|
Инновационные технологии в производстве газотурбинных двигателей
Ю.С.Елисеев, д.т.н., генеральный директор ФГУП ММПП "Салют"
В.В.Крымов, д.т.н., заместитель генерального директора ФГУП ММПП "Салют"
Основной тенденцией развития авиадвигателестроения является непрерывное увеличение
температуры газов перед турбиной, что ведет к дальнейшему усложнению конструкции,
увеличению термомеханической напряженности лопаток газовых турбин, надежность которых
оказывает большое влияние на надежность и ресурс газотурбинных двигателей в целом и
безопасность полетов самолетов.
В этой связи, разработка и внедрение высокоэффективных методов увеличения прочностных
свойств, коррозионной стойкости сплавов, защитных покрытий и изделий являются важнейшими
в решении проблемы долговечности газовых турбин.
Основным направлением в решении проблемы долговечности газовых турбин авиадвигателей
является создание и применение качественно новых технологий.
К критическим технологиям в производстве лопаток могут быть отнесены технологии
высокоградиентного монокристаллического литья заготовок, обработка рабочих поверхностей
замка и бандажных полок методом глубинного шлифования, гидроабразивной обработки профиля
пера, получение охлаждающих отверстий малого диаметра и большой глубины методом струйной
электроэрозионной обработки, защита наружных и внутренних поверхностей лопаток от газовой
коррозии и воздействия высоких рабочих температур за счет современных методов покрытий.
В совокупности это значительно повысит надежность и ресурс работы ответственных деталей.
Лопатки газовых турбин современных двигателей не могут эксплуатироваться в течение заданного
ресурса без надежных высокотемпературных покрытий. Повышение работоспособности жаропрочных
сплавов путем применения эффективных покрытий в условиях воздействия скоростного газового
потока и высоких термомеханических нагрузок является одним из основных направлений
улучшения эксплуатационных характеристик авиационных газотурбинных двигателей. В связи
с остротой проблемы, в настоящее время большое внимание уделяется разработке новых
жаропрочных сплавов, методов получения направленных и монокристаллических структур лопаточных
сплавов, методов защиты от газовой коррозии.
Поиски новых высокотемпературных покрытий связаны прежде всего с оптимизацией химического
состава новых композиций, с разработкой и освоением новых технологических процессов,
основанных на использовании принципиально новых физических эффектов, а также с применением
вновь создаваемых покрытий. Базовой системой жаростойких покрытий является Me-Cr-Al,
где в качестве Me выступают Fe, Co, Ni. В авиадвигателестроении наиболее широко применяется
система Ni-Cr-Al. Несмотря на то, что сплавы системы Ni-Cr-Al обладают высокой жаростойкостью,
этого, однако, недостаточно. Для турбинных лопаток требуются покрытия, которые способны
длительно работать под нагрузкой при температуре металла вплоть до 1150-1200°С.
Один из способов решения данной проблемы — создание комбинированных металлических и
металлокерамических высокотемпературных покрытий.
Теоретическое обобщение и развитие представлений о введении легирующих элементов в сплавы
системы Ni-Cr-Al, о влиянии новых элементов на характеристики структурной и фазовой
стабильности, жаростойкости, термостойкости, на механические свойства жаропрочных сплавов
имеет важное значение для проблемы увеличения долговечности турбинных лопаток современных
газотурбинных двигателей.
В настоящее время основным способом производства лопаток турбины является прецизионное
литье в оболочковые формы. Существующие технологии литья обеспечивают не только более
высокую жаропрочность отливок по сравнению со штампованными лопатками, но и являются
единственным способом получения охлаждаемых лопаток.
Исследование механизмов деформации жаропрочных сплавов и процесса ползучести при высоких
температурах показало, что разупрочнение материала связано со стоком вакансий и дислокаций
на границы зерен, ориентированных перпендикулярно оси действующих напряжений.
Исключение поперечных границ зерен или вообще границ зерен повышает характеристики
жаропрочности материала.
Обработка охлаждающих отверстий в лопатках ТВД постоянно усложняется вследствие
возникновения новых технологических и конструктивных требований. В этой связи перспективной
является струйная электроэрозионная прошивка глубоких отверстий. Поэтому проведены
исследования, необходимые для промышленной реализации этой технологии.
К критическим можно отнести и технологию глубинного шлифования хвостовиков лопаток, т.к.
эта технология дает существенное повышение эксплуатационных свойств лопаток и эффективности
производства. В связи с этим проведен комплекс работ, позволивший широко применять эту
технологию в производстве.
| 
