Газотурбинных двигателей

процессы в них аналогичны тем, которые протекают в любых газотурбинных двигателях. ГТД используются в основном при умеренных скоростях полета, соответствующих значениям чисел Маха до М„ = 3 - 3,5.

В газотурбинных двигателях с осевым движением воздуха или газа, корпус которых имеет простую цилиндрическую форму, достаточно надежной является эжекторная система воздушного охлаждения (рис. 2.28, а). Между наружными кожухами и корпусом турбины создается воздушная прослойка, позволяющая получить достаточно низкую температуру наружной поверхности кожуха.

двигателей, работающих при достаточно высоких температурах и напряжениях (например, во время полетов над морями на поверхности конструкций откладывается налет солей). Особенно жесткие условия создаются в судовых газотурбинных двигателях, работающих в условиях влажного морского воздуха, насыщенного морскими солями. Большинство исследователей относят некоторое расхождение результатов лабораторных исследований с практическими к периодичности рабочих нагрузок и благоприятному действию влаги; тем не менее, горпчесолевое растрескивание может стать в определенных условиях лимитирующим фактором, который ограничит применение титановых сплавов в некоторых конструкциях. На горячесолевое растрескивание оказывают влияние различные факторы: форма деталей, скорость, степень и характер нагружения, способ нанесения солевых покрытий и др. В связи с этим имеющиеся в литературе результаты неоднозначны и нередко трудно не только количественно, но и качественно оценить склонность к горячесолевому растрескиванию титановых сплавов различного состава.

Переход из вакуума на воздух сопровождается возрастанием скорости роста трещины в несколько раз для никелевого сплава инконель Х-750 при температуре 650 °С [21], являющейся допустимой температурой для работы жаропрочных сплавов в газотурбинных двигателях. При треугольной форме цикла с асимметрией R = 0,1 имело место возрастание скорости роста трещины при эквидистантном смещении кинетических кривых в интервале частот 0,01-10 Гц. Наиболее значительное возрастание скорости имело место при переходе

В газотурбинных двигателях (ГТД) наиболее нагруженными деталями являются рабочие лопатки компрессора и турбины. Они работают в условиях высоких и быстросменяющихся температур и агрессивной газовой среды. В материале лопатки возникают большие напряжения растяжения от центробежных сил и значительные вибрационные напряжения изгиба и кручения от газового потока, амплитуда и частота которых меняются в широких пределах. Быстрая и частая смена температуры приводит к возникновению в лопатках значительных термических напряжений.

является также эмалирование, позволяющее повысить Н. (ресурс) жаропрочных и жаростойких сплавов, напр, в камерах сгорания реактивных двигателей в 2—2,5 раза. Эмалирование применяется и для предотвращения как окисления, так и насыщения кислородом, азотом и водородом при нагреве перед обработкой давлением листовых полуфабрикатов. Покрытие эмалевой фриттой может быть использовано, кроме того, при горячей прокатке как смазка, снижающая уд. давление, улучшающая состояние поверхности и тем самым повышающая Н. изделий из листовых заготовок. Особое значение приобретает сочетание эмалирования с термодиффузионными методами защиты жаропрочных сплавов на основе тугоплавких металлов (Nb, Mo, W), т. к. образованием одного только тонкого поверхностного слоя, напр, из дисилицида молибдена, невозможно надежно защитить изделия из молибдена от окисления при рабочих темп-pax в газотурбинных двигателях, а требуется дополнительная защита эмалированием. Комплексным путем повышения Н. материалов, работающих в условиях теплосмен, является образование на поверхности тонких (десятки, сотни мк) слоев из высоко-температуростойких окислов Al, Zr и др. Такие слои, устраняя непосредственный контакт поверхности металла со средой, замедляют газовую коррозию и одновременно скорость нагрева и охлаждения, снижают температурные перепады и уменьшают ущерб Н. материала в результате кратковременных скачков темп-ры.

1. В разделе, в котором представлены данные по КР, показано, что наличие кислорода, воды и соли является необходимым условием возникновения высокотемпературного солевого коррозионного растрескивания при непосредственном контакте соли с металлом. Однако во многих случаях высокотемпературное солевое коррозионное растрескивание в эксплуатационных условиях не происходит, например в газотурбинных двигателях. Тем не менее в некоторых условиях применения титана или его сплавов такие проблемы могут возникать.

В авиационных газотурбинных двигателях это уже достигается. И поэтому турбовинтовые двигатели уже сегодня в условиях высотного полета имеют коэффициент полезного действия потрясающей величины — 40—50 процентов!

В чем же дело? Почему в широкой практике не достигнута уже освоенная в авиационных газотурбинных двигателях температура? Ведь даже в пылеугольных топках паровых котлов температура газов горения достигает 1700 градусов? Почему же эту температуру нельзя получить в газовой турбине?

