Ученые Пермского Политеха совместно со специалистами АО «ОДК-Авиадвигатель» разработали новый способ обработки одной из главных деталей газовой турбины – сопловой лопатки. Технология обеспечивает повышение производительности и точности изготовления сопловых лопаток для более качественной сборки современных газотурбинных двигателей.
Статья опубликована в научно-техническом журнале «Станкоинструмент», 2023 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Именно газовая турбина обеспечивает основную тягу авиадвигателя и отвечает за движение и полет самолета. Ее работа заключается в том, что поток воздуха попадает в двигатель, сжимается с помощью компрессора, затем нагревается в камере сгорания, вращает лопатки турбины и на огромной скорости выбрасывается из сопла, толкая самолет вперед. В устройстве используется несколько видов лопаток. В каждом двигателе их примерно 2-3 тысячи.
Один из видов лопаток – сопловые. Они предназначены для правильного направления газового потока на рабочие лопатки турбины, чтобы создать необходимый крутящий момент и вращение ротора двигателя. Процесс обработки этих деталей трудоемкий и часто замедляется из-за их сложной геометрии и конструкции.
Традиционно сопловые лопатки турбин шлифуют на нескольких различных универсальных станках с применением шлифовальных кругов и часто без смазочно-охлаждающих жидкостей. На это уходит много времени, что сдерживает все производство. Кроме того, не достигаются нужные параметры точности лопаток и шероховатость поверхности – появляются деформации, может искажаться итоговая геометрия и форма лопаток. При последующей сборке соплового аппарата турбины это приводит к искажению размеров сечения для прохода газовых потоков, к изменению рабочих режимов двигателя, увеличению расхода топлива и снижению мощности.
Ученые Пермского Политеха совместно со специалистами АО «ОДК-Авиадвигатель» разработали наиболее эффективный технологический процесс шлифования. Он заключается во внедрении новых передовых методов цифрового контроля лопаток и многоосевых шлифовальных станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Для управления техпроцессом разработано специальное ПО.
В процессе выплавления лопаток их геометрия неизбежно искажается, что приводит к неправильному положению в турбине. Разработанная технология позволяет ее скорректировать. Для этого рассчитывается отклонение геометрии от требуемой и ее коррекция в процессе установки и глубинного шлифования на станке с ЧПУ по заданной программе. При этом все разносторонние поверхности лопатки шлифуются с высокой точностью, производительностью и требуемой шероховатостью. Такая технология обеспечивает ускоренное и более качественное производство сопловых лопаток,
– рассказывает доктор технических наук, декан механико-технологического факультета ПНИПУ Михаил Песин.
Для шлифования ученые предлагают вместо импортных использовать отечественные керамические круги, которые по стойкости не уступают мировым аналогам и при этом в пять раз дешевле.
Мы разработали специальное программное обеспечение, которое рассчитывает угол разворота и смещения лопатки. Когда деталь установлена на станке ЧПУ и развернута на нужный угол, начинается процесс шлифования ее базовых поверхностей, в ходе которого искажение профиля лопатки уменьшается. Тогда сборка соплового аппарата из обработанных по новой технологии сопловых лопаток турбины будет происходить быстрее и точнее,
– объясняет доктор технических наук, профессор кафедры «Инновационные технологии машиностроения» ПНИПУ Владимир Макаров.
Такой способ существенно повышает производительность изготовления сопловых лопаток и сборки сопловых аппаратов. При этом обеспечивает более высокое качество поверхностного слоя: шероховатость снизилась до 0,3-0,4 мкм, обеспечены благоприятные сжимающие остаточные напряжения, микротвердость в пределах нормы, отсутствуют прижоги и трещины.
Новая технология обработки лопаток газотурбинных двигателей на станке ЧПУ с глубинным шлифованием и коррекцией поверхности уже внедрена и активно применяется на АО «ОДК-Авиадвигатель».
Опубликованный материал и фото предоставлены пресс-службой ПНИПУ