Диссертация (781919), страница 13
Текст из файла (страница 13)
В случае выявления существенных несоответствийрасчетных и экспериментальных значений температуры проводятся доводочные работы,направленные на получение требуемого температурного поля лопатки в расчетных сечениях.Необходимо учитывать, что любые вносимые изменения требуют переработки конструкторскойи технологической документации. В ряде случаев приходится дорабатывать или изготавливатьновую пресс-форму для прессования керамических стержней.
Это приводит к дополнительнымматериальным затратам и увеличивает сроки проектирования турбины и энергоустановки в целом. Именно продолжительный дорогостоящий этап изготовления объекта испытаний являетсялимитирующим в процессе разработки новых теплонапряженных деталей. Сокращение длительности и стоимости этого этапа позволит не только ускорить процесс разработки, но даствозможность повысить качество проектирования за счет рассмотрения большего количестваконструктивных вариантов.Одним из возможных способов усовершенствования существующей методики проектирования с целью сокращения сроков разработки является применение альтернативных способовизготовления прототипа проектируемой детали, обладающего функциональными характеристиками, необходимыми для проведения экспериментальных исследований.
В настоящее времяодним из перспективных направлений развития производства конструктивно сложных деталейвыступает применение аддитивных лазерных технологий, главным преимуществом которыхявляется возможность изготовления деталей сложной геометрии. Для этого необходим толькоCAD-файл с геометрической моделью детали, что позволяет оперативно менять геометрию деталей в случае необходимости [202, 203, 204].В работе [205] предлагается дополнить традиционный процесс разработки лопаток газовыхтурбин блоком испытаний прототипа в лабораторных условиях (рисунок 1.52), изготовленногометодом селективного лазерного спекания из пластика на основе полиамида.Изготовленный указанным способом прототип предлагается использовать для верификациигидравлической модели лопатки.
Подготовленный к проведению испытаний прототип и схемарасположения отборов давления представлены на рисунке 1.53. Применение предлагаемогоспособа изготовления прототипа позволяет лишь частично решить обозначенную проблему, поскольку полученный образец может быть использован только для проведения гидравлических и70аэродинамических испытаний. При этом стоит отметить, что по оценкам авторов работы [205],применение методов быстрого прототипирования на основе аддитивных технологий позволяетсократить сроки проектирования на 9 %.ПроектированиеРазработкаконцепцииПроектированиеПрототипПроверкарешенийКорректировка проектных решенийОбратная связьОбратная связьОбратная связьПроверка влабораторныхусловияхПроверка качествана образце деталиПроверка в составедвигателяАэродинамическиеиспытанияна прототипеАэродинамическиеиспытанияна образце деталиПодготовкапроизводстваПроизводствоСерийноепроизводствоВремяРисунок 1.52 – Процесс разработки лопаток газовых турбина) прототип охлаждаемой сопловой лопатки газовойтурбиныб) схема расположения отборов давленияРисунок 1.53 –Прототип охлаждаемой лопатки на испытательном стендеДля изготовления прототипов теплонапряженных деталей, пригодных для проведения тепловых испытаний, в качестве основной технологии следует рассматривать технологию селективного лазерного плавления (Selective laser melting SLМ-технология).
Основными проблемамиSLM-технологии являются обеспечение надлежащей микроструктуры синтезированного мате-71риала и устранение пористости.В ряде исследований, в частности [203, 206] показано, что пористость получаемой детализависит как от материала, так и от параметров режима сплавления. Например, для алюминиевых сплавов пористость может достигать 4-5 %, для сплавов титана – до 2 %, тогда как для сталей – менее 0,2 %. Чем выше скорость сканирования, тем выше производительность машины итем меньше шероховатость поверхности, однако и тем выше вероятность образования пористости.Исходным материалом является порошок, представляющий собой сыпучий материал с характерным размером частиц до 1,0 мм. Порошки весьма условно классифицируют по размеручастиц (по условному диаметру d), подразделяя их на нанодисперсные с диаметром d < 0,001мкм, ультрадисперсные – d = 0,01-0,1 мкм, высокодисперсные – d = 0,1-10 мкм, мелкие – d = 1040 мкм, средние – d = 40-250 мкм и крупные – d = 250-1000 мкм.Особенностью процесса выращивания по SLM-технологии является то, что при построениидетали лазерный луч не только сплавляет частицы порошка, формируя тело детали, но и «портит» материал, непосредственно прилегающий к поверхности строящейся детали.
Поэтому впрактике работы с SLM-машинами применяют методы просеивания отработанного материала сцелью удаления «бракованной» части с дальнейшим перемешиванием «работавшего» порошкасо свежим.Общим требованием к порошкам для аддитивных машин является сферическая форма частиц. Это связано, во-первых, с тем, что такие частицы более компактно укладываются в определенный объем. И, во-вторых, необходимо обеспечить «текучесть» порошковой композиции всистемах подачи материала с минимальным сопротивлением. Это как раз достигается при сферической форме частиц.С одной стороны, чем меньше величина d, тем меньший шаг построения может быть задан,тем более рельефно могут быть проработаны мелкие элементы детали и тем более гладкую поверхность построенной детали можно получить.
