Согласно планам РФ по развитию авиастроения, к 2030 году будет произведено свыше 1000 отечественных самолетов. Перед промышленными предприятиями сейчас стоит масштабная задача — ускорить цикл проектирования, производства и сервиса авиационных двигателей. Во время их сборки могут возникать проблемы, которые тормозят процесс и снижают показатели эффективности. Один из наиболее распространенных дефектов — дисбаланс ротора, основной части турбины двигателя. Он приводит к повышению нагрузки, меняет режим работы и ускоряет разрушение. Ученые ПНИПУ предложили минимизировать начальный дисбаланс ротора с помощью выбранного метода сборки. По сравнению с современной серийно применяемой технологией новый алгоритм долговечнее и дешевле.
Исследование опубликовано в сборнике «Материалы VIII Международного научно-технического семинара «Современные технологии сборки» за 2023 год. Разработка проведена при финансовой поддержке гранта РНФ 22-19-20118 и Минобрнауки ПК (соглашение №с-29/1203 от 30.06.22).
Основная часть турбины — ротор — это вращающаяся деталь, состоящая из вала с насаженным на нем рабочим колесом, на котором укреплены лопатки. Ротор служит для преобразования кинетической и потенциальной энергии газового потока в механическую работу двигателя.
Дисбаланс ротора — один из наиболее распространенных дефектов оборудования, который сопровождается резким увеличением вибрации. Он возникает, когда в механизме не совпадают центр массы и оси вращения. Причиной могут быть ошибки при изготовлении или материал разной плотности. Дисбаланс приводит к повышению нагрузки, меняет режим работы и ускоряет разрушение двигателя. Ученые ПНИПУ предложили свой алгоритм сборки турбины. По сравнению с современной серийно применяемой технологией новый алгоритм долговечнее и дешевле.
Для сборки колеса турбины используется специальное программное обеспечение, разработанное учеными ПНИПУ. Оно заранее моделирует погрешности. Перед сборкой лопатки сортируют по мере уменьшения их относительной статической неуравновешенности и укладывают попарно. Затем проводят контроль по специальной программе, корректируют смоделированный комплект.
— Правильная укладка обеспечивает соблюдение требований к неуравновешенности лопаток и уменьшает этот показатель у колеса. Постоянный контроль величины и направления дисбаланса после укладки каждой группы лопаток позволяет вовремя вносить корректировки. Если все сделано правильно, то сборка выполняется по подготовленному варианту. В таком случае колесо уже не требует балансировки, — объясняет младший научный сотрудник и инженер центра высокопроизводительных вычислительных систем ПНИПУ Маргарита Серегина.
— Разработанный нами алгоритм минимизирует начальные дисбалансы ротора при установке каждого элемента и нормализует локальные монтажные дисбалансы при его установке в двигатель. По сравнению с современной серийно применяемой технологией, наш способ снижает стоимость процесса сборки, — подводит итог доцент кафедры инновационных технологий машиностроения ПНИПУ Сергей Белобородов.
Метод ученых ПНИПУ повышает точность сборки ротора и позволяет создать автоматизированные рабочие места с постоянным контролем, а применение расчетов сокращает объем работ. Это позволит в скором будущем быстро создавать конкурентоспособные и надежные отечественные двигатели для авиатехники.