Obr.74
Závislosť výkonu a účinnosti čerpať zo svojho objemového výkonu.
8.11. Turbína TNA
Jedným z hlavných prvkov TNA je plynová turbína. V turbíne sa potenciálna energia produktov spaľovania z generátora plynu alebo pár chladiacej kvapaliny premieňa na mechanickú prácu turbíny. Turbína je určená na pohon vysokotlakových čerpadiel. Turbína pozostáva z dýzového ústrojenstva 1, obežného kolesa 2 s dvoma radmi rotorových lopatiek 3 a 4, rozvádzacej lopatky 5 a skrine turbíny 6 s výstupným potrubím 7, obr.75.
Prvým stupňom turbíny je sústava dýzového aparátu 1 a lopatiek obežného kolesa 3, druhý je tvorený pevnými lopatkami rozvádzacej lopatky 5 a druhým radom rotorových lopatiek 4.
Premena entalpie prúdu plynu na mechanickú energiu otáčania hriadeľa sa uskutočňuje v dvoch stupňoch: entalpia prúdu plynu - na kinetickú energiu prúdu (v dýzovom prístroji); kinetická energia prúdu - do mechanickej energie rotácie hriadeľa (na obežnom kolese).
Obr.75
Dizajn turbíny THA
Hriadele jednotiek turbočerpadla (TPU) pracujú pri vysokom zaťažení a vysokých rýchlostiach. Pre odľahčenie sú vyrobené duté. Najväčšie striedavé napätia v kove drieku vznikajú na jeho vonkajšom povrchu. V tomto prípade sú koncentrátory napätia akékoľvek ostré prechody, stopy od rezného nástroja a iné povrchové chyby. Na týchto miestach sa môžu počas prevádzky vytvárať trhliny, ktoré povedú k rozbitiu hriadeľa. Preto sa osobitná pozornosť venuje čistote povrchovej úpravy hriadeľa so zavedením v niektorých prípadoch kaliacich operácií. Dokončovaniu sú podrobené nielen miesta pre ložiská, tesnenia, podložky, ale aj všetky ostatné časti hriadeľa, ktoré nie sú spojené s inými časťami.
Veľký počet otáčok (10000-20000 ot./min a viac) prinútiť konštruktéra priradiť veľmi tesné tolerancie pre vyrovnanie krčkov a sedadiel, presnosť umiestnenia axiálneho otvoru, rozdiel v hrúbke steny a iné rozmery. Najmenšie geometrické chyby vedú k nerovnomernému rozloženiu rotujúcich hmôt kovu, čo spôsobuje vibrácie a trasenie TPU.
Obr. 76 znázorňuje dva najcharakteristickejšie typy hriadeľov: s prírubou (a) a bez príruby (b).
Najkritickejšie hriadele sú vyrobené z vysoko kvalitnej legovanej ocele s pevnosťou v ťahu po príslušnom tepelnom spracovaní 1000-1200 Mn/m 2 (100-120 kg/mm 2 ). Používajú sa ocele 2X13, 18HNVA, 40HNMA, 12HNZA a niektoré ďalšie.
Pre menej kritické hriadele sa používajú ocele typu 38XA alebo oceľ 45.
Turbínové kotúče TNA pracujú pri vysokých rýchlostiach, v dôsledku čoho vznikajú v kove vysoké napätia v dôsledku pôsobenia odstredivých síl. Okrem toho vznikajú tepelné napätia v dôsledku nerovnomerného zahrievania kovu kotúča.
Obr.76
Typické typy hriadeľov
Turbínové kotúče sú vyrábané z vysokolegovaných ocelí a zliatin s vysokou pevnosťou a žiaruvzdornosťou: ocele EI415, EI481, EI395, Kh18N9T, zliatiny EI437B, EI617 (KhN70VMTYu) a iné.
Tvar kotúčov sa určuje z podmienky rovnakej pevnosti, t.j. približne rovnakého zaťaženia kovu vo všetkých častiach kotúča.
Obrázok 77 ukazuje niekoľko typických návrhov turbínových kotúčov. Disk sa skladá z náboja na spojenie s hriadeľom, ráfika na upevnenie lopatiek a strednej časti spájajúcej náboj s ráfikom. Zaťaženie odstredivými silami sa s približovaním k náboju zvyšuje, čo si vyžaduje výrobu strednej časti s postupným zahusťovaním smerom k náboju. Profily A a B stredné časti sú zložité, čo sťažuje spracovanie disku. Hoci koncové plochy ALE A B nespájajte s inými dielmi, musia byť vyrobené presne, s vysokou povrchovou úpravou. Všetky chyby opracovania vo forme škrabancov (stopy od frézy) alebo prechodov sú koncentrátory napätia a znižujú mechanickú pevnosť kotúča. Veľmi dôležité je rovnomerné rozloženie hmoty kovu na disku.
Aj malé jednostranné zahustenia vedú k nerovnomernému rozloženiu hmoty, čo vedie k nerovnováhe. Pri rýchlom otáčaní nevyvážených kotúčov sa objavujú neprípustné vibrácie turbíny.
koše, ktoré by mohli spôsobiť nehodu. Preto sú pri navrhovaní diskov stanovené prísne tolerancie pre všetky veľkosti diskov. 
Obr.77
Dizajn turbínového disku
Obzvlášť vysoké požiadavky na presnosť spracovania sú kladené na lícované rozmery - montážny otvor v náboji alebo montážne remene a drážky na pripevnenie lopatiek. Pristávacie pásy a otvory v náboji sa zvyčajne vyrábajú podľa 2. triedy presnosti. Tolerancie pre rozmery drážky na upevnenie lopatiek - 0,01-0,03 mm. Prípustné hádzanie vonkajších plôch sedadiel - 0,03-0,06 mm.
Prenos krútiaceho momentu z disku na hriadeľ sa vykonáva pomocou svorníkov alebo čapov vložených do otvorov G (pozri obr. 77, a) alebo drážok E(pozri obr. 77, b). Niekedy je hriadeľ opracovaný spolu s prírubou a kotúč turbíny je privarený k prírube hriadeľa, ako je znázornené na obr. v. Pri tejto konštrukcii disku sa dosahujú úspory na drahých žiaruvzdorných zliatinách, keďže hriadeľ je vyrobený z lacnejších ocelí.
Pri navrhovaní turbínových kotúčov sa veľká pozornosť venuje racionálnemu spôsobu uchytenia lopatiek s prihliadnutím na konštrukčnú pevnosť a vyrobiteľnosť konštrukcie.
Najväčšia konštrukčná pevnosť pri minimálnej hmotnosti kotúča sa dosiahne, keď sú čepele vyrobené z jedného kusu s kotúčom. Pri takýchto diskoch je ráfik najľahší. Technológia ich výroby je však zložitá a náročná na prácu. Navyše kvalita spracovania profilu lopatiek je vyššia, ak sa lopatky vyrábajú oddelene od rotora. Zvýšená drsnosť alebo nesúlad medzi profilom čepele a vypočítaným znižuje koeficient užitočná akcia turbíny. Všetky tieto faktory sú podrobne analyzované a v každom konkrétnom dizajne HP sa nachádza najracionálnejšie riešenie.
Napriek zjavným výhodám získavania prírezov pre turbínové kotúče v jednom kuse s lopatkami je v reálnych podmienkach niekedy účelnejšie vyrábať lopatky samostatne a následne ich spájať s kotúčom pomocou zámkov alebo zváraním.
Lopatka plynovej turbíny pozostáva z dvoch hlavných konštrukčných prvkov - perom A koreňová časť so zámkom. Pero je pracovným prvkom lopatky a koreňová časť, čiže zámok, slúži na spojenie pera s kotúčom turbíny. Profil lopatky má zložitý tvar určený plynovo-dynamickým výpočtom. Konkávna strana pera sa nazýva koryto a konvexná strana sa nazýva zadná strana. Profily žľabu a zadnej časti sú spojené a tvoria okraje peria: predná alebo vstupná hrana zo strany vstupu plynu k lopatke a zadná, alebo výstupná hrana. V praxi sa široko používajú tri charakteristické typy lopatiek plynových turbín THA:
lopatka vyrobená samostatne a spojená s kotúčom turbíny zváraním alebo zámkom;
lopatky otvoreného typu vyrobené z jedného kusu s kotúčom turbíny;
lopatky vyrobené z jedného kusu s kotúčom turbíny, spojené zhora krycím prstencom.
Čepele prvého typu sa vyrábajú oddelene od kotúča a dajú sa vyrobiť presnejšie a s lepšou povrchovou úpravou ako ostatné typy čepelí.
Pre každú turbínu sa používa veľké množstvo lopatiek, čo umožňuje organizovať in-line výrobu lopatiek pomocou špeciálneho vybavenia a vysokovýkonného náradia aj v malosériovej výrobe HPP. Potreba upevnenia samostatne vyrobených lopatiek k disku pomocou zámkov však proces komplikuje a kotúč turbíny je ťažší. Táto nevýhoda je do značnej miery eliminovaná privarením lopatiek k disku.
Čepele druhého typu sú z hľadiska dizajnu najracionálnejšie, pretože nevyžadujú upevnenie. Takéto čepele však nemožno vyrobiť konvenčným obrábaním. Na výber kovu medzi čepeľami je potrebné použiť elektroerozívne, ultrazvukové alebo iné metódy, ktorých výkon je výrazne nižší ako pri konvenčnom obrábaní. Okrem toho výroba tohto typu lopatiek vyžaduje veľmi presné dodržiavanie technologického postupu, keďže prítomnosť jednej odmietnutej lopatky vedie k odmietnutiu celého kotúča turbíny. Čepele druhého a tretieho typu nemôžu byť vyrobené z kovu alebo zliatiny inej ako je kov disku (pretože sú s diskom jedno), čo nie je vždy racionálne a niekedy dokonca neprijateľné.
Čepele tretieho typu sú z konštrukčného hľadiska rovnako racionálne ako čepele druhého typu. Prítomnosť obväzu vyrobeného z jedného kusu s čepeľami dokonca zlepšuje ich vlastnosti, ale technológia výroby takýchto čepelí neumožňuje získať presné geometrické rozmery profilu čepele. Odlievanie strateného vosku spôsobuje značné chyby a spracovanie uzavretých profilov čepele je náročné.
Technologický proces výroby každého z troch typov čepelí má svoje vlastné charakteristiky. Veľký vplyv na technologický postup má aj materiál lopatiek.
Lopatky plynovej turbíny pracujú v náročných podmienkach - pri vysokých teplotách a vysoké napätia od odstredivých síl. Materiál čepelí musí mať dobrú tepelnú odolnosť a zároveň musí byť uspokojivo opracovaný rezom a tlakom. Materiál na liate čepele musí mať vysoké odlievacie vlastnosti. Materiál zváraných lopatiek musí byť dobre zvarený s materiálom kotúča. Na výrobu lopatiek turbín sa používajú tieto ocele a zliatiny: 1Kh18N9T, ZOHGSA, EI69, VL7-20 a iné.
Pre krátkodobú prevádzku pri nie veľmi vysokých teplotách možno použiť zliatiny na báze hliníka typu AK4.
Časti krytu turbočerpadlových jednotiek možno rozdeliť do nasledujúcich hlavných skupín:
Telesá čerpadiel.
Turbínové skrine.
Výfukové potrubia a rozdeľovače.
Viečka.
Obr.78
Časti tela TNA
Väčšina častí tela TNA, obr. 78, má zložitý tvar tvorený krivočiarymi, plochými a valcovými plochami. Krivočiare povrchy tvoriace špirály, dutiny, vybrania nie sú podrobené opracovaniu, ale sú čistené, aby sa odstránili povrchové nerovnosti. Niektoré z týchto povrchov sú označené písmenom Y.
Na inštaláciu ložísk, tesnení a iných častí susediacich s hriadeľmi turbín a čerpadiel sú v krytoch vyrobené otvory, drážky a pristávacie pásy. Tieto sedadlá sú opracované s vysokou presnosťou - podľa 2. alebo 1. triedy. Vzájomné hádzanie dosadacích plôch je povolené v rozmedzí 0,03-0,05 mm a nerovnobežnosť koncov je 0,03-0,08 mm. S rovnako vysokou presnosťou sú spracované spoje častí tela medzi sebou pozdĺž deliacich rovín. P. Obzvlášť prísne požiadavky na sedadlá a dokovacie miesta sú kladené na konštrukcie HPP, ktoré majú spoločný hriadeľ turbíny a čerpadiel.
Jednou z charakteristických vlastností dielov karosérie je kombinácia v jednej časti surových povrchov s relatívne hrubými toleranciami, s povrchmi opracovanými s vysokou presnosťou.
Materiál pre kryty sa vyberá na základe podmienok ich práce, prípadne minimálnej hmotnosti a vyrobiteľnosti dizajnu. Telesá čerpadiel sú najčastejšie vyrábané z hliníkových liatych zliatin typu AL4, ktoré majú vysoké odlievacie vlastnosti pri dostatočnej pevnosti.
Turbínové skrine sú tiež výhodne vyrobené zo zliatin typu AL4, ak to teplotné podmienky umožňujú. Pri vysokých teplotách plynu sú skrine turbíny vyrobené zo žiaruvzdorných nehrdzavejúcich ocelí typu 1X18H9T. Telesá čerpadiel na čerpanie agresívnych kvapalín sú vyrobené zo zliatin titánu s vysokou odolnosťou proti korózii. Niekedy sa kvôli podmienkam minimálnej hmotnosti a konštrukčným úvahám vyrábajú časti tela lisovaním z plechu, po ktorom nasleduje zváranie. Pre zvárané lisované telesá sa používajú zliatiny EI606, EI654, oceľ 1Kh18N9T a iné.
Zvárané kryty vyrobené z plošných materiálov sú vo všeobecnosti lacnejšie a ľahšie ako liate materiály, teda sú široké uplatnenie.
Obr.79
Zvárané puzdro turbíny:
1-príruba; 2 - zberateľ; 3-krúžok
Obrázok 79 zobrazuje príklad výroby zváraného krytu turbíny s výfukovým potrubím.
Telo je rozdelené na tri základné časti. Stredná časť - rozdeľovač 2 je vyrobený lisovaním z tenkého plechu a príruby 1 a sedlového krúžku 3 získané sústružením. Elementárne diely sú spojené dvoma obvodovými zvarmi C. Zváranie prebieha v špeciálnom zariadení, diely sa otáčajú zváracím manipulátorom.
8.12. Klasifikácia turbín
Turbíny sa podľa rôznych kritérií delia na aktívne a reaktívne, axiálne, radiálne a tangenciálne, jednostupňové a viacstupňové. Okrem toho sa turbíny rozlišujú s rýchlostným a tlakovým stupňom, čiastočným a nedielnym, jednohriadeľovým a dvojhriadeľovým.
Rozdelenie na aktívne a reaktívne turbíny sa robí podľa spôsobu rozdelenia tlakových spádov v turbínových stupňoch.
V aktívnych turbínach sa celý pokles tlaku na stupeň spotrebuje v dýzovom zariadení a nedochádza k poklesu tlaku na pracovných lopatkách turbínového kolesa. V medzilopatkovom kanáli obežného kolesa sa prúdenie otáča a na lopatky pôsobí reakčná sila. Časť energie plynu sa tak prenáša na rotor a absolútna rýchlosť plynu klesá. Pri zanedbaní strát zostáva relatívna rýchlosť w nezmenená, teda w 1 = w 2 - V prúdových turbínach vzniká v dýzovom aparáte a na listoch rotora pokles tlaku. V dôsledku expanzie plynu na listoch rotora vzrastá relatívna rýchlosť w, teda w 2 > wi, obr.80.
Obr.80
Elementárna schéma a trojuholníky rýchlostí turbín:
ale-aktívny; b-reaktívny
Množstvo dostupnej práce L 0 tj maximálny možný chod turbíny bez strát je určený adiabatickým tepelným spádom h ad (tepelným spádom) z parametrov plynu v stojatom stave na vstupe do turbíny (Pin; Tin) na výstupný tlak Pout. .:
Kde: R, k - adiabatický index a plynová konštanta pracovnej tekutiny turbíny;
Твх a Рвх - oneskorené hodnoty teploty a tlaku plynu pred turbínou; Рout - tlak plynu za turbínou.
Pomer adiabatického rozdielu tepla vytvoreného na listoch rotora k celkovému rozdielu tepla na stupni sa nazýva stupeň reaktivity:
Rozdelenie turbín na axiálne, radiálne a tangenciálne sa vykonáva v smere prúdenia plynu, obr.81.
Obr.81
Typy turbín:
Axiálny; b- radiálne dostredivé; v- tangenciálne: 7 tryskových zariadení, 2 lopatky
Axiálne turbíny sú turbíny, v ktorých je smer prúdenia v meridionálnej časti rovnobežný (alebo takmer rovnobežný) s osou turbíny.
Turbíny sa nazývajú radiálne, v ktorých je smer prúdenia v meridiánovej časti kolmý na os turbíny. V závislosti od smeru prúdenia plynu sa rozlišuje dostredivý (smer prúdenia od okraja do stredu) a odstredivý (smer prúdenia od stredu dopredu).
periférie) turbíny. V niektorých prípadoch použitie radiálnej turbíny zjednodušuje usporiadanie HP
Turbíny sa nazývajú tangenciálne, v ktorých sa plyn pohybuje po kružnici v rovine kolmej na os turbíny a v dôsledku trenia unáša lopatky turbíny so sebou.
Podľa počtu stupňov sa rozlišujú jednostupňové a viacstupňové turbíny, obr.82.
