Установка для термопластического упрочнения пазов газотурбинных дисков

Полезная модель предназначена для использования в области тепловой обработки, а именно для поверхностной упрочняющей обработки деталей, заключающейся в нагреве детали до температуры начала термопластических деформаций с последующим резким (спрейерным) охлаждением. Полезная модель может найти свое применение в газоперекачивающей и авиационной промышленностях для поверхностной упрочняющей обработки дисков газотурбинных и авиационных двигателей из жаропрочных и жаростойких сплавов и сталей, работающих в условиях повышенных температур и знакопеременных нагрузок.

Повышение усталостной прочности и долговечности за счет обеспечения стабильности параметров процесса нагрева и, как следствие, равномерности формирования сжимающих остаточных напряжений заданного уровня в поверхностном слое деталей, достигается с помощью установки для термопластического упрочнения пазов газотурбинных дисков, содержащей систему нагрева и систему спрейерного охлаждения, а нагрев производится в печи сопротивления, что позволяет обеспечить стабильность, надежность и безопасность процесса нагрева, охлаждающая жидкость подается высокопроизводительным насосом, в результате чего отпала необходимость в пневмогидравлическом аккумуляторе и компрессоре, использование микропроцессорного управления позволило автоматизировать работу установки.

Полезная модель предназначена для использования в области тепловой обработки, а именно для поверхностной упрочняющей обработки деталей, заключающейся в нагреве детали до температуры начала термопластических деформаций с последующим резким (спрейерным) охлаждением. Полезная модель может найти свое применение в газоперекачивающей и авиационной промышленностях для поверхностной упрочняющей обработки дисков газотурбинных и авиационных двигателей из жаропрочных и жаростойких сплавов и сталей, работающих в условиях повышенных температур и знакопеременных нагрузок.

Прототипом полезной модели является установка для термопластического упрочнения крупногабаритных изделий (патент РФ 2219250, 06.05.2003 г.), содержащая газовую горелку и спрейер, установленные на стойке, аккумулятор пневматический, манометр, баллон газовый, регулятор потока, вентиль запорный проходной, делитель потока, индикатор давления, аккумулятор пневмогидравлический, ресивер, пирометр, фитиль, защитный кожух, опору, фиксатор, манометр электроконтактный, вентиль регулирующий.

Недостатками этой установки являются: нестабильность процесса нагрева, сложность в настройке и управлении, повышенные требования безопасности, вредные производственные факторы, невозможность автоматизации работы, низкая производительность.

Техническим результатом полезной модели является повышение усталостной прочности и долговечности за счет обеспечения стабильности параметров процесса нагрева и, как следствие, равномерности формирования сжимающих остаточных напряжений заданного уровня в поверхностном слое деталей.

Технический результат полезной модели достигается с помощью установки, содержащей систему нагрева и систему спрейерного охлаждения. Система нагрева выполнена в виде печи сопротивления и пирометра, контролирующего температуру нагрева диска, а система спрейерного охлаждения выполнена в виде спрейера, гидроаккумулятора, вертикального многоступенчатого насосного агрегата и емкости гидравлической (для слива жидкости), связанных системой трубопроводов, запорной арматуры и контролирующих датчиков уровня и температуры воды.

Сущность полезной модели заключается в следующем.

Установка имеет две основные системы: систему нагрева и систему спрейерного охлаждения. Контролируемыми параметрами являются: давление воды, температура нагрева упрочняемой детали, время охлаждения, температура охлаждающей жидкости, уровень жидкости.

Система нагрева выполнена в виде печи сопротивления и пирометра, контролирующего температуру нагрева диска. Нагрев диска в печи завершается командой от пирометра. Происходит поворот диска в положение для охлаждения.

Система спрейерного охлаждения выполнена в виде спрейера, гидроаккумулятора, вертикального многоступенчатого насосного агрегата и емкости гидравлической (для слива жидкости), связанных системой трубопроводов, запорной арматуры и контролирующих датчиков уровня и температуры воды.

На рисунке 1 показана конструкция установки, где: 1 - спрейер, 2 - гидроаккумулятор, 3 - печь, 4 - емкость гидравлическая, 5 - шкаф управления, 6 - компьютер, 7 - редуктор, 8 - датчик температуры воды, 9 - манометр, 10 - клапан избыточного давления, 11, 17 - клапан соленоидный, 12 - датчик давления, 13 - клапан обратный, 14 - насосный агрегат, 15 - фильтр сетчатый, 16 - сигнализатор уровня жидкости, 18 - кожух, 19 - датчик бесконтактный, 20 - электродвигатель, 21 - пирометр, 22 - заслонка.

