Підвищення ефективності складання роторів газотурбінних двигунів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Спеціальність 05.02.08 - “Технологія машинобудування”

Підвищення ефективності складання роторів газотурбінних двигунів

Виконав Кондратюк Едуард Васильович

Київ - 2009



АНОТАЦІЯ

Кондратюк Е.В. Підвищення ефективності складання роторів газотурбінних двигунів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.02.08 - Технологія машинобудування. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2009.

Вирішено актуальну науково-практичну задачу підвищення ефективності і якості складання роторів барабанно-дискової конструкції (БДК) за рахунок розробки ефективного технологічного забезпечення.

Виконане теоретичне дослідження закономірностей утворення складальних з'єднань двох нежорстких ланок ротору БДК при складанні цих ланок по бічним і торцевим посадковим поверхням із пружним натягом без зазору. Встановлені закони руху при умовному повороті другої ланки відносно першої (характеристика пар ланок). Експериментально показано, що похибка визначення характеристик пар не перевищує 10-20%.

На основі властивостей утворених пар при складанні ланок уперше розроблений та обґрунтований метод складання роторів БДК. Він заснований на віртуальній оптимізації положення ланок ротора при остаточному складанні. Початковими даними є результати виміру радіальних і торцевих биттів контрольних поверхонь ланок при двох послідовних зборках ротора. Розроблені та впроваджені у виробництві алгоритми та програмне забезпечення для реалізації технологічних процесів складання роторів на поворотному стапелі.

Ключеві слова: газотурбінний двигун, зборка, ланка, ротор барабанно-дискової конструкції, посадкові поверхні, контрольні поверхні.

ротор барабанний дисковий технологічний



1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Найважливішою проблемою розвитку двигунобудування в авіабудуванні, суднобудуванні та інших галузях машинобудування є підвищення надійності, ресурсу та інших експлуатаційних характеристик газотурбінних двигунів (ГТД) за рахунок забезпечення якості їх виготовлення технологічними методами. Експлуатаційні характеристики ГТД на етапі виробництва забезпечуються точністю виготовлення конструкції і її складових елементів.

Найбільш відповідальним є етап складання виробів, у процесі якого відбувається накопичення похибок виготовлення елементів конструкції. Статистика показує, що трудомісткість процесу складання досягає до 25% від загальної трудомісткості виготовлення ГТД через низький ступінь автоматизації складальних процесів. Спостерігається також тенденція росту відносної трудомісткості складальних робіт, оскільки технологія одержання комплектуючих деталей удосконалюється значно швидше, ніж технологія складання, яка має досить великі обсяги ручної праці.

Особливо велика трудомісткість складання елементів конструкцій, необхідні показники якості яких досягаються методами компенсації. До таких конструкцій у першу чергу належать ротори та інші вузли, що обертаються.

Забезпечення точності геометричних розмірів ротора дозволяє знизити до мінімуму його початковий дисбаланс, підвищити врівноваженість і тим самим підвищити експлуатаційні характеристики ГТД у цілому. Тому до точності складання роторів пред'являються дуже високі вимоги.

На точність складання роторів барабанно-дискової конструкції (БДК) істотно впливає мала жорсткість комплектуючих коліс і проставок, складна геометрія їхньої форми та інші особливості, які не можливо врахувати при реалізації комп'ютеризованого підбору деталей за рахунок регулювання розмірних ланцюгів реальних розмірів складальних одиниць. Деформації, що виникають при складанні, можуть у десятки разів перевищувати допуски на контрольовані розміри. Якщо роторний комплект сформований, то для забезпечення точності його складання широко використовується метод проб, який реалізується багаторазовим перескладанням ротора до досягнення прийнятних параметрів якості.

У дисертації вирішена актуальна науково-практична задача підвищення ефективності та якості складання роторів БДК за рахунок розробки ефективного технологічного забезпечення.

В основу роботи покладена наукова ідея побудови технологій остаточного складання на основі комп'ютеризованої оптимізації положення ланок ротора за результатами виміру биттів контрольних поверхонь цих ланок у попередньо зібраному роторному пакеті.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалась відповідно до тематичних планів ДП ЗМКБ «Прогрес» по реалізації Державної комплексної програми розвитку авіаційної промисловості України на період до 2010 року, затвердженої Постановою КМУ № 1665/25 від 12 грудня 2001 року.

Мета дослідження - підвищення ефективності та якості складання роторів барабанно-дискової конструкції за рахунок створення технологічного забезпечення для остаточного складання на основі результатів вимірювання биттів контрольних поверхонь ланок у попередньо зібраному роторному пакеті.

Задачі дослідження

1. На основі аналізу існуючих процесів складання основних типів роторів осьових компресорів, сформулювати їх недоліки та визначити основні задачі по розробці методичного та технологічного забезпечення складання роторів барабанно-дискової конструкції, що мають нежорсткі ланки, які можуть з'єднуватись по одній або декільком посадковим поверхням;

2. Розробити метод визначення ексцентриситету та перекосу посадкових поверхонь, що враховує неточність виготовлення та пружні деформації поверхонь (некруглість, неплощинність) ланки ротора;

3. Визначити тип і характеристики пари, що утворюється при з'єднанні двох ланок ротора по двом і більше посадковим поверхням при їх неточному виготовленні, а також виконати експериментальне обґрунтування методу визначення характеристик отриманої пари;

4. Обґрунтувати метод складання роторів БДК, оснований на результатах виміру биттів контрольних поверхонь у попередньо зібраному роторному пакеті;

5. Визначити співвідношення для визначення ексцентриситету та перекосу залежно від кутів повороту ланок у зібраному роторі на основі запропонованого методу складання;

6. Обґрунтувати функціонал якості, розробити алгоритми і програмне забезпечення для визначення оптимального положення ланок при остаточному повному складанні ротора за результатами двох пробних зборок;

7. Розробити типові схеми процесів складання роторів БДК залежно від ступеня доступності контрольних поверхонь ланок і виконати експериментальне відпрацьовування технологічних процесів;

8. Розробити нормативну документацію та впровадити технологічний процес складання роторів БДК на машинобудівних підприємствах.

Об'єкт досліджень - ротори ГТД барабанно-дискової конструкції.

Предмет досліджень - процеси складання роторів ГТД барабанно-дискової конструкції.

Методи досліджень. Методологічною основою роботи є системний аналіз і комплексний розгляд робочих процесів складання осьових роторів. Для вирішення поставлених завдань використані фундаментальні положення технології машинобудування, теорії машин і механізмів, математичної теорії рядів Фур'є, теорії пружності. В експериментальних дослідженнях застосовані стандартні методи вимірювань. Достовірність наукових положень підтверджено гарною відповідністю результатів теорії та експериментів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

1. Вперше розроблений та обґрунтований метод складання роторів барабанно-дискової конструкції, який оснований на оптимізації положення ланок ротора для остаточного складання за результатами вимірювання радіальних і торцевих биттів контрольних поверхонь ланок при двох попередніх зборках ротора, зроблених з певним розворотом ланок. Отримані рекурентні співвідношення для визначення оптимальних кутів повороту ланок при остаточному складанні.

2. Установлено закон руху другої ланки в системі координат першої ланки при їх беззазорному з'єднанні із пружним натягом по двом і більше посадковим поверхням при умовній можливості обертання другої ланки відносно першої (характеристика пари).

3. Отримано залежності для визначення ексцентриситету та перекосу стикувальних поверхонь ланок ротора ГТД при довільному відхиленні цих поверхонь від циліндричної та плоскої форми.

Практичне значення одержаних результатів:

1. На основі запропонованого та обґрунтованого в дисертації методу розроблені алгоритми та програмне забезпечення для розрахунку положення ланок ротора БДК за результатами двох пробних зборок, що використано при виконанні технологічних процесів складання роторів ГТД при їх виготовленні та після ремонту. Нові технологічні процеси дозволяють складати ротори без використання додаткового оснащення - перехідних, притискних, центруючих та інших пристроїв.

2. Для регламентації процесу складання та використання технічних засобів (алгоритмів, програм, послідовності операцій та інших) при реалізації технологічних процесів складання роторів БДК ГТД розроблений галузевий документ Міністерства промислової політики України СОУ-Н МПП 49.050-074:2006 «Складання роторів газотурбінних двигунів барабанно-дискової конструкції методом двох пробних зборок».

3. Розроблені нові технологічні процеси, програмне забезпечення та галузева документація впроваджені на Державному підприємстві «Запорізьке машинобудівне конструкторське бюро «Прогрес» імені академіка О.Г. Івченка та ВАТ «Мотор Січ» (м. Запоріжжя) при складанні роторів КВД ГТД Д18-Т та АІ-222.

Особистий внесок здобувача.

Здобувачем на основі аналізу публікацій, нормативної документації та результатів практичної діяльності сформульовані недоліки існуючої технології та визначені основні напрямки розвитку процесів складання ГТД. Самостійно запропонована ідея створення методу за результатами попередніх зборок ротора, що передбачає замір биттів ланок робити в з'єднаному стані. Запропонована також структура реалізації методу та виконано його обґрунтування.

У роботах, виконаних у співавторстві, авторові належить одержання наукових результатів, що становлять наукову новизну, проведення робіт зі складання та аналізу експериментальних результатів при реалізації нової технології складання, узагальнення результатів для створення галузевого нормативного документа та доведення їх до впровадження у виробничих умовах.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідалися та обговорювалися на:

· ІІІ та ІV міжнародних науково-технічних конференціях «Новые технологии, методы обработки и упрочнения деталей энергетических установок» в 2004 та 2006 роках (м. Алушта);

· VІ, VІІ та VІІІ міжнародних науково-технічних конференціях «Прогресивна техніка та технологія» в 2005, 2006 та 2007 роках (м. Севастополь);

· ХVІ міжнародному науково-технічному семінарі « Высокие технологии в машиностроении Interpartner-2007» (до 100-річчю ВАТ «Мотор Січ») в 2007 році (м. Алушта) і інших.

У повному обсязі робота була розглянута на міжнародній НТК «Новые технологии, методы обработки и упрочнения деталей энергетических установок» в 2008 році (м. Алушта), а також на кафедрах технології авіаційних двигунів Запорізького національного технічного університету та технології машинобудування НТУУ «Київський політехнічний інститут» у 2009 році.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовані актуальність науково-практичної задачі дисертації, сформульовані мета та задачі досліджень, наукова новизна та практична цінність отриманих результатів. Наведено інформацію про публікації та апробацію роботи, структуру дисертації.

У першому розділі розглянуто сучасний стан забезпечення ефективності і якості складання роторів ГТД.

Проведено аналіз загальних особливостей складання роторів осьових компресорів ГТД різних типів: дискові, барабанні (зварені), барабанно-дискової конструкції. Складання роторів перших двох типів виконується по єдиній складальній базі, тому неспіввісність кожного диска ротора не залежить від положення інших дисків у роторному пакеті, а якість складання залежить від установки кожного диска. У роторах барабанно-дискової конструкції базування ланок відбувається одна по іншій, тому похибки установки ланок є накопиченими та залежать від інших ланок.

В основі типових технологічних процесів складання роторів компресорів ГТД, на етапі прогнозування якості складання, лежать припущення про абсолютну жорсткість ланок, що стикуються (дисків, проставок, валів і т.д.), ідеальної циліндричності бокових та ідеальної площинності торцевих поверхонь, що стикуються. При таких припущеннях при стикуванні двох ланок утвориться кінематична пара V-го класу типу циліндричний шарнір, якщо розглядати кут повороту однієї ланки пари відносно другої як ступінь свободи. При складанні таких роторів оптимізація полягає в тому, щоб визначити такі кути повороту ланок у роторному пакеті, при яких неточності виготовлення ланок будуть максимально компенсувати одна одну.

Процеси складання роторів дискового, барабанного та барабанно-дискового типів, що використовують зазначені вище припущення про ланки, вивчалися в роботах В.Ф. Без'язичного, А.А. Гарькавого, А.І. Глейзера, М.М. Дьоміна, Ю.В. Єрошкова, В.А. Захарова, М.Е. Ільїної, Е.В. Кожевникова, Б.Н. Леонова, А.І. Максименко, В.В. Непомилуєва, Л.Н. Никитина, А.Н. Семенова, В.П. Тимофєєва, Е.В. Тимофєєва, А.А. Федорова та ін. Методи складання та рекомендації з реалізації процесів описані в державних і галузевих стандартах, керівних технічних матеріалах.