Obr.82
Viacstupňové turbíny:
ale- s rýchlostnými stupňami; b - s tlakovými stupňami;
B-s plynovým otočením
Vo viacstupňovej turbíne sa plyn po opustení lopatiek kolesa dostáva do rovnacieho zariadenia (dýzy) a opäť vstupuje do kolesa do druhého radu lopatiek rotora. Počet krokov môže byť dva, tri alebo viac. Použitie viacstupňových turbín umožňuje využiť väčší tepelný spád, aj keď inštalácia stupňov je spojená s dodatočnými hydraulickými stratami, v dôsledku čoho je maximálna účinnosť viacstupňovej turbíny nižšia ako účinnosť jednostupňovej. Použitie viac ako dvoch krokov poskytuje mierny zisk v práci.
Rozlišujú sa viacstupňové turbíny s rýchlostnými stupňami a s tlakovými stupňami. V prvom - tlakový rozdiel sa spúšťa v dýzovom aparáte prvého stupňa a výsledná kinetická energia sa postupne využíva v ďalších stupňoch. V turbíne s tlakovými stupňami sa v každom stupni spúšťa určitý tlakový rozdiel. Turbíny s rýchlostnými stupňami majú nižšiu účinnosť v porovnaní s turbínami s tlakovými stupňami, ak sa však používajú:
Vyžaduje menej krokov, aby ste mohli prejsť
tepelný pokles (pri rovnakej obvodovej rýchlosti)“.
teplota plynu vstupujúceho do nasledujúcich stupňov klesá výraznejšie;
axiálne sily sú výrazne znížené.
Variantom viacstupňovej turbíny s rýchlostnými stupňami je turbína s otočkou prívodu plynu.U týchto turbín sa plyn z lopatiek rotora obežného kolesa dostáva do rotačného kanála, kde sa mení smer prúdenia a je znovu privádzaný do obežné koleso. Takáto turbína má veľké straty, ale obežné koleso má jednu korunu. Je známe použitie turbíny s otáčaním toku v raketovom motore "Walter".
Podľa stupňa využitia priechodného úseku dýzového zariadenia sa rozlišujú parciálne a nečiastkové turbíny Čiastočné turbíny sa nazývajú turbíny, v ktorých sú dýzové kanály len na časti obvodu. Pomer pracovného oblúka dýzového prístroja ap k celému kruhu sa nazýva miera zaujatosti:
Zaujatosť spôsobuje ďalšie straty. V mnohých prípadoch sa zlepšenie účinnosti turbíny v dôsledku zväčšenia a v dôsledku zväčšenia dĺžky lopatiek ukáže byť väčšie ako jej pokles v dôsledku čiastočných strát. Navyše pri danej teplote plynu je teplota lopatiek parciálnej turbíny nižšia.
Podľa počtu hriadeľov sa rozlišujú jednohriadeľové a dvojhriadeľové turbíny. Schéma dvojhriadeľovej turbíny je na obr.83.
Použitie dvojhriadeľovej turbíny v LRE HPT môže byť vhodné vzhľadom na významný rozdiel v maximálnych povolených otáčkach palivového čerpadla a čerpadla okysličovadla. Použitie dvojhriadeľových turbín v HPP však môže viesť ku komplikáciám štartovania a riadenia motora a skomplikuje aj konštrukciu HP ako celku.
Špecifiká prevádzkových podmienok turbíny v HPA a požiadavky na HPA, ako najdôležitejšiu jednotku pohonného systému, určujú typy turbín, ktoré je racionálne použiť s rôznymi schémami pohonných systémov LRE. V TNA kvapalných raketových motorov sa používajú hlavne axiálne aktívne turbíny. Tieto turbíny sú konštrukčne jednoduchšie a v prevádzke celkom spoľahlivé. Pre raketové motory na kvapalné palivo TNA pracujúce v otvorenom okruhu (s uvoľňovaním generátorového plynu do životného prostredia),
Obr.83
dvojhriadeľová turbína
Typické je použitie čiastočne aktívnych turbín. Faktom je, že pri otvorenom okruhu, aby sa znížili straty komponentov pre pohon VT, sa snažia znížiť prietok pracovnej tekutiny do turbíny (to sa dosiahne zvýšením poklesu tlaku na turbíne = Рin / Рout = 15 - 60, znížením tlaku za turbínou, avšak Рout, min > 1,4 Рн). Z dôvodu nízkych nákladov je vhodné turbínu vyrobiť čiastočne. Prítomnosť parciálnosti predurčuje použitie aktívnych turbín, keďže pri prúdových turbínach by v dôsledku poklesu tlaku na lopatky kolesa vznikali veľké straty pretečením plynu v oblasti pred lopatkami rotora, kde nie sú žiadne okná pre dodávanie pracovnej tekutiny.
V motoroch TNA s otvorenými okruhmi sa používajú jednostupňové aj dvojstupňové turbíny, častejšie s rýchlostnými stupňami.
V TNA raketových motorov na kvapalné palivo s uzavretým okruhom (s prívodom generátorového plynu do hlavy komory LRE), axiálne jednostupňové, nízkotlakové (nt = 1,15-1,8) turbíny s vysokým prietokom r. používa sa hlavne pracovná kvapalina. Použitie viacerých stupňov je v tomto prípade nepraktické z dôvodu malého vzniknutého tepelného spádu. V uzavretom okruhu spolu s aktívnymi turbínami možno použiť aj turbíny s nízkou reaktivitou. Z výhod dispozície s uzavretým okruhom je možné použiť radiálne turbíny.
Turbíny pre prvotné roztočenie VT, poháňané pyroštartérom, sa zvyčajne vykonávajú ako axiálne, jednostupňové, čiastočné.
8.13. Hlavné parametre turbíny
1. Výkon turbíny
Nt \u003d Nh, o +N H. r + Nsp. ,
Kde: NHO, Nht, Nbc p.- výkon čerpadiel okysličovadla, paliva a pomocných jednotiek, resp.
2. Pokles tlaku v turbíne
P t \u003d Rin / Rout.
3. Teplota plynu pred turbínou
Hodnota Tg je spravidla určená tepelnou odolnosťou materiálu lopatiek, Tg = 1100-1500 K.
4. Počet otáčok hriadeľa turbíny
N = 60 u / (n Dsr), kde:
A - obvodová rýchlosť pracovných lopatiek, m/s; Dav je stredný priemer lopatiek turbíny.
Pri jednohriadeľovom usporiadaní HPP sa počet otáčok obežného kolesa turbíny určuje na základe podmienky bezkavitačnej prevádzky čerpadiel a pri viachriadeľovom usporiadaní z podmienky zabezpečenia maximálnej účinnosti obežného kolesa. turbína.
5. Účinnosť turbíny
Straty trením v dýzovom zariadení;
Vzniknuté straty v dôsledku prietoku pracovnej tekutiny cez radiálnu medzeru
akékoľvek čelné plochy rotorových lopatiek a turbínovej skrine;
Straty trením a dopad na kotúč turbíny;
Mechanické straty v ložiskách a labyrintových tesneniach;
Strata s výstupnou rýchlosťou, t.j. strata v dôsledku uvoľnenia plynu
prúdiť do okolia. Tento typ straty je typický len pre
LRE bez dodatočného spaľovania generátorového plynu;
Zohľadňuje straty vetraním v dôsledku plynulosti práce
Aké telesá z oblasti vysokého tlaku za lopatkami rotora do zóny nízkeho tlaku za dýzovým zariadením v tých úsekoch dýzového zariadenia, kde nie sú výstupné časti dýz.
8.14. Požiadavky na generátory plynu
Hodnota ťahu LRE, ako je známe, je lineárnou funkciou druhej spotreby paliva. Spotreba paliva za sekundu pre ktorýkoľvek konkrétny motor s čerpacím systémom napájania komponentov závisí od výkonu vyvinutého turbínou. Výkon turbíny je úplne určený rýchlosťou prietoku za sekundu a parametrami pracovnej tekutiny na vstupe do turbíny, t.j. na výstupe z generátora plynu. Preto je generátor plynu zariadenie, ktoré nastavuje prevádzkový režim celého pohonného systému. Táto okolnosť určuje špeciálne požiadavky na toto prepojenie v systéme dodávky paliva (okrem všeobecných požiadaviek na všetky jednotky LRE, bez ohľadu na špecifiká ich práce). Tieto požiadavky sú nasledovné.
1. Vysoká stabilita pri práci. To znamená, že generátor plynu vo všetkých prevádzkových režimoch motora musí poskytovať špecifikovaný prietok druhého plynu čo najpresnejšie a zároveň nesmú hodnoty parametrov plynu (zloženie, tlak, teplota atď.) prekročiť určité (prípustné) hranice. Čím stabilnejšia je prevádzka plynového generátora, tým menšie napätie zažívajú riadiace systémy motora počas letu, a to zvyšuje spoľahlivosť motora a presnosť streľby.
Zvlášť dôležitá je stabilita plynového generátora pre rakety s neregulovanými raketovými motormi a rakety, ktorých dolet je riadený len rýchlosťou letu na konci aktívnej časti trajektórie. V druhom prípade sa odchýlka súradníc konca aktívnej časti trajektórie spôsobená odchýlkou ťahu motora od vypočítanej hodnoty v dôsledku nestabilnej prevádzky generátora plynu úplne zmení na odchýlku. bodu dopadu rakety z cieľa.
2.
Jednoduché ovládanie pracovného toku v širokom rozsahu
zmenou jeho parametrov.
Táto požiadavka tiež podlieha regulácii
vplyv generátora plynu na motor a nutnosť zmeny režimu
mA chodu motora v procese jedného štartu (pri regulácii ťahu počas
čas štartu a za letu, pri prechode z hlavného ťahového stupňa do záverečného atď.
3.
Vysoká účinnosť generátorového plynu,
kondicionovanie
alebo minimálna spotreba energie (a teda minimálna spotreba
palivo) k pohonu TČ, alebo zvýšiť výkon TČ. Toto je požiadavka
je predložená z dôvodu, že špecifický impulz motora je určený z
ťah ložiska na celý druhý prietok vyradenej hmoty. V koncepcii
„vyradená hmota“ zahŕňa oba produkty spaľovania paliva v komore a
a výfukových plynov z turbíny. Pre LRE, v ktorom tento plyn emituje
do atmosféry a vyvinie špecifický impulz, ktorý je menší ako produkty spaľovania
palivo vytekajúce z priestoru motora, rozhodujúca podmienka pre vyššie
úspora motora je znížená spotreba paliva na pohon
TNA. Pre raketový motor na kvapalné palivo s dodatočným spaľovaním generátorového plynu je hlavnou vecou zvýšenie výkonu
sti TNA, pretože to umožňuje zvýšiť tlak v komore a pri danom
hodnota tlaku na výstupe z dýzy na zvýšenie expanzného pomeru ejektora
Moje produkty spaľovania, teda zvýšenie tepelnej účinnosti komory. Pokles spotreby paliva na pohon HPP a zvýšenie výkonu HPP závisí od množstva energie odovzdanej turbíne jedným kilogramom pracovnej tekutiny. Táto energia sa, ako je známe, rovná súčinu relatívnej efektívnej účinnosti turbíny a dostupného adiabatického tepelného spádu.
8.15. Klasifikácia generátorov plynu
Základom pre klasifikáciu generátorov plynu je spôsob výroby generátorového plynu. V súčasnosti sú bežné tri spôsoby výroby plynu.
1. Rozklad (s pomocou katalyzátorov alebo bez nich) látka schopná po vonkajšom iniciačnom pôsobení prejsť k ďalšiemu stabilnému samovoľnému rozpadu, sprevádzanému uvoľňovaním značného množstva tepelnej energie a plynných produktov rozkladu. Takáto látka môže byť buď zložkou paliva hlavného motora, alebo špeciálnym prostriedkom na výrobu plynu, uloženým len na tento účel na palube rakety. Plynové generátory, v ktorých je tento proces implementovaný, sa nazývajú jednozložkové. V budúcnosti sa rozlišujú najmä podľa druhu rozložiteľnej látky (peroxid vodíka, hydrazín, tuhé palivo a pod.).
2. Spaľovanie kvapalné palivo, pozostávajúce z dvoch zložiek. Na tento účel je najlepšie použiť palivo hlavného motora, pretože to výrazne zjednodušuje jeho prívod do generátora plynu a zlepšuje prevádzkové podmienky rakety. Plynové generátory tohto typu sa nazývajú dvojzložkové.
3. Odparovanie kvapaliny v chladiacej dráhe komory motora. Pri tomto spôsobe získavania pracovnej tekutiny turbíny sa súčasne rieši problém chladenia stien komory motora. Plynové generátory tohto typu sa nazývajú parné generátory a obvody motora sa nazývajú bezgenerátorové. Schémy parných generátorov sú rozdelené na cirkulačné a so zmenou pracovnej tekutiny. V prvej cirkuluje ľubovoľná pracovná tekutina (napríklad voda) v uzavretom okruhu „dráha chladenia komory – turbína – kondenzátor – čerpadlo – dráha chladenia komory“, pričom sa striedavo mení na paru a potom na kvapalinu vo svojich rôznych častiach. V schémach so zmenou pracovnej tekutiny táto cirkulácia chýba. Pracovná kvapalina po turbíne je odstránená z cyklu. Je zrejmé, že priame vypúšťanie výfukových plynov do atmosféry by citeľne zhoršilo účinnosť motora, keďže špecifický ťah výfukového potrubia je vždy menší ako špecifický ťah motorovej komory. Aby sa eliminovali tieto straty, jedna zo zložiek paliva sa zvyčajne posiela do chladiacej dráhy komory. Po odparení a prevádzke v turbíne sa posiela do komory motora, kde sa spaľuje spolu s druhým komponentom. Motory bez generátora sa teda vyrábajú podľa schémy s dodatočným spaľovaním pracovnej tekutiny turbíny.
Konštrukciou sa systémy na výrobu plynu navzájom výrazne líšia, ale napriek tomu je možné v každom z nich rozlíšiť tieto spoločné hlavné prvky:
plynový generátor;
zariadenia na prívod paliva;
automatizácie.
tuhé palivo (TGG);
hybrid (THG);
jednozložková kvapalina (jednozložková ZHGG);
dvojzložková kvapalina (dvojzložková ZHGG);
odparovacia kvapalina (odparovacia JGG);
akumulátor stlačeného plynu (ACG).
Vynález sa týka raketovej technológie, konkrétne raketových motorov na kvapalné palivo pracujúcich na kryogénnom oxidátore a uhľovodíkovom palive. Cieľom vynálezu je zlepšiť spoľahlivosť TNA. Riešenie tohto problému je dosiahnuté vďaka skutočnosti, že turbočerpadlová jednotka raketového motora na kvapalné palivo, ktorá obsahuje namontované na hriadeli, ktorý je zase namontovaný na aspoň dvoch podperách, časti rotora turbočerpadlovej jednotky: obežné koleso čerpadla okysličovadla, obežné koleso palivového čerpadla a obežné koleso turbíny, umiestnené v skrini agregátu turbočerpadla, obežné koleso prídavného palivového čerpadla s hriadeľom a obežné koleso prídavného palivového čerpadla, pričom všetky podpery sú magnetické, a magnetická spojka a multiplikátor sú inštalované medzi obežným kolesom turbíny a obežným kolesom okysličovacieho čerpadla. Medzi čerpadlom okysličovadla a palivovým čerpadlom je inštalovaná magnetická spojka a multiplikátor. Medzi palivovým čerpadlom a prídavným palivovým čerpadlom je inštalovaná magnetická spojka a multiplikátor. ÚČINOK: Vynález zaisťuje požiarnu bezpečnosť a výbuchovú bezpečnosť jednotky turbočerpadla. 2 w.p. f-ly, 3 chor.
Výkresy k RF patentu 2318129
Vynález sa týka raketovej technológie, konkrétne kvapalných raketových motorov LRE, pracujúcich na kryogénnom oxidátore a uhľovodíkovom palive.
Známy raketový motor na kvapalné palivo podľa RF patentu na vynález č. 2095607, určený na použitie ako súčasť horných stupňov vesmíru, stupňov nosných rakiet a ako pomocný motor kozmických lodí, obsahuje spaľovaciu komoru s regeneračnou chladiaca dráha, jednotka turbočerpadla - TPU. TNA obsahuje čerpadlá pre napájanie komponentov - paliva a okysličovadla s turbínou na jednom hriadeli, do ktorej je vložený kondenzátor. Výstup z kondenzátora potrubím chladiva je prepojený so vstupom do spaľovacej komory a so vstupom do trasy regeneratívneho chladenia spaľovacej komory. Výstup z kondenzátora cez vedenie chladiacej kvapaliny je pripojený k vstupu do čerpadla jedného z komponentov. Výstup čerpadla toho istého komponentu je pripojený k vstupu do kondenzátora cez vedenie chladiva. Druhý vstup kondenzátora je napojený na výstup z turbíny. Výstup čerpadla druhého komponentu je prepojený so vstupom spaľovacej komory.
Nevýhodou THA motora je zhoršenie kavitačných vlastností čerpadla pri obtoku kondenzátu. Táto vlastnosť čerpadla nevyhnutne vedie k zníženiu prietoku jednej zo zložiek paliva cez TPU, niekoľkonásobnému poklesu ťahu rakety a narušeniu programu letu rakety alebo ku katastrofe.
