×
20.02.2019
219.016.c0e3

ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВУХКОНТУРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ФОРСАЖНОЙ КАМЕРОЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к авиастроению, в частности к турбореактивным двухконтурным двигателям с форсажной камерой. Турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой включает компрессор высокого давления, турбину высокого давления и турбину низкого давления. Двигатель выполнен со степенью двухконтурности m≥0,2 и диаметром входа в двигатель больше 900 мм с возможностью обеспечения при его работе на бесфорсажном режиме, тяги из диапазона 7600-11000 кгс, а на форсажном режиме - тяги из диапазона 12200-18000 кгс. Часть деталей компрессора высокого давления, турбины высокого и турбины низкого давления выполнена из никелевого гранульного сплава с пределом текучести σ ≥95 кг/мм и пределом прочности σ≥140 кг/мм. Изобретение позволяет обеспечить повышение тяговооруженности летательного аппарата с таким двигателем, при одновременном снижении удельной массы двигателя за счет увеличения частоты вращения ротора и увеличения температуры газа перед турбиной либо при сохранении постоянной удельной массы, повышение ресурса двигателя. 9 з.п. ф-лы.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к авиастроению, в частности к вопросам условий работы узлов и деталей турбореактивных двухконтурных двигателей с форсажной камерой (ТРДДФ), например дисков компрессора и турбины, работающих при высоких температурах и уровнях нагружения центробежными силами, имеющих удельный вес не более 0,125 и ресурс работы не менее 1500 часов.

Известны никелевые жаропрочные сплавы для изготовления деталей, например дисков газотурбинных двигателей. Такие сплавы, как: ЭК-79 (рабочие температуры - 650°С, предел прочности σв=135 кгс/мм2, предел текучести σ02=90 кгс/мм2), ЭП-742 ИД (рабочие температуры - 650°С, предел прочности σ в≥123 кгс/мм2, предел текучести σ02≥77 кгс/мм2), ЭИ-698-ВД (рабочие температуры - 650°С, предел прочности σв≥115 кгс/мм2, предел текучести σ02≥72 кгс/мм2) (www/aviasalon.com/stupinskaya metallurgicheskaya kompanya) - аналог.

Недостатком данных сплавов применительно к заявляемым ТРДДФ являются относительно небольшие значения пределов текучести σ02 материалов дисков, вследствие чего в деталях из этих материалов при действии эксплуатационных нагрузок возникают пластические деформации, приводящие к относительно раннему появлению трещин от малоцикловой усталости и, как следствие, к обеспечению малого ресурса двигателя.

Известен малогабаритный турбовинтовой двигатель ТВ7-117, содержащий компрессор и турбину, причем диски ротора компрессора выполнены из сплава ВТ-8, рабочие лопатки турбины - из сплава ЖС26-ВИ, кольцо и фланец соплового аппарата - из сплава ВЖЛ14У (Технология производства авиационных газотурбинных двигателей, А.Г.Бойцов и др., М.: Машиностроение, 2003 г., с.14).

Недостатком данного решения является то, что использование компрессоров с дисками из титановых сплавов возможно только при относительно низких температурах воздуха за компрессором. Увеличение температуры воздуха за компрессором приводит к ограничению ресурса двигателя при его работе на режимах с повышенными температурами.

Известен турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой (ТРДДФ) - Д-30, содержащий компрессор высокого давления, турбину высокого давления и турбину низкого давления, у которого узлы и детали, работающие при повышенных температурах и высоких уровнях нагружения центробежными силами, выполнены из стали, жаропрочных сплавов или титана (ЭИ-698, ЭП-742ИД и т.д.) - Технология производства авиационных газотурбинных двигателей, А.Г.Бойцов и др., М.: Машиностроение, 2003 г., с.6 и 346) - прототип.

К недостаткам известного двигателя можно отнести относительно небольшие значения предела текучести материалов дисков, вследствие чего в конструкциях из этих материалов при действии эксплуатационных нагрузок возникают пластические деформации, приводящие к раннему появлению трещин от малоцикловой усталости и к невозможности увеличения ресурса двигателя летательного аппарата без одновременного увеличения его габаритов и массы.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является обеспечение повышения тяговооруженности летательного аппарата с ТРДДФ, при одновременном снижении удельной массы двигателя до уровня ≤0,125 путем увеличения частоты вращения ротора и увеличения температуры газа перед турбиной, а при сохранении постоянной удельной массы обеспечение повышения ресурса не менее чем до 1500 часов.

Указанный технический результат достигается тем, что в ТРДДФ со степенью двухконтурности m≥0,2 и диаметром входа в двигатель больше 900 мм, содержащем компрессор высокого давления, турбину высокого давления и турбину низкого давления и выполненным с возможностью обеспечения при его работе на бесфорсажном режиме тяги из диапазона Rб/ф=7600-11000 кгс, а на форсажном режиме - тяги из диапазона Rф=12200-18000 кгс, часть деталей компрессора высокого давления, турбины высокого и турбины низкого давления выполнена из никелевого гранульного сплава с пределом текучести σ02≥95 кг/мм2 и пределом прочности σ в≥140 кг/мм2, где R - тяга турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой.

В ТРДДФ турбина высокого давления и турбина низкого давления могут быть выполнены одноступенчатыми.

В ТРДДФ часть деталей компрессора высокого давления, турбины высокого и турбины низкого давления могут быть выполнены из материала с пределом малоцикловой усталости σ 650°≥100 кг/мм2.

В ТРДДФ часть деталей компрессора высокого давления, турбины высокого и турбины низкого давления могут быть выполнены с возможностью работы в условиях напряжений σ≥90 кг/мм2.

В ТРДДФ в качестве гранульного сплава может быть использован гранулированный сплав ЭП-741НП.

В ТРДДФ в качестве гранульного сплава может быть использован сплав ЭП-962П.

В ТРДДФ в компрессоре высокого давления из гранульного никелевого сплава могут быть выполнены диски седьмой, восьмой, девятой ступеней и лабиринт, расположенный за девятой ступенью.

В ТРДДФ в компрессоре высокого давления из никелевого гранульного сплава могут быть выполнены вал и распорные кольца.

В ТРДДФ в турбине низкого давления из гранульного никелевого сплава могут быть выполнены диск, напорный диск и носок.

В ТРДДФ в турбине высокого давления из гранульного никелевого сплава могут быть выполнены диск и носок.

Основными требованиями к материалам, используемым для изготовления деталей газотурбинных двигателей (ГТД) вообще и ТРДДФ в частности, для достижения заявляемого технического результата являются высокая удельная прочность, жаропрочность и жаростойкость, сопротивление коррозии, стабильность и воспроизводимость механических свойств, хорошая обрабатываемость современными методами заготовительного производства и т.д.

К различным узлам и деталям ГТД, в том числе и к ТРДДФ с заявляемыми параметрами конструкции и работы предъявляются различные требования.

Требования к компрессору:

лопатки - диапазон рабочих температур до 650°С, усталостная прочность, сопротивление эрозии. Материал - титановые сплавы, стали, сплавы на никелевой основе;

диски - диапазон рабочих температур до 650°С, высокая прочность, сопротивление центробежным нагрузкам, сопротивление усталости. Материал - титановые сплавы, сплавы на никелевой основе.

Требования к турбине:

диски - диапазон рабочих температур до 950°С, прочность при осевых и центробежных нагрузках, жаропрочность, сопротивление ползучести, жаростойкость, сопротивление термическим ударам. Материал - сплавы на никелевой основе.

Требования к валу:

диапазон рабочих температур до 750°С, высокая прочность и жаропрочность. Материал - высокопрочные сплавы на никелевой основе.

Диски и валы в процессе эксплуатации испытывают большие центробежные нагрузки в условиях значительного и неравномерного нагрева, например ободы дисков турбин нагреваются до температур 550-800°С, а ступицы до 500°С.

Диски осевых компрессоров работают при более низких температурах и меньших нагрузках. Температуры в осевых компрессорах увеличиваются по мере движения потока от входа вглубь двигателя, его сжатия, и на последних ступенях достигают 700°С, поэтому именно последние ступени компрессора целесообразно выполнять из высокопрочных материалов.

В случае работы части деталей компрессора высокого давления турбины высокого и низкого давления ТРДДФ находятся на пределе прочностных возможностей материалов, из которых они изготовлены, вопросы повышения ресурса и улучшения характеристик двигателя не могут быть реализованы.

