Высокотемпературная газостатическая обработка литых корпусных деталей турбонасосных агрегатов

Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательных аппаратов

Основными элементами при плоском проектировании являются линии, дуги и кривые. При помощи операций продления, обрезки и соединения происходит создание электронного чертежа.

Для более полного представления о глубине геометрии детали создается каркасная модель (3D-модель), описывающая положение ее контуров и граней.

Таким образом, 3D-моделирование с использованием возможностей систем CALS-технологий (Solid Works, Компас, Autodesk Inventor и др.) является

наиболее перспективным направлением при проектировании сложных деталей и узлов ракетных двигателей [1; 2].

Библиографические ссылки

1. Овсянников Б. В., Боровский Б. И. Теория и расчет агрегатов питания. М. : Машиностроение, 1971.

2. Конструкция и проектирование ЖРД / под общ. ред. проф. Г. Г. Гахуна. М. : Машиностроение, 1989.

K. I. Novik, A. N. Nosov

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

DESIGN BOOSTER PUMP SCREW, LRE PUMP WITH CALS-TECHNOLOGIES

The stage of design of the booster pump screw, LRE pump with CALS-technologies to create 3D model of the screw in the CAD-system Solid Works is described.

© Новик К. И., Носов А. Н., 2012

УДК 621.74.04.01

Л. А. Оборин, В. П. Назаров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ГАЗОСТАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЛИТЫХ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ

Рассмотрены особенности технологии высокотемпературной газостатической обработки литых корпусных деталей, изготовленных из жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов. Приведены результаты исследований и оптимальные режимы обработки.

Корпусные детали турбонасосных агрегатов (ТНА) многих современных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) изготавливаются из жаростойких сталей ВНЛ-1, ВНЛ-6 и жаропрочного сплава ВЖЛ-14 методом точного литья по выплавляемым моделям. В связи с напряженными температурными и динамическими параметрами рабочей среды к отливкам предъявляются высокие требования не только по прочности и тепловой стойкости, но и герметичности (газонепроницаемости) конструкции. Для тонкостенных деталей газового тракта это требование особенно трудновыполнимо, поскольку в материале отливки имеются раковины, рыхлоты, пустоты и другие микронеплотности, нарушающие герметичность стенок корпуса в процессе испытаний и эксплуатации двигателя.

Уменьшить или исключить раковины изделия в процессе литья не всегда удается. Поэтому применяют различные методы обработки отливок с целью удаления или уменьшения размеров и количества раковин в отлитом изделии. К наиболее эффективным из них следует отнести:

- высокотемпературную газостатическую обработку (ВГО);

- покрытие поверхности отливки специальными герметиками.

В настоящей работе исследовано влияние ВГО на газонепроницаемость изделия. Металлографический анализ показал, что раковины в отливке имеют размер ~ 1 мм. Как известно, металлы в расплавленном и твердом состояниях заметно растворяют газы. Основными растворяемыми газами являются водород Н2, кислород О2 и, в малой степени, азот N Например, растворимость водорода в никеле достигает 3-15 см на 100 г [1]. Это часто наблюдается на сплавах металлов на основе железа Бе и никеля № (элементы 8-й группы периодической системы Д. И. Менделеева) [1]. Растворимость водорода в расплаве металлов выше, чем в твердом металле, при этом растворимость скачкообразно уменьшается при затвердевании расплавленного металла. Поэтому пузырьки выделившегося газа иногда не успевают удалиться в расплав и захватываются затвердевшим металлом, образуя раковины, заполненные газом [2].

При больших скоростях кристаллизации пустоты, как правило, сферические, а при медленных скоростях они имеют вытянутую форму вдоль направления кристаллизации, что и наблюдалось в наших экспериментах. Особенности этих пустот заключаются в том, что газ в них находится под большим избыточным давлением как в молекулярном состоянии Н2, О2,

Решетневскце чтения

так и абсорбируется жидким или твердым слоем на стенках раковины.

