×
10.05.2018
218.016.4182

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН ИЗ ЖЕЛЕЗОХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002649128
Дата охранного документа
29.03.2018
Аннотация: Изобретение относится к технологии электролитно-плазменного полирования поверхности деталей. Способ включает полирование поверхности пера лопатки электролитно-плазменным методом, включающим погружение лопатки в электролит, формирование вокруг обрабатываемой поверхности лопатки парогазовой оболочки и зажигание разряда между обрабатываемой лопаткой и электролитом подачей на обрабатываемую лопатку электрического потенциала, причем полирование поверхности пера лопатки производят в два этапа - вначале к обрабатываемой лопатке прикладывают электрический потенциал величиной от 270 до 290 В и проводят полирование до достижения минимально возможной при данном напряжении величины шероховатости, а затем плавно уменьшают напряжение до величин от 250 до 265 В и проводят окончательное полирование до достижения минимально возможной при данном напряжении величины шероховатости поверхности, причем в качестве электролита используют водный раствор соли фторида аммония концентрацией 3,5-11,0 г/л, а полирование ведут при температуре от 60 до 90°C. Технический результат: повышение эксплуатационных характеристик лопаток, таких как усталостная и статическая прочность, снижение шероховатости поверхности пера и трудоемкости полирования. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к технологии электролитно-плазменного полирования поверхности деталей из железохромоникелевых сплавов и может быть использовано для повышения эксплуатационных характеристик лопаток турбомашин.

Для изготовления лопаток турбомашин применяются железохромоникелевые сплавы, обладающие высокой прочностью, в том числе и при высоких температурах, обеспечивающие одновременно достаточно высокую пластичность. Лопатки турбомашин из железохромоникелевых сплавов обладают повышенной чувствительностью к концентраторам напряжения. Дефекты, образующиеся в процессе изготовления этих деталей, недопустимы, поскольку вызывают возникновение интенсивных процессов разрушения.

С повышением шероховатости пера лопатки ухудшается газодинамическая устойчивость двигателя, возрастают аэродинамические потери, приводящие к снижению КПД, к потере мощности, росту удельных расходов и к снижению экономичности двигателя или установки. Кроме того, качество обработки поверхности пера лопаток существенно влияет на их прочностные характеристики, так, например, повышение класса чистоты поверхности способствует увеличению предела выносливости и статической прочности лопаток (В.Ф. Макаров, Е.Н. Бычина, А.О. Чуян. Математическое моделирование процесса полирования лопаток газотурбинных двигателей // Авиационно-космическая техника и технология, №8 (85), 2011, с. 11-14).

В то же время производство и ремонт лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и установок (ГТУ), в связи с высокими требованиями к качеству поверхности (Ra<0,32...0,16 мкм), характеризуются значительной трудоемкостью их финишной обработки. Это вызывает проблемы при механической обработке поверхностей деталей турбомашин. В этой связи развитие способов получения высококачественных поверхностей деталей турбомашин является весьма актуальной задачей.

Известен способ полирования пера лопаток ГТД и ГТУ лепестковым кругом, при котором лопатке сообщают возвратно-поступательное перемещение относительно инструмента (А.С. СССР №1732604, МПК В24В 19/14. Способ полирования пера лопаток ГТД лепестковым кругом. Опубл. в Бюл. №1, 2014 г.), в котором полирование производят с деформацией лепесткового круга.

Известен также способ обработки, позволяющий полировать криволинейную кромку пера лопаток газовой турбины заправленным по радиусу полировальным кругом, движущимся вдоль пера лопатки (Патент РФ №2379170, МПК В24В 19/14. Способ обработки лопаток газотурбинных двигателей. Опубл. в 2010 г.).

Однако применение в известных способах полирования поверхности пера лопаток механического воздействия на обрабатываемую деталь вызывает ухудшение параметров качества поверхностного слоя материалов, что приводит к снижению эксплуатационных характеристик лопаток, особенно имеющих небольшие толщины пера.

