автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Технология и оборудование автоматизированного нанесения припоя при подготовке под пайку сотовых вставок уплотнений ГТД

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Обзор развития методов уменьшения утечек газовой среды.

1.2 Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТЕЧЕНИЯ ПОРОШКОВОГО

ПРИПОЯ.

2.1 Определение площади истечения.

2.2 Определение площади истечения с учетом сводоразрушения.

2.3 Определение закона истечения порошкового припоя.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАССЕИВАНИЯ ПОТОКА СЫПУЧИХ

МАТЕРИАЛОВ СЕТКОЙ.

3.1 Определение вариантов падения частиц.

3.2 Условие соударения с заслонкой.

3.3 Расчет траекторий частиц по зонам.

Выводы.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

4.1 Исследование гранулометрического состава порошкового припоя.

4.2 Химический состав порошкового припоя.

4.3 Экспериментальное определение статических механических характеристик сыпучих материалов применительно к процессу истечения из бункера.

4.4 Определение исходных данных эксперимента и вывод рабочих формул расчета основных параметров сыпучих материалов.

4.5 Выбор экспериментальной установки для определения механических характеристик сыпучих материалов.'.

4.6 Описание и особенности экспериментальной установки для определения касательных напряжений среза сыпучих материа лов.

4.7 Методика измерения усилия среза при определении коэффициента внутреннего трения сыпучего материала.

4.8 Модель бункера для исследования сводообразования.

ГЛАВА 5. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРОИЗВОДСТВО СОТОБЛОКОВ.!.

5.1 Методика расчета дозатора.

5.2 Создание установки для нанесения порошкового припоя в сотовые вставки уплонений ГТД.

5.3 Техническая характеристика.

5.4 Состав установки.

5.5 Наладка установки.

5.6 Подготовка к работе.

5.7 Работа установки и окончание работы.

5.8 Технико-экономические показатели внедрения.

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.

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. 6

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Систематизированы известные технологические схемы и предложена классификация способов получения неразъемного соединения сотового элемента. Выявлено, что применительно к изготовлению сотовых вставок, существующие способы обладают ограниченными возможностями.

2. Разработана технологическая схема автоматизированного нанесения порошкового припоя сразу на всю поверхность сотовых вставок.

3. Исследовано явление сводообразования и предложен математический аппарат его учета при определении расхода порошкового припоя.

4. Создана теоретико-экспериментальная методика расчета равномерности распределения порошкового припоя.

5. Разработаны методики расчета технологических параметров процесса, размеров рабочих органов установки в зависимости от требуемых параметров высоты слоя припоя.

6. Результаты исследований внедрены на ОАО КМПО.

1. А.с. 1037698 (Россия). Способ изготовления сотового уплотнения / Филиал НИАТ. Авт.изобрет. Скворцов В.Л., Маркин М.И., Ануров Ю.М., Пирский М.М., Чухин Ю.М, Михайлов Н.И. Опубл. в Б.И.,1996, №33. МКИ 6F02C7/28.

2. А.с. 1682066 (СССР). Способ пайки сотовых металлических конструкций / Производственное объединение «Уралмаш» Авт.изобрет. В.Д. Кудинов, Ю.И.Барышников, В.В.Яковлев и В.М.Лукин Опубл. в Б.И.,1991, №37. МКИ В23К/04.

3. А.с. 2104781 (Россия). Способ изготовления блочного, сотовой структуры, носителя катализатора / Авт. изобрет. Караник Ю.А. Опубл. в Б.И.,1998, МКИ 6B02J35/04.

4. А.с. 651834 (СССР) Устройство для дозирования сыпучих материалов Авт. изобрет Р.А Восканян Опубл. в БИ 1979, №10. МКИ В 01 F 13/08, В 28 С 7/06.

5. А.с. 654857 (СССР) Устройство для дозирования сыпучих материалов Авт. изобрет. Денискин В.П., Ермаченко В.П., Киров Б.Г. Опубл. в Б.И.,1977, №12, G 01F 13/00.

6. А1791715 (СССР) Дозатор Авт. изобрет Тишанинов Н.П., Мальмин Н.Г. Опубл. в БИ 1993, №4. МКИ G 01 F 11/46.

7. Алферов К.В. Бункеры, затворы и питатели. Машгиз, 1946.

8. Анистратов Ю.А., Жабин Н.Н., Мисник Ю.М. Бункеры, затворы и питатели. Машгиз, 1946. Теория и практика бункеризации склонной к слеживанию горной массы. Наука, М., 1968.