Známy spôsob činnosti LRE a kvapalného raketového motora podľa RF patentu na vynález č. 2187684. Spôsob činnosti raketového motora na kvapalné palivo spočíva v dodávke palivových komponentov do spaľovacej komory motora, splyňovaní jednej zo súčastí v dráhe chladenia spaľovacej komory, jej privedení do turbíny agregátu turbočerpadla a následnom vypustení. do hlavy dýzy spaľovacej komory. Časť spotreby jednej zo zložiek paliva sa posiela do spaľovacej komory a zvyšná časť sa splyňuje a posiela do turbín turbočerpadlových jednotiek. Plynná zložka odsávaná turbínami sa zmiešava s kvapalnou zložkou vstupujúcou do motora pri tlaku prevyšujúcom tlak nasýtených pár výslednej zmesi. Kvapalinový raketový motor obsahuje spaľovaciu komoru s dráhou regeneratívneho chladenia, čerpadlá na zásobovanie hnacích komponentov a turbínu. Čerpadlá a turbíny sú usporiadané v dvoch HP: hlavné a pomocné. Motor obsahuje posilňovacie čerpadlo turbočerpadla a miešadlo inštalované v sérii pred prívodným čerpadlom jedného z palivových komponentov hlavnej jednotky turbočerpadla. Výstup čerpadla hlavného turbočerpadlového agregátu je napojený ako na vstrekovaciu hlavu spaľovacej komory, tak aj na cestu regeneratívneho chladenia spaľovacej komory. Regeneračná chladiaca dráha je zasa napojená na turbíny hlavného a pomocného turbočerpadlového agregátu, ktorých výstupy sú napojené na zmiešavač.
Nevýhodou tejto schémy je, že tepelná energia odstránená počas chladenia spaľovacej komory nemusí stačiť na pohon turbočerpadlovej jednotky motora s veľmi vysokým výkonom.
Známy LRE pod RF patentom na vynález č. 2190114, IPC 7 F02K 9/48, publ. 27.09.2002 Tento raketový motor obsahuje spaľovaciu komoru s cestou regeneratívneho chladenia, turbočerpadlo TNA s okysličovadlom a palivové čerpadlá, ktorých výstupné potrubia sú napojené na hlavu spaľovacej komory, hlavnú turbínu a hlavný okruh pohonu turbíny . Hlavný hnací okruh turbíny obsahuje palivové čerpadlo zapojené do série a regeneračný chladiaci okruh spaľovacej komory napojený na hlavný vstup turbíny. Výstup z turbíny TNA je pripojený na vstup druhého stupňa palivového čerpadla.
Tento motor má významnú nevýhodu. Obtok paliva ohriateho v dráhe regeneratívneho chladenia spaľovacej komory na vstup do druhého stupňa palivového čerpadla povedie k jeho kavitácii a následkom uvedeným vyššie. Väčšina LRE používa komponenty hnacieho plynu tak, že spotreba okysličovadla je takmer vždy väčšia ako spotreba paliva. Preto pre výkonné raketové motory s vysokým ťahom a vysokým tlakom v spaľovacej komore nie je táto schéma prijateľná, pretože. spotreba paliva nebude stačiť na chladenie spaľovacej komory a pohon hlavnej turbíny.
Okrem toho nie je prepracovaný štartovací systém raketového motora, systém zapaľovania komponentov paliva a systém vypínania raketového motora a jeho čistenia od zvyškov paliva v dráhe regeneračného chladenia spaľovacej komory.
Známy raketový motor na kvapalinu a spôsob jeho odpaľovania podľa RF patentu na vynález č. 2232915, publ. 9.10.2003 (prototyp), ktorý obsahuje spaľovaciu komoru, agregát turbočerpadla, plynový generátor, štartovací systém, prostriedky na zapaľovanie palivových komponentov a palivové vedenie. Výstup čerpadla okysličovadla je pripojený k vstupu do generátora plynu. Výstup prvého stupňa palivového čerpadla je napojený na regeneračné chladiace kanály komory a na zmiešavaciu hlavu. Výstup druhého stupňa palivového čerpadla (prídavné palivové čerpadlo) je pripojený k elektricky poháňanému regulátoru prietoku. Druhý vstup regulátora je pripojený k štartovacej nádrži so štandardným palivom. Výstup z regulátora je pripojený k generátoru plynu. Výstup z generátora plynu je napojený na vstup turbíny agregátu turbočerpadla, ktorého výstup je napojený na zmiešavaciu hlavu. Regulátor prietoku je vybavený hydraulickým pohonom predstupňa, ktorý je cez kavitačnú trysku a hydraulické relé spojený so štartovacou nádržou so štandardným palivom. Hydraulické relé je pripojené k druhému stupňu palivového čerpadla. Škrtiaca klapka inštalovaná na výstupe prvého stupňa palivového čerpadla je vyrobená spolu s ovládateľným ventilom predbežného stupňa.
Nevýhodou tejto schémy je požiar alebo výbuch HP a rakety pri štarte alebo počas letu v dôsledku nízkej spoľahlivosti tesnenia medzi turbínou a čerpadlom okysličovadla, medzi okysličovadlom a palivovým čerpadlom a tiež medzi palivovým čerpadlom. a prídavné palivové čerpadlo v dôsledku veľkého poklesu tlaku, ktorý na ne pôsobí: 300 ... 400 kgf / cm 2 pre moderné raketové motory. Napríklad, keď sa vodík a kyslík používajú ako komponenty raketového paliva, najmenšie úniky týchto komponentov vedú k vytvoreniu „výbušnej zmesi“ a takmer vždy k výbuchu rakety.
Takmer vždy sa komponenty hnacieho plynu používajú na chladenie podpier TNA. To je veľmi nebezpečné a môže to viesť k požiaru alebo výbuchu v dôsledku prehriatia hnacej zložky čerpanej cez podpery. Obzvlášť nebezpečné je použitie kvapalného kyslíka na mazanie podpier.
Cieľom vynálezu je zabrániť výbuchu TNA alebo rakety pri štarte alebo počas letu.
Riešenie tohto problému bolo dosiahnuté v turbočerpadlovej jednotke raketového motora na kvapalné palivo, obsahujúcej časti rotora turbočerpadla: obežné koleso čerpadla okysličovadla, prídavné obežné koleso palivového čerpadla s hriadeľom a prídavné obežné koleso palivového čerpadla, skutočnosť, že všetky podpery sú vyrobené magneticky, medzi obežným kolesom turbíny a obežným kolesom čerpadla okysličovadla je inštalovaná magnetická spojka a multiplikátor. Medzi čerpadlo okysličovadla a palivové čerpadlo je možné nainštalovať magnetickú spojku a multiplikátor. Medzi palivové čerpadlo a prídavné palivové čerpadlo je možné nainštalovať magnetickú spojku a multiplikátor.
Vykonané patentové štúdie ukázali, že navrhované technické riešenie má novosť, vynálezcovský krok a priemyselnú využiteľnosť. Novinku potvrdzuje vykonaný patentový výskum, vynálezeckým krokom je dosiahnutie nového efektu - absolútnej tesnosti spojov medzi turbínou a čerpadlami, ako aj medzi čerpadlami a zabránenie výbuchu VT a VT. raketa na štarte alebo za letu.
Priemyselná využiteľnosť je spôsobená skutočnosťou, že všetky prvky zahrnuté v usporiadaní TPU sú známe z doterajšieho stavu techniky a sú široko používané pri výrobe motorov.
Podstata vynálezu je znázornená na obr. 1...3,
kde obrázok 1 ukazuje diagram prvej verzie TNA,
obrázok 2 ukazuje diagram druhej verzie TNA,
obrázok 3 zobrazuje diagram tretej verzie TNA,
Jednotka turbočerpadla raketového motora na kvapalné palivo TNA (obrázok 1) obsahuje kryt 1, hriadeľ TNA 2 (alebo časti hriadeľa TNA) 2 a 3, na ktorých (ktorých) sú nainštalované časti rotora TNA: obežné koleso okysličovacieho čerpadla 4, obežného kolesa palivového čerpadla 5 a obežnej turbíny 6. Všetky časti VT rotora sú umiestnené vo vnútri VT skrine 7. Prídavné palivové čerpadlo 8, ktoré má obežné koleso prídavného palivového čerpadla 9 a hriadeľ prídavného palivového čerpadla 10, je vyrobený koaxiálne s pozdĺžnou osou VT skrine 1 a je inštalovaný na strane protiľahlej k obežnému kolesu turbíny 6. Obežné koleso prídavného palivového čerpadla 9 je inštalované v skrini prídavnej palivové čerpadlo 11, ktorého dutina "B" je utesnená vzhľadom na dutinu TPU "A". Magnetická spojka 12 a multiplikátor 13 sú inštalované medzi obežným kolesom palivového čerpadla 5 a prídavným palivovým čerpadlom 8 v kryte HP 1. Magnetická spojka 12 a všetky ostatné magnetické spojky pozostávajú z magnetického spojkového hnacieho kotúča a magnetickej spojky. poháňaný disk. Medzi kotúčmi magnetickej spojky je vyrobená prepážka z nemagnetického materiálu, ako je nemagnetická oceľ.
TNA hriadeľ 2 je namontovaný na najmenej dvoch magnetických ložiskách 14.
Plynový generátor 15 je inštalovaný koaxiálne s VT skriňou 1 nad tryskovým zariadením turbíny 16. Plynový generátor 15 obsahuje hlavu 17 plynového generátora, vo vnútri ktorej sú vonkajšia doska 18 a vnútorná doska 19 vyrobené s dutinou "B". " nad nimi a medzi nimi dutina "G". Vo vnútri hlavy plynového generátora 17 sú inštalované okysličovacie dýzy 20 a palivové dýzy 21. Okysličovacie dýzy 20 prepájajú dutinu „B“ s vnútornou dutinou plynového generátora „D“ a palivové dýzy 21 prepájajú dutinu „ G" s vnútornou dutinou plynového generátora "D". Na vonkajšom povrchu plynového generátora 15 je inštalované palivové potrubie 22, na ktoré je napojené vysokotlakové palivové potrubie 23 z prídavného palivového čerpadla 8. Vysokotlakový ventil 24 a regulátor prietoku 25 s pohonom regulátora prietoku 26 sú inštalované vo vysokotlakovom potrubí 23. Výstup z obežného kolesa palivového čerpadla 5 spojeného potrubím 27 so vstupom do prídavného palivového čerpadla 8 a so spaľovacou komorou (spaľovacia komora na obrázku 1 nie je znázornená) .
Výstup z obežného kolesa čerpadla 4 okysličovadla je spojený potrubím 28 okysličovadla cez ventil 29 okysličovadla s dutinou "B" generátora 15 plynu. Na generátore 15 plynu je inštalované jedno alebo viac zapaľovacích zariadení 30. jednotka 31 je pripojená elektrické spoje so zapaľovacími zariadeniami 30, vysokotlakovým ventilom 24, okysličovacím ventilom 29 a pohonom 26 regulátora prietoku.
Keď sa LRE spustí z riadiacej jednotky 31, do ventilov 24 a 29 a zapaľovacieho (zapaľovacieho) zariadenia 30 sa odošlú elektrické signály. Okysličovadlo a palivo z obežných kolies čerpadiel 4, 5 a 9 gravitačne vstupuje do plynu. generátora 15, kde sa zapáli, splodiny horenia roztočia turbínové koleso 6, tlak na výstupe z obežných kolies čerpadiel 4 a 5 sa zvýši. Časť paliva (asi 10 %) vstupuje do prídavného palivového čerpadla 8, kde sa jeho tlak výrazne zvyšuje. Prídavné palivové čerpadlo 8 je poháňané cez magnetickú spojku 12 a multiplikátor 13. Výsledkom je, že v dôsledku absencie tesnenia pozdĺž hriadeľa prídavného palivového čerpadla 10 sa zvyšuje jeho spoľahlivosť. Pri tlaku na vstupe do obežného kolesa palivového čerpadla 5. rádu P 1 \u003d 2 ... 4 kgf / cm 2, na výstupe z obežného kolesa palivových čerpadiel 5 R 2 \u003d 400 kgf / cm 2 a pri tlaku na výstupe z prídavného palivového čerpadla 8 približne R 3 \u003d 900 kgf / cm 2 je medzi nimi vzniknutý pokles tlaku približne 600 kgf / cm 2 vnímaný prepážkou vyrobenou z nemagnetického materiálu. . Tlak na vstupe do okysličovacieho čerpadla R 4 = 4...5 kgf/cm 2, na výstupe z okysličovacieho čerpadla R 5 = 500 kgf/cm 2, na vstupe do spaľovacej komory R 6 = 400 kgf /cm2. Prítomnosť magnetických spojok medzi čerpadlami a okysličovacou pumpou a turbínou zaisťuje úplnú tesnosť všetkých modulov voči sebe, prítomnosť multiplikátorov zaisťuje koordináciu otáčok turbíny a čerpadiel a zároveň modularitu modulov. dizajn.
Výsledkom bola skutočná príležitosť navrhnúť všetky hlavné bloky VE: turbínu a čerpadlo s optimálnymi parametrami, vrátane otáčok a koordinovať rýchlosti otáčok pomocou jedného multiplikátora medzi turbínou a čerpadlá alebo niekoľko multiplikátorov, a to umožnilo minimalizovať hmotnosť VE, ktorá má v raketovej technike kľúčový význam.
Aplikácia vynálezu umožňuje
1) na zabránenie výbuchu VT a rakety počas štartu alebo letu v dôsledku kontaktu okysličovadla a paliva v dutine medzi čerpadlami alebo prenikaniu splodín horenia z turbíny do niektorej zo zložiek paliva, ak kyslík a vodík alebo iné agresívne zložky sa používajú ako zložky pohonu; tiež vylúčiť použitie hnacích komponentov na mazanie ložísk vzhľadom na skutočnosť, že magnetické ložiská vôbec nevyžadujú mazanie;
2) zabezpečiť modularitu dizajnu TNA a ich samostatné jemné doladenie počas testovania;
3) navrhnúť všetky HP jednotky: turbínu a čerpadlo na optimálne parametre vrátane rýchlosti otáčania a koordinovať rýchlosť otáčania pomocou jedného multiplikátora medzi turbínou a čerpadlami alebo niekoľkých multiplikátorov;
4) zvýšenie spoľahlivosti HP vďaka absencii tesnenia pozdĺž hriadeľa prídavného palivového čerpadla a jeho úplnej tesnosti vďaka použitiu magnetickej spojky;
5) na zjednodušenie kinematickej schémy TPU v dôsledku odmietnutia prevodovky;
6) znížiť celkovú hmotnosť HP odstránením prevodovky a jej krytu;
7) úplne zabrániť úniku paliva do odtoku z prevodovky az dutiny medzi okysličovadlom a palivovými čerpadlami;
8) zlepšiť požiarnu bezpečnosť HP vďaka:
Použitie magnetických ložísk, ktoré nevyžadujú mazanie,
Zníženie pravdepodobnosti kontaktu okysličovadla a paliva v dutine medzi okysličovadlom a palivovými čerpadlami,
Výnimky z konštrukcie prevodového systému chladeného požiarne nebezpečnou zložkou raketového paliva - paliva.
NÁROK
1. Turbočerpadlová jednotka raketového motora na kvapalné palivo, ktorá obsahuje namontované na hriadeli, ktorý je zase namontovaný na najmenej dvoch podperách, časti rotora jednotky turbočerpadla: obežné koleso čerpadla okysličovadla, obežné koleso palivového čerpadla a obežné koleso turbíny, prídavné obežné koleso umiestnené v agregáte turbočerpadla, v ktorom je palivové čerpadlo s hriadeľom a obežné koleso prídavného palivového čerpadla, vyznačujúce sa tým, že všetky podpery sú vyrobené z magnetu, medzi turbínou je inštalovaná magnetická spojka a multiplikátor obežné koleso a obežné koleso čerpadla okysličovadla.
2. Agregát turbočerpadla raketového motora na kvapalné palivo podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že medzi čerpadlom okysličovadla a palivovým čerpadlom je inštalovaná magnetická spojka a multiplikátor.
3. Zostava turbočerpadla raketového motora na kvapalné palivo podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúca sa tým, že medzi palivovým čerpadlom a prídavným palivovým čerpadlom je inštalovaná magnetická spojka a multiplikátor.
Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár
Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.
anotácia
Úvod
Stručný popis TNA RD-180.
Kapitola 1. Technologická časť
1.1 Prevádzkové podmienky lopatky turbíny
1.2.3 Mechanické vlastnosti materiálu (pri T = 20 °C)
1.2.4 Tepelné spracovanie
1.4.1 Faktor využitia materiálu
1.6.1 Druhy výroby diamantových valcov
1.6.2 Tolerancie
1.6.3 Stavba
1.6.4 Zrnitosť
1.6.5 Trieda diamantu -- D 711 A
1.6.7 Prvovýroba a výpočet nového diamantového kotúča na orovnávanie
1.6.8 Prevádzka
1.6.9 Usporiadanie náprav
1.6.10 Režimy spracovania
1.7 Výber podkladov a zdôvodnenie postupnosti spracovania dielu
1.8 Výpočet prídavku na obrábanie v operácii č.12.
1.9 Údaje o rezaní
1.10 Prideľovanie
Kapitola 2. Návrhová časť
2.1 Popis zariadenia
2.2 Výpočet upínacieho prostriedku pre upínaciu silu
Kapitola 3 Výskumná časť
3.1 Základy procesu tryskania vodou
3.2 Technológia procesu hydro-shot peening
3.2.1 Návrh a prevádzka zariadenia na hydro-shot peening
3.2.2 Požiadavky na proces
3.2.3 Poradie spracovania
3.2.4 Kontrola kalenia
3.3 Stanovenie zvyškových napätí
3.4 Skúšanie únavových nožov
3.4.1 Účel skúšky
3.4.2 Skúšobný objekt - lopatky turbíny TNA
3.4.3 Štúdium vlastných frekvencií.
