or

طراحی موتور توربین گازی هواپیما

مقدمه:

  1. در طول مراحل طراحی موتور توربین گازی هواپیما به منظور حصول اطمینان از اینکه طرح نهایی مطابق با ویژگی هایی مفهومی  درنظرگرفته شده وهمچنین ظرفیت جریان ( پروسه ) ساخت است رابطه نزدیکی میان طراحی ‌، ساخت ،مراحل تولید و پشتیبانی محصول برقرار است .
  2. عملکرد این نوع موتور ، با ظرفیت بالای توازن وزنی آن ،نیازمند بهترین عملکرد ممکن اجزإ آن است . در راستای این موضوع همچنین ، هرجزء باید با کمترین وزن وهزینه ممکن ساخته شود و نیز باید از لحاظ مکانیکی درست ساخته شود تا مدت زمان زیادی قابل استفاده  باشد .در نتیجه ،شیوه های ساخت گوناگون بوده وروابط کاری که هر قطعه باید انجام دهد مشخص می شوند .

3 . هیچگونه تکنیک یا پروسه ای که به شکلی سود آور است کنار گذاشته نمی شود واغلب روش ها وپروسه های مفهومی در دسترس وساخت این موتورها بکار گرفته می شود در برخی موارد، تکنیک یا پروسه  مذکور ممکن است به واسطه برخی استانداردها پر طول وتفصیل وقت گیر یا هزینه بر شناخته شود امّا در صورتیکه ثابت شود حداکثر عمر قطعات را درمقایسه با نتایج آزمایشات دستگاه تضمین می کند ،پذیرفته خواهد شد

  1. قطعات موتور از فولاد سخت کشش پذیر و نیکل سخت با حرارت با لا وآلیاژ کبالت و آهن ساخته می شود .بخشی از اجزاء به وسیله فرایند ریخته گری ، ریخته گری می شوند در حالی که بخشی از تولید ات که مقدار روبه افزایش را تشکیل می دهند از موادی چون فولاد ،ضد زنگ ،تیتا نیوم وآلیاژهای نیکل واز طریق تکنیک های جوشکاری مدرن همچون جوشکاری گازخنثای تنگستن ، جوشکاری پوششی ، جوشکاری پخش الکترون وبرنج دمای بالا در کوره های خلاء ، بدست می آیند .

5 . روش های ساختن اجزاء موتور شامل آسیا کردن ، چرخاندن ، سوراخ کردن ، در هر زمان ممکن است با سخترین ابزارها و اشکالی که با دستگا ه تخلیه الکتریکی ،الکترو شیمیای وایجاد سوراخ با لیزر وکاهش شیمیایی به دست می آیند ،می با شند.

  1. زمانی که از مواد کامپوزیت برای ساختن اجزاء ساختاری چون اسپویلر سرد ، حلقه های مکانی ولوله های جانبی استفاده می شود وزن آن ها کاهش چشمگیری می یابد .

7 . علاوه بر بسیاری روش های ساخت وتولید ، فرایند های گرمایی و شیمیایی نیز برای اجزاءتمام شده یا نیمه تمام به کار می روند .این روش ها شامل حرارت مستقیم ،آب دادن الکتریکی فلز ، آب بندی با کروم ،واکنش های شیمیایی ،آندیزه کردن برای پیشگیری از فرسودگی ،پاکسازی شیمیایی ومیکانیکی ، جلا دادن خشک ومرطوب، اسپری کردن پلاسما ، حکاکی الکترولیتیک وصیقل دادن برای مشخص کردن نقایص متالوژیکی است . همچنین مقداری از روش های دورانی  برای جلاء دادن سطح نیز وجود دارد . اغلب این روش ها در ارتباط  با تغیرات  سطح فلز هستند ، برخی پوشش در مقابل زنگ زدگی هستند وبرخی دیگر برای جلوگیری از فشارهای شدید نا مطلوب به سطح فلز طراحی شده اند .