9. Горбунов-Посадский М.И. Расчет конструкций на неупругом основании. Госстройиздат, 1958.

10. Н.Гячев JI.B. Движение сыпучих материалов в трубах и бункерах. Л. Машиностроение, 1968, 184 с.

11. Дженике Э. Складирование и выпуск сыпучих материалов. Мир, М., 1968.

12. Ишлинский А.Ю. О плоском течении сыпучей среды. Укр. матем. журнал, 1954, 6.

13. Кандауров И.И. Механика зернистых сред и ее применение в строительстве, Стройиздат, 1966.

14. Карнаушенко Л.И. Исследование и разработка методик для определения механических свойств сыпучих материалов. Автореферат ОТИ им. М.В. Ломоносова, Одесса, 1970.

15. Каталымов А.В., Любартович В.А. Дозирование сыпучих и вязких материалов. Л. : Химия, 1990. 240 с.

16. Квапил Р. Движение сыпучих материалов в бункерах. Пер. с немецкого М., 1961.

17. Клейн Г.К. Строительная механика сыпучих тел. Госстройиздат, 1956.

18. Конструкция авиационных ГТД А.В. Штода, С.П. Алещенко, А.Я. Иванов и др. М.: Воениздат, 1961, 412 с.

19. Лукьянов П.И. Аналитическое описание выпуска сыпучих материалов из аппаратов с учетом изменения свойств сыпучей среды. Отчет по теме №540, 4.1, МИХМ.

20. Лукьянов П.И. Уравнение истечения сыпучих материалов из отверстий. Теоретические основы химической технологии, т.Н, №2, Наука, М., 1968.

21. Лунев А.Н., Филиппов С.В., Казанцев А.Ю. Равномерность рассеивания порошкового припоя при изготовлении сотовых вставок ГТД //Известия. ВУЗов. Авиационная техника. 2006. №.1. С. 48 51.

22. Лунев А.Н., Филиппов С.В. Моделирование распределения порошкового припоя при нанесении в сотовые уплотнения //Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2005. №4. С. 12-14.

23. Малышев М.В. Теоретические и экспериментальные исследования несущей способности песчаного основанияы. Издательство ВОДГЕО, 1963.

24. Маслов Н.Н. Основы механики грунтов и инженерной геологии. Высшая школа, М., 1968.

25. Мухин М.Е., Агошков М.М. Исследования выпуска руды на горизонте грохочения и конструктивные элементы камер грохочения. Труды ИТД, АНСССР,т.Ш, 1956.

26. Низамутдинов P.M. Исследование и доводка характеристик кольцевой камеры сгорания ГТД наземного применения на основе анализа надёжности её работы. Автореферат Казань, КГТУ им. Туполева, 2003, 21 с.

27. Никитин А.Н. Технология сборки двигателей летательных аппаратов: Учебник для вузов. -М.: Машиностроение, 1982.-269 с.

28. Новиков А.Н. Методы борьбы со сводообразованием сыпучих материалов в емкостях. НИИНФСтройдоркоммунмаш, М., 1966.35.0рнатский Н.В. Механика грунтов. Изд. МГУ, М., 1962.

29. Патент РФ 2239163 С2 (RU) МКИ 7 G 01F 13/00 Дозатор сыпучих материалов / Лунев А.Н., Лахно П.П. Филиппов С.В./ Б. И.,2004, №30.

30. Патент RU 2154558 С1 (Россия) Зявка 99109701/2 Способ изготовления паянного металлического сотового элемента / Людвиг Виртез, Ферди Курт. Опубл. 20.08.97. МКИВ23К1/00, B21D47/04.

31. Патент РФ 2246100 С2 (RU) МКИ G 01F 13/00. Дозатор сыпучих материалов / Лунев А.Н., Лахно П.П. Филиппов С.В./ Б. И., 2005, №4.

32. Платонов П.Н. Современные проблемы механики сыпучих материалов. ЦИНТИгоскозага, М., 1969. '

33. Покровский Г.И. Трение и сцепление в грунтах. М-Л.: Госстройиздат, 1941.

34. Приборы для исследования физико-механических свойств и структуры материалов. Вып.1, ЦИТЭИН, М., 1962.

35. Ризниченко Ю.В. «Известия АН СССР». Физика земли. 1968, №5.

36. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. 5-е изд., перераб. И доп. - М.: Машиностроение, 1981. - 550 с.

37. Снитко Н.К. Строительная механика грунтов. Изд. ВТА, 1947.

38. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. М., Физматгиз, 1968, 273с.

39. Терцаги К. Теория механики грунтов. Госиздат, 1961.

40. Федоров В.И. Методы расчета устойчивости склонов и откосов. ВО-ДГЕО, М., 1962.

41. Филиппов С.В. Моделирование истечения порошкового припоя при изготовлении заготовок сотовых вставок ГТД //Известия- ВУЗов. Авиационная техника. 2005. № 2. С. 65 67.

42. Филиппов С.В. Моделирование процесса истечения порошкового припоя при изготовлении заготовок сотовых вставок уплотнений ГТД // Материалы конференции «Проблемы создания перспективных авиационных двигателей» Москва: издательство ЦИАМ, 2005. С. 323-325.

43. Фрелих O.K. Распределение давления в грунте. ОНТИ, 1938.

44. Хоу Б.К. Основы инженерного грунтоведения. Стройиздат, М., 1966.

45. Циборовский Я.М., Берзинский М.Х. Свободное истечение сыпучего материала через отверстие в конусном днище сосуда. ИФЖТ, т. VI, вып.7. Минск, 1963.

46. Цитович Н.А. Механика грунтов. Стройиздат, М., 1961.

47. Bagnold R.A., F.R.S. Expiriments on gravity-free dispersion of large solid spheres in a Newtonian fluid under shear. Proc. Roy. Soc., London, 1954, A225, p. 49-63.

48. Brown R.L., Richards J.C. Principles of powder mechanics. — Oxford: Per-gamon Press, 1970.

49. Cowin S.C. — Powder Technol., 1974, 9, p. 61.

50. Drucker D.C., Prager W. Soil mechanics and plastic analysis or limit de-sine. Quart. Appl. Math., 1952, 10, p. 157-165.

51. Jaky I., Proceedings of the 2-th International Conferenct on Soil Mechanics and Foundation Engineering, vol. I, Rotterdam, 1948.

52. Janssen H.A., Versuche uber Getreidedruck in Silozellen. Z.B. VDI, B.XXXIX, 1895, №35, 1045-1049.

53. Jenike A.W. Why Bins do it flow. -Mechanical Engineering, May, p.40-43, 1964.

54. Jenkin C.F., The Pressure Exerted by Granular Material: An Application of the Principles of Dilatancy. Proceedings of Royal Society of London, Series A, vol. 131, 1931.

55. Peschl I.A.S.Z., Theory of the Formation of Arches in Bins. Paper Amer. Soc. Mech. Eng., NMH-4, 12 pp. 1968.

56. Savage S.B., Nedderman R.M, Tiizun U.,Houlsby G.T. — Chem. Eng. Sci., 1983, 38, p. 189.

57. WO 93/25339 Verfahren und vorrichtung zum beloten eines metallischen wabenkorpers. Inrernationales Anmeldedatum 2 Juni 1992.1. Of, ал207.05 СВИДЕТЕЛЬСТВО № 28-05ЮГСпо исследованию образца № 2 (заготовка вставки 86.410.080) с припаянным сотоблоком.

58. Согласно служебной записке цеха № 3, исх.3/1.88, проведено исследование качества пайки и шер толщины припоя в ячейках припаянного сотоблока на образце № 2 (заготовке вставки 6.410.080).

59. Образец запаян по серийной технологии с нанесением припоя Bl'lpl 1-40Н на станке Д7691 -03. Вес нанесенного припоя 18,0 г.

60. Результаты замеров приведены в таблице № 1

61. Качество пайки внешним осмотром и "на просвет" соответствует ТУС-005.

62. Исследование проводилось с помощью микроскопа МБС 9 с увеличением х8, х32 на макро-емплетах, вырезанных по тем же сечениям, где проводились замеры высоты припоя игольчатым лубиномером.1. Результаты исследования.

63. Макроисследовапием установлено, что припой расплавился полностью с образованием лотного паяного соединения между сотовым элементом и основанием образца и между отдель-:ыми элементами сотоблока.

64. Разброс значений высоты припоя, замеренной на макрошлифах составляет от 0,02 мм до 1,3 (м. Минимальная высота припоя наблюдается по центру ячейки, ближе к стенкам сотоблока вы-ота увеличивается.