Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 6
1.1. Обзор развития методов уменьшения утечек газовой среды 6
1.2 Цель и задачи исследования 13
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТЕЧЕНИЯ ПОРОШКОВОГО ПРИПОЯ 32
2.1 Определение площади истечения 33
2.2 Определение площади истечения с учетом сводоразрушения. 34
2.3 Определение закона истечения порошкового припоя 37
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАССЕИВАНИЯ ПОТОКА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ СЕТКОЙ 47
3.1 Определение вариантов падения частиц 50
3.2 Условие соударения с заслонкой 51
3.3 Расчет траекторий частиц по зонам 52
Выводы 82
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 82
4.1. Исследование гранулометрического состава порошкового припоя 82
4.2 Химический состав порошкового припоя 87
4.3 Экспериментальное определение статических механических характеристик сыпучих материалов применительно к процессу истечения из бункера 88
4.4 Определение исходных данных эксперимента и вывод рабочих формул расчета основных параметров сыпучих материалов 93
4.5 Выбор экспериментальной установки для определения механических характеристик сыпучих материалов. 95
4.6 Описание и особенности экспериментальной установки для определения касательных напряжений среза сыпучих материалов 96
4.7 Методика измерения усилия среза при определении коэффициента внутреннего трения сыпучего материала 97
4.8 Модель бункера для исследования сводообразования 101
ГЛАВА 5. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРОИЗВОДСТВО СОТОБЛОКОВ 104
5.1 Методика расчета дозатора 103
5.2 Создание установки для нанесения порошкового припоя в сотовые вставки уплонений ГТД 108
5.3 Техническая характеристика 108
5.4 Состав установки 108
5.5 Наладка установки 109
5.6 Подготовка к работе 114
5.7 Работа установки и окончание работы .' 113
5.8 Технико-экономические показатели внедрения 115
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 119
ЛИТЕРАТУРА 120
- Обзор развития методов уменьшения утечек газовой среды
- Определение площади истечения с учетом сводоразрушения.
- Определение вариантов падения частиц
- Исследование гранулометрического состава порошкового припоя
- Методика расчета дозатора
Введение к работе
Сотовые вставки являются массовой деталью, применяемой в конструкциях радиальных уплотнений турбин и лабиринтных уплотнений газотурбинных двигателей. Они обеспечивают необходимый уровень зазоров между торцами лопаток и корпусом. Сотовая конструкция уменьшает перетекание газов и способствует поддержанию к.п.д. двигателя, уменьшает износ гребешков бандажных полок лопаток по сравнению с графитовыми вставками, а так же снижает нагрузку на замок лопатки. На первой ступени компрессора увеличение зазора на 0,1 мм ведет к увеличению расхода на 1 грамм. Непропай сотовой вставки вызывает отрыв сотового элемента от подложки и нарушение уплотнения, образование забоев на лопатках, ведущих к образованию трещин и разрушению лопатки. При заплавлении сотового элемента лопатки начинают ударять по нему, возникают автоколебания, наступает резонанс и происходит разрушение лопаток.
Сотовая вставка состоит из подложки и сотового элемента. Согласно технологическому процессу изготовления сотовой вставки подложка и сотовый элемент должны быть припаяны высокотемпературным порошковым припоем. Основными требованиями к дозирующим устройствам для нанесения порошкового припоя в сотовые уплотнения являются точность, равномерность, высокая производительность и надежность.
Сыпучие материалы обладают свойством образования сводов над выпускным отверстием бункера. То есть при небольших диаметрах выпускного отверстия оно может забиваться и расход через него прекращается. Такая же картина наблюдается при больших диаметрах выпускных отверстий в момент их открытия и закрытия. При кратковременном открытии выпускного отверстия расход сыпучего материала осуществляется при переменной геометрии выпускного отверстия, время сводообразования становится соизмеримым со временем выпуска, все это начинает сильно сказываться на точности расчетов.
5 В первой главе рассмотрено современное состояние технологии изготовления сотовых уплотнений, определяются цель и ставятся задачи исследования.
Во второй главе рассматривается истечение порошкового припоя из бункера при переменной геометрии выпускного отверстия с учетом сводооб-разования.
В третьей главе рассматриваются траектории частиц при взаимодействии с рабочими органами установки.
В четвертой главе проводится определение физико-механических характеристик порошкового припоя.
В пятой главе, посвященной внедрению в производство процесса, дано описание конструкции промышленной установки. Разработана методика расчета дозатора. Новизна предложенных технологических решений подтверждена наличием патентов. Годовой экономический эффект от внедрения установки автоматизированного нанесения порошкового припоя в сотовые уплотнения составляет 14 тысяч рублей в ценах 2006 года. Научная новизна. - разработана новая технологическая схема нанесения порошкового припоя в сотовые вставки ГТД; проведен комплексный анализ и предложена классификационная схема существующих способов получения неразъемного соединения сотового элемента и подложки; описана методика расчета расхода порошкового припоя при переменной геометрии выпускного отверстия с учетом сводообразования; исследовано рассеивание порошкового припоя, выявлено влияние различных факторов, характерных для технологического процесса; - получена методика расчета исполнительных размеров оборудования.
Обзор развития методов уменьшения утечек газовой среды
Для уменьшения перетекания газа через радиальный зазор между корпусом турбины и рабочей лопаткой его стремятся сделать минимальным. Радиальный зазор существенно влияет на к.п.д. и на экономичность двигателя. Например, для турбины диаметром 1 м увеличение радиального зазора с 1 до 5 мм приводит к увеличению удельного расхода топлива более чем на 10% [43].
Однако в турбинах трудно достичь минимального радиального зазора ввиду резкого изменения его при изменении режима работы двигателя. Радиальный зазор зависит от температурной деформации лопаток, диска и корпуса турбины, от деформации лопаток и диска, вызываемой центробежными силами, от деформации корпуса под давлением газа, а также от остаточных деформаций этих деталей в процессе длительной эксплуатации двигателя. При выборе радиального зазора нужно учитывать деформации ротора и корпуса от действия инерционных сил при эволюциях самолета.
Минимальный радиальный зазор обычно определяют для режима остановки двигателя, когда тонкостенный, быстро остывающий корпус турбины уменьшается в диаметре и задевает за лопатки, укрепленные на массивном диске турбины, который не успевает быстро охладиться. Точный учет всех факторов, влияющих на радиальный зазор А, весьма труден. Иногда радиальный зазор для двигателя в холодном состоянии выбирают в пределах 1,5,..3 % от длины лопаток [24].
Во многих газовых турбинах для предохранения лопаток от повреждения при касании их о корпус применяют металлокерамические вставки, что позволяет получить минимальный зазор между лопатками и корпусом. Металлокерамические вставки помещают в трапециевидные пазы (типа ласточкин хвост») в наружном кольце соплового аппарата через прорези. Иногда паз выполняют с одной стороны открытым и охватывают вставки, которые затем закрепляют винтами или заклепками, кольцом (рис. 1).
Определение площади истечения с учетом сводоразрушения
Согласно принятой схеме нанесения порошкового припоя в сотовые вставки (рис. 9 в) дозатор состоит из неподвижного бункера с отверстиями на дне. Под бункером располагается заслонка с отверстиями. Заслонка совершает возвратно-поступательные перемещения под бункером в направлении, перпендикулярном к истечению сыпучего материала из бункера за счет двух электромагнитов, Ниже заслонки расположена рассеивающая сетка. Под сеткой располагается заготовка с ячейками. Необходимо в каждую ячейку заготовки нанести заданную высоту слоя порошкового припоя меньше высоты заготовки.
Дозатор работает следующим образом. Заслонка находится в крайнем левом положении и отверстия бункера и заслонки не совпадают. При подаче электрических импульсов на левый толкающий электромагнит заслонка смещается в крайнее правое положение. Во время перемещения заслонки из одного крайнего положения в другое происходит открытие и закрытие выпускных отверстий бункера. В это время происходит истечение порошкового припоя. Порошковый припой падает на сетку, а затем попадает в ячейки заготовки.