Наиболее перспективными методами обработки лопаток турбомашин являются электрохимические методы полирования поверхностей [Грилихес С.Я. Электрохимическое и химическое полирование: Теория и практика. Влияние на свойства металлов. Л., Машиностроение, 1987], при этом наибольший интерес для рассматриваемой области представляют методы электролитно-плазменного полирования (ЭПП) деталей [например, Патент ГДР (DD) №238074 (А1), МПК C25F 3/16, опубл. 06.08.1986].

Известен способ полирования металлических поверхностей, включающий анодную обработку в электролите [Патент РБ №1132, МПК C25F 3/16, опубл. в БИ №3, 1996], а также способ электрохимического полирования [Патент США №5028304, МПК В23Н 3/08, C25F 3/16, C25F 5/00, опубл. 02.07.1991].

Известные способы электрохимического полирования не позволяют производить качественное полирование поверхности деталей из железохромоникелевых сплавов.

Известен способ электролитно-плазменного полирования детали из металлических сплавов, включающий погружение детали в электролит, формирование вокруг обрабатываемой поверхности детали парогазовой оболочки и зажигание разряда между обрабатываемой деталью и электролитом путем подачи на обрабатываемую деталь электрического потенциала [Патент РФ №2373306, МПК C25F 3/16. опубл. в Бюл. №32, 2009].

Однако известный способ предназначен для обработки деталей из титановых сплавов и не может быть применен для обработки лопаток из железохромоникелевых сплавов.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение таких эксплуатационных характеристик лопаток турбомашин из железохромоникелевых сплавов, как усталостная и статическая прочность, сопровождающееся уменьшением шероховатости поверхности пера лопаток, а также повышение функциональных свойств лопаток, обеспечивающих более высокий КПД установки.

Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных характеристик лопаток турбомашин из железохромоникелевых сплавов и повышение их функциональных свойств за счет улучшения качества обработки поверхности пера лопатки при одновременном снижении трудоемкости процесса обработки.

Технический результат достигается способом обработки лопаток турбомашин из железохромоникелевых сплавов путем полирования поверхности пера лопатки, которое осуществляют электролитно-плазменным методом, включающим погружение лопатки в электролит, формирование вокруг обрабатываемой поверхности лопатки парогазовой оболочки и зажигание разряда между обрабатываемой деталью и электролитом путем подачи на обрабатываемую деталь электрического потенциала, причем полирование поверхности пера лопатки производят в два этапа: вначале к обрабатываемой лопатке прикладывают электрический потенциал величиной от 270 до 290 В и проводят полирование до достижения минимально возможной при данном напряжении величины шероховатости, а затем плавно уменьшают напряжение до величин от 250 до 265 В и проводят окончательное полирование до достижения минимально возможной при данном напряжении величины шероховатости поверхности, причем в качестве электролита используют водный раствор соли фторида аммония концентрацией 3,5-11,0 г/л, а полирование ведут при температуре от 60 до 90°С. В качестве лопатки турбомашины используют либо лопатку компрессора газотурбинного двигателя, либо лопатку компрессора газотурбинной установки.

Заявляемый способ электролитно-плазменного полирования поверхности пера лопатки в процессе его изготовления или восстановительного ремонта осуществляется следующим образом. Процесс электролитно-плазменного полирования осуществляют в два этапа: вначале к обрабатываемой лопатке прикладывают электрический потенциал величиной от 270 до 290 В и проводят полирование до достижения минимально возможной при данном напряжении величины шероховатости, затем плавно уменьшают напряжение от 250 до 265 В и проводят окончательное полирование до достижения минимально возможной при данном напряжении величины шероховатости поверхности. В качестве электролита используют водный раствор соли фторида аммония концентрацией 3,5-11,0 г/л, а полирование ведут при температуре от 60 до 90°С до получения заданной шероховатости поверхности. Полирование пера, в зависимости от параметров детали (при площади обработки от 1 до 4000 см2) и заданной микрогеометрии поверхности, ведут при величине тока от 0,2 до 0,8 А/дм2. Для повышения качества обработки в состав электролита могут быть дополнительно введены поверхностно-активные вещества в концентрации, вес.%: от 0,6 до 1,2. Полирование поверхности пера лопатки ведут в среде электролита при поддержании вокруг детали парогазовой оболочки. В качестве ванны используют емкость, выполненную из материала, стойкого к воздействию электролита.

При осуществлении способа возникают следующие процессы. Под действием протекающих токов происходит нагрев поверхности детали и образование вокруг нее парогазовой оболочки. Излишняя теплота, возникающая при нагреве детали и электролита, отводится через систему охлаждения. При этом поддерживают заданную температуру процесса. Под действием электрического напряжения (электрического потенциала между деталью и электролитом) в парогазовой оболочке возникает разряд, представляющий из себя ионизированную электролитическую плазму, обеспечивающую протекание интенсивных химических и электрохимических реакций между обрабатываемой деталью и средой парогазовой оболочки.

При подаче положительного потенциала на деталь, в процессе протекания указанных реакций, происходит анодирование поверхности детали с одновременным химическим травлением образующегося окисла.

Причем при анодной поляризации парогазовый слой состоит из паров электролита, анионов и газообразного кислорода. Поскольку травление происходит, в основном, на микронеровностях, где образуется тонкий слой окисла, а процессы анодирования продолжаются, то в результате совместного действия этих факторов происходит удаление покрытия с обрабатываемой поверхности деталей. Введение ПАВ уменьшает коэффициент поверхностного натяжения раствора, что улучшает состояние парогазового слоя на границе «газ - жидкость». Однако не следует создавать значительных концентраций ПАВ, поскольку это может привести к образованию нежелательных несмываемых пленок на поверхности изделия. Кроме того, увеличение концентрации ПАВ может привести к обратному эффекту, т.е. увеличению величины коэффициента поверхностного натяжения раствора. Для минимизации джоуль-ленцовых потерь электролит должен обладать достаточной электропроводимостью.

Пример. Обрабатываемые образцы лопаток из железохромоникелевых сплавов (ХН45МВТЮБР-ИД, ХН45МВТЮБР-ПД) погружали в ванну с водным раствором электролита и прикладывали к детали положительное, а к электролиту - отрицательное напряжение. Полирование поверхности пера лопатки производили в два этапа: вначале к обрабатываемой лопатке прикладывали электрический потенциал величиной от 270 до 290 В и проводили полирование до достижения минимально возможной при данном напряжении величины шероховатости, затем плавно уменьшали напряжение до величин от 250 до 265 В и проводили окончательное полирование до достижения минимально возможной при данном напряжении величины шероховатости поверхности. Полирование проводили в среде электролита: водный раствор соли фторида аммония концентрацией 3,5-11,0 г/л. Кроме того, в ряде случаев в состав электролита дополнительно вводили поверхностно-активные вещества в концентрации 0,6-1,2%. При обработке проводили циркуляционное охлаждение электролита (поддерживалась средняя температура процесса в интервале 60…90°С).

Неудовлетворительным результатом (Н.Р.) считался результат, при котором отсутствовал эффект полирования или уменьшения шероховатости поверхности детали.

Условия обработки по предлагаемому способу.

Электрический потенциал (напряжение), первый этап: 260 В - Н.Р.; 270 В - удовлетворительный результат (У.Р.); 280 В - У.Р.; 290 В - У.Р.; 300 В - Н.Р.; второй этап: 240 В - Н.Р.; 250 В - У.Р.; 260 В - У.Р.; 265 В - У.Р.; 275 В - Н.Р.

Электролит - водный раствор соли фторида аммония концентрацией: 3,0 г/л - Н.Р.; 3,5 г/л - У.Р.; 5,0 г/литр- У.Р.; 11,0 г/л - У.Р.; 12 г/л - Н.Р.

Температура процесса обработки: от 50°С - Н.Р.; 60°С - У.Р.; 80°С - У.Р.; 90°С - У.Р.; 97°С - Н.Р.

По сравнению с используемым механическим способом полирования (Патент РФ №2379170, МПК В24В 19/14. Способ обработки лопаток газотурбинных двигателей. Бюл. №2. 2010 г.) производительность процесса по предлагаемому способу в среднем в 3-4 раза выше, а средние значения шероховатости поверхности по предлагаемому способу улучшаются от Ra 0,65…0,45 мкм до Ra 0,03…0,02 мкм.

Таким образом, предложенный способ обработки лопаток турбомашин из железохромоникелевых сплавов позволяет повысить их эксплуатационные характеристики и функциональные свойства за счет улучшения качества обработки поверхности пера лопатки при одновременном снижении трудоемкости процесса обработки.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 73 items.
10.06.2013
№216.012.4753

Армированный элемент прирабатываемого уплотнения турбины

Изобретение относится к машиностроению, а именно к армированным элементам для уплотнения зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций. Элемент включает несущую часть, выполненную в виде сотовой структуры, и прирабатываемую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483839
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4b8e

Элемент прирабатываемого уплотнения турбины

Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнениям зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций. Элемент прирабатываемого уплотнения турбины выполнен из адгезионно соединенных между собой путем спекания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484924
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4b8f

Способ изготовления элемента прирабатываемого уплотнения турбины с армированной оболочкой

Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнениям зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций. Способ включает формирование элемента уплотнения заданной формы и размеров путем спекания в пресс-форме порошка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484925
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.10.2013
№216.012.7662

Способ полирования деталей из титановых сплавов

Изобретение относится к электролитно-плазменному полированию деталей из титановых сплавов и может быть использовано в турбомашиностроении при полировании рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, лопаток газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей, для обеспечения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495966
Дата охранного документа: 20.10.2013
20.10.2013
№216.012.7663

Способ электролитно-плазменного полирования деталей из титановых сплавов

Изобретение относится к электролитно-плазменному полированию металлических изделий, преимущественно из титановых сплавов, и может быть использовано в турбомашиностроении при обработке рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, лопаток газоперекачивающих установок и компрессоров...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495967
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.10.2013
№216.012.7a10

Способ ионно-имплантационной обработки лопаток компрессора из высоколегированных сталей и сплавов на никелевой основе

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении для защитно-упрочняющей обработки пера рабочих лопаток компрессора и турбины из легированных сталей и сплавов на никелевой основе для повышения выносливости и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496910
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7a11

Способ получения теплозащитного покрытия на детали газовой турбины из никелевого или кобальтового сплава

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам получения теплозащитных покрытий на деталях турбин из никелевых или кобальтовых сплавов, в частности газовых турбин авиадвигателей и энергетических установок. Способ включает нанесение жаростойкого подслоя и формирование...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496911
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7a13

Установка для ионно-лучевой и плазменной обработки

Изобретение может быть использовано при обработке длинномерных изделий для модифицирования поверхности и нанесения функциональных покрытий с использованием технологий вакуумной ионно-плазменной обработки, ионной имплантации и нанесения покрытий. Цилиндрическая вакуумная камера (1) установки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496913
Дата охранного документа: 27.10.2013
20.11.2013
№216.012.81b3

Составной сегмент прирабатываемого уплотнения турбины

Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнениям зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций. Составной сегмент прирабатываемого уплотнения турбины содержит уплотняющий блок, выполненный в виде призмы из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498879
Дата охранного документа: 20.11.2013
20.11.2013
№216.012.82bb

Надбандажное прирабатываемое уплотнение для паровой турбины

Надбандажное прирабатываемое уплотнение для паровой турбины содержит уплотнительные кольцевые гребешки ротора турбины, сегменты уплотнения и кольцевые пазы статора турбины. Сегменты уплотнения включают в себя уплотняющие блоки, прикрепленные к корпусам уплотняющих блоков, имеющим в поперечном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499143
Дата охранного документа: 20.11.2013
Showing 11-20 of 141 items.
27.10.2013
№216.012.7a11

Способ получения теплозащитного покрытия на детали газовой турбины из никелевого или кобальтового сплава

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам получения теплозащитных покрытий на деталях турбин из никелевых или кобальтовых сплавов, в частности газовых турбин авиадвигателей и энергетических установок. Способ включает нанесение жаростойкого подслоя и формирование...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496911
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7a13

Установка для ионно-лучевой и плазменной обработки

Изобретение может быть использовано при обработке длинномерных изделий для модифицирования поверхности и нанесения функциональных покрытий с использованием технологий вакуумной ионно-плазменной обработки, ионной имплантации и нанесения покрытий. Цилиндрическая вакуумная камера (1) установки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496913
Дата охранного документа: 27.10.2013
20.11.2013
№216.012.81b3

Составной сегмент прирабатываемого уплотнения турбины

Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнениям зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций. Составной сегмент прирабатываемого уплотнения турбины содержит уплотняющий блок, выполненный в виде призмы из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498879
Дата охранного документа: 20.11.2013
20.11.2013
№216.012.82bb

Надбандажное прирабатываемое уплотнение для паровой турбины

Надбандажное прирабатываемое уплотнение для паровой турбины содержит уплотнительные кольцевые гребешки ротора турбины, сегменты уплотнения и кольцевые пазы статора турбины. Сегменты уплотнения включают в себя уплотняющие блоки, прикрепленные к корпусам уплотняющих блоков, имеющим в поперечном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499143
Дата охранного документа: 20.11.2013
20.03.2014
№216.012.ac95

Надбандажное лабиринтное уплотнение для паровой турбины

Лабиринтное надбандажное уплотнение для паровой турбины содержит уплотнительный кольцевой гребешок и уплотняющие блоки. Гребешок выполнен или установлен на бандаже лопаток ступени ротора турбины. Уплотняющие блоки установлены с уплотняющим радиальным зазором относительно кольцевого гребешка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509896
Дата охранного документа: 20.03.2014
27.08.2014
№216.012.eea2

Способ изготовления металлического изделия из порошкового материала цикличным послойным лазерным синтезом

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению металлических изделий из порошков селективным лазерным спеканием. Наносят слой керамического порошка, проводят селективное спекание на заданных участках слоя и удаляют указанный материал из неспеченных участков. Между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526909
Дата охранного документа: 27.08.2014
20.11.2014
№216.013.071e

Способ обработки лопатки газотурбинного двигателя

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, в частности к способу размерной и упрочняющей обработки лопаток ГТД, и может быть использовано в турбомашиностроении при обработке рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, лопаток газоперекачивающих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533223
Дата охранного документа: 20.11.2014
10.01.2015
№216.013.1e1d

Способ повышения износостойкости резьбовой поверхности детали из легированных сталей

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защитно-упрочняющей обработки и нанесения износостойких покрытий на резьбовые поверхности деталей, применяемых, например, в ролико-винтовых и шарико-винтовых передачах. Способ включает подготовку поверхности под нанесение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539137
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.05.2015
№216.013.4ada

Способ изготовления металлического изделия послойным лазерным нанесением порошкового материала

Изобретение относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано для изготовления металлических изделий из порошков селективным лазерным спеканием. Наносят первый порошковый материал и селективно спекают на заданных участках слоя. Удаляют первый порошковый материал из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550669
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.05.2015
№216.013.4adb

Способ изготовления металлического изделия лазерным цикличным нанесением порошкового материала и установка для его осуществления

Изобретение относится к изготовлению металлических изделий из порошков послойным селективным лазерным спеканием. Способ включает образование оболочки для формируемого изделия путем нанесения слоя из первого порошкового материала и его спекание по всей рабочей поверхности. Нанесение слоя из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550670
Дата охранного документа: 10.05.2015
+ добавить свой РИД