Підвищення ефективності складання роторів газотурбінних двигунів - Автореферат

Статистика показує, що трудомісткість процесу складання досягає до 25% від загальної трудомісткості виготовлення ГТД через низький ступінь автоматизації складальних процесів. До таких конструкцій у першу чергу належать ротори та інші вузли, що обертаються. 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 компютеризованого підбору деталей за рахунок регулювання розмірних ланцюгів реальних розмірів складальних одиниць. Якщо роторний комплект сформований, то для забезпечення точності його складання широко використовується метод проб, який реалізується багаторазовим перескладанням ротора до досягнення прийнятних параметрів якості. 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 зєднуватись по одній або декільком посадковим поверхням;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. 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. 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.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. Показано, що ексцентриситет і перекіс стикувальних поверхонь ланок визначають доданки першого порядку в розкладанні функції відповідно радіальних і торцевих биттів цих поверхонь у ряд Фурє. Уперше, на основі теоретичного дослідження закономірностей утворення складальних зєднань 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. 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.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

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 (компютерної) 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 Фурє.

3. Уперше, на основі теоретичного дослідження закономірностей утворення складальних зєднань 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 пятого 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.

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 .ru