Інтенсивно розвиваються способи комп'ютерної оптимізації положення ланок у роторному пакеті (віртуального складання) у працях Без'язичного В. Ф., Непомилуєва В. В., Ільїної М. Е., Єрошкова Ю. В. та ін. Вихідними даними для розрахунку положення є результати експериментального виміру биттів складальних баз кожного диска. Такі способи дозволяють підбирати диски таким чином, щоб їх похибки компенсувалися в максимально можливому ступені. Це дає можливість знизити вимоги до якості деталей, не знижуючи якості виробу. При зменшенні трудомісткості комплектації та складального процесу значно зростають трудовитрати виміру геометричних параметрів ланок і контролю, а точність прогнозу результатів складання ротора погіршується в міру збільшення неточності виготовлення посадкових поверхонь дисків ротора.

Останнім часом набули застосування ротори БДК для забезпечення експлуатаційних характеристик ГТД (надійність, шум і тд.). Їх застосування вносить додаткові труднощі по забезпеченню якості процесу складання. Підвищення вимог до точності складання цих роторів привело до того, що допуски на радіальні та торцеві биття контрольних поверхонь стали величинами одного порядку з неточностями виготовлення складальних поверхонь ланок (до 0,005мм), а також з їх деформаціями при з'єднанні. Крім того, тонкі не жорсткі диски, проставки та інші подібні деталі ротора здобувають остаточну жорсткість і форму тільки в зібраному роторному пакеті. У вільному стані диски мають неокруглість посадкових поверхонь, відмінну від еліптичної з биттями до 0,03-0,05мм і неплощинність торцевих посадкових поверхонь.

Разом із цим складання окремих ланок виконується з натягом, що значно перевищує величину припустимих биттів (до 0,72мм на діаметрі 686мм при стикуванні секції 1...4 і колеса 5 для ротора КВД ГТД Д18-Т). У складальних процесах дослідження точності положення деталей при складанні з натягом з нагріванням виконані в працях Арпентьєва Б.М., Резниченко Н.К. та ін. Ці дослідження методично використані для вирішення поставленої задачі.

Описані явища створюють труднощі в прогнозуванні взаємних биттів двох і більше ланок, що з'єднуються, за результатами вимірів биттів посадкових місць окремих деталей, і робить існуючі процеси складання таких роторів не ефективними.

На основі виконаного аналізу сформульовані мета та задачі дослідження.

У другому розділі описані методи теоретичних та експериментальних досліджень, що дозволяють вирішити поставлені задачі досліджень. Обґрунтовується план вирішення поставлених задач та експерименти, необхідні для перевірки та підтвердження теоретичних результатів.

Науково обґрунтовано обрані наступні гіпотези та припущення:

припущення про (практично) беззазорний контакт між стикувальними поверхнями (за рахунок натягу для бокових та силового замикання для торцевих стикувальних поверхонь);

гіпотеза про малість, лінійність і пружність контактних деформацій;

припущення про однорідність матеріалу деталей та осьової ізотропності властивостей деталей.

Для проведення теоретичних досліджень обраний наступний математичний апарат:

методи алгебри комплексних чисел;

теорія періодичних функцій і рядів Фур'є;

елементи ТММ, лінійної теорії пружності;

алгоритм складання ротора методом послідовної оптимізації;

алгоритм складання ротора методом повної оптимізації;

метод повного перебору для вирішення задачі мінімізації.

Експериментальна база досліджень ґрунтується на:

типовому технологічному процесі складання роторів барабанно-дискової конструкції методом послідовної оптимізації по ОСТ 1.41185-72;

технологічному процесі складання роторів барабанно-дискової конструкції методом повної оптимізації по РТМ 1.4.775-80.

У третьому розділі досліджені закономірності утворення складальних з'єднань двох ланок ротора БДК із урахуванням некруглості радіальних і неплощинності торцевих складальних поверхонь, неточності базування складальних поверхонь - їх ексцентриситет і перекіс, а також з'єднання ланок по двох і більше посадкових бокових і торцевих поверхнях.

Експериментально визначені радіальні биття бокової посадкової поверхні ланки на контрольному поворотному пристрої.

Показано, що якщо посадкова поверхня має короблення або неточність виготовлення, то функцію відхилень показання індикатору можна розкласти в ряд Фур'є. Тоді ексцентриситет визначається залежностями:

Установлено, що в розкладанні: - відповідає за зсув показань індикатора; а₁, b₁ - ексцентриситет; а₂, b₂ - еліптичність посадкової поверхні; а_п, b_п, п?3 - некруглість і неточність виготовлення посадкової поверхні наступних за еліптичністю порядків. При цьому ексцентриситет визначається за формулами:

Показано, що некруглості порядків п ? 2 не переміщують центр посадкової поверхні.