С другой стороны, в процессе построения в зону пятна лазера моментально вводится большое количество энергии, процесс плавления идеточень бурно, металл вскипает, происходит разбрызгивание расплава, и часть металла (строительного материала) вылетает из зоны построения. Визуально это заметно по интенсивному искрообразованию. Если порошок имеет слишком малый размер частиц, то в процессе построениялегкие частицы будут «вылетать» из зоны расплава, что приведет к обратному результату – повышенной шероховатости детали, микропористости.
Для того чтобы вылетающие из зоны расплава частицы на попадали на соседние уже сплавленные участки поверхности строящегосяслоя, внутри рабочей камеры создают направленный «ветер», который сдувает вылетевшие частицы в сторону. Это также может привести к слишком интенсивному выносу строительного72материала из зоны построения. В силу этих особенностей при работе с мелкодисперсными порошками с d < 10 мкм применяют маломощные лазеры, следовательно, малопроизводительные.Такие порошки (с соответствующими настройками машины) применяют в основном для изготовления микро-деталей, которые иным способом изготовить не представляется возможным.В аддитивной установке SLM 280 применено сочетание двух лазеров разной мощности, чтопозволяет построить детали с толщиной отдельных фрагментов до 0,3 мм.
Это придает машинесущественные преимущества: во-первых, значительно – до 5 раз увеличивается скорость построения детали; во-вторых, улучшается внутренняя структура материала и чистота поверхности (Ra = 5-10 мкм).Ряд ведущих компаний-производителей порошков, например, Sandwik Osprey, уже выделяют отдельную технологическую линию для производства порошков специально для нужд аддитивных технологий.
В таблице 1.10 приведена информация по материалам производства LPWTechnology в соответствии с фирменной спецификацией.Таблица 1.10 – Номенклатура порошковМеталлопорошки на основе железаМаркаСплавХимический составLPW M300-1 18Ni300 C 0,03 max, Mn 0,15,Si 0,10 max, Ni 17,0-19,0,Mo 4,50-5,20, Co 8,50-10,0,Ti 0,80-1,20, P 0,010 max,S 0,010, Fe BalLPW 174-117-4ph Cr 15,0-17,0, Ni 3,0-5,0,Cu 3,0-5,0, Mn 1,0 max,Si 1,0 max, Mo 1,0 max,Nb+Ta 0,15-0,45,C 0,10 max, Fe BalLPW 155-115-5ph Cr 14,0-15,0, Ni 3,5-5,5,Cu 2,5-4,5, Mn 1,0 max,Si 1,0 max, Mo 0,5 max,Nb 0,15-0,45, C 0,07 max,Fe BalLPW 316-1SS 316L C 0,03 max, Si 0,75 max,Mn 2,0 max, P 0,025 max,S 0,01 max, Cr 17,5-18,0,Ni 12,5-13,0, Mo 2,25-2,50,Cu 0,50 max, Fe BalISOСтандартыAMSUNSASTM17400A708 ISO 15156-3 AMS 5604, 1,4548AMS 5643S15500 A564A693S31673 F138F745DIN1,2709AMS 5659,AMS 5862ISO 5832-1АналогMS1GP1PH11,44041,4401Аддитивные технологии уже начали применяться в авиационной промышленности и энергетическом газотурбостроении.
На рисунке 1.54 показаны детали газотурбинной установки, изготовленные с помощью SLM-технологии.73а) рабочая лопатка турбины с перфорациейб) сектор направляющих лопаток компрессора с сотовымуплотнением, выполненных из инконель IN718Рисунок 1.54 – Образцы деталей ГТУ, изготовленные по SLM-технологииАнализ информации относительно развития аддитивных способов производства показывает, что SLM-технология позволяет изготавливать прототипы охлаждаемых лопаток турбины сдопусками, соответствующими технологии литья по выплавляемым моделям при подборе соответствующего материала и режимов обработки.
Экспериментальное получение тепловых характеристик лопаток на прототипах, изготовленных по SLM-технологии, требует проведения предварительных исследований. Необходимо осуществить выбор материала и технологических режимов, обеспечивающих приемлемую шероховатость и отсутствие пористости стенок, определить влияние шероховатости поверхности каналов с интенсификаторами охлаждения на теплоотдачу и фактическое значение теплопроводности материала изготовленных лопаток.1.5 Внешний перегрев пара на АЭС – альтернативный способ высокоэффективногоиспользования органического топливаИз анализа технологий производства электрической энергии на АЭС можно заключить, чтосущественное повышение начальных параметров за счет лишь энергии деления ядерного горючего обеспечивают атомные электростанции, базирующиеся на газоохлаждаемых реакторах,реакторах на быстрых нейтронах с жидкометаллическим охлаждением, а также на реакторах сядерным перегревом пара.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