Потому что. внутри этих труб протекает вода, охлаждающая их стенки. И трубы, несмотря на очень высокую температуру пламени, остаются благодаря этому относительно холодными. Турбинная же лопатка — тоненькая пластинка металла, на которую с яростью устремится раскаленный газовый поток такой же температуры, что и в топке парового котла, сгорит в нем, как свечка. Уже при температуре, используемой в авиационных газотурбинных двигателях, турбинные лопатки, сделанные из самых жаростойких сталей, сгорают всего через несколько сотен часов. Это достаточный срок для работы авиационного двигателя, но ведь невозможно останавливать каждые несколько дней газовые турбины, работающие на стационарных электростанциях для полного их перелопачивания — так называют смену лопаток техники. А ведь срок бесперебойной работы стационар-

Третье предельное состояние характеризуется появлением в конструкции трещин и таких изменений геометрии и формы, при которых дальнейшая эксплуатация двигателя становится опасной, хотя конструкция в целом и не достигла первого предельного состояния. Например, в газотурбинных двигателях это третье предельное состояние часто достигают элементы камер сгорания, фланцы корпусов и пр., в которых возникают трещины.

Специфические особенности процесса ЭХО обусловливают целесообразность его применения в условиях серийного производства. Наиболее эффективен процесс для производства лопаток газотурбинных двигателей и энергетических турбин. Наряду с этим технологию электрохимической обработки применяют для калибрования отверстий различной формы, изготовления полостей сложной конфигурации (штампов, пресс-форм, литейных форм), обработки заготовок корпусных деталей и др.

проката, без сварки, используют для изготовления деталей газотурбинных двигателей, работающих при 650—700 °С.

Моторесурсы современных газотурбинных двигателей (ГТД) реактивного действия прежде всего зависят от температурных режимов турбин: чем больше рабочая температура в камере сгорания турбины, тем меньше его моторесурс. Для разных отраслей моторесурс ГТД составляет:

Хорошо известные жаропрочные и жаростойкие сплавы, применяемые при изготовлении двигателей внутреннего сгорания, литейной оснастки (пресс-форм), кузнечных штампов, турбовинтовых и газотурбинных двигателей, работающих при средних (300 - 500°С) и высокотемпературных режимах (700 - 1000°С), подразделяют на четыре группы: жапропрочные сплавы на основе железа (элементы четвертого периода никеля, кобальта) и жаропрочные сплавы на основе тугоплавких металлов (элементы пятого и шестого периодов).

BOB на основе никеля. Сплавы ЖС и ВЖЛ широко используют в современных газотурбинных авиационных двигателях (см. табл. 5): из них изготавливают лопатки и диски турбин, направляющие лопатки и камеры сгорания газотурбинных двигателей. Использование сложнолегированных никелевых сплавов позволило повысить температуру газов на входе в турбину с 800 до 1000°С, что привело к значительному повышению мощности, тягового усилия, скорости, уменьшению топлива, увеличению ресурса и надежности работы ГТД. Физико-механические свойства этих сплавов широко освещаются в разд. III.

Сталь ЭИ388 хромоникельмарганцовистая с добавлением ванадия и молибдена применяется для изготовления лопаток и крепежных деталей газотурбинных двигателей.

Для газотурбинных двигателей современных сверхзвуковых самолетов, продолжительность работы которых. ограничивается 200 -500 ч, скорость деформации устанавливается в 0,2%.

Литые детали из жаропрочных сплавов - лопатки газотурбинных двигателей для летательных аппаратов и буровых установок, лопатки паровых турбин, цельнолитые роторы энергетических установок и детали для газоперекачивающих установок - должны изготовляться с высоким классом точности и хорошим качеством поверхности. Кроме того, турбинные лопатки современных ЛА ГТД имеют пустотелые каналы с развитыми внутренними полостями и с многочисленными пересекающимися ребрами. При этом толщина стенки изделия и шаг составляют примерно 1-5 мм; диаметр отверстия 0,8 - 1 мм, длина более 100 мм. Такие детали (рис. 87) могут быть изготовлены только литьем по выплавляемым моделям.

Модельные составы на основе канифоли и полистирола. Ка-нифолеполистироловые составы с добавками церезина (КПсЦ) и парафина (КПсП) нашли применение при изготовлении моделей лопаток газотурбинных двигателей, к точности и качеству поверхности которых предъявляют повышенные требования. Сплавы КПсЦ и КПсП характеризуются высокой прочностью, в 2,5 - 4 раза превышающей прочность парафиново-стеариновых составов, повышенной твердостью, лучшей теплостойкостью, сравнительно малой линейной усадкой (до 1%) и быстрым затвердеванием в пресс-

При изготовлении газотурбинных двигателей для авиационной и космической техники применяют разнообразные по физическим свойствам жаропрочные сплавы ЖСЗ, ЖС6 и ВЖЛ. Количество легирующих элементов, регламентируемых по ОСТ 90126-85, составляет 14.

Ниже рассматриваются технологические особенности процесса плазменного напыления деталей газотурбинных двигателей.