При прохождении отверстия заслонки под отверстием бункера происходит изменение площади истечения порошкового припоя по времени. Поэтому необходимо сначала определить закон движения заслонки по времени.
Зная, закон движения заслонки и диаметр выпускного отверстия, можно будет определить площадь истечения.
В случае установившегося движения при больших объемах выпуска сыпучих материалов объем материала вытекший при неустановившемся режиме не имеет большого значения и явление сводообразования в момент открытия и закрытия выпускного отверстия не учитывают. Явление сводообразования в этом случае учитывается только при выборе диаметра выпускного отверстия, чтобы в полностью открытом положении оно не забивалось. В нашем случае истечение порошкового припоя происходит при неустановившемся режиме. Площадь сводообразования при открытии и закрытии выпускного отверстия меняется. Площадь истечения тоже меняется. При больших скоростях перемещения заслонки время ее прохождения под выпускным отверстием бункера уменьшается. Так же уменьшается, и объем вытекшего порошкового припоя. Соотношение вытекшего порошкового припоя и не вытекшего за счет явления сводообразования становятся соизмеримы. В нашем случае нанесения порошкового припоя в сотовые вставки необходимо микродозирование и явление сводообразования в момент открытия и закрытия выпускного отверстия необходимо учитывать.
Определение вариантов падения частиц
Мы имеем квадратное уравнение, которое будет иметь два корня. Один корень будет соответствовать моменту открытия выпускного отверстия, когда его правая половина проходит через заданную точку. Другой корень будет соответствовать моменту времени t закрытия выпускного отверстия, когда левая половина выпускного отверстия проходит через заданную точку. Нас интересует второй корень. Если подставить найденное время в уравнение движения частиц по оси X и ее координата окажется меньше толщины заслонки ЬзаСл., то это значит, что частица ударилась о заслонку.
Исследование гранулометрического состава порошкового припоя
Погрешность микроскопического анализа зависит от двух факторов: один из них субъективные ошибки измерений, зависящие от наблюдателя и применяемого прибора, другой обусловлен статистическим характером измерений.
Для сыпучих материалов с так же используется ситовый анализ, заключающийся в разделении порции сыпучего материала на классы (фракции) с помощью последовательного просеивания при вибрации через набор сит с отверстиями различной величины.
Сквозь отверстия данного сита проходят все частицы, наибольший линейный размер которых меньше величины отверстий сита. Таким образом, di min и U max определяются размерами отверстий соседних сит. Ширина класса зависит от подбора соответствующих сит.
Число фракций к не должно быть менее 5 и больше 20. При слишком малом числе фракций трудно дать наглядную характеристику гранулометрического состава материала. Увеличение же числа классов свыше 20 приводит к тому, что некоторые из них становятся непредставительными по числу попавших частиц, и общая картина распределения частиц в массе сыпучего материала затушевывается случайными отклонениями.
Величину класса (фракции) обычно дают в процентах от общего количества анализируемой пробы, причем вместо подсчета числа частиц, попавших в данный класс, определяют их суммарный объем или массу.
С учетом этого среднее арифметическое значение диаметра частиц в пробе полидисперсного материала, называемого также эквивалентным диаметром частиц анализируемой сыпучей среды, может быть вычислено по формуле.
Методика расчета дозатора
Для реализации предложенного метода параллельного нанесения порошкового припоя в сотовые вставки уплотнений ГТД на Казанском моторостроительном производственном объединении разработана установка для нанесения порошкового припоя в сотовые уплотнения (шифр чертежей Д7691-903-00-000СБ).
В установке реализован способ нанесения порошкового припоя в сотовые вставки с помощью тарельчатого дозатора дискретного действия с применением рассеивающих сеток, защищенный авторским свидетельством [38].