На основі цього аналітично визначений закон руху другої ланки відносно першої (характеристика пари ланок) при з'єднанні двох ланок по одній боковій посадковій поверхні. Прийнято, що ланки збираються з натягом боковими поверхнями, які мають неточність виготовлення та короблення. Поверхня 1 ланки 1 - внутрішня, а 1 ланки 2 - зовнішня. Биття посадкових поверхонь 1, 1 відносно головної центральної осі інерції (ГЦОІ) ланок з урахуванням (1) мають вигляд:

При складанні розглядали можливість повороту ланки 2 відносно ланки 1 за годинниковою стрілкою на кут ( при погляді зверху).

Прийнято припущення, що величина натягу в будь-якій точці бокової поверхні більше нуля та з'єднання виконане без зазорів. Розподілені зусилля, що виникають при деформаціях ланки, прямо пропорційні розподіленому половинному натягу, а деформації ланок знаходяться у пружній області.

На основі цього, встановлено, що ГЦОІ ланки 2 при зміні кута рухається відносно ланки 1 по окружності із центром у точці е_ср і радіусом е:

Аналогічно визначений закон руху ланки 2 при умовному обертанні її відносно ланки 1 залежно від перекосу однієї або більше торцевих посадкових поверхонь.

де _i - згинальна жорсткість посадкової поверхні i.

Передбачалося, що ланки з'єднані без зазору за рахунок пружного стиску посадкових поверхонь.

Виведений також загальний закон руху довільної точки Р на центральній осі ланки 2 з координатою z при зміні

У роботі обґрунтована можливість експериментального визначення ексцентриситету та перекосу посадкових поверхонь за результатами 2, 4, 6 та 2n вимірів. Доведено, що для визначення характеристик биття з урахуванням некруглості порядку n (при n?2) досить провести 2n вимірів із кроком . При цьому:

У якісно зібраному роторі ексцентриситети та перекоси контрольних поверхонь робочих коліс не повинні перевищувати гранично припустимих значень.

Проведений аналіз характеристик пар дозволив запропонувати критерії їх відбраковування.

У четвертому розділі, властивості утворених пар з'єднання двох ланок ротора, що встановлені в третьому розділі, поширені на складання ротора в цілому. У результаті цього розроблений і теоретично обґрунтований метод складання ротора за результатами двох пробних зборок. Для реалізації методу розроблені алгоритми комп'ютерного розрахунку віртуального складання ланок ротора, запропоновані типові схеми процесів складання ротора.

Оскільки ротор БДК складається з пар ланок, які задовольняють установленим властивостям, характеристики складання кожної пари ланок ротора можна визначити також за результатами двох пробних зборок. Показано, що в першому пробному складанні (з'єднанні ланок) потрібно брати відносні кути повороту ланок рівними 0, а в другому - кожну ланку повертати відносно сусідньої на 180. На етапі остаточного складання використовують отримані характеристики пар. При цьому, математично задача оптимального складання ротора формулюється щодо визначення таких кутів повороту ланок ₁,…,_п, при яких функціонал якості прийматиме найменше значення.

Ексцентриситети та перекоси ланок повинні задовольняти наступним наперед заданим обмеженням:

Для визначення ексцентриситетів і перекосів ланок у роторному пакеті побудована теорія складання ротора БДК методом двох пробних зборок.

Розглянуто ротор барабанно-дискової конструкції, що складається з N ланок, з'єднаних послідовно. Положення базової осі k-ї ланки задають характерні точки А_k, В_k. Через ці точки проходять поперечні перерізи ланок, якими стикуються дві сусідні ланки.

Абсолютний кут повороту ланки k відносно складального з'єднання - _k, відносний кут повороту ланки k відносно ланки (k1) - _k. h_k - довжина ланки k; l_k - відстань від лівого перерізу до центру мас ланки k; Н_k - відстань від лівого перерізу до кінця ланки k.

В ідеальному випадку характерні точки (базові осі) кожної ланки повинні лежати на базовій осі ротору.

Вирішена задача визначення характеристик пар, утворених стикуванням ланок, і побудови по цих характеристиках функціонала якості.

Відносно ланки (k1) наступна ланка k повернена на кут . Характерні точки ланки k позначаються величинами із двома штрихами, що залежать від : .

