация позволяет получать монокристаллическую структуру, в которой вовсе отсутствуют границы зерен. Именно это обстоятельство является основной причиной более высокой жаропрочности направленно закристаллизованных сплавов по сравнению со сплавами, имеющими равноосную структуру.

Преимуществом сплавов с монокристаллической структурой есть лучшая сопротивляемость высокотемпературной газовой коррозии, что опять же объясняется отсутствием границ зерен, где с большей скоростью протекают процессы диффузии и интенсивно идет окисление. Эти сплавы имеют значительно лучшие высокотемпературные свойства вследствие появляющейся возможности модификации состава – исключения элементов, вводимых для упрочнения границ зерен и, обычно снижающие температуру плавления, таких как углерод, цирконий и бор.

Свойства сплавов с монокристаллической структурой зависят от кристаллографической ориентации. Никелевые сплавы имеют наиболее высокую прочность и жаропрочность в направлении. Термостойкость сплавов с ориентированной структурой в направлении (по числу циклов до разрушения) примерно в 2-3 раза выше, чем термостойкость сплавов с равноосной структурой, так как в первом случае модуль упругости на 40% меньше, чем у поликристаллического сплава, а величина термических напряжений прямо пропорциональна модулю.

У сплавов с направленной структурой пластические свойства в продольном направлении более высокие, чем у сплавов с равноосной структурой. В поперечном направлении их пластичность зависит от способа осуществления направления кристаллизации, но она всегда находится не ниже уровня пластичности сплавов с равноосной структурой.

ВНК – высокоскоростная направленная кристаллизация, скорость роста 60-120 см/ч., формирует структуру сплава в условиях высокоградиентного охлаждения формы в жидкометаллических средах. После ВНК сплав имеет более высокую пластичность, чем при равноосном литье. Пластичность при 800-900^◦С литого и термообработанного сплавов после ВНК не снижается (7-12%), тогда как при обычной направленной кристаллизации она падает до 5-6%, а при равноосном литье – до 2-3%. Термообработка сплава после ВНК позволяет повысить пластичность во всем диапазоне 20-1000^◦С до 10% и более. Это связано с измельчением дендритной структуры и первичных фаз в результате ВНК, а также с дополнительным выравниванием состава после гомогенизации.

ВНК повышает предел выносливости при 20^◦С на 60 МПа по сравнению с термически обработанным сплавом после обычной НК и на 120-140 МПА по сравнению со сплавом с равноосной структурой; при 900^◦С этот прирост составляет соответственно 30-50 и 60-80 МПА. Также после ВНК образец сплава с надрезом при 900^◦С имеет усталостную прочность на 40-60 и 80-100 МПа выше, чем термически обработанный сплав соответственно после обычной НК и с равноосной структурой. Указанные преимущества обусловлены значительным измельчением карбидов после ВНК.

Рисунок 4 - Схема получения отливок высокоскоросной направленной кристаллизацией в вакуумной или нейтральной среде:1- крышка из графитового волокна; 2- нагреватель; 3-изолятор; 4 - керамическая форма; 5- жидкий металл (1560±30 °С); 6-поверхность раздела рас­плава и твердого металла (зона градиента температур); 7- затравка (сплав NiW); 8 — жидкометаллический кристаллизатор (расплав алюминия, 679...800 °С)

Характеристики

Список файлов ВКР