Для ВГО отливки необходимо создать на поверхности отливки минимальное давление Н2, О2 и N2, чтобы ускорить выведение этих газов из раковин отливки. В связи с этим мы рассмотрели и отработали два способа создания атмосферы над отливкой:

- создание высокого вакуума;

- применение высокочистого аргона или гелия. Оба процесса равноценны по созданию малого парциального давления водорода и кислорода над поверхностью отливки и ускорения зарастания раковин в отливке. Однако при применении аргона, находящегося под давлением, исключается подсос воздуха (кислорода) в камеру термообработки. Величина давления аргона до 200 МПа ограничена прочностью стенок емкости для ВГО изделия. Кроме того, требуемая в данном случае толщина стенки емкости меньше, чем для создания вакуума. Поэтому применение аргона более технологично и легче контролируется по сравнению с вакуумным методом.

Сжатие отливки давлением аргона можно оценить по формуле коэффициента сжатия в:

Р =1

V { дP

где V - объем отливки; Р - давление. Для никеля в = 0,53 8-10-11 н/м2 является исключительно малой величиной [3]. Чтобы получить ощутимое сжатие отливки ДУ/У ~ 0,001 (1 %) [4], необходимо применить давление около 108 кг/см2, что невозможно достичь на имеющемся оборудовании. По-

этому мы ограничились давлением около 200 кг/см2 и получили ощутимый эффект от ВГО. В процессе экспериментов исследовано влияние высокотемпературной газостатической обработки на газо-плотностность (герметичность) и механическую прочность литых корпусных деталей турбонасосных агрегатов ракетных двигателей.

По результатам металлографического анализа, рентгенографического контроля, испытаний деталей на прочность и герметичность установлено, что устранение микронеплотностей (рыхлот, пор) в отливках из сталей ВНЛ-1 и ВНЛ-2 после ВГО составляет более 50 % , а в отливках из сплава ВЖА-14 - более 80 %, что способствует повышению механической прочности и герметичности конструкции и обеспечивает высокое качество корпусных деталей и сборочных единиц ТНА ЖРД. Разработанная технология высокотемпературной газостатической обработки отливок может найти применение также при использовании других сталей и сплавов в ракетно-космической промышленности и общем турбостроении.

Библиографические ссылки

1. Галактионова Н. А. Водород в молекулах. М. : Металлургия, 1967.

2. Стильбанс Л. С. Диффузия в полупроводниках. М. : Л. : Сов. радио, 1980.

3. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М. : Наука, 1978.

4. Мелвин-Хьюз Э. А. Физическая химия. М. : Изд-во иностр. лит., 1962.

L. A. Oborin, V. P. Nazarov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

HIGH-TEMPERATURE GAS PROCESSING OF CAST CASE ITEMS OF TURBINE UNITS

The features of technology of high-temperature gas processing of cast case items made of heat resisting and heat proof metals and alloys are considered. Results of research and optimum processing modes are introduced.

© Оборин Л. А., Назаров В. П., 2012

УДК 539.3

В. П. Павлов, Э. М. Нусратуллин, Л. Р. Нусратуллина

Уфимский государственный авиационный технический университет, Россия, Уфа

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ АРМИРОВАНИЯ ЛОПАТКИ КОМПРЕССОРА

ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Рассматривается композиционная лопатка компрессора газотурбинного двигателя на основе магниевого сплава, армированная углеродными и борными волокнами. Показывается, что при рациональной схеме армирования можно существенно снизить напряжения в зонах концентрации напряжений рабочей лопатки компрессора по сравнению с лопаткой из изотропного материала.

Состояние проблемы и методы ее решения. При

проектировании рабочих лопаток компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) особое внимание следует уделять концентрации напряжений в местах перехода

от пера лопатки к хвостовику и на боковых гранях хвостовика, взаимодействующих с гранями паза диска. Традиционным способом снижения концентрации напряжений является увеличение радиуса поверхно-