ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛОПАТОК ТУРБИНЫ

Фирма «Роллс-Ройс» применяет литые охлаждаемые лопатки ротора и статора турбины двигателя RB-211 с толщиной стенок примерно 1 мм, для производства которых в 1970 г. введен в экс­плуатацию в г. Дарби специализированный цех точного литья, пре­высивший за три года расчетную мощность на 30%. В цехе имеется мастерская по изготовлению пресс-форм, в которой занято 80 че­ловек, и конструкторский отдел по проектированию оснастки и разработке технологической документации. В составе конструктор­ского отдела три инженера заняты разработкой и внедрением про­грамм на двух станках с ЧПУ, на которых обрабатываются слож­ные профили пресс-форм. Модели изготавливают на универсаль­ных прессах с централизованной подачей модельной массы. Пол­ная подготовка производства по наиболее сложным отливкам за­нимает 12—14 недель.

Все лопатки ротора турбины двигателя RB-211-24 изготавлива­ют методом точного литья без припуска по поверхностям протон­ной части и с припуском 0,5—1,0 мм на обрабатываемых посадоч­ных поверхностях, при этом 30—40% отливок нуждаются в дора­ботке профиля для обеспечения требований чертежа; брак по ме­таллургическим дефектам составляет 10—20%. Поверхность отли­вок имеет высоту микронеровностей 1,25—2,5 мкм.

В цехе проводят операции по доработке профиля полированием, обработке щелей на выходной кромке лопаток соплового аппарата, зачистке и полированию остатков питателей на профиле.

В цехе установлено около 40 полировальных и обдирочно-шли­фовальных станков.

Подгонку профиля выполняют вручную на ленточно-полироваль­ных бабках или тканевыми кругами с наклеенным по периферии слоем абразива. Заполировывают места расположения питателей на профиле пера, остатки которых удаляют абразивным кругом, В процессе обработки при обнаружении небольших пространствен­ных отклонений лопатки рихтуют. После окончания обработки ло­патки всухую обдуваются порошком электрокорунда.

Рис. 9.4. График зависимости тяги от температуры двигателей с пленоч­ным охлаждением лопаток турбины

При контроле лопаток широко применяют приборы фирм «Гер­берт контроле энд инструменте» и «Вернар», которые одновремен­но измеряют до 40 размеров в течение 25—30 с. Контроль по ме­таллургическим дефектам осуществляют капиллярной дефектоско­пией и рентгеноскопией.

Помимо лопаток, цех в г. Дарби производит точные отливки с применением корковых форм. Изготовление этих форм ведется на автоматической установке по лицензии, приобретенной в СССР.

Фирма «Роллс-Ройс» применяла штампованную охлаждаемую лопатку ротора турбины I ступени. Каналы в теле лопаток полу­чают сверлением отверстий в заготовке перед штамповкой, в ко­торые помещают стержни из стали. После штамповки материал стержней вытравливают. Эта же лопатка изготавливается сейчас в литом варианте.

Повышение температуры рабочих газов перед турбиной вызы­вает необходимость повышения жаростойкости лопаток турбины путем совершенствования системы охлаждения. На рис. 9.4 по­казана зависимость тяги от температуры двигателей с пленочным охлаждением лопатки турбины высокого давления, что позволило повысить температуру газов более чем на 50°. При этом тяга дви­гателя возросла более чем на 6000 кгс.

Перфорирование входной кромки выполняют электронно-луче­вым способом на установке фирмы «Штайгервальд штральтехник» (ФРГ) модели ЕВМ-10/4 с программным управлением от мини — ЭВМ. Эта одна из новых моделей установок, выпущенных фирмой (рис. 9.5). На такой установке за 5 мин прошивается примерно 2000 наклонных отверстий (рис. 9.6). В 1972 г. фирма «Роллс — Ройс» приобрела одну такую установку.

Фирмы «Дженерал электрик» и «Пратт-Уитни» приобрели в ФРГ патенты на основные узлы установок для электронно-луче­вой обработки. Имеются сведения о том, что фирма «Дженерал электрик» изготавливает подобные установки. Кроме того, фир­ма «Гамильтон стандарт» (США) выпускает установки «Гамиль — тон-Цейс».

Фирма «Дженерал электрик» применяла для перфорирования лопаток ротора турбины двигателя TF-39 (предшественник CF-6) лазерную установку фирмы «Спейс Рейс инкорпорейтед» (США). В полой лопатке под углом к поверхности обрабатывались отвер­стия диаметром от 0,17 мм.

Отверстие для охлаждения выходной кромки лопатки на всех двигателестроительных фирмах делают электроэрозионным спосо­бом. На фирме «Хаумет корпорейшн», поставляющей литые ло­патки всем двигателестроительным фирмам США, широко приме­няют этот метод для одновременной обработки нескольких отвер­стий в отдельных лопатках и литых секторах (рис. 9.7). Эта фир­ма выпускает лопатки ротора и статора турбины с литыми секто­рами по три и более сопловых лопаток в каждом. В г. Уайтхолле (шт. Мичиган, отделение «Риэктив металл продактс дивижн») фирмой организовано специализированное производство стержней из жаропрочных сплавов [15].

Точность литых лопаток характеризуется следующими величи­нами: максимальное отклонение по толщине профиля ±0,12 мм,

Рис. 9. 6. Экспериментальная лопат* Рис. 9. 7. Устройство для электроэрознои- ка турбины, перфорированная ной обработки отверстий для охлаждения электронным лучом выходной кромки лопаток соплового аппа* рата (обрабатывается литой сектор из пя­ти лопаток)

отклонение контура профиля от теоретического ±0,05 мм, а от раз­мера хорды ±0,12 мм.

Фирма поставляет заказчикам литые детали двигателей после механической обработки и нанесения покрытий. Механическую об­работку литых лопаток ведут в специализированном отделении фирмы «Мэшин компоненте дивижн».

Для изготовления лопаток турбины низкого давления двигате­лей JT9-D-7 и JT9-D-15 применяется разработанный фирмой «Пратт-Уитни» процесс соединения жаропрочных сплавов. Про­цесс обеспечивает высокопрочное диффузионное соединение литых и деформируемых сплавов без использования сложной оснастки. Соединение проводят в обычных вакуумных или аргоновых печах, в которых может помещаться одновременно большое количество соединяемых деталей. Между соединенными поверхностями поме­щают специальный материал, который при нагревании до 1100— 1200° С расплавляется, а затем затвердевает, обеспечивая диффу­зионное соединение в твердом состоянии. Процесс применен для соединения разнообразных никелевых и кобальто-никелевых сплавов.

Фирма «Роллс-Ройс» разработала технологию и создала специ­альный четырехпозиционный полуавтомат «Бомюкс» для обработ­ки пера лопатки турбины с одной стороны (обрабатываются штам­пованные лопатки из сплава «Нимоник»).

На время электрохимической обработки (ЭХО) допускают из­менения всех параметров процесса, кроме напряжения. Эти изме­нения фиксируются автоматической системой, которая регулирует

величину межэлектродного рабочего зазора. Материал для изго­товления электродов — медь, латунь, нержавеющая сталь. В каче­стве электролитов используют растворы хлористого, азотнокислого и сернокислого натрия.

Режим и технические возможности ЭХО:

напряжение, В…………………………………………………………… 3—12

межэлектродный зазор, мм………………………………………… 0,1

продолжительность обработки, мии…. 5—10

точность обработки, мм…………………………………………….. 0,07

высота микронеровностей, мкм……………………………….. 0,63—1,25

На фирме «Роллс-Ройс» штампованные турбинные лопатки подлежат электрофизической обработки (ЭФО) по профилю.

Место сопряжения профиля пера с полкой до выравнивания с припуском по профилю пера дорабатывают электроэрозионным способом, при этом применяются электроды, сменяемые после об­работки шести лопаток; они формуются из листовой меди по гото­вой лопатке. После ЭФО идет операция окончательной калибровки проточной части лопатки методом ЭХО.

Фирма «Кэмформ» выпускает оборудование для электрохимиче­ской обработки профиля пера лопаток средних размеров (длина — 250 мм). При съеме припуска со штамповки 1,2… 1,5 мм по­лучают профиль пера лопатки с точностью ±0,025… 0,075 мм. Малогабаритные лопатки выполняют из заготовки в виде штанги. Точность электрохимической обработки профиля пера ±0,05 мм. Высокая точность обработки обеспечивается системой управления от специализированной ЭВМ, учитывающей изменение параметров процесса ЭХО (температура и химический состав электролита, фактические рабочие зазоры, режим электропитания) и вносящей соостветствующие коррективы в режим обработки.

На фирме «Дженерал электрик» перфорацию отверстий на ра­бочих лопатках турбины выполняют методом «Электро-стрем», который позволяет обрабатывать отверстия диаметром 0,127 мм на глубину 12,7 мм (небольшие отверстия можно выполнять под углом 40° к поверхности). В качестве электролита используется раствор кислоты. В системе подачи электролита имеется устройство для поддержания постоянного уровня температуры. Электролит пода­ется к соплу, корпус которого изолирован от деталей станка. На­правленная на заготовку струя электролита служит катодом. При этом способе применяют более высокие давления электролита и более высокие напряжения, чем при обычной электрохимической обработке.

В настоящее время все крупные двигателестроительные фирмы обрабатывают хвостовики елочного профиля турбинных лопаток из жаропрочных материалов на двухшпиндельных шлифовальных станках модели VSS-13 (рис. 9.8) фирмы «Элб-Шлифф» (ФРГ). Эти станки пришли на смену двухсторонним станкам такого же назначения фирмы «Матрикс» в Европе и «Экс-Целдо» в США. Основным достоинством станка является его высокая точность. Примененная схема одновременной правки двух абразивных кру-

а—общий вид станка; б—зона обработки

гов алмазным накатником гарантирует практически нулевое сме — щение гребенок елочного профиля хвостовика. Система автомати­зации процессов предварительного шлифования и правки перед окончательным шлифованием обеспечивает производительное по­лучение елочного профиля из заготовки с литым или предвари­тельно обработанным клином. Продолжительность одновремен­ного шлифования трех лопаток на станке составляет 10—12 мин, т. е. один хвостовик лопатки из литого жаропрочного сплава про­ходит обработку с ритмом менее 5 мин.

Абразивные круги с высокой пористостью, обильное охлажде­ние, непрерывная очистка рабочей поверхности круга струей СОЖ под давлением 10 кгс/см2, режимы резания и автоматический ре­жим обработки гарантируют отсутствие прижогов.

Литые лопатки турбины из сплава «Рене-80» обрабатывают на фирме «Дженерал электрик» методом электрохимического шлифо­вания.