8 . ساختار اصلی موتور توربین  گازی هواپیما از روکش های دایره ای شکل تشکیل  شده است ،که به یکدیگر به وسیله اتصالات  وپیوندهای کنار مهره و اتصا لات اصلی متصل و محکم  شده اند در این نوع موتورها از کوپینگ ها ( پیوندهای ) قوی به منظور ایجاد یک شکل دایره ای متحد المرکز که به نوبه خود اپراتور پرواز را در زمان کنترل کمک می کند ، استفاده می شود .

استراتژی  ساخت :

  1. (شیوه) ساخت در حال تغییر است و به همین منوال ادامه خواهدیافت تا تقاضاها ی روز افزون  اجزاء موتور های هواپیما با مصرف سوخت که همراه با کاهش وزن و هزینه های مربوط را پاسخ دهد و بتواند موادی را که برای این اهداف مورد نیاز هستند تولید نماید .
  2. با پیدایش ریزپردازنده ها و گسترش روز افزون کامپیوتر ، اتوماسیون تولید این اجزاء در خانه در کنار گروه های پشتیبانی استراتژی تولید در نظر گرفته می شود . دیگر اجزاء نیز در داخل شبکه جهانی پشتیبانی ذخیره می شوند .

11 .این اتوماسیون اکنون در ساخت قطعات ریخته گری شده تیغه های توربین با هفت پیل ومراکزپرس کنترل عددی کامپیوتری وایجاد حوزه های خنک کننده فیلم از طریق تخلیه الکتریکی بکار می رود . خانواده های توربین دیسک های کمپرسور در پیل های نرم از طریق به کارگیری وسایل هدایت شونده خود کار رسا ندن اجزاء از انبارکامپیوتر ی به( سی. ان . سی )تولید می شوند . پیل های مکانیکی که دسته ای از یک تکنیک را استفاده می کنند و تیغه های کوچکتر ، در حالی که بررسی و مراحل ساخت توسط کامپیوتر کنترل می شود با سیستم نصب 360 درجه الکتروشیمیایی تولید می شوند.

  1. سازندگان میان طرح وتولید زمانی که ویژگی های طرح با توانایی های تثبیت شده تولید هم خوانی دارد بسیار بیشتر خواهد بود .

13 .طرح کمکی کامپیوتری (سی. ای. دی ) وساخت کمکی کامپیوتری (سی. ای . ام ) حلقه اتصالی ایجاد می کند که به واسطه آن می توان از اجزاء موتورطراحی شده توسط (سی. ای .دی) بری تهیه طرح های تولید ، برنامه هایی برای دستگاه های کنترل شونده عددی ، ابزارها ، طرح ابزارها ، ترتیب عملیات ، تخمین وبرنامه ریزی استفاده کرد . شبیه سازی کامپیوتری اندازه خروجی خط تولید را پیش از فروش  فیزیکی دستگاه ها ممکن می سازد ودر نتیجه از اینکه تجهیزات هدف از پیش تعیین شده را به انجام نرساند جلوگیری می کند.

  1. هر روکش از سبکترین ماده متناسب با فشار و دمایی که باید تحمل کند ساخته می شود.برای مثال آلیاژهای منیزیم، کامپوزیت ها و موادی با ساختار ساندویچی برای روکش های هواکش،روکش خنک کننده و کمپرسور فشار پایین به کار می روند، چون اینها خنک ترین قسمت های موتور هستند.آلیاژهای سیلیکون برای پوشش توربین وسرلوله که دما در آنها بالا است و از آنجا که این آلیاژها در اوج گرفتن عقب هواپیما کمک رسان هستند ، به کار می روند. برای روکش هایی که تاید دما را تعدیل بخشند یعنی لوله های جانبی و روکش های احتراق بیرونی معمولا آلیاژهای آلومینیم وآلیاژهای تیتانیوم به کار میرود.

آهنگری

  1. محورهای هدایت موتور ، دیسک های کمپر سور ، دیسک های توربین وزنجیر دنده ها به بهترین شکلی که متناسب با تست های غیر مخربی چون تست فرا صوتی، زرات مغناتیسی وبررسی فنی دقیق باشد ، به هم متصل  می شوند . همراه با توربین وتیغه های کمپر سور ، بخش های جلو برنده که از آلیاژهای مختلفی تولید شده اند  ایجاب می کنند که یک اتصال دقیق با استاندارد های بالا صورت پذیرد . اتصال دقیق تیغه ها بسیار ضروری است و باعث می شود که یک قطعه با حد اقل  کار اضافه از یک قالب ساخته شود .

16.عمل در دماهای بالا که دیسک های توربین در این دما ها عمل می کنند  به کار گیری آ لیاژهای نیکل را ضروری می سازد . دیسکهای کمپر سور واقع در انتهای  عقبی کمپر سور از فولاد ضد ضربه ویا حتی آلیاژهای نیکل ساخته می شوند ، به خاطر دمای بالایی که باید تحمل کنند . کمپر سورها از تیتانیوم ساخته میشوند . استقامت  بالاتر تیتانیوم در دمای معتدل قسمت جلوی کمپرسور وهمچنین وزن کمتر آن امتیاز تیتانیوم نسبت به فولاد است .

17.آهنگری نیازمند کنترل دقیق بر دما در طول عملیات های مختلف است  . استاندارد بالایی از نجهیزات کنترل کوره، کنترل دقیق و پاکیزگی چکش های آهنگری،پرسها و قالبها ضروزی میباشد.

18.حلقه های کنترل اشتعال به سطوحی که نیاز به اتصالات بیشتر پیش از جوشکاری را کاهش میدهند، متصل میشوند تا روکش احتراق را بسازند.

  1. روکشهای کمپرسور( اچ.پی) موتور توربین گازی به شکل حلقه های کامل یا نیمه که به یکدیگر متصل میشوند، ساختار اصلی موتور ار شکل میدهند واز مواد مختلفی چون فولاد ضد زنگ، تیتانیوم و آلیاژهای نیکل ساخته میشوند.

ریخته گری

  1. درصد رو به افزایشی از موتورهای توربین گازی از اجزای ریخته گری شده از طریق ریخته گری ماسه ای ، ریخته گری قالبی و تکنیک های ریخته گری فراگیر تولید میشوند که این روش اخیر به روش متداولتری تبدیل شده است زیرا این توانایی را دارد که اجزایی تولید نماید با سطحی بی نیاز از کار دوباره روی آن .ضروری است که تمام فرآیندهای ریخته گری با نظم و پاکیزگی در طی ریخته گری عاری از هر گونه نقصی صورت گیرد در غیر اینصورت ممکن است باعث بروز اشکالت فنی در اجزا شود.
  2. تمام تکنیک های ریخته گری بستگی به توجه به روشهای آزمایشریخته گری مثل ساختار شیمیایی ، تست امکانات مکانیکی، تست رادیولوژیک و میکروسکوپیک ،قدرت کشش و ضربه پذیری دارد .
  3. پیچیدگی این اشکال با حفظ تناسب در اندازه به ارتباط نزدیک میان طراحی و تولید، متالورژیست، شیمیدان،قالب ساز، اپراتور کوره و ریخته گری نهایی وابسته است.
  4. به دلیل افزایش روزافزون استفاده از تیغه های توربین آنها را از آلیاژهای نیکل در حرارت بالا که به طریق ریخته گری فراگیر یا تکنیک واکس گمشده ریخته گری شده اند، تولید میکنند. تیغه های توربینی کریستال و جاند شده از اینراه ریخته گری می شوند تا عمر چرخه ای آنها افزایش یابد.