Печь сопротивления и спрейер, крепится над упрочняемым диском на направляющих. Соответствующие трубопроводы соединяют гидроаккумулятор и спрейер. Управление установкой осуществляется с пульта с помощью системы автоматизированного управления. Смена упрочняемого сектора диска после его нагрева до заданной технологией температуры [4] производится с помощью устройства дискретного поворота ротора, состоящего из электродвигателя, редуктора и бесконтактного датчика частоты вращения. Контроль температуры и уровень охлаждающей жидкости (воды) осуществляется датчиками. Температура диска контролируется пирометром.

Вода на охлаждение подается высокопроизводительным насосом, обеспечивающим ее давление в охлаждающей камере (спрейере) не менее 6 кгс/см² согласно технологии обработки [4].

После интенсивного охлаждения сектора диска, в зону нагрева перемещается неупрочненный сектор.

Таким образом, цикл обработки замыкается.

Совокупность связей позволяет полностью автоматизировать процесс обработки, что значительно увеличивает производительность. Полная автоматизация работы установки и всех сервисных устройств обеспечивается применением системы автоматизированного управления.

На рисунке 2 показано расположение 9 пазов газотурбинного диска в зоне упрочнения печи и циклограмма поворота диска во время процесса упрочнения.

Работа установки осуществляется в следующем порядке.

Производится настройка приборов и устройств. Осуществляется проверка работы установки в ручном режиме управления. Далее производится термопластическое упрочнение. В емкости гидравлической 4 в автоматическом режиме поддерживается необходимый уровень воды. Гидроаккумулятор 2 системы спрейерного охлаждения наполняется водой с помощью вертикального многоступенчатого насосного агрегата 14, создается давление 8 атм. Нагрев диска и последующее охлаждение осуществляется методически. В печи 3 одновременно находятся 9 упрочняемых зубьев диска. Интервал нагрева завершается командой на поворот диска, при разрешающем сигнале от пирометра 21 (температура нагрева диска 650±20°C). По 9 зубьев одновременно выходят в положение для охлаждения. Время поворота определяется экспериментально и составляет примерно 5 секунд. По сигналу от бесконтактного датчика 19 осуществляется торможение электродвигателя 20 и фиксация ротора в заданном положении с помощью специального тормоза. После фиксации ротора в заданном положении происходит команда на включение охлаждения нагретого сектора. При этом открывается соленоидный клапан 11, и вода под давлением из гидроаккумулятора 2 поступает в спрейер 1. Происходит охлаждение. От попадания воды и пара печь защищена механической заслонкой 22. Эта процедура занимает 35 секунд. На этом цикл «нагрев-поворот-охлаждение» завершен. Далее осуществляется поворот ротора в обратную сторону для возврата в зону нагрева неупрочненных зубьев и цикл работы «нагрев-поворот-охлаждение» повторяется.

Преимущества новой конструкции установки для термопластического упрочнения пазов газотурбинных дисков:

1. Надежность, безопасность и унифицированность конструкции.

2. Дешевизна процесса упрочнения.

3. Автоматизация работы установки с использованием микропроцессорного управления (ПК).

4. Контроль над ведением процесса упрочнения и документирование полученных результатов.

5. Стабильность процесса нагрева.

6. Высокая производительность.

Источники информации, принятые во внимание:

1. Патент 2170272 от 10.07.2001 г. (Кравченко Б.А., Круцило В.Г. и др.) "Установка для термопластического упрочнения лопаток".

2. Патент 2171857 от 10.08.2001 г. (Кравченко Б.А., Круцило В.Г и др.) "Способ восстановления циклической прочности деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля".

3. Патент 2219250, от 06.05.2003 г. (Кравченко Б.А., Степаненко О.А., Медведев С.Д., Вишняков М.А., Монахов А.В., Коровин И.А.) "Установка для термопластического упрочнения крупногабаритных изделий".

4. Кравченко Б.А. Технологические остаточные напряжения и их влияние на эксплуатационные свойства деталей из жаропрочных и титановых сплавов. Докторская диссертация. Куйбышев, 1972 г., с.296-298.

Установка для термопластического упрочнения пазов газотурбинных дисков, содержащая систему нагрева и систему спрейерного охлаждения, отличающаяся тем, что система нагрева выполнена в виде печи сопротивления с пирометром, контролирующим температуру нагрева диска, а система спрейерного охлаждения выполнена в виде спрейера, гидроаккумулятора, вертикального многоступенчатого насосного агрегата и емкости гидравлической, связанных системой трубопроводов, запорной арматуры и датчиков контроля уровня и температуры воды.