Переход на гранульный материал, имеющий более высокие прочностные характеристики, делает возможным увеличение ресурса деталей, снижение удельного веса двигателя.

Однако не все гранульные материалы при их применении позволяют реализовать заявляемый технический результат для ТРДДФ с заявляемыми параметрами.

Например, титановые сплавы имеют следующие недостатки: склонность к солевой коррозии, с ростом температуры увеличивается их хрупкость и увеличиваются потери термической стабильности и т.д., что ограничивает их применение в конструкциях, требующих высокой жесткости и прочности, поэтому при изготовлении указанных деталей для заявляемого ТРДДФ должны применяться никелевые жаропрочные сплавы.

Однако, как показали проведенные заявителем теоретические и экспериментальные исследования, применительно к ТРДДФ, установленным на летательный аппарат и имеющим степень двухконтурности m≥0,2, диаметр входа в двигатель больше 900 мм, выполненный с возможностью обеспечения при его работе на бесфорсажном режиме, тяги из диапазона Rб/ф=7600-11000 кгс, а на форсажном режиме - тяги из диапазона Rф=12200-18000 кгс, для достижения заявляемого технического результата применимы не все никелевые гранульные сплавы, а только те, характеристики которых совпадают с приведенными в независимом пункте формулы изобретения.

Все остальные параметры сплавов, приведенные в зависимых пунктах формулы, позволяют оптимизировать заявляемый технический результат.

Пример конкретного выполнения

Конкретным примером достижения технического результата может служить двигатель ТРДДФ (АЛ-31Ф), у которого диск-лабиринт 9-й ступени КВД, изготовленный из материала ЭП742-ИД, имеет подтвержденный ресурс 1350 часов.

Для проведения исследований, связанных с испытанием двигателя, у которого диск-лабиринт 9-й ступени КВД изготовлен из никелевого гранульного сплава, были изготовлены два диска, один - из никелевого гранульного сплава с заявляемыми параметрами, т.е. пределом текучести σ02≥95 кг/мм2 и пределом прочности σ в≥140 кг/мм2, например ЭП741-НП, а второй - из никелевого гранульного сплава с параметрами, отличающимися от заявляемых: пределом текучести σ0,2≥82 кг/мм2 и пределом прочности σв≥131 кг/мм2, например ЭП741-П.

Как показали результаты испытаний для диска, изготовленного из ЭП741-П, его расчетный ресурс увеличивается по сравнению с диском, изготовленным из ЭП742-ИД, и составляет 1450 часов, а для диска, изготовленного из ЭП741-НП, расчетный ресурс диска увеличивается в несколько раз и в настоящее время с учетом проведенных ресурсных испытаний, необходимых для установления ресурса, ресурс диска-лабиринта 9-й ступени КВД для работы в составе двигателя АЛ-31Ф уже установлен равным 1500 часов.

Кроме того, при использовании на двигателе АЛ-31Ф, по меньшей мере, части деталей компрессора высокого давления, турбины высокого и турбины низкого давления, выполненных из никелевого гранульного сплава с пределом текучести σ02≥95 кг/мм2 и пределом прочности σв≥140 кг/мм2, достигнуто увеличение тяги за счет повышения температуры газов перед турбиной на 25°С, благодаря чему на 6% увеличилась тяга двигателя (при практически неизменном весе двигателя), а удельный вес двигателя уменьшился на 6%.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 52.
01.03.2019
№219.016.ca2d

Способ обработки металлического сплава давлением

Изобретение относится к обработке давлением металлических сплавов, преимущественно, в виде слитков и может быть использовано при изготовлении изделий, в том числе ответственного назначения, в различных областях техники, например, в авиации, машиностроении. Сплав нагревают и деформируют за...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002255122
Дата охранного документа: 27.06.2005
11.03.2019
№219.016.d67e

Способ изготовления колец

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в металлургической и авиационной промышленности при изготовлении деталей ответственного назначения, преимущественно деталей газотурбинных двигателей. Производят поперечную осадку заготовки с получением пластины....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002286862
Дата охранного документа: 10.11.2006
11.03.2019
№219.016.d6fa

Щеточное уплотнение

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для уплотнения зазора между подвижными относительно одна другой деталями, а именно к щеточным уплотнениям. Щеточное уплотнение зазора между выполненными с возможностью перемещения одна относительно другой деталями...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002293894
Дата охранного документа: 20.02.2007
11.03.2019
№219.016.d6fc