24.شکل 4-22 نشاندهنده ریخته گری اتوماتیک بکاررفته در تولید تیغه های توربین متقارن جامدشده و کریستال است. فرآیند واکس گمشدهدر توانایی فراهم آوردن استانداردهای بالای سطح جلای فلز و تکرار موفقیت آمیز این فرآیند در یک قطعه ریخته گری شده بی رقیب است.تقاضاهای رو به افزایش خود را در نیاز به محدود ساختن فضای قطعات و فراهم آوردن مجراهای پیچیده داخلی نشان داده است. قالبهایی که برای کریستال ریخته گری شده و جامدشده به کار میروند با قالبهای متداول که دو طرف آنها باز است تفاوت دارند. اساس قالب، پایه سوکتی را که در آن صفحف سرد قرار میگیرد در طول ریخته گری شکل میدهد.فلز از طریق یک فیلتر سرامیکی به حفره های قالبها هدایت میشود. اینها و هسته های کریستالی شکل داده شدهدر صورت نیاز پیش از ریخته گری به هم مونتاژ میشوند. بوسیله روباتها اتوماسیون گسترده یرای حصول اطمینان از اینکه ذرات واکس با جسم صدفی پوشیده شده اند، ممکن میشود. در ریخته گری نهایی نیز میتوان با استفاده از برشهای لاستیکی چرخهای منشعب از بازوهای روباتها ناهمواریه را از میان برد.

ساخت

  1. اجزای اصلی موتور توربین گازی یعنی محفظه یاتاقان، روکش توربین و احتراق، واحدهای بیرون دهنده هوا ، لوله های جت، واحدهای ترکیب کننده جانبی و روکشهای کمپرسورهای فشار پایین را میتوان با استفاده از ورقه های فلزی همچون فولاد ضدزنگ، تیتانیوم و انواع آلیاژهای نیکل تولید کرد.
  2. سایر تکنیکهای ساخت تیغ خنک کننده ی پهن وتر فشار پایین شامل پیچاندن تیتیانیوم در پانلهای جانبی و سوار کردن آن بر قالبها ، تحت فشار گرما قراردادن در کوره و نهایتا سایش گرمایی برای بدست آوردن شکل دلخواه میباشد. از نورد کردن شیمیایی برای زاویه دادن به مرکز هر پانل که به دور یک هسته شانه عسلی می پیچد استفاده میشود. پانلها و هسته شانه عسلی هر دو طی فرآیند کوره ای با استفاده از شیوه پخش جوش بهم متصل میشوند.

جوشکاری

  1. شیوه های جوشکاری بطور وسیع در ساخت اجزا موتور توربین گازی بکار میروند که جوشکاری پوششی نقطه و خط ، جوشکاری پخش الکترون و جوشکاری گاز خنثای تنگستن امروزه بیشتر مورد استفاده اند.
  2. معمولترین شکل جوشکاری گاز خنثای تنگستن که هم اکنون مورد استفاده است شیوه جوش مستقیم قطبی یا همان قطب الکترود منفی است. در این سطح کار گاز آرگون پوششی خالص به دو سر جوش وارد میشود و سر لوله جوش لنز گازی قرار می گیرد تا از پوشش حداکثری گاز اطمینان حاصل شود.چهار درصد قابل چشمپوشی الکترود تنگستن با روشی غیر تماسی بگونه ای کنترل شده بکار گرفته میشود کتا از ایجاد ناهمگونی در سطح جلا دیده فلز کاسته شود.تمام جوشها بررسی شده وبعلاوه دستگاههای جوش مرتبط با بخشهای چرخشی همچون کمپرسور و توربین از لحاظ استانداردهای قابل قبول کیفی رادیولوژیکی تست میشوند.

جوشکاری پخش الکترون

  1. این سیستم که هم با ولتاژ پایین وهم با ولتاژ بالا کار میکند از پخش الکترونها به منظور اتصال به موادی با ضخامتهای گوناگون بهره می گیرد.دستگاه جوش از یک تفنگ الکترون ، سیستم دید چشمی ،اتاق کار و تجهیزات هدایتی ، دستگاه پمپ خلا ، ولتاژ پایین یا بالا و کنترلهای عملیاتی و پشتیبانی تشکیل شده است. بسیاری از قطعات گردان موتور توربین گاز همچون فولاد، تیتانیوم و آلیاژهای نیکل از اینراه بهم متصل میشوند و قطعات بزرگتر همچون کمپرسورهای فشار بالا را میسازند. این تکنیک این امکان را میدهد که طرح انعطاف پذیرتری داشته باشیم که در آن اشتباهات کاهش یافته و عناصر ناهمگون با کارکردهای متفاوت در کنار هم قرار گیرند.