Було показано, що при відносному обертанні ланки k його характерні точки обертаються навколо деяких центрів на осі z. Закон їх руху в комплексному виді має вигляд:

Встановлено, що ексцентриситет ланки k визначається за допомогою характеристик пари за формулою:

Функціонал якості має вигляд, будується з використанням ексцентриситетів і перекосів, отриманих у роботі.

Визначено характеристики пар по абсолютним відхиленням характерних точок ротора. Припускалось, що для двох складань роторів експериментально виміряні абсолютні відхилення характерних точок ланок від базової осі ротора:

Було встановлено, що:

- якщо ланка парна, то

Встановлено два можливі способи визначення абсолютного положення характерних точок ланки k:

- по радіальних биттях двох різних контрольних поверхонь цієї ланки;

- по радіальному та тангенціальному биттях контрольних поверхонь цієї ланки.

Залежності, що отримані аналітично, адаптовані до технологічного процесу складання роторів БДК на поворотному складальному стапелі.

Розроблено алгоритм вирішення задачі оптимального складання за результатами двох пробних зборок, у якому використані рекурентні співвідношення визначення характеристик пари ланок, а для вирішення задачі оптимізації використаний метод повного перебору можливих варіантів складання ротору.

Вирішено задачу оптимального доскладання ротору у випадку, якщо частина ротора являє собою окрему складальну одиницю.

Незалежно від способу оптимізації ротор може остаточно збиратися в таких двох послідовностях:

- без поточного контролю та корекції помилок - по заздалегідь розрахованих оптимальних кутах;

- с поточним контролем і корекцією помилок - з перерахуванням оптимальних кутів, що залишилися, після установки кожної чергової ланки.

Поточний контроль і корекція помилок доцільні при великій кількості ланок ротора. Їх використання дозволяє не накопичувати та корегувати помилки, викликані тим, що досягнуті положення ланок у роторному пакеті будуть трохи відрізнятися від розрахункових.

Розроблено типові технологічні процеси складання ротора барабанно-дискової конструкції, якість якого задовольняє встановленим вимогам. Вважали, що у ланок (кожного диска) ротора є контрольні поверхні, призначені для визначення його положення в роторному пакеті.

Якщо всі контрольні поверхні дисків доступні для вимірів після повного складання ротора, то складання ротора доцільно проводити за поопераційною схемою. Операції 1 та 2 спрямовані на визначення характеристик пар. При їх виконанні ротор двічі повністю збирається, і після кожного пробного складання вимірюється биття контрольних поверхонь дисків. Наприкінці операції 2 переходами 2.4-2.6 ротор розбирається. Операцією 3 ротор збирається остаточно з оптимальними взаємними поворотами дисків.

На базі розробленого методу створені процеси складання:

1) роторів БДК, ряд контрольних поверхонь ланок якого недоступні для вимірів після складання;

2) процес послідовної оптимізації, суміщений з методом двох пробних зборок ротора, - спрощеного методу двох пробних з'єднань ланок.

У п'ятому розділі експериментально обґрунтований метод визначення характеристик пар нежорстких ланок ротора при складанні їх по двом (боковий і торцевий) стикувальним поверхням, експериментально перевірений розроблений метод віртуальної складання роторів БДК різних габаритів для двигунів Д18Т и АІ-222, а також наведені дані по впровадженню технологічних процесів складання.

Експериментальна оцінка точності визначення характеристики пар за результатами двох пробних складань виконана на перших трьох ланках ротора КВД ГТД Д-18Т. Для цього роторний пакет складали 4 рази з показала, що похибка визначення характеристик ексцентриситету не перевищує 7%, а перекосу 10%. Величина похибок визначення характеристик пар збільшується зі збільшенням похибки виготовлення ланок і не перевищує 20%.

Ці висновки підтверджені також при складанні двох ланок іншого ротора ГТД АІ-222.

Виконано відпрацьовування технологічних процесів складання роторів ГТД Д-18 та АІ-222 методом двох пробних складань. Для розрахунку оптимального положення ланок і припустимих параметрів по бокових і торцевих биттях використана розроблена комп'ютерна програма, заснована на рекурентних співвідношеннях і критерію оптимізації, реалізованому методом повного перебору.

Досягнуті результати підтверджені при складанні роторів у виробничих умовах.

Розроблений метод апробований, а технологія складання відпрацьована для ротора КВД ГТД АІ-222.

Розроблений метод і технологічні процеси складання роторів барабанно-дискової конструкції впроваджені у виробництві підприємств ДП ЗМКБ «Прогрес» ім. О.Г. Івченко, ВАТ «Мотор Січ», ДП «Завод 410 ГА» для 11 типів авіаційних двигунів, у тому числі Д-27, Д-18Т, Д-36, АІ-222 та їх модифікацій, які застосовуються у сучасних літаках Ан-70, Ан-124, Ан-140 та інших.

Спосіб складання захищений Патентом України № 33372 (від 25.06.2008 року).

Для стандартизації однакових вимог ISO 9001 та YAQS/EN 9100 по виконанню технологічних процесів виробництва ГТД для конструкцій особливо відповідального призначення (відповідно до «Авіаційних правил» АП-145) розроблений галузевий нормативний документ СОУ-Н МПП 49.050-074: 2006 «Складання роторів газотурбінних двигунів барабанно-дискової конструкції методом двох пробних складань».



ВИСНОВКИ

1. Обґрунтована та вирішена науково-практична задача підвищення ефективності і якості складання роторів барабанно-дискової конструкції, що мають нежорсткі ланки, за рахунок розробки ефективного технологічного забезпечення. Показана ефективність використання віртуальної (комп'ютерної) оптимізації положення ланок за результатами виміру радіальних і торцевих биттів контрольних поверхонь ланок у попередньо зібраному роторному пакеті.

2. Уперше розроблений метод визначення ексцентриситету та перекосу стикувальних поверхонь деталей, що враховує неточність їх виготовлення у вигляді некруглості бокових і неплощинності торцевих стикувальних поверхонь. Показано, що ексцентриситет і перекіс стикувальних поверхонь ланок визначають доданки першого порядку в розкладанні функції відповідно радіальних і торцевих биттів цих поверхонь у ряд Фур'є.

3. Уперше, на основі теоретичного дослідження закономірностей утворення складальних з'єднань двох ланок ротора барабанно-дискової конструкції, встановлено закон руху при умовному повороті другої ланки відносно першої (характеристика пари ланок) при складанні цих ланок по бокових і торцевих посадкових поверхнях із пружним натягом без зазорів. Показано, що встановлений закон руху відповідає кінематичній парі п'ятого класу типу циліндричний шарнір і може бути визначений на основі 2n експериментальних вимірів.

Експериментальна оцінка точності визначення характеристик пар по двох пробних зборках ланок показала, що похибка визначення становить 7-10%. Вона збільшується зі збільшенням похибки виготовлення ланок і не перевищує 20%.

4. На основі властивостей утворених пар при складанні ланок уперше розроблений та обґрунтований метод складання роторів барабанно-дискової конструкції, що заснований на віртуальній оптимізації положення ланок ротора для остаточного складання за результатами виміру радіальних і торцевих биттів контрольних поверхонь ланок при двох попередніх зборках ротора, які зроблені з певним розворотом ланок. Послідовність операцій, що реалізує метод складання, захищена патентом України № 33372.

5. Отримано аналітичні залежності для визначення характеристик пар ротора на основі пробних складань. Розроблено алгоритм вирішення задачі оптимального складання за результатами двох пробних складань, у якому використані рекурентні співвідношення для визначення характеристик пар ланок, а для вирішення задачі оптимізації використаний метод повного перебору можливих варіантів складання ротора. Програмне забезпечення, розроблене на основі алгоритму, використано для оптимізації положення ланок для остаточної складання ротора БДК за результатами двох пробних складань при виконанні технологічних процесів складання роторів ГТД при їх виготовленні та ремонті.

6. Розроблено типові технологічні процеси складання роторів БДК, що задовольняють вимогам конструкторської документації. Показано, що залежно від можливості використання контрольних поверхонь для виміру параметрів биття після повного складання, на базі розробленого методу створені процеси складання:

- роторів БДК, ряд контрольних поверхонь ланок якого недоступні для вимірів після складання;

- процес послідовної оптимізації положення ланок, суміщений з методом двох пробних зборок ротора, який забезпечує з поточною корекцію накопичених помилок.

7. Розроблений метод і технологічні процеси відпрацьовані при складанні роторів компресорів ГТД Д-18 та АІ-222 у виробництві ДП ЗМКБ «Прогрес» ім. О.Г. Івченко та впроваджені також на підприємствах ВАТ «Мотор Січ», ДП «Завод 410 ГА» для 11 типів авіаційних двигунів, у тому числі Д-27, Д-18Т, Д-36, АІ-222 та їх модифікацій, які застосовуються в сучасних літаках Ан -70, Ан-124, Ан-140 та інших.

8. Для забезпечення однакових вимог ISO 9001 та YAQS/EN 9100 по виконанню технологічних процесів виробництва ГТД для конструкцій особливі оповідального призначення (відповідно до «Авіаційних правил» АП-145) розроблений галузевий нормативний документ СОУ-Н МПП 49.050-074:2006.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Пейчев Г.И. Прогрессивные технологии сборки роторов ГТД / Пейчев Г.И., Кондратюк Э.В., Сорочан В.И. // Технологические системы. - 2003. - №1. - С. 56-60 (Здобувачем визначені особливості та сформульовані основні вимоги до розробки методичного та технологічного забезпечення складання роторів барабанно-дискової конструкції, що мають гнучкі ланки).

Кондратюк Э.В. Учет коробления и неточности изготовления деталей при прогнозировании результатов сборки роторов ГТД / Кондратюк Э.В., Титов В.А., Филимонихин Г.Б. // Вестник двигателестроения. - 2005. - №1. - С. 61-68. (Здобувачем отримані залежності для визначення ексцентриситету та перекосу стиковочних поверхонь гнучких ланок ротора, а також встановлен закон руху при умовному обертанні одної ланки відносно іншої при їх складанні з натягом (характеристика пари).

Кондратюк Э.В. Сборка ротора барабанно-дисковой конструкции методом двух пробных сборок / Кондратюк Э.В., Титов В.А., Филимонихин Г.Б. // Технологические системы. - 2005. - № 1. - С. 30-34. (Здобувачем запропонована ідея нового процесу складання роторів БДК методом двох пробних зборок, розроблені елементи теорії методу та проведено його обґрунтування).

Кондратюк Э.В. Сборка ротора КВД газотурбинного двигателя Д-18Т методом двух пробных сборок и последовательной оптимизации // Технологические системы. - 2005. - №2. - С. 10-16.

Кондратюк Э.В. Сборка ротора КВД газотурбинного двигателя методом двух пробных сборок и полной оптимизации / Кондратюк Э.В., Филимонихин Г.Б. // Технологические системы. - 2005. - №4 (30). - С. 9-14. (Здобувачем запропоновано метод повної оптимізації віртуального складання ротору барабанно-дискової конструкції, розроблені основні положення алгоритму та виконано експериментальне обґрунтування цього методу).

Кондратюк Э.В. Анализ характеристик пар, образуемых стыковкой звеньев ротора ГТД барабанно-дисковой конструкции / Кондратюк Э.В., Титов В.А., Филимонихин Г.Б. // Вестник национального технического университета Украины „КПИ”. - 2005. - №47. - С. 16-19. (Здобувачем виконано аналіз характеристик пар, що утворені при складанні ланок ротора по двум або більше стиковочним поверхням).

Кондратюк Э.В. Экспериментальное определение характеристик пар, образуемых стыковкой звеньев ротора КВД / Кондратюк Э.В., Филимонихин Г.Б., Титов В.А. // Технологические системы. - 2005. - № 5-6 (31-32). - С. 50-55. (Здобувачем системно виконані експериментальні дослідження та обґрунтовані можливості використання методу).

СОУ-Н МПП 49.050-074:2006. Складання роторів газотурбінних двигунів барабанно-дискової конструкції методом двох пробних зборок / Е.В. Кондратюк, В.А. Тітов, Г.Б. Філімоніхін // Настанова Міністерства промислової політики України, 2006. - 32 с. (Здобувачем системно викладені основні положення процесу складання роторів барабанно-дискової конструкції методом двох пробних зборок для використання на підприємствах галузі).

Патент № 33372 Україна. Спосіб складання ротора газотурбінного двигуна / Кондратюк Е.В., Пейчев Г.І., Тітов В.А., Тривайло М.С. Філімоніхін Г.Б. - опубл. 25.06.2008, бюлетень № 12. (Здобувачем сформульовані основні відзнаки нового рішення).

Размещено на Allbest.ru

...