3.4.4 Zariadenie na únavové skúšanie lopatiek
3.4.5 Skúmanie rozloženia relatívnych napätí
3.4.6 Metóda únavovej skúšky
3.4.7 Spôsob spracovania výsledkov skúšok
3.5 Výsledky testu.
Kapitola 4 Automatizácia časť
4.1 Popis softvérového balíka CATIA
4.1.1 Aplikácie a možnosti CATIA
4.1.2. Popis modulov softvérového balíka CATIA
4.2 Hlavné funkcie vytvárania modelu a kreslenia dielov v CAD CATIA.
4.2.1 Používateľské rozhranie
4.2.2 Vytváranie 2D geometrie, kótovanie a označovanie
4.2.3. Vytvorenie 3D modelu dielu a vytvorenie 2D geometrie na jeho základe
4.3 Konštrukcia modelu lopatky turbíny TNA.
Kapitola 5. Priemyselná ekológia a bezpečnosť výroby.
5.1 Analýza technologického postupu výroby lopatky plynovej turbíny. Identifikácia hlavných vplyvov na životné prostredie a ľudské zdravie. Vývoj ochranných opatrení.
5.1.1 Analýza technologického postupu výroby lopatky plynovej turbíny.
5.1.2 Analýza škodlivých vplyvov na životné prostredie a vývoj ochranných opatrení pri hĺbkovom brúsení.
5.1.3 Analýza škodlivých účinkov na ľudské zdravie a vývoj ochranných opatrení pri hĺbkovom brúsení.
5.2 Analýza a výpočet osvetlenia pracoviska.
5.2.1 Analýza osvetlenia pracoviska
5.2.2 Výpočet osvetlenia pracoviska
5.3 Vetranie výrobného priestoru.
5.4 Protipožiarne opatrenia.
5.5 Závery z výsledkov analýzy škodlivých a rizikových faktorov
Kapitola 6. Výpočet ekonomickej efektívnosti zavedenia nového technologického postupu
6.1 Kalkulácia nákladov na návrh technologického postupu výroby turbínových lopatiek TNA
6.1.1 Kalkulácia nákladov na návrh technologického postupu výroby turbínových lopatiek HP v konštrukčnom vyhotovení
6.1.2 Kalkulácia nákladov na návrh technologického postupu výroby turbínových lopatiek HP v základnom prípade
6.2 Výpočet ročného ekonomického efektu zo zavedenia nového technologického postupu
6.2.1 Kalkulácia materiálových nákladov
6.2.2 Mzdové náklady
6.2.3 Náklady na podlahovú plochu
6.2.4 Výpočet prevádzkových nákladov zariadenia
6.2.5 Výpočet nákladov na energiu
6.2.6 Kalkulácia nákladov na technické procesy a ekonomický efekt implementácie
6.3 Výpočet doby návratnosti pri zavedení nového technologického postupu
6.3.1 Výpočet investícií do vybavenia
6.3.2 Výpočet nákladov na vývoj novej technológie
6.3.3 Výpočet doby návratnosti zavedenia nového technologického procesu.
Kapitola 7
Kapitola 8. Literatúra a iné zdroje
anotácia
V tomto projekte diplomovej práce je v technologickej časti (prvá časť) uvažovaný technický postup výroby pracovnej nechladenej lopatky plynovej turbíny. V prvej časti sú tiež popísané pracovné podmienky dielu v zostave, spôsob získania obrobku, charakteristika materiálu kotúča TsNK-7P, rozbor vyrobiteľnosti, popísaný je výber podkladov na obrábanie, prídavok na spracovanie sa vypočíta stredná technologická základňa a vykoná sa normalizácia operácií hlbokého brúsenia. V technologickej časti je podrobne popísaný spôsob mechanického spracovania - hĺbkové brúsenie a orovnávanie diamantových nástrojov. V konštrukčnej časti sa uvažuje s prípravkom na upevnenie dielu pri opracovaní drieku čepele a pre tento prípravok sa vykoná výpočet upínacej sily skrutky. Vo výskumnej časti je uvažovaný proces hydroblastového kalenia zámku čepele: podstata procesu, návrh zariadenia hydrotryskania, metóda stanovenia zvyškových napätí v povrchovej vrstve a únavové skúšanie dielu. sú popísané. V časti o automatizácii sa uvažuje o softvérovom balíku CATIA, jeho aplikácii v priemysle a softvérových produktoch tohto balíka. Zvažuje sa aj proces konštrukcie dvojrozmernej a trojrozmernej geometrie, proces vytvárania modelu čepele v systéme automatizácie dizajnu CATIA. . Z hľadiska ochrany práce boli vypracované opatrenia na zlepšenie bezpečnosti výroby a ochrany životného prostredia. V ekonomickej časti sa počíta s efektívnosťou zavedenia tohto technického postupu výroby čepelí vo vzťahu k predchádzajúcemu.
Úvod
Jednou z najzložitejších inžinierskych stavieb je plynová turbína.
Vývoj plynových turbín je determinovaný predovšetkým vývojom leteckých plynových turbínových motorov pre vojenské účely. V tomto prípade je hlavnou vecou zvýšenie špecifického ťahu a zníženie špecifickej hmotnosti. Ekonomické problémy a problémy so zdrojmi pre takéto motory sú druhoradé.
Jednou z najviac zaťažovaných častí, obmedzujúcich životnosť pri generálnej oprave, sú nechladené lopatky turbíny z tvárnej zliatiny niklu EI893. Čepele vyrobené z tejto zliatiny majú z dôvodu obmedzení dlhodobej pevnosti zásobu 48 000 hodín. V súčasnosti existuje pomerne vysoká úroveň konkurencie vo výrobe lopatiek turbín, takže otázky znižovania nákladov a zvyšovania životnosti lopatiek sú veľmi aktuálne.
Diplomová práca uvažuje o relatívne novej technológii pre domáci priemysel na výrobu nechladených turbínových lopatiek veľkých dĺžok (viac ako 200 mm). Ako polotovar čepele je použitý odliatok z materiálu TsNK-7P bez prídavku na opracovanie čepele, podrobený izostatickému lisovaniu za tepla. Pre zníženie zložitosti výroby čepelí sa používa hĺbkové brúsenie zámku a pre zvýšenie odolnosti proti únave je zámok čepele po brúsení podrobený hydro-shot peeningu.
V tomto projekte diplomovej práce je uvažovaná technológia výroby lopatky turbíny. Keďže tento technický postup je univerzálny pre lopatky rôznych veľkostí, možno ho použiť ako na výrobu lopatiek pre nízkotlakový motor s plynovou turbínou (alebo GTU), tak aj pre turbínu pre vysokotlakový raketový motor. V tomto článku sa uvažuje o čepeli pre TNA LRE RD-180. Vzhľadom na všestrannosť materiálu čepelí a technického postupu však platíme zvýšená pozornosť ako aj zdroj produktu. Podrobne je zvážený proces hlbokého brúsenia dielov vyrobených zo žiaruvzdorných zliatin, čo je lopatka turbíny, a je popísaná technológia výroby a vlastnosti diamantových valcov používaných pri hĺbkovom brúsení na orovnávanie brúsnych kotúčov. Projekt je založený na presnosti a upínacej sile „šťukového ústia“ zariadenia, ktoré sa široko používa v operáciách creepového brúsenia v procese výroby čepele. Vo výskumnej časti je uvažovaný proces zvyšovania únavovej pevnosti ofukovaním brokov v tekutom médiu zámku čepele (hydro-shot peening), sú popísané metódy stanovenia zvyškových napätí a vykonávania únavových skúšok čepele. Príspevok popisuje aj systém automatizácie návrhu CATIA a tvorbu modelu dielu a konštrukčnej dokumentácie v tomto systéme. Z hľadiska ochrany práce boli vypracované opatrenia na zlepšenie bezpečnosti výroby a ochrany životného prostredia. Bola vypočítaná aj efektívnosť zavedenia tohto technického postupu na výrobu čepelí vo vzťahu k predchádzajúcemu.
Stručný popis TNA RD-180.
*Popis uvedený bez generátora plynu.
Agregát turbočerpadla je vyrobený podľa jednohriadeľovej schémy a pozostáva z axiálnej jednostupňovej prúdovej turbíny, jednostupňového skrutkového odstredivého okysličovacieho čerpadla a dvojstupňového skrutkového odstredivého palivového čerpadla (druhý stupeň slúži na napájanie časť paliva do generátorov plynu).
Na hlavnom hriadeli s turbínou je okysličovacie čerpadlo, koaxiálne s ktorým sú na druhom hriadeli umiestnené dva stupne palivového čerpadla. Hriadele okysličovadla a palivového čerpadla sú spojené ozubenou pružinou, aby sa hriadeľ odľahčil od teplotných deformácií v dôsledku veľkého rozdielu teplôt medzi pracovnými telesami čerpadiel, ako aj aby sa zabránilo zamrznutiu paliva.
Na ochranu ložísk s kosouhlým stykom hriadeľov pred nadmerným zaťažením sa používajú účinné automatické vykladacie zariadenia.
Turbína - axiálna jednostupňová prúdová. Aby sa zabránilo požiaru v dôsledku rozbitia konštrukčných prvkov alebo trenia rotujúcich častí o stacionárne časti (v dôsledku výberu medzier z deformácií alebo pracovného spevnenia na protiľahlých povrchoch v dôsledku vibrácií), je medzera medzi lopatkami dýzového zariadenia a rotorom vytvorená relatívne veľké a okraje čepelí sú pomerne hrubé.
Aby sa predišlo požiaru a zničeniu častí plynovej cesty turbíny, v konštrukcii sa používajú zliatiny niklu, vrátane žiaruvzdorných zliatin pre rozvody horúcich plynov. Stator turbíny a výfukové potrubie sú nútene chladené studeným kyslíkom. V miestach malých radiálnych alebo koncových medzier sa používajú rôzne druhy tepelne tieniacich povlakov (nikel pre rotorové a statorové lopatky, keramicko-kovové pre rotor), ako aj strieborné alebo bronzové prvky, ktoré zabraňujú požiaru aj pri otáčaní a sa dotýkajú stacionárnych častí jednotky turbočerpadla.
Na zníženie veľkosti a hmotnosti cudzích častíc, ktoré môžu viesť k vznieteniu v ceste plynu turbíny, je na vstupe motora inštalovaný filter s bunkou 0,16 x 0,16 mm.
Oxidačné čerpadlo. Vysoký tlak kvapalného kyslíka a v dôsledku toho zvýšené riziko požiaru určili konštrukčné vlastnosti čerpadla okysličovadla.
Takže namiesto plávajúcich tesniacich krúžkov na prírubách obežného kolesa (zvyčajne používaných na menej výkonných HP) sa používajú stacionárne štrbinové tesnenia so strieborným obložením, pretože proces "plávania" krúžkov je sprevádzaný trením v miestach kontaktu medzi obežné koleso a kryt a môže viesť k požiaru čerpadla.
Skrutka, obežné koleso a toroidný výstup vyžadujú obzvlášť starostlivé profilovanie a rotor ako celok potrebuje špeciálne opatrenia na zabezpečenie dynamickej rovnováhy počas prevádzky. V opačnom prípade dochádza v dôsledku veľkých pulzácií a vibrácií k deštrukcii potrubí, k požiarom na spojoch v dôsledku vzájomného pohybu dielov, trenia a deformácie.
Na zabránenie požiaru v dôsledku rozbitia konštrukčných prvkov (šneku, obežného kolesa a vodiacich lopatiek) pri dynamickom zaťažení s následným vznietením v dôsledku rozdrvenia úlomkov boli použité také prostriedky ako zvýšenie konštrukčnej dokonalosti a pevnosti vďaka geometrii, materiálom a čistote ťažby. , a tiež zavádzanie nových technológií: izostatické lisovanie liatych predvalkov, použitie granulovanej technológie a iných typov.
Posilňovacie čerpadlo okysličovadla pozostáva z vysokotlakovej skrutky a dvojstupňovej plynovej turbíny, ktorá je poháňaná oxidačným plynom odoberaným za hlavnou turbínou a následne obtokom na vstupe hlavného čerpadla.
Posilňovacie čerpadlo paliva pozostáva z vysokotlakového šneku a jednostupňovej hydraulickej turbíny poháňanej petrolejom odoberaným za hlavným čerpadlom. Štrukturálne je palivové posilňovacie čerpadlo podobné ako posilňovacie čerpadlo okysličovadla s nasledujúcimi rozdielmi:
jednostupňová hydraulická turbína poháňa palivo odoberané z výstupu palivového čerpadla hlavnej VN;
· odstránenie vysokotlakového paliva na odľahčenie skrutky z axiálneho pôsobenia sa vykonáva zo sacieho potrubia hydraulickej turbíny BNAG.
Tabuľka 1: TTX THA
|
Parameter |
Význam |
|||
|
Oxidačné činidlo |
||||
|
Výstupný tlak čerpadla |
||||
|
Prietok komponentov cez čerpadlo |
||||
|
účinnosť čerpadla |
||||
|
Výkon hriadeľa |
||||
|
Rýchlosť hriadeľa |
||||
|
Výkon turbíny |
||||
|
Vstupný tlak turbíny |
||||
|
Počet krokov |
||||
|
Pomer zníženia tlaku turbíny |
||||
|
Vstupná teplota turbíny |
||||
|
účinnosť turbíny |
kapitola 1. Technologická časť
1.1 Prevádzkové podmienky turbínovej lopatky THA
Turbínový list THA (list č. 1) je jednou z najviac zaťažovaných častí agregátu turbočerpadla LRE. Počas prevádzky je čepeľ ovplyvnená:
Veľké odstredivé sily od rotácie (asi 14 000 otáčok za minútu).
Horúci oxidačný plyn zohriaty v spaľovacej komore na vysokú teplotu asi 600°C a obsahujúci prebytok oxidačných prvkov a nečistôt, čo vedie k oxidácii a plynovej korózii povrchu.
Vysoké ohybové momenty od síl plynu.
1.2 Výber materiálu a obrobku
Ako materiál čepele bola zvolená zliatina liateho niklu TsNK-7P, ktorá má vyššiu (asi 1,3-krát) medzu pevnosti, čo umožňuje zvýšiť životnosť čepele na 100 000 hodín a odlievať profil čepele bez prídavku na opracovanie.
Nevýhodou liatej zliatiny je nižšia medza únavy v dôsledku vyššej pórovitosti v porovnaní s tvárnenými zliatinami, čo vždy obmedzovalo použitie liatych zliatin pre dlhé nechladené lopatky turbín.
Použitie izostatického lisovania odliatkov (HIP) odliatkov umožnilo výrazne znížiť rozdiel v pórovitosti a limitoch odolnosti pera. Zároveň pre zámok, vzhľadom na väčší objem odlievaného kovu, zostáva tento rozdiel w citeľný.
Ako metóda odlievania sa používa investičné liatie.
1.2.1 Chemické zloženie materiálu
С = 0,07 %, Si = 0,3 %, Mn = 0,3 %, P = 0,01 %, S = 0,001 %, Cu = 15,5 %, Co = 9,5 %,
Ti = 4,4 %, Al = 4,3 %, W = 6,2 %, B = 0,2 %, Fe = 1 %, Ca = 0,01 %, Mg = 0,01 %, 02 = 0,002 %,
Pb = 0,001%, Ni - všetko ostatné
1.2.2 Fyzikálne vlastnosti materiálu (pri T = 20 °C)
- modul pružnosti, E = 210 GPa - modul pružnosti, G \u003d 81 GPa - tepelná vodivosť, y \u003d 8 W / m * K - tepelná kapacita, Cp \u003d 440 J / K * kg
1.2.3 Mechanické vlastnosti materiálu (pri T = 20 °C)
- hranica pevnosti= 850 MPa - medza klzu = 750 MPa - relatívne predĺženie - relatívna kontrakcia
sila nárazu
1.2.4 Tepelné spracovanie
Používa sa homogenizácia. Ohrev na T = 1190 0 C. Rýchlosť ohrevu je regulovaná absenciou deformácie produktu. Expozícia - 4 hodiny. Chladenie rýchlosťou 30-45 stupňov / min na T \u003d 1050 0 C. Expozícia - 2 hodiny. Ochladzovanie na Т = 850 °С rýchlosťou 10 - 40 stupňov/min. Navyše rýchlosť nie je regulovaná. Atmosféra: vákuum, nie menej ako 10-3 bar.
1.3 Technologický postup výroby čepele
Tento technologický postup výroby pracovnej lopatky THA turbíny sa líši od doterajšieho technického postupu: po prvé, použitím odliatku podrobeného izostatickému lisovaniu za tepla ako polotovaru namiesto lisovania; po druhé, zahrnutie operácie hlbokého brúsenia do technického procesu, ktorá nahradila operácie frézovania a brúsenia; po tretie, zaradenie do technického procesu operácie hydro-tryskacieho kalenia zámku čepele. Použitie odlievania a HIP umožnilo vylúčiť mechanické opracovanie peria čepele, použitie hĺbkového brúsenia - na zníženie pracnosti mechanického spracovania drieku čepele a hydro-tryskacie kalenie zámku čepele - na zvýšenie ich hranica únosnosti. Nižšie je uvedený technologický postup výroby čepelí (tabuľka 2)
Tabuľka 2. Technologický postup výroby lopatiek turbíny
|
Spracovanie |
Vybavenie- |
Nástroj |
Vhodne |
|||
|
operácií |
operácií |
oholený povrch |
||||
|
kontrolná miestnosť |
dispečer |
|||||
|
Označovanie |
Zadná strana pierka |
dispečer |
Kovový popisovač SARURA 130 |
|||
|
Kontrola |
Zadná strana pierka |
dispečer |
||||
|
brúsenie |
Stroj pre |
|||||
|
hlboký |
brúsenie |
|||||
|
brúsenie LSh-220 |
180/A-024 1-500*20*203 |
|||||
|
brúsenie |
Stroj pre |
|||||
|
hlboký |
brúsenie |
|||||
|
brúsenie LSh-220 |
180/A-024 1-500*20*203 |
|||||
|
brúsenie |
Shank |
Stroj pre |
||||
|
zo strany |
hlboký |
brúsenie |
||||
|
brúsenie |
||||||
|
brúsenie |
Stroj pre |
|||||
|
stopka |
hlboký brúsenie |
brúsenie 180/А-013 3-1-500*40* 203*15° |
||||
|
brúsenie |
Stroj pre |
|||||
|
stopka |
hlboký |
brúsenie |
||||
|
brúsenie LSh-220 |
||||||
|
Kontrola |
Profil stopky |
mikroskop projektor |
UIM-21 BP-5 |
|||
|
Kontrola |
Profil stopky |
Pracovisko ovládač |
||||
|
brúsenie |
Základňa stopky |
brúsenie |
||||
|
brúsenie |
Hlboká brúska LSh-220 |
brúsenie |
330/A-108 330/A-092 |
|||
|
Leštenie |
Profil stopky |
Leštiaci stroj 950/582 |
||||
|
Označovanie |
Čelo drieku zo strany odtokovej hrany |
Vŕtačka BEBP-07A |
karbid |
|||
|
Kontrola |
Čelo drieku zo strany odtokovej hrany |
Pracovisko ovládač |
||||
|
brúsenie |
Hlboká brúska LSh-220 |
brúsenie |
33 0/А-108 ЗЗО/А-093 |
|||
|
Leštenie |
Obrys stopky |
Leštiaci stroj 950/582 |
Kruh flexibilný 1-100..125*10... .20*20 |
|||
|
brúsenie |
Hrebienok z peria |
Hlboká brúska LSh-220 |
brúsenie |
ZZO/A-096 330/A-613 |
||
|
brúsenie |
Polica z peria z boku korýtka |
Hlboká brúska LSh-220 |
brúsenie |
330/А-108 330/А-093 |
||
|
brúsenie |
Výrez na policu pera zo strany žľabu |
Stroj na hĺbku brúsenie LSh-220 |
brúsenie 180/A-029 1-500*50*203 |
|||
|
brúsenie |
Výrez na poličke na perá zo strany prednej hrany |
Hlboká brúska LSh-220 |
brúsenie |
ЗЗО/А-097 33 0/А-108 260/А-001 |
||
|
Leštenie |
zaokrúhľovanie hrebenatka a Deň voľna |
leštenie ovládač 950/582 |
Plstené kotúče s brúsnym zrnom 25A(24A) 6...10 |
|||
|
splachovanie |
||||||
|
Kontrola |
Pracovisko ovládač |
|||||
|
splachovanie |
Pracovisko ovládač |
|||||
|
kontrolná miestnosť |
dispečer |
|||||
|
Tepelné (starnutie) |
||||||
|
Ovládanie LUM 1 |
dispečer |
|||||
|
ovládanie vibrácií |
dispečer |
440/А-001 440/А-001 |
||||
|
Iné otužovanie |
Driek čepele |
TP1126.25. 150 |
||||
|
Odmasťovanie |
dispečer |
|||||
|
Únavové testy |
||||||
|
Definícia statického momentu |
Inštalácia VEM-0,5N |
|||||
|
Dokonalá kontrola |
Pracovisko ovládač |
|||||
|
Výber I |
dispečer |
|||||
|
usporiadanie |
||||||
|
Označovanie |
Koniec stopky zo strany prednej hrany |
Vŕtajte |
karbid tl |
|||
|
Finálny, konečný ovládanie súprava |
Pracovisko ovládač |
|||||
|
Balenie |
1.4 Analýza vyrobiteľnosti produktu
Vyrobiteľnosť konštrukcie dielu je chápaná ako súbor vlastností prejavujúcich sa v možnosti optimálnych nákladov práce, finančných prostriedkov, materiálu a času pri technickej príprave výroby, výroby, prevádzky a opravy a zabezpečovaní vyrobiteľnosti montážneho celku. , ktorý zahŕňa túto časť.
Výpočet ukazovateľov vyrobiteľnosti:
1.4.1 Faktor využitia materiálu
kde Mdet je hmotnosť hotového dielu, Mzagot je hmotnosť obrobku.
1.4.2 Faktor presnosti obrábania
Priemerná kvalita spracovania,
A - kvalita spracovania;
Počet povrchov upravených podľa tejto kvality.
1.4.3 Aplikačný faktor typických technologických procesov
Počet typických technologických operácií;
Počet všetkých technologických operácií;
V technologickom procese výroby pracovnej čepele sa používajú dve typické technologické operácie - hĺbkové brúsenie a leštenie.
Ako je zrejmé z ukazovateľov vyrobiteľnosti, turbínová lopatka je high-tech dielom vďaka použitiu voľného odlievania a tým aj vylúčenia peria z technologického procesu a zvýšenia faktora využitia materiálu. Taktiež sa zlepšila vyrobiteľnosť vďaka použitiu procesu hlbokého brúsenia, ktorý nahradil operácie frézovania a brúsenia stopky čepele.
1.5 Hĺbkové brúsenie dielov vyrobených zo žiaruvzdorných zliatin
V tejto časti je široko zvažovaný proces hlbokého brúsenia na obrábanie dielov vyrobených zo zliatin odolných voči teplu, čo je lopatka turbíny. Zavedenie tohto typu spracovania umožnilo zvýšiť produktivitu procesu výroby čepele. Hlboké brúsenie je hlavnou operáciou v tomto TP. Sekcia rozoberá históriu zavedenia hĺbkového brúsenia, teóriu procesov, rôzne spôsoby spracovania, typy zariadení na hĺbkové brúsenie, brúsnu hlavu
História vývoja procesu zavádzania hlboko uloženého brúsenia sa začala písať na začiatku 70. rokov 20. storočia, keď prudký nárast výroby leteckých motorov s vysokou životnosťou prinútil svetových výrobcov v odvetví leteckých motorov hľadať spôsoby riešenia problému tzv. zvýšenie produktivity a kvality spracovania obzvlášť kritických vysoko zaťažovaných častí turbín, kde boli otázky obrobiteľnosti poskytnutia zdroja obzvlášť akútne.
Efektívne riešenie týchto problémov neprinieslo použitie tradičných metód obrábania, pretože vynútenie spôsobov spracovania pri výrobe dielov zo žiaruvzdorných zliatin je obmedzené nízkou životnosťou rezného nástroja a zhoršením kvality. povrchovej vrstvy dielov.
Myšlienka produktívneho úberu materiálu brúsnymi kotúčmi vždy priťahovala pozornosť odborníkov, pretože je známe, že brúsne materiály majú vyššiu tvrdosť ako všetky známe ocele a zliatiny. Bolo tam aj niekoľko príkladov riešenia tohto problému. Takýmito príkladmi sú rezanie vulkanitu, výrobné schémy na brúsenie plochých povrchov s veľkou hĺbkou rezu (až 5 mm alebo viac), bočný povrch kruhu s priečnym cyklickým posuvom až niekoľko milimetrov na zdvih.
Vždy sa však verilo, že vysokovýkonné procesy abrazívneho spracovania sú nezlučiteľné so zabezpečením vysokej presnosti a kvality povrchovej vrstvy kritických častí, pretože existuje vysoká pravdepodobnosť straty rozmerovej stability a výskytu popálenín. Jedným zo spôsobov, ako zvýšiť efektivitu obrábania, bolo zavedenie hĺbkového brúsenia do výroby. Vyžadovalo si to vyriešiť súbor problémov s cieľom zlepšiť technologickú spoľahlivosť procesu, vrátane vývoja a výberu schém technologického spracovania; vybavenie; nástroje na rezanie a opracovanie; receptúry, spôsoby dodávania a čistenia chladiacej kvapaliny, úpravy a spôsoby brúsenia; teoretické a experimentálne potvrdenie záruky dosiahnutia požadovanej presnosti a kvality brúseného povrchu.
Zvláštnosťou zavedenia hlbokého brúsenia bolo, že sa prakticky používal vo výrobe a vykazoval vynikajúce výsledky. Takže pri výrobe lopatiek turbín sa produktivita zvýšila 4-krát, presnosť - 2-krát, drsnosť povrchu sa znížila 2-krát a výkon blokovania sa výrazne zvýšil. Počas experimentálneho spracovania podmienok a režimov brúsenia boli starostlivo študované všetky kontrolované ukazovatele kvality opracovaného povrchu: drsnosť, hĺbka a stupeň spevnenia, zvyškové napätia, mikroštruktúra a možnosť vzniku trhlín pri brúsení. Všetky brúsne výkony boli lepšie alebo podobné ako predtým používané frézovanie. Úroveň výskytu defektu z hľadiska možného vzhľadu diskontinuity povrchovej vrstvy, odhalenej žiarou fosforu a spojenej so vznikom pórov a delaminácií materiálu pozdĺž hraníc zŕn vytvorených pri odlievaní, nezodpovedala. líšiť sa v čomkoľvek. Po určitom čase sa však táto vada začala klasifikovať ako trhliny pri brúsení.
Na určenie hraníc spoľahlivého využitia procesu bolo potrebné ho teoreticky naštudovať. U nás sa tejto úlohy ujali špecialisti z Rybinských vedcov Štátnej leteckej technologickej akadémie Rybinsk (RGATA) a Odvetvového výskumného ústavu technológie leteckých motorov (NIID).
Výskum tejto skupiny študoval mnoho aspektov procesu: termofyzikálne javy v kontaktnej zóne, mikrorezanie a otupenie zŕn, opotrebovanie a vyrovnávanie kotúčov, podmienky pre existenciu optimálnych režimov brúsenia, chladenie a mechanizmus vzniku zvyškových napätí, podmienky a príčiny vzniku procesnej nestability, ktoré umožnili dobre pochopiť proces a vedome ho uviesť do praxe.
Špeciálnou aplikáciou plazivého brúsenia je creepové brúsenie dielov vyrobených zo žiaruvzdorných zliatin na báze niklu, ako je napríklad lopatka turbíny. Z priemyselnej a výskumnej praxe je známe, že brúsenie žiaruvzdorných zliatin sa líši od brúsenia konštrukčných ocelí. Prítomnosť kaliacej intermetalickej "-fázy a karbidov s vysokou mikrotvrdosťou (HV 2030-2060) v žiaruvzdorných zliatinách vedie k intenzívnemu opotrebovaniu kotúča a zvýšeniu brúsneho výkonu. Potvrdzujú to údaje o relatívnom výkone a špecifickom produktivita brúsenia rôznych materiálov so širokou zmenou pevnosti a tepelných vlastností.vlastnosti.
Ak hodnotíme relatívnu silu mletia energiou
bezrozmerné kritérium (kde Pz je tangenciálna zložka reznej sily, N; Vk je rýchlosť otáčania brúsneho kotúča, m/s; V3 je pozdĺžny posuv obrobku, m/s; je tepelná vodivosť spracovávaný materiál, W / m * K; maximálna kontaktná teplota brúsenia) a špecifická produktivita q - pomer úberu kovu k opotrebovaniu kotúča za jednotku času, potom sa tieto ukazovatele budú pre rôzne materiály výrazne líšiť, ako je možné vidieť z tabuľky 2
Tabuľka 3
Opotrebenie nástroja je dôsledkom obrusovania a vylamovania častíc zrna vplyvom mechanických a teplotných faktorov. Zhoršenie podmienok spracovania spôsobuje zvýšenie kontaktnej teploty brúsenia a zvyšuje pravdepodobnosť vzniku povrchových chýb na diele. Výskyt povrchových defektov sa vo väčšej miere pozoruje pri brúsení materiálov s nízkou tepelnou vodivosťou a akumuláciou tepla v tenkej povrchovej vrstve.
Pri viacprechodovom cyklickom ohreve pri klasickom kyvadlovom brúsení dochádza k nevratnému tvarovaniu zŕn v štruktúre obrábaného materiálu, čo vedie k redistribúcii mikronapätí, ktoré svojou veľkosťou môže presiahnuť kritické charakteristické pre nízkocyklovú únavu. V dôsledku toho sa objavujú povrchové chyby vo forme trhlín pri brúsení. Absencia opakovaného cyklu ohrevu a chladenia je jednou z výhod creepového mletia.
Pri hĺbkovom brúsení tak možno zmenou kinetiky tepelného cyklu vytvárať podmienky, ktoré vylučujú vznik termoplastických deformácií povrchovej vrstvy a oslabujú intenzitu prúdenia fázových, mikroštrukturálnych a difúznych procesov. To sa dosiahne výberom kompozície
a spôsoby dodávania chladiacej kvapaliny, určenie optimálnych charakteristík a cyklov orovnávania kruhu a rezných podmienok.
Vykonané štúdie teplotného poľa obrobku pri hĺbkovom brúsení umožnili zistiť, že pri skutočne vytvorenej intenzite chladenia je množstvo tepla, ktoré ide do upravovaného povrchu v závislosti od podmienok spracovania, 32 .. . 83 % z celkového uvoľneného tepla. hĺbka brúsenia) a čím nižšia je rýchlosť obrobku, tým väčšie množstvo tepla ide do kovových vrstiev odoberaných z obrobku a tým bližšie sú posunuté maximálne hodnoty teploty na jeho povrchu do bodu A (obr. 1.1). (Qm je pomer teploty v ľubovoľnom bode kontaktného oblúka M k teplote v bode A).
Obr. 1.1 Schéma brúsenia (a) a relatívna teplotná závislosť pozdĺž dĺžky kontaktu kotúča s obrobkom (b) pri brúsení plazivým posuvom: 1) Re=1; 2) Pe = 0,6; 3) Pe = 0,4; 4) Re = 0,1; 5) Re = 0,02
Aby sa zabezpečil odvod čo najväčšieho množstva tepla do odoberaných kovových vrstiev, kinematické parametre procesu musia spĺňať nasledujúcu podmienku:
Pe - Peclet kritérium, ktoré charakterizuje rýchlosť úberu kovu vo vzťahu k rýchlosti šírenia teploty v obrobku;
Vz -- pozdĺžna rýchlosť pohybu obrobku, m/s;
D -- priemer kruhu, m;
t -- hĺbka brúsenia, m;
a - koeficient tepelnej difúznosti spracovávaného materiálu, m2 / s.
Intenzívna výmena tepla v zóne brúsenia je zabezpečená výdatným prívodom chladiacej kvapaliny pod tlakom. Minimálna hodnota súčiniteľa prestupu tepla a0=(3,5...5)*103 W/(m C) slúži ako miera účinnosti chladenia a zníženia teploty na kontaktnej ploche kotúča s obrobkom. Výpočty ukázali, že pri takejto intenzite prestupu tepla bude teplota v bode A pri kinematickom obmedzení (1) 300...500 C0, čo je zárukou neprítomnosti defektov na ošetrovanom povrchu v podobe popálenín a praskliny.
Hostené na http://www.allbest.ru/
Rýchlosť obrobku má veľký vplyv na teplotu brúseného povrchu. Pri tradičných druhoch brúsenia pri t<0,1 мм и скорости детали Vз>10 m/min., zvýšenie Vz vedie k miernemu zníženiu teploty mletia. Je to spôsobené skrátením doby kontaktu s ošetreným povrchom. Intenzita akumulácie tepla v povrchovej vrstve klesá, teplota klesá. Tomu napomáha aj skutočnosť, že pri malých hĺbkach (do 0,04 mm) zvýšenie Vc nevedie k zvýšeniu hrúbky rezanej vrstvy, ktorá sa rovná hĺbke rezu, čo tiež ovplyvňuje intenzitu rezu. uvoľňovanie tepla. Vo veľkých hĺbkach sa táto vlastnosť už nepozoruje a teplota sa neustále zvyšuje, pretože hrúbka vrstvy rezu o jedno zrno sa neustále zvyšuje. Tieto režimy sú z hľadiska horenia najnebezpečnejšie (obr. 1.2).
Pre obmedzenie teploty brúsenia je potrebné prudko znížiť otáčky Vz, čo je predpokladom prechodu na hĺbkové brúsenie.
Pri hĺbkovom brúsení sa zvyšuje aj teplota so zvyšujúcim sa Uz. Avšak so zvyšovaním hĺbky brúsenia so súčasným poklesom Uz sa teplota brúsenia znižuje a nárast hĺbky prekračuje rýchlosť poklesu rýchlosti obrobku v dôsledku zvýšenia množstva tepla, ktoré vstupuje do čipy, čo zvyšuje produktivitu procesu. Okrem toho sa zmenšuje hrúbka vrstvy rezanej brúsnym zrnom, zvyšuje sa počet rezných zŕn pozdĺž kontaktnej dĺžky kotúča s opracovaným povrchom a v dôsledku toho sa úroveň termodynamického zaťaženia vnímaného spojivom zrna. systém zapojený do rezania klesá. Ako vyplýva zo štúdií, tieto účinky sa pozorujú pri pomere rýchlosti kruhu a obrobku.
Hĺbkové brúsenie bez chýb je tak zaistené za podmienok brúsenia a techniky prívodu chladiacej kvapaliny, ktoré spĺňajú nasledujúce podmienky:
Na základe vykonaných štúdií sa dospelo k záveru, že vzhľadom na to, že absolútna teplota upravovaného povrchu je pri hĺbkovom brúsení nízka a na tieto mierne teploty sa zahrieva rovnomernejšie, nevytvárajú sa v povrchových vrstvách podmienky pre vznik termoplastických deformácií. a v dôsledku toho neexistujú žiadne podmienky na vyvolanie zvyškových ťahových napätí. Zvyškové napätia sú teda tvorené hlavne reznými silami brúsnych zŕn a sú tlakové. To presvedčivo vysvetlilo početné krivky rozloženia zvyškového napätia experimentálne získané počas vývojového obdobia, z ktorých niektoré sú znázornené na obr. 1.3.
Obrázok 1.3 Rozloženie zvyškových napätí v povrchovej vrstve po rôznych metódach spracovania: a) kyvadlové brúsenie (kotúč 25A40PSM27K5, zliatina KhN62 MVKYU-VD, Vk=35 m/s, Vz=0,4 m/s, t=0,05 mm); b) mletie (1) ZhS6K, 2) KhN77TYuR); c) hĺbkové brúsenie (1) ZhS6K, 2 - KhN77TYuR, kotúč 24PVM212K5P40-20, Vk=30 m/s, V3=0,001 m/s, t=1,5 mm)
Charakteristickou črtou vzniku zvyškových napätí pri hĺbkovom brúsení je identita ich rozloženia, bez ohľadu na niektoré výkyvy podmienok brúsenia a akostí spracovávaných materiálov. K rozloženiu tlakových napätí dochádza v tenšej vrstve pri povrchu súčiastky ako pri frézovaní, čo svedčí o menšej hĺbke prieniku plastických deformácií.
Potvrdzujú to výsledky meraní mikrotvrdosti uvedené v tabuľke 4.
Tabuľka 4
Z tabuľky vyplýva, že hĺbka a stupeň deformácie pri brúsení je oveľa menší ako pri frézovaní, čo má pozitívny vplyv na výkon dielov pracujúcich pri vysokých teplotách.
Uvedené výhody hĺbkového brúsenia možno spoľahlivo realizovať, keď sú vytvorené určité technologické podmienky pre efektívne spracovanie. Technologické požiadavky na proces sú určené prevádzkovými charakteristikami dielu a nákladmi na jeho výrobu. Tieto faktory určujú režimy brúsenia, vlastnosti rezných a orovnávacích nástrojov, spôsob prívodu a typ chladiacej kvapaliny, ako aj ďalšie technologické parametre.
Na tento účel boli vyvinuté technologické odporúčania pre hĺbkové brúsenie obrobkov vysoko presných dielov GTE z ťažkoobrobiteľných materiálov. Patria medzi ne okrem všeobecné zásadyúčel vyššie uvedených režimov brúsenia, pravidlá výberu charakteristík brúsnych kotúčov a ich prevádzkových podmienok; editácia a výber vládnuceho nástroja; spôsob dodávky a zloženie chladiacej kvapaliny; požiadavky na stroje, berúc do úvahy špecifiká hlbokého brúsenia.
Charakteristika rezného nástroja (druh brúsneho materiálu, zrnitosť, tvrdosť, štruktúra, väzba) je určená pracovnými podmienkami brúsnych zŕn a požiadavkami na výkon spracovania a kvalitu brúseného povrchu.
Najdôležitejším ukazovateľom pracovných podmienok zrna je maximálna hĺbka jeho prieniku do spracovávaného materiálu, ktorá je určená hĺbkou prieniku brúsneho kotúča Maximálna hĺbka prieniku a je určená výrazom:
c - koeficient;
Vz a Vk -- rýchlosť pohybu obrobku a rotácie kruhu, m/s;
t -- hĺbka brúsenia, m;
D -- priemer kruhu, m.
Analýza vzorca ukazuje, že za rovnakých okolností prechod na režim hlbokého brúsenia pri zachovaní produktivity znižuje hrúbku rezanej vrstvy s jedným zrnom 10...12 krát, takže zaťaženie zrna pri mikrorezaní je nižšie. výrazne znížená a objem rezaných triesok sa zvyšuje. To umožňuje použiť brúsne kotúče najnižšej tvrdosti BM1, BM2 a je potrebné zvýšiť ich pórovitosť.
Zovšeobecnenie výsledkov štúdií pevnosti systému zrno-väzba v podmienkach dynamických a tepelných šokov, charakterizujúcich prácu zrna počas každého rezného cyklu v podmienkach hĺbkového brúsenia, umožnilo vyvodiť tieto závery:
pri kotúčoch s tvrdosťou BM1, BM2, Ml je pevnosť systému zrno-väzba pri dynamickom náraze určená pevnosťou väzby;
pravdepodobnosť deštrukcie systému zrno-väzba počas tepelného šoku je určená pravdepodobnosťou deštrukcie zrna, ktorá je naopak menšia ako pravdepodobnosť deštrukcie zrna počas dynamického šoku;
stabilita systému zrno-väzba je určená jeho trvanlivosťou v podmienkach dynamického zaťaženia a najslabším článkom systému je zväzok.
Stanovenie odolnosti systému zrno-väzba a štúdium stavu reznej plochy kotúča umožnilo získať výpočtové vzorce a techniku inžinierskeho výpočtu rozmerovej stability a opotrebovania kotúča. Bez toho, aby sme zachádzali do podrobností o ich definícii, možno poznamenať, že odolnosť a opotrebovanie kotúča závisí od pevnosti spracovávaného materiálu, veľkosti brúsneho kotúča, pomeru rýchlostí obrobku a kotúča, pomer hĺbky brúsenia k polomeru kruhu, zrnitosti a tepelnej difúznosti kotúča, hustoty zrna v pracovnej vrstve kotúča, ako aj ukazovatele rovnomernosti brúsneho materiálu kotúča a intenzity akumulácie únavového poškodenia ním.
Pri hĺbkovom brúsení ocelí a žiaruvzdorných zliatin na báze niklu je nutné použiť biely elektrokorund 24A, 25A. Použitie monokorundu 44A neprináša očakávaný účinok, pretože so zvýšením nákladov na brúsny nástroj sa jeho rezné vlastnosti úplne nevyužívajú, pretože na zabezpečenie režimu samoostrenia kruhu dochádza k deštrukcii spoja. prebieha rýchlejšie ako otupenie zŕn.
Zrnitosť kotúča je určená požiadavkami na presnosť spracovania a podmienkami na bezporuchové brúsenie. S zmenšovaním veľkosti zrna sa zlepšujú podmienky mikrorezu, klesajú rezné sily s jedným zrnom a zvyšuje sa stabilita systému zrno-pojivo. Na druhej strane sa zvyšuje počet súčasne pracujúcich zŕn, v dôsledku čoho sa zvyšuje priemerná teplota rezania a zvyšuje sa pravdepodobnosť horenia, to znamená, že životnosť kotúča sa znižuje.
Podobný obraz sa pozoruje so zvyšujúcou sa tvrdosťou kotúča. Na jednej strane zvýšenie tvrdosti spôsobuje zvýšenie pevnosti systému zrno-väzba a zníženie rozmerového opotrebenia kotúča. To zároveň prispieva k nižšiemu samoostreniu kruhu, to znamená k zníženiu jeho trvanlivosti v dôsledku objavenia sa defektu na opracovanom povrchu dielu.
Pri priraďovaní zrnitosti a tvrdosti nástroja teda vychádzajú z jeho rozmerovej a bezchybnej odolnosti. V tomto prípade musí byť doba odolnosti kruhu, ohraničená okamihom vzniku popálenín, minimálne dobou jeho rozmerovej stálosti. Tieto podmienky pre hĺbkové brúsenie obrobkov zo žiaruvzdorných zliatin s malými toleranciami najlepšie spĺňajú kotúče so zrnitosťou 8 ... 12 a tvrdosťou BM1, BM2, Ml.
Štruktúra kruhu je určená obsahom zrna, spojiva a pórov. Mala by byť taká, aby sa dosiahlo umiestnenie v póroch kruhu triesok odobratých v jednom cykle rezania, bez upchávania. Okrem toho musí byť zabezpečené dobré vymývanie triesok z pórov a prenos časti kvapaliny pórmi do kontaktnej zóny kotúča s obrobkom. Tieto vlastnosti sú dostupné len pre kotúče s otvorenou štruktúrou, takže kotúč na hlboké brúsenie by mal mať štruktúru 9 ... 12.
Vysoká pórovitosť kolies je dosiahnutá použitím rôznych pórotvorných látok, ktoré sa pri výrobnom procese kolies vypália alebo roztavia. V súlade s technológiou vyvinutou VNIIMASH sa ako pórotvorné plnivá používajú perlit (P), syntetický polystyrén (PSS), ropný koks (NC) atď.. Kolesá s tvrdosťou BM1, BM2, Ml poskytujú 45 ... 50 % obsahu pórov na objem kruhu, čo prispieva k dobrému prenosu kvapaliny, umiestneniu triesok a preplachovaniu.
Podmienky hlbokého brúsenia vyžadujú od kotúča vysokú tepelnú odolnosť, tuhosť, chemickú odolnosť a vodeodolnosť. Všetky tieto vlastnosti dávajú kruhu iba keramické väzby. Najčastejšie sa používajú väzby KZ a K5, ale spolu s nimi možno použiť aj bór obsahujúce, žiaruvzdorné, chemicky a vodeodolné spojivá legované oxidmi lítia, bária, medi a pod.. Napríklad väzba K11 vyznačujúce sa pevnejšou väzbou so zrnom ako väzby KZ a K5. V tomto prípade sa zvyšuje odolnosť systému grain-bond, čo znižuje opotrebovanie kolesa.
Hlavným vývojárom a dodávateľom vysoko poréznych brúsnych kotúčov je VNIIMASH a JSC "Abrasive Plant Ilyich" (St. Petersburg). Spoločnosť Eksi Research and Production Company (Kurgan) tiež vyvinula a zvládla vysoko porézne kolesá pomocou technológie šetrnej k životnému prostrediu s použitím modifikovaného keramického spojiva K13 a špeciálnych plnív. Testy kruhov 24A12NVM112K13 a 24A12NVM212K13 tejto spoločnosti ukázali, že nie sú vo všetkých ohľadoch nižšie ako sériové a v niektorých parametroch ich prekonávajú. Tieto kotúče je možné použiť na všetky typy hĺbkového brúsenia.
Hĺbkové brúsenie v modernom zmysle bolo možné vďaka vývoju špeciálnej techniky orovnávania brúsnych kotúčov a vytvoreniu diamantového orovnávacieho nástroja.Diamantové orovnávacie valce našli široké uplatnenie. Z hlavných orovnávacích schém metódou radiálneho a tangenciálneho prísuvu je najbežnejšie orovnávanie radiálnym prísuvom s rovnobežnými osami valca a kruhu. Profil diamantových valcov je v tomto prípade rovnaký ako profil dielu.
Úprava (obr. 1.4, a) sa vykonáva brúsením kotúča diamantovým valcom s pridruženou rotáciou a pomerom rýchlostí valca a kotúča rovným 0,6 ... 0,8. Intenzita orovnávania tp sa odhaduje v mikrónoch na otáčku kolesa a berie sa pre hrubé orovnávanie tp -0,8...1,0 um/ot a pre konečnú úpravu tp =0,3...0,6 um/ot.
Úpravy sa vykonávajú dovtedy, kým sa neodstráni zadaný príspevok. Hodnota t závisí od tvrdosti a zrnitosti kotúča. Pre kolesá s tvrdosťou BM1, BM2, Ml 9 ... 12 štruktúr a
pri zrnitosti 10, 25,40 je optimálna hodnota t 0,05 ... 0,08, 0,08 ... 0,12, 0,25 ... 0,3 mm, resp. Menšie hodnoty zodpovedajú tvrdším kruhom (Ml) a väčšie hodnoty mäkkým kruhom (BM1). Pri obliekaní druhého kruhu sa smer otáčania valčeka obráti.
Pri orovnávaní s tangenciálnym ponorom valca (obr. 1.4, b) sa brúsny kotúč okamžite privádza o hodnotu t a prechádza pod orovnávacie zariadenie rýchlosťou Vc. Orovnávací valec sa otáča iba v jednom smere a jeden z kruhov je obrátený, aby sa zabezpečilo prechádzajúce orovnávanie. Intenzita úprav je určená vzorcom:
kde sú všetky označenia prevzaté z obr. 1.4, b a musia mať rovnaký rozmer.
Rýchlosť pohybu tabuľky Vc z tohto vzorca je určená danou intenzitou úpravy.
Tangenciálne orovnávanie poskytuje hladšie rezanie diamantového valca a je preferované pre jednootáčkové rezanie.
Množstvo povrchov z hľadiska kvality je možné opracovať len kontinuálnym orovnávaním, pri ktorom dochádza k profilovaniu kotúča počas celého procesu brúsenia, to znamená, že kotúč a valec sú v neustálom kontakte počas celého cyklu spracovania (obr. 1.5 )
V tomto prípade sa kompenzácia opotrebenia kotúča tiež vykonáva nepretržite, takže ak má diamantový valec prísuv Spp, potom je kompenzovaný posuvom celého brúsneho vreteníka o množstvo prísuvu a orovnávania, to znamená Svp + Spp.
Vďaka kontinuálnemu orovnávaniu sa brúsenie vykonáva s konštantným stavom reznej plochy kotúča. Napriek tomu, že spotreba brúsneho kotúča sa zvyšuje v porovnaní s diskrétnym orovnávaním 1,5 ... 2 krát, produktivita sa zvyšuje 5 ... 7 krát v porovnaní s konvenčným hĺbkovým brúsením, teploty a rezné sily sa znižujú.
Pre dosiahnutie požadovanej presnosti a kvality spracovania je dôležitý výber reznej kvapaliny a jej efektívne využitie. Výber chladiacej kvapaliny určuje charakter teplotne-deformačných javov v zóne spracovania, intenzitu adhéznych a difúznych procesov v zóne kontaktu kotúča s obrobkom.
Hostené na http://www.allbest.ru/
Najväčšie uplatnenie pri hĺbkovom brúsení našiel 1,5 až 2 % vodný roztok emulsolu Akvol-2. Obsahuje EP prísady chlóru a síry, ktorých syntetická zmes zabezpečuje zníženie intenzity adhéznych a difúznych javov najmä pri obrábaní ťažkoobrobiteľných materiálov. Veľké percento vody zabezpečuje vysokú účinnosť odvodu tepla.
Sľubná je syntetická chladiaca kvapalina, ktorou je 2 ... 3% roztok koncentrátu Akvol-10M, ktorý obsahuje aniónové a neiónové emulgátory a tukové prísady. Použitie tejto chladiacej kvapaliny znižuje drsnosť o 15...20% a rezné sily o 10% v porovnaní s chladiacou kvapalinou na báze Akvol-2.
Efektívne využitie chladiacej kvapaliny zabezpečuje jej prívodný a čistiaci systém. Chladivo sa privádza do ošetrovacej zóny pod tlakom 0,5...0,6 MPa pri prietoku 80...200 litrov za minútu na kruh. Poloha chladiacej a prídavnej čistiacej dýzy voči obrobku je automaticky udržiavaná, keď sa kotúč opotrebováva.Nádrž chladiacej kvapaliny pojme minimálne 1500 ... 5.. 15 µm.
V niektorých prípadoch sa prívod chladiacej kvapaliny zintenzívni v dôsledku jej dodatočného prívodu na konce kruhu s uložením ultrazvukových vibrácií. Zároveň sa dostáva do pórov kotúča a pôsobením odstredivých síl preniká na obvod, čistí reznú plochu a dodatočne ochladzuje kontaktnú zónu kotúča s obrobkom.
Hĺbkové brúsenie má v dôsledku kinematiky a termodynamiky procesu také vlastnosti, ktoré kladú špecifické požiadavky na konštrukciu strojov na hĺbkové brúsenie. Skúsenosti s prevádzkou zahraničných obrábacích strojov, modernizácia niekoľkých domácich strojov na podmienky hlbokého brúsenia a vytváranie vlastného zariadenia umožnili Rybinsk Motors OJSC spolu s NIID (Moskva) vyvinúť technické špecifikácie pre vývoj radu domácich strojov. nástroje, ktoré spĺňajú potreby výroby domácich leteckých motorov.
Ako prvé boli zmodernizované povrchové brúsky modelov ZB722 a ZD722 vyrábané v Lipetsk Machine Tool Plant. Na nich boli úspešne zavedené do výroby operácie hĺbkového brúsenia, kontaktných plôch lopatiek turbíny s využitím progresívnej schémy spracovania s dvojitými kruhmi (obr. 1.6,) zo strany „chrbta“ a zároveň „žľabu“.
Hostené na http://www.allbest.ru/
V podmienkach obmedzenej výrobnej kapacity tieto stroje svojho času spracovávali aj jedľové zámky lopatiek turbín plynových čerpacích jednotiek. Morálne zastarané stroje z Matrixu (Anglicko) boli modernizované aj na hĺbkové brúsenie zámkov vianočných stromčekov. Zaviedli kontinuálne orovnávanie kruhov diamantovými valcami s automatickou kompenzáciou veľkosti, zvýšili výkon hlavných pohonov a nanovo vybavili systém prívodu chladiacej kvapaliny.
Skúsenosti s modernizáciou obrábacích strojov umožnili hlbšie študovať množstvo technických riešení a klásť na ne rozumnejšie požiadavky v novovyvinutých strojoch.
Pri vytváraní priemyselných modelov hlbokých brúsok v Lipetskom strojárskom závode bola väčšina požiadaviek splnená.
Prvým bol jednovretenový stroj model LSH-220 (obr. 1.7), čo je poloautomatický stroj s pravouhlým stolom, horizontálnym vretenom a štvorsúradnicovým CNC zariadením. Usporiadanie stroja v kombinácii s dizajnom
vreteno na valivých ložiskách zabezpečuje vysokú tuhosť brúsneho vreteníka. Použitie fluoroplastovej pásky vo vodidlách stola a saní, ako aj špirálové páry valcovania v mechanizmoch vertikálneho a priečneho pohybu posuvu brúsneho vreteníka a pohybu stola umožnili dosiahnuť hladkú prácu. pohyby a vysoká presnosť pri výrobe dielov.Stroj našiel široké uplatnenie v priemyselných závodoch. Tento stroj sa používa v technologickom procese na výrobu lopatiek turbín THA.
Nevýhodou stroja bolo nie príliš vydarené konštrukčné riešenie orovnávacieho zariadenia a organizácie pracovného priestoru, čo obmedzovalo automatizáciu cyklu spracovania.
Stroj LSh-233 je CNC poloautomatický stroj na obojstranné hlboké brúsenie. Je určený na súčasné brúsenie symetrických alebo nesúmerných plôch obrobkov rôznych dielov. Stroj má kontinuálne orovnávanie kruhov priamo v procese spracovania, ktoré sa používa na hrubovacie priechody. Pred cieľovým úderom oba kruhy
Hostené na http://www.allbest.ru/
Obr 1.7 Stroj LSh-220:
1 - lôžko; 2 - tabuľka; 3 - stĺpec; 4 - brúsna hlava; 5 - systém prívodu a čistenia chladiacej kvapaliny; 6 - ovládací panel je kalibrovaný jedným valcom, čo zaručuje symetriu profilov a vysokú presnosť spracovania.
Stroj LSh-233 spĺňa základné požiadavky vysokovýkonného hlbokého brúsenia.
Určitou konštrukčnou nevýhodou týchto strojov je nevyváženosť hmotnosti konzolových elektromotorov pohonu brúsneho kotúča.
Podstatným krokom v ďalšom zdokonaľovaní jednovretenových plošných brúsok je vytvorenie modelu stroja LSh-236.
Technologickými možnosťami stroj výrazne prekonáva svojich predchodcov. Má zvýšenú tuhosť, rýchlosť na voľnobeh, má veľkú plochu spracovania na výšku.
Prítomnosť okrúhleho stola s pracovnými hodinami vám umožňuje prednastaviť diely počas pracovného cyklu, čo zvyšuje produktivitu a umožňuje plne automatizovať cyklus spracovania.
Na rozšírenie rozsahu metód profilového brúsenia s kontinuálnym orovnávaním kruhov pri opracovaní povrchov lopatiek turbínových dýz je určená rotačná brúska LSh-278.
Stroj môže pracovať v širokej škále režimov, vrátane režimu hĺbkového brúsenia, má prídavné vysokorýchlostné vreteno na tvarovanie drážok a držiak nástroja na ich korekciu frézou v režime sústruženia.
1.6 Diamantové obväzové rolky
Diamantové valce sú profilové nástroje na orovnávanie brúsnych kotúčov. Používajú sa pri všetkých operáciách brúsenia s plazivým posuvom v procese výroby lopatiek turbíny. Na liste č.4 grafickej časti sú výkresy valčekov pre operácie 25, 50 a 70. Tieto valčeky vyrába nemecká firma "Wendt". Rozdiel medzi diamantovými valcami tejto spoločnosti a domácimi analógmi je v tom, že trvanlivosť je od 50 000 do 180 000 podmienených úprav, zatiaľ čo toto číslo pre domáce valce je 10 000 - 40 000 úprav.
Podobné dokumenty
Technologický postup výroby turbínových lopatiek TNA. Hĺbkové brúsenie dielov vyrobených zo žiaruvzdorných zliatin. Spôsoby výroby diamantových valcov na úpravu. Základy procesu hydro-shot peening. Popis modulov softvérového balíka CATIA.
práca, pridané 18.04.2014
Návrh dráhy prúdenia leteckého motora s plynovou turbínou. Výpočet pevnosti pracovnej lopatky, kotúča turbíny, upevňovacieho bodu a spaľovacej komory. Technologický postup výroby prírub, popis a výpočet režimov spracovania pre operácie.
práca, pridané 22.01.2012
Technologický postup výroby dielu "Puzdro". Výpočet prídavkov na obrábanie. Racionalizácia technologického procesu. Stroj a ovládacie zariadenia. Skúmanie vlastných kmitov technologického systému počas operácie brúsenia.
diplomová práca, pridané 17.10.2010
Charakteristika materiálu na výrobu kovovej lavice. Príprava kovu na montáž a zváranie. Technologický výrobný proces. Zariadenie zváracej stanice pre ručné oblúkové zváranie. Výpočet kusového času na výrobu kovových konštrukcií.
práca, pridané 28.01.2015
Výkres dielu pre malovýrobu, technologický postup jeho výroby. Stručný popis použitej metódy, gramatika s fázovou štruktúrou. Analýza technologického procesu a jeho popis z hľadiska metódy jazykov a gramatiky.
test, pridané 07.09.2012
Druhy zmrzlín podľa výrobných metód: tvrdené, mäkké, domáce. Príprava zmesi na výrobu zmrzliny, jej filtrácia a homogenizácia. Proces zmrazovania a tvrdnutia. Poháre na pečenie vaflí. Dávkovanie a balenie produktu.
prezentácia, pridané 30.03.2017
Spôsob výroby polotovarov pre časti strojov. Technologický postup spracovania časti šachty tř. Schéma založenia obrobku na operácii sústruženia. Princíp činnosti obojstranného frézovacieho a centrovacieho poloautomatu. Regulácia výrobného procesu.
semestrálna práca, pridaná 3.3.2014
Okrajové podmienky prenosu tepla na vonkajšom povrchu a v kanáloch chladenej lopatky leteckého motora s plynovou turbínou. Výber kritického bodu čepele a predbežné posúdenie zdroja. Výpočet teplôt a napätí v kritickom bode čepele.
semestrálna práca, pridaná 9.2.2015
Výpočet a profilovanie pracovnej lopatky stupňa kompresora, vysokotlakovej plynovej turbíny, prstencovej spaľovacej komory a výstupného zariadenia. Stanovenie zložiek trojuholníkov rýchlostí a geometrických parametrov mriežok profilov na troch polomeroch.
ročníková práca, pridaná 17.02.2012
Technologické procesy a vybavenie hlavných výrobných zariadení podniku, hlavné a pomocné technologické zariadenia. Zariadenia a technológie na čistenie emisií, spracovanie a neutralizáciu odpadu. Riadenie procesu.
TNA sa delia na jednohriadeľové a viachriadeľové. V jednohriadeľových HP sú turbína a čerpadlá umiestnené na rovnakom hriadeli. Výhodou TNA, vyrobeného podľa tejto schémy, je jednoduchosť dizajnu a nízka hmotnosť. Ako nevýhodu treba poznamenať, že iba jedno z čerpadiel (zvyčajne čerpadlo okysličovadla) pracuje pri optimálnej rýchlosti. V tomto prípade je palivové čerpadlo prevádzkované so zníženými hodnotami účinnosti.
Nižšie sú uvedené schémy usporiadania TNA, Obr.57.
Pri trojhriadeľovej schéme TPU sú otáčky čerpadiel a turbíny navzájom nezávislé a možno ich zvoliť z podmienok pre optimálnu prevádzku čerpadiel. Prítomnosť prevodoviek pracujúcich v náročných podmienkach (vysoké obvodové rýchlosti, ťažkosti so zabezpečením účinného systému mazania a chladenia) však v niektorých prípadoch minimalizuje zisk zo zvyšovania hodnôt účinnosti čerpadla.
Jediný hriadeľ
Trojhriadeľový
 |
Schémy rozloženia TNA
Jednohriadeľové schémy HP sú najpoužívanejšie v LRE.
5.3. Zariadenie odstredivého čerpadla
V TNA LRE sa zvyčajne ako hlavné používajú odstredivé čerpadlá. Hlavné výhody, ktoré určujú prevládajúce použitie týchto typov čerpadiel v LRE, sú:
Zabezpečenie vysokého prívodného tlaku a produktivity s malými rozmermi a hmotnosťou;
Schopnosť pracovať na agresívnych a nízkovriacich komponentoch;
Schopnosť pracovať s veľkým počtom otáčok a pohodlnosť použitia turbíny na ich pohon.
Obrázok 58 znázorňuje schému jednostupňového odstredivého čerpadla. Kvapalina je privádzaná cez prívodné potrubie 1 k rotačnému kolesu (obežnému kolesu) 2. V kolese čerpadla sa kvapalina pohybuje cez kanál vytvorený stenami kolesa a lopatkami 3. Sila pôsobiaca zo strany lopatiek kolesa na kvapalinu spôsobuje jej pohyb takým spôsobom, že sa zvyšuje dodávka energie na jednotku hmotnosti kvapaliny. V tomto prípade sa zvyšuje potenciálna energia (statický tlak) aj kinetická energia kvapaliny.
Obr.58
Schéma odstredivého čerpadla:
1 - prívodné potrubie; 2 - koleso čerpadla (obežné koleso); 3 - čepele;
4 - difúzor; 5 - lopatky difúzora; 6 - zber alebo slimák; 7 - predné tesnenie;
8 - ložisko hriadeľa; 9 - tesnenie ložiska
Na výstupe z kolesa kvapalina vstupuje do difúzora 4, kde jeho absolútna rýchlosť klesá a tlak sa dodatočne zvyšuje. Najjednoduchší difúzor pozostáva z hladkých kotúčov, ktoré tvoria jeho steny, a nazýva sa bezlopatkový. Lopatkový difúzor má pevné lopatky 5 (na obr. 58 znázornené bodkovanými čiarami), ktoré prispievajú k rýchlejšiemu tlmeniu prietoku. Po prechode difuzérom kvapalina vstupuje do špirálového kanála (kochlea) 6, ktorého účelom je zhromaždiť kvapalinu vychádzajúcu z kolesa, ako aj znížiť jeho rýchlosť. Kvapalina sa dodáva do siete cez výtlačné potrubie.
Na zníženie prietoku tekutiny z vysokotlakovej dutiny (difúzor, špirála) do nízkotlakovej oblasti sú v čerpadle 7 vyrobené tesnenia.
Obr.59
Schémy odstredivých čerpadiel:
a-c axiálny vstup; b- so špirálovým vstupom;
v- s obojstranným vchodom; G- viacstupňové čerpadlo
Odstredivé čerpadlá sú dostupné s axiálnym, špirálovým a dvojitým vstupom, jedno a viacstupňové. Výber axiálneho alebo špirálového vstupu (obr.59, a, b) je daná predovšetkým dispozičnými podmienkami HP a pohonným systémom. Dvojitý vstup (obr.59, v) sa vykonávajú pri vysokých prietokoch, aby sa znížila vstupná rýchlosť a tým sa zlepšili antikavitačné vlastnosti čerpadla. Viacstupňové čerpadlá (obr.59, G) sa používajú, keď je potrebné dosiahnuť obzvlášť vysoké tlaky.
Telesá čerpadiel sú zvyčajne odlievané z vysokopevnostných hliníkových zliatin a v prípade vysokých tlakov z ocele. Počet profilovaných lopatiek obežného kolesa nie je väčší ako 8 a ich hrúbka je v rozsahu 2 ¸ 5 mm.
5.4. Obežné kolesá čerpadiel
Existujú obežné kolesá, otvorené a uzavreté typy, obr. 60 (a, b).
Otvorené obežné koleso sa používa v čerpadlách s nízkym prietokom a tlakom komponentov. Obežné koleso tohto typu sa vyznačuje značnými stratami v dôsledku prietoku komponentu z oblasti vysokého tlaku (na výstupe z čerpadla) do oblasti nízkeho tlaku (na vstupe do čerpadla). Obežné koleso pozostáva z disku 1 a lopatiek 2 vyrobených na ňom.
V uzavretých obežných kolesách je na koncových plochách lopatiek inštalovaný kryt 3, ktorý môže byť vyrobený ako integrálna časť s obežným kolesom. Pri obežných kolesách tohto typu je strata prietoku komponentu oveľa menšia ako pri otvorených obežných kolesách. Zvyčajne sa obežné kolesá vyrábajú odlievaním. Počet profilovaných lopatiek spravidla nepresahuje 8 a ich hrúbka je menšia ako 5 mm. Obežné kolesá zobrazené na obr. 60 sa vzťahujú na obežné kolesá s jednostranným napájaním komponentov.
Na zníženie prietoku súčiastky lopatkovým kanálom obežného kolesa (aby sa vylúčil vznik kavitačného procesu) sa používajú obežné kolesá s obojstranným prívodom súčiastky, obr.61.
Obr.60
Jednostranné obežné kolesá:
a- otvorený typ; b - uzavretý typ
Obr.61
Obojstranné obežné koleso
8.5. Tesnenia obežného kolesa
Na zníženie úniku kvapaliny sú v obežných kolesách čerpadla inštalované tieto typy tesnení: štrbinové, labyrintové a plávajúce, obr. 62 a, b, c, resp.
Princíp činnosti štrbinových tesnení je založený na poskytovaní vysokého hydraulického odporu prstencovej medzery medzi grafitovou vložkou inštalovanou v telese čerpadla a drážkou vytvorenou vo vstupnej časti disku. Konštrukcia tohto tesnenia umožňuje až 15% únik objemu čerpanej kvapaliny, pričom labyrint, obr.62b, a plávajúce (súprava fluoroplastových a hliníkových podložiek inštalovaných vo vstupnej časti obežného kolesa), obr.62c do 10 % a 5 %, v tomto poradí.
Obr.62
Tesnenia obežného kolesa:
a - štrbina; b - labyrint; c - plávajúce
5.5. Turbína TNA
Jedným z hlavných prvkov TNA je plynová turbína. V turbíne sa potenciálna energia produktov spaľovania z generátora plynu alebo pár chladiacej kvapaliny premieňa na mechanickú prácu turbíny. Turbína je určená na pohon vysokotlakových čerpadiel. Turbína pozostáva z dýzového ústrojenstva 1, obežného kolesa 2 s dvoma radmi rotorových lopatiek 3 a 4, rozvádzacej lopatky 5 a skrine turbíny 6 s výstupným potrubím 7, obr.75.
Prvým stupňom turbíny je sústava dýzového aparátu 1 a lopatiek obežného kolesa 3, druhý je tvorený pevnými lopatkami rozvádzacej lopatky 5 a druhým radom rotorových lopatiek 4.
Transformácia entalpie prúdu plynu na mechanickú energiu otáčania hriadeľa sa uskutočňuje v dvoch stupňoch: entalpia prúdu plynu - na kinetickú energiu prúdu (v dýzovom prístroji); kinetická energia prúdu - do mechanickej energie otáčania hriadeľa (na obežnom kolese).
Obr.75
Dizajn turbíny THA
Hriadele jednotiek turbočerpadla (TPU) pracujú pri vysokom zaťažení a vysokých rýchlostiach. Pre odľahčenie sú vyrobené duté. Najväčšie striedavé napätia v kove drieku vznikajú na jeho vonkajšom povrchu. V tomto prípade sú koncentrátory napätia akékoľvek ostré prechody, stopy od rezného nástroja a iné povrchové chyby. Na týchto miestach sa môžu počas prevádzky vytvárať trhliny, ktoré povedú k rozbitiu hriadeľa. Preto sa osobitná pozornosť venuje čistote povrchovej úpravy hriadeľa so zavedením v niektorých prípadoch kaliacich operácií. Dokončovaniu sú podrobené nielen miesta pre ložiská, tesnenia, podložky, ale aj všetky ostatné časti hriadeľa, ktoré nie sú spojené s inými časťami.
Veľký počet otáčok (10000-20000 ot./min a viac) prinútiť konštruktéra priradiť veľmi tesné tolerancie pre vyrovnanie krčkov a sedadiel, presnosť umiestnenia axiálneho otvoru, rozdiel v hrúbke steny a iné rozmery. Najmenšie geometrické chyby vedú k nerovnomernému rozloženiu rotujúcich hmôt kovu, čo spôsobuje vibrácie a trasenie TPU.
5.6. Požiadavky na generátory plynu
Hodnota ťahu LRE, ako je známe, je lineárnou funkciou druhej spotreby paliva. Spotreba paliva za sekundu pre ktorýkoľvek konkrétny motor s čerpacím systémom napájania komponentov závisí od výkonu vyvinutého turbínou. Výkon turbíny je úplne určený rýchlosťou prietoku za sekundu a parametrami pracovnej tekutiny na vstupe do turbíny, t.j. na výstupe z generátora plynu. Preto je generátor plynu zariadenie, ktoré nastavuje prevádzkový režim celého pohonného systému. Táto okolnosť určuje špeciálne požiadavky na toto prepojenie v systéme dodávky paliva (okrem všeobecných požiadaviek na všetky jednotky LRE, bez ohľadu na špecifiká ich práce). Tieto požiadavky sú nasledovné.
1. Vysoká stabilita práce. To znamená, že generátor plynu vo všetkých prevádzkových režimoch motora musí poskytovať špecifikovaný prietok druhého plynu čo najpresnejšie a zároveň nesmú hodnoty parametrov plynu (zloženie, tlak, teplota atď.) prekročiť určité (prípustné) hranice. Čím stabilnejšia je prevádzka plynového generátora, tým menšie napätie zažívajú riadiace systémy motora počas letu, a to zvyšuje spoľahlivosť motora a presnosť streľby.
Zvlášť dôležitá je stabilita plynového generátora pre rakety s neregulovanými raketovými motormi a rakety, ktorých dolet je riadený len rýchlosťou letu na konci aktívnej časti trajektórie. V druhom prípade sa odchýlka súradníc konca aktívnej časti trajektórie spôsobená odchýlkou ťahu motora od vypočítanej hodnoty v dôsledku nestabilnej prevádzky generátora plynu úplne zmení na odchýlku. bodu dopadu rakety z cieľa.
2. Jednoduchosť riadenia pracovného toku v širokom rozsahu zmien jeho parametrov. Táto požiadavka je spôsobená aj regulačným účinkom plynového generátora na motor a potrebou zmeniť režim prevádzky motora počas jedného štartu (pri regulácii ťahu pri štarte a za letu, pri prepnutí z hlavného ťahového stupňa na konečný, resp. atď.).
3. Vysoká pracovná kapacita generátorového plynu, ktorý určuje buď minimálnu spotrebu energie (a podľa toho aj minimálnu spotrebu paliva) na pohon HPP, alebo zvýšenie výkonu HPP. Táto požiadavka je predložená z dôvodu, že špecifický impulz motora je určený pomerom ťahu k celému druhému prietoku odhodenej hmoty. Pojem „vyradená hmota“ zahŕňa produkty spaľovania paliva v komore a výfukové plyny za turbínou. Pre raketové motory na kvapalné palivo, v ktorých sa tento plyn uvoľňuje do atmosféry a vyvinie špecifický impulz menší ako splodiny spaľovania paliva vytekajúce z priestoru motora, je rozhodujúcou podmienkou zvýšenia účinnosti motora zníženie spotreby paliva. pre jednotku HPU. Pre LRE s dodatočným spaľovaním generátorového plynu je hlavnou vecou zvýšenie výkonu HP, pretože to umožňuje zvýšiť tlak v komore a pri danej hodnote tlaku na výstupe z dýzy zvýšiť stupeň expanzie vyvrhnuté produkty spaľovania, tj zvýšenie tepelnej účinnosti komory. Zníženie spotreby paliva na pohon HPP a zvýšenie výkonu HPP závisí od množstva energie odovzdanej turbíne jedným kilogramom pracovnej tekutiny. Táto energia sa, ako je známe, rovná súčinu relatívnej efektívnej účinnosti turbíny a dostupného adiabatického tepelného spádu.
5.7. Klasifikácia generátorov plynu
Základom pre klasifikáciu generátorov plynu je spôsob výroby generátorového plynu. V súčasnosti sú bežné tri spôsoby výroby plynu.
1. Rozklad (s pomocou katalyzátorov alebo bez nich) látka schopná po vonkajšom iniciačnom pôsobení prejsť k ďalšiemu stabilnému samovoľnému rozpadu, sprevádzanému uvoľňovaním značného množstva tepelnej energie a plynných produktov rozkladu. Takáto látka môže byť buď zložkou paliva hlavného motora, alebo špeciálnym prostriedkom na výrobu plynu, uloženým len na tento účel na palube rakety. Plynové generátory, v ktorých je tento proces implementovaný, sa nazývajú jednozložkové. V budúcnosti sa rozlišujú najmä podľa druhu rozložiteľnej látky (hydroperoxid, hydrazín, tuhé palivo a pod.).
2. Spaľovanie kvapalné palivo, pozostávajúce z dvoch zložiek. Na tento účel je najlepšie použiť palivo hlavného motora, pretože to výrazne zjednodušuje jeho prívod do generátora plynu a zlepšuje prevádzkové podmienky rakety. Plynové generátory tohto typu sa nazývajú dvojzložkové.
3. Odparovanie kvapaliny v chladiacej dráhe komory motora. Pri tomto spôsobe získavania pracovnej tekutiny turbíny sa súčasne rieši problém chladenia stien komory motora. Plynové generátory tohto typu sa nazývajú parné generátory a obvody motora sa nazývajú bezgenerátorové. Schémy parných generátorov sú rozdelené na cirkulačné a so zmenou pracovnej tekutiny. V prvej cirkuluje ľubovoľná pracovná tekutina (napríklad voda) v uzavretom okruhu „dráha chladenia komory – turbína – kondenzátor – čerpadlo – dráha chladenia komory“, pričom sa striedavo mení na paru a potom na kvapalinu vo svojich rôznych častiach. V schémach so zmenou pracovnej tekutiny táto cirkulácia chýba. Pracovná kvapalina po turbíne je odstránená z cyklu. Je zrejmé, že priame vypúšťanie výfukových plynov do atmosféry by citeľne zhoršilo účinnosť motora, keďže špecifický ťah výfukového potrubia je vždy menší ako špecifický ťah motorovej komory. Aby sa eliminovali tieto straty, jedna zo zložiek paliva sa zvyčajne posiela do chladiacej dráhy komory. Po odparení a prevádzke v turbíne sa posiela do komory motora, kde sa spaľuje spolu s druhým komponentom. Motory bez generátora sa teda vyrábajú podľa schémy s dodatočným spaľovaním pracovnej tekutiny turbíny.
Konštrukciou sa systémy na výrobu plynu navzájom výrazne líšia, ale napriek tomu je možné v každom z nich rozlíšiť tieto spoločné hlavné prvky:
plynový generátor;
zariadenia na prívod paliva;
automatizácia.
V generátore plynu (niekedy nazývanom aj reaktor) sa priamo tvorí pracovná tekutina turbíny - plyn alebo para daných parametrov. Zariadenia na prívod paliva zabezpečujú dodávku prostriedkov na výrobu plynu (zdrojových materiálov) do reaktora. Automatizácia reguluje pracovný proces, ako aj spúšťanie a vypínanie generátora plynu. Niekedy (napríklad pri prevádzke na hlavné palivo) systém na výrobu plynu nemá nezávislé zariadenia na dodávku paliva. V tomto prípade je generátor plynu zásobovaný palivom zo systému napájania motora.
Nasledujúce typy generátorov plynu (GG) našli uplatnenie v LRE:
tuhé palivo (TGG);
hybridný (THG);
Jednozložková kvapalina (jednozložková JGG);
Dvojzložková kvapalina (dvojzložkový ZHGG);
Odparovacia kvapalina (odparovacia JGG);
Na určenie prevádzkových a kavitačných charakteristík sa vykonáva autonómne testovanie čerpadiel. Pri odstraňovaní prevádzkových charakteristík sa zisťujú závislosti generovanej dopravnej výšky, výkonu a účinnosti čerpadla na prietoku kvapaliny pri menovitých otáčkach a konštantnom tlaku na vstupe čerpadla. Pri odstraňovaní kavitačných charakteristík čerpadla sa zisťuje závislosť dopravnej výšky, výkonu a účinnosti od vstupného tlaku pri menovitom prietoku a otáčkach rotora čerpadla. Tieto charakteristiky sa zvyčajne získavajú v zariadeniach používajúcich zmäkčenú vodu očistenú od mechanických nečistôt. Na obr. 13.6 znázorňuje schému zariadenia na testovanie motorového čerpadla.
Spotrebná kapacita 12 naplnené vodou pomocným čerpadlom 1 . Požadovaná hladina vzdutia ( R in) je inštalovaný s ventilmi a škrtiacou klapkou 4 , 11 A 13 . Pri otváraní ventilu 4 voda cez filter 5 ide na testované čerpadlo 8 . Nastavená rýchlosť čerpadla sa nastavuje elektromotorom 10 , mesdoza 9 používa sa na meranie krútiaceho momentu. ventil 4 je nastavený požadovaný prietok, ktorého hodnota je meraná snímačmi prietoku 6 . Tlak čerpadla je riadený škrtiacou klapkou 11 inštalované v jeho tlakovom potrubí.
Ryža. 13.6. Schéma inštalácie pre testovanie čerpadiel:
1 - plniace čerpadlo; 2 - filter; 3 - ventil; 4 - uzatvárací ventil; 5 - filter; 6 - prietokomer; 7 - manometer; 8 - testované čerpadlo; 9 - mesdoza; 10 - elektrický motor; 11 - škrtiaca klapka; 12 - zásobná nádrž; 13 - prepadový ventil
Na vytvorenie výkonnostných charakteristík sa prietok mení v určitých časových intervaloch, pričom sa udržiava konštantná rýchlosť rotora a vstupný tlak. Na odstránenie kavitačných charakteristík pri menovitom prietoku sa tlak na vstupe čerpadla postupne znižuje. Porucha čerpadla je určená intenzívnym poklesom hodnôt parametrov na výstupe z neho.
Energetické charakteristiky 
sú uvedené na obr. 13.7, ale. Podľa uvedených závislostí pre daný režim čerpadla, pokiaľ ide o objemový prietok a uhlovú rýchlosť otáčania rotora čerpadla, je možné určiť jeho hlavné parametre: H, spotreba energie N a faktor účinnosti. Univerzálna kavitačná charakteristika čerpadla je znázornená ako závislosť na obr. 13.7, b.
Ryža. 13.7. Univerzálna energia ( ale) a kavitácia ( b) charakteristiky čerpadla
Univerzálne energetické a kavitačné charakteristiky možno získať výpočtom aj experimentom. Moderné metódy teoretického výpočtu charakteristík však zatiaľ nemajú dostatočnú presnosť. Preto sa v praxi charakteristiky stanovujú experimentálne na špeciálnych experimentálnych zariadeniach (pozri obr. 13.6).
Pri kavitačných skúškach sa zisťuje kritická kavitačná rezerva čerpadla, ktorou sa rozumie režim, v ktorom dopravná výška čerpadla klesne pod hodnotu stanovenú podľa technickej špecifikácie diaľkového ovládača. Na obr. 13.8 ilustruje koncepciu kritickej kavitačnej rezervy zodpovedajúcej prípustnému poklesu tlaku na výstupe z čerpadla ∆р D pri testovaní kyslíkových a vodíkových čerpadiel.
Ryža. 13.8. Kavitačné charakteristiky čerpadiel:
1 - kyslíkové čerpadlo; 2 – vodíkové čerpadlo; I je moment začiatku kavitácie v čerpadle; II a III - prvý a druhý kritický režim prevádzky čerpadla; IV a V - kritické kavitačné rezervy čerpadiel, ∆p d - hodnota prípustného poklesu hlavy čerpadla; TO- kavitačná rezerva čerpadla, K = p v -p H / ( , p in – tlak na vstupe do čerpadla; p H tlak pár; je hustota kvapaliny; g- gravitačné zrýchlenie
Autonómne testy turbín sa vykonávajú v modelových režimoch, určených s prihliadnutím na požiadavky teórie podobnosti. Ako pracovná tekutina sa najčastejšie používa vzduch alebo freón. Stojany na testovanie turbín a vyhodnocovanie ich charakteristík pomocou rôznych modelových plynov je možné vyrobiť v otvorenom (s vypustením pracovnej tekutiny za turbínou do okolia) alebo v uzavretom okruhu.
V niektorých prípadoch, najmä pri vysokoťahových motoroch, sa vykonávajú samostatné testy HP spolu s plynovým generátorom, pretože testovanie HP vyžaduje veľmi veľkú spotrebu energie. Okrem toho v niektorých prípadoch môže autonómne spoločné testovanie HP a generátora plynu počas požiarnych testov výrazne znížiť materiálové náklady na vytvorenie motora, pretože možný núdzový výsledok testovania tejto jednotky nevedie k zničeniu motora ako celku. .
Pri spoločných skúškach VE s plynovým generátorom môže byť plynový generátor zásobovaný palivovými komponentmi z vysokotlakových stolových systémov. Takáto schéma bola prijatá pri vývoji nízko a vysokotlakového THA motora SSME v stánku Coca-1 testovacieho komplexu v Santa Susanna (USA). Stojan mal množstvo nedostatkov, ktoré spôsobovali určité ťažkosti pri testovaní TNA a znižovali kvalitu získaných výsledkov. V prvom rade si treba uvedomiť, že skúšobné podmienky pre VE na stojane sa výrazne líšili od podmienok ich prevádzky ako súčasti motora. Keďže pri autonómnych testoch nedochádza k vzájomnému ovplyvňovaniu medzi prvkami HP, prechodové režimy (štart, vstup do režimu a zastavenie) sa výrazne líšia od prechodných režimov pri prevádzke HP ako súčasti motora.
Nevýhodou schémy testovania čerpadiel diskutovanej vyššie je obmedzený testovací zdroj, ktorý je určený zásobou komponentu v skúšobných nádržiach na napájanie čerpadiel, pretože komponent po čerpadlách je vypustený do skúšobnej nádrže alebo dodatočne spálený v skúšobnej nádrži. prídavné spaľovanie (pri testovaní vodíkového čerpadla). Použitie pohonu plynového generátora tiež obmedzuje životnosť zariadenia vzhľadom na objemnosť systému napájania výtlaku plynového generátora a malé zásoby komponentov a plynu. Možné sú aj iné schémy pohonu turbíny, napríklad s využitím plynného vodíka alebo plynového generátora poháňaného palivovými komponentmi z testovaných čerpadiel.
Na predĺženie trvania testu čerpadla na skúšobnom zariadení sú k dispozícii špeciálne cirkulačné systémy pre kryogénnu zložku.
Je známe, že pri prúdení tekutiny v potrubiach a armatúrach dochádza k nevratným procesom, ktoré vedú k zvýšeniu entropie prúdenia a návrat parametrov tekutiny na pôvodné hodnoty je možný len pri jej ochladzovaní. Tento proces, ktorý je jednoduchý pre bežné kvapaliny, je oveľa náročnejší pre kryogénne kvapaliny. Napríklad, keď v čerpadle prúdi kryogénna kvapalina, zvýšenie tlaku je sprevádzané zahriatím palivovej zložky o 5 ... 10 stupňov.
V stacionárnom energetickom systéme možno na chladenie kvapaliny za čerpadlom použiť povrchový výmenník tepla, ktorý však musí mať veľkú plochu, najmä pri použití hélia a vodíka. Hydrostraty a náklady na cirkuláciu chladiacej kvapaliny sú tiež vysoké, pretože sa zvyčajne používa para chladenej kvapaliny. Ďalším spôsobom realizácie je vypustenie odpadovej kvapaliny do medzinádrže, kde sa v dôsledku čiastočného vyparenia ochladí na teplotu nasýtenia. Je zrejmé, že tento spôsob je spojený s minimálnymi stratami kvapaliny na chladenie, čo však zvyšuje pravdepodobnosť jej kontaminácie a narúša kontinuitu cirkulačného procesu, tj trvanie testu čerpadla na stojane je určené objemom dodávky nádrž.
Tieto nedostatky sa odstránia, keď sa na cirkuláciu kryogénnej zložky použije prúdové separačné čerpadlo para-kvapalina (prúdové meniče energie), ktorého schematický diagram je na obr. 13.9. Čerpadlo funguje nasledovne. Kvapalina sa v dýzovom zariadení ochladzuje v dôsledku vyparovania jej časti v dýze 1 a odstránenie pary zo zmesi para-kvapalina v separátore 2 . Separátor je prstencový kanál, v ktorom sú kvapky kvapaliny vrhané na okraj v dôsledku odstredivej sily. Na naklonenej doske tvoriacej difúzny kanál 3, obnoví sa tlak zostávajúcej kvapaliny, ktorá sa vypustí cez dýzu 5 s prietokom a odparená časť kvapaliny s prietokom je odvádzaná odbočným potrubím 4 .
Ryža. 13.9. Schematický diagram separačného typu prúdového čerpadla para-kvapalina:
1 - tryska; 2 - oddeľovač; 3 - difúzor; 4 , 5 - výfukové potrubie
Usporiadanie zostavy stola na testovanie čerpadla kryogénnej kvapaliny s obehovým napájacím obvodom je znázornené na obr. 13.10. Súčasťou inštalácie je zásobná nádrž 1 , odkiaľ kryogénna kvapalina cez uzatvárací ventil 2 vstupuje do testovaného čerpadla 5 . Kvapalina prechádzajúca prúdovým čerpadlom para-kvapalina 7 a otvoreným vypúšťacím ventilom 8 vstupuje do vypúšťacej nádrže. 10 . Po ochladení systému sa čerpadlo spustí 5 (napríklad zapnutím elektrického pohonu alebo plynového pohonu z plynového generátora, ktoré nie sú na schéme znázornené). Cirkulačný okruh sa zapína otvorením ventilu 9 , potom vypúšťací ventil 8 zatvára. Súčasne dochádza k oddeleniu fáz v prúdovom čerpadle para-kvapalina: parná fáza sa vypúšťa pozdĺž potrubia cez axiálny výstup prúdového čerpadla 7 do drenážnej nádoby 6 , v ktorej sa zhromažďuje skondenzovaná časť pary a kvapalná fáza sa zhromažďuje pozdĺž uzatváracieho okruhu cez odstredivý separátor, difúzny kanál a ventil 9 sa vracia na vstup čerpadla.
Ryža. 13.10. Schéma stolovej inštalácie na testovanie okysličovacieho čerpadla s obehovým napájacím obvodom:
1 - palivová nádrž; 2 - prívodný ventil; 3 - vypúšťací ventil; 4 – potrubie na odvádzanie skondenzovanej časti odparenej kvapaliny; 5 - testované čerpadlo; 6 - drenážna kapacita; 7 – prúdové čerpadlo para-kvapalina; 8 - vypúšťací ventil; 9 – škrtiaci ventil na zapnutie cirkulačného okruhu; 10 - vypúšťacia nádrž; 11 – spätné vedenie kvapaliny do palivovej nádrže; 1 2 - ventil; 13 – filter
Celkový prietok dvojfázovej zložky prechádzajúcej čerpadlom bude
kde , - prietok kvapalnej a parnej fázy dvojfázového toku zložky, resp.
Účinnosť cirkulačného okruhu je určená koeficientom návratnosti ( TO c), ktorý sa rovná pomeru prietoku kvapaliny cez difúzor () k dvojfázovému prietoku cez trysku ():
TO v = . (13.1)
návratnosť TO c môže dosiahnuť 0,9 pri čerpaní dvojfázového prúdu kyslíka a 0,6 ... 0,7 - pri čerpaní dvojfázového prúdu vodíka, tj v tomto prípade sa stratí 10 % (alebo 30...40 %) zložky na chladenie odparovaním.
Trvanie testu je určené spotrebou komponentu z nádrže 1 (), rovná rýchlosti prietoku pary (), t.j. spotreba zložky na kompenzáciu strát kvapaliny v dôsledku vyparovania.