 

38- این نوع قطعه‌بندی فلز را از سطح ابزار کار به وسیله تبدیل انرژی جنبشی جرقه‌های الکتریکی به حرارت در زمانی که جرقه‌ها به ابزار می‌خورند می‌زداید.

39- جرقه الکتریکی پیش می‌آید که انرژی پتانسیل الکتریکی بین دو سطح رسانه به حدی می‌رسد که انباشت الکترون‌ها انرژی کافی برای اتصال شکاف بین دو سطح را فراهم آورده باشد و مدار را کامل کند. در این جا الکترون‌ها متوسط دی‌الکتریک میان سطوح رسانا را با حرکت از سمت منفی به مت مثبت میشکنند و سطح مثبت را با انرژی بالا مورد حمله قرار می‌دهند.

40- زمانی که جرقه‌ها به آند حمله می‌کنند گرما آن قدر شدید خواهد بود که فلزی باید کاهیده شود. با انفجار همراه خواهد بود صرف نظر از مرکز واقعی انفجار فلز به ذرات کوچک‌تر خمرده می‌شود که خود به وسیله گرمای شدید ذوب می‌شوند. متوسط دی‌الکتریک معمولا روغن پارافین- که به شکاف بین الکترود آندی و کاتدی چپ می‌شود قابلیت فرونشاندن انفجار و دور کردن بخار فلزی و ذرات  ذوب شده را دارد.

41- شکل الکترود ابزار (کاتد) تصویری آینه‌ای است از قطعه‌ای که باید در قطعه‌کاری ساخته شود و برای حفظ شکاف ثابت‌کاری الکترود زمانی که فرسایش احت تأثیر قرار وی‌گیرد به داخل قطعه‌کاری وارد شود.

مواد کامپوزیتی و روکش‌های ساندویچی

43- قدرت بالا نسبت به وزن و هزینه که قطعات از موارد بسیار مهم در زمان طراحی هر نوع موتور توربین گازی هواپیما هستند اما زمانی که وظیفه چنین موتوری بلند کردن یک هواپیما به صورت عمودی و یا به عنوان موتور کمکی است

44- در چنین موتورهایی خاصیت مواد کامپوزیت این امکان را فراهم می آورد که طراح ساختارهایی را تولید کند که قدرت مستقیم در آن‌ها بااستفاده از الیاف نگهدارنده و با توجه به وزن بار آن‌ها تغییر یابد.

45- مواد کامپوزیت جانشین روکش‌هایی که در موتورهای قبلی از جنس فولاد یا تیتانیوم بوده اند هستند و خواهند بود. لوله‌های جانبی که شامل سه روکش هستند هم‌اکنون تا اندازه 4 فوت و 7 این قطر و 2 فوت طول با استفاده از کامپوزیت از پیش انحنا داده شده ساخته می‌شوند. فلانژها و پایه‌ها در طول فرآیند تولید اضافه می‌شوند.

46- ریخته‌گری متداول و روکش های تولید شده هم‌چنین به وسیله روکش‌هایی با شکل ساندویچی که قدرت همراه با درخشندگی به همراه می‌آورند جایگزین می‌شوند. روکش‌های ساختار ساندویچی شامل ساختاری شانه علی از آلومینیوم و فولاد ضدزنگ است که لایه‌هایی از مواد نامتشابه بین آن‌ها قرار دارد. این مواد انتخابی بستگی به شرایطی دارند که در‌آن مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بررسی (فنی)

47- در طول فرآیند تولید اجزا و قطعات باید برای حصول اطمینان از عدم نقص فنی بررسی شوند. با استفاده از دستگاه‌های اتوماتیک و بررسی اتوماتیک کارکرد مؤثر از طریق تحقیقات چندجانبه‌ای که اندازه و موقعیت خصوصیات را ثبت می‌کنند حفظ می‌شود. دستگاه بررسی CNC می‌تواند خانواده‌های اجزاء را