Узел опоры газотурбинного двигателя

Изобретение относится к энергетическому и транспортному машиностроению, в частности к системам смазки подшипниковых опор газотурбинных двигателей, и может быть использовано для подачи масла в подшипники, например межроторные подшипники высокотемпературных авиационных газотурбинных двигателей....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002293193
Дата охранного документа: 10.02.2007
11.03.2019
№219.016.d716

Способ безоблойной штамповки детали

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при штамповке деталей типа корпусов арматуры газотурбинных двигателей. Деталь, имеющую внутреннюю полость, уступы и отростки с приливами, штампуют безоблойным методом по меньшей мере за два перехода. При этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002292979
Дата охранного документа: 10.02.2007
11.03.2019
№219.016.d7c8

Обтекаемая конструкция

Изобретение относится к области прикладной гидрогазодинамики, в частности к системам для управления пограничным слоем, и может быть использовано, например, на летательных аппаратах, а также на судах и в трубопроводах. Техническим результатом изобретения является снижение гидравлического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02218490
Дата охранного документа: 10.12.2003
11.03.2019
№219.016.d985

Способ изготовления крупногабаритной полимерной оснастки

Изобретение относится к способам изготовления крупногабаритной и другой оснастки из неметаллических материалов для производства на ней лемнискатных входов, коков обтекателей, обшивок, мотогондолл и т.д. Техническим результатом заявленного изобретения является снижение металлоемкости,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002375185
Дата охранного документа: 10.12.2009
11.03.2019
№219.016.da8f

Способ изготовления теплоизолирующего покрытия и композиционный материал для его осуществления

Изобретение относится к теплоизолирующим покрытиям. Описан способ изготовления теплоизолирующего покрытия элемента изделия, заключающийся в нанесении на поверхность элемента композиционного материала в виде суспензии фрагментов холста базальтового в водном геле и термообработке нанесенного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002364612
Дата охранного документа: 20.08.2009
10.04.2019
№219.017.0191

Смазка для заготовок при горячей или полугорячей обработке металлов давлением

Сущность: смазка содержит, мас. %: графит 12,5-25,0, оксид металла 7,5-12,0, натриевая соль фосфорной кислоты 3-7, силикат щелочного металла 2-5, карбонат щелочного металла 0,5-3, лигносульфонат 0,2-0,5, водорастворимый целлюлозный полимер 0,3-1,5, оксиэтилированный алкилфенол 0,5-2,0, вода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02224011
Дата охранного документа: 20.02.2004
22.04.2019
№219.017.365f

Способ изготовления керамических оболочковых форм для точного литья металлов по выплавляемым моделям

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при оценке качества связующего, используемого при изготовлении керамических оболочковых форм. Для приготовления связующего используют гидролизат этилсиликата, у которого значения средневесовых молекулярных масс находятся в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002296645
Дата охранного документа: 10.04.2007
Показаны записи 1-3 из 3.
20.02.2019
№219.016.c081

Воздушно-реактивный двигатель

Воздушно-реактивный двигатель содержит турбокомпрессорную часть с компрессором, камерой сгорания и турбиной, размещенную перед выходным соплом камеру, имеющую, по меньшей мере, одно окно и заслонки, установленные с возможностью перемещения относительно окна с образованием канала, сообщенного с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002305200
Дата охранного документа: 27.08.2007
11.03.2019
№219.016.d802

Осевой компрессор газотурбинного двигателя

Изобретение относится к осевым компрессорам газотурбинных двигателей, в частности к защите компрессора газотурбинного двигателя от резонансных напряжений, и может быть использовано в авиадвигателестроении, энергетике и других областях техники, в которых используются газотурбинные двигатели....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002342566
Дата охранного документа: 27.12.2008
18.05.2019
№219.017.588a

Охлаждаемая лопатка турбомашины

Охлаждаемая лопатка турбомашины содержит перо с полостью и каналом охлаждения входной кромки пера, сообщенным чередующимися по его длине входными и выходными каналами соответственно с полостью пера и с окружающим пространством со стороны спинки профиля пера. Выходные каналы выполнены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002362020
Дата охранного документа: 20.07.2009
+ добавить свой РИД