По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 62-1/-9

Преимущества конструкций газотурбинных двигателей с биметаллическими лопатками с замковым соединением и «блисков»

Магеррамова Л.А. Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. П.И. Баранова, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 2, Е-mail: press@ciam.ru
Васильев Б.Е. Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. П.И. Баранова, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 2, Е-mail: press@ciam.ru

Проведенные экспериментальные исследования и разгонные испытания составных образцов биметаллических лопаток и лопаток «блиск» показали, что биметаллическое и «блиск-конструирование» может быть успешно применено в авиационных двигателях, в частности, для составных лопаток турбин и «блисков» ступеней турбин. Рабочие колеса турбин в конструкциях с составными биметаллическими лопатками и лопатками конструкции «блиск», как ожидается, обеспечат значительное повышение ресурса рабочих колес при снижении в весе в сравнении с классическими лопатками до 10 и 30 % соответственно.

Условия работы рабочих колес турбин авиационных двигателей (ГТД) отличаются высокой неравномерностью нагрева и нагружения. Так, профильная часть лопатки работает при температурах 800..1150 °С, и поэтому должна обладать высокой жаропрочностью и высокой длительной прочностью. Монокристаллические жаропрочные никелевые сплавы имеют наилучшие характеристики для использования их в таких условиях. Замковое соединение лопатки должно обладать высокой длительной и усталостной прочностью при относительно невысоких температурах (650...750 °С), что лучше всего достигается при использовании дисковых порошковых никелевых сплавов.

Выбор сплава для изготовления лопаток определяется запасами прочности более нагретой и нагруженной части. Однако характеристики высокотемпературного лопаточного сплава в условиях замкового соединения не являются оптимальными при температурах, создаваемых в двигателях разрабатываемых и перспективных летательных аппаратов.

Поиск путей достижения наибольшего сопротивления разрушению материала конструкции в неравномерном поле температур привел к идее применения биметаллических соединений. Как показали испытания, использование для замковой части лопатки более прочных при соответствующих условиях работы сплавов, из которых изготавливаются диски, а также полное исключение замкового соединения (конструкция, известная под названием «блиск»), позволяет уменьшить массу рабочего колеса при существенном увеличении ресурса его работы.

Как показали исследования, для изготовления биметаллических конструкций турбин можно применить способ изотермической штамповки, позволяющий соединить лопатки и диск, выполненные из различных сплавов. Технология изготовления таких составных конструкций основана на спекании лопаток с порошковым сплавом, образующим диск. При этом процессе, называемом «горячим изостатическим прессованием» (ГИП), заранее изготовленные литые лопатки, например, из монокристаллического сплава ЖС32, с помощью керамических закладных элементов упаковываются в капсулу (сталь 20), в которую затем засыпают гранулы порошкового сплава, например ЭП741НП. Одновременно в капсулу закладываются и специальные половинки образцов-свидетелей из того же материала, предназначенные для дальнейших испытаний с целью исследования свойств составных образцов.

Для Цитирования:
Магеррамова Л.А., Васильев Б.Е., Преимущества конструкций газотурбинных двигателей с биметаллическими лопатками с замковым соединением и «блисков». Главный инженер. Управление промышленным производством. 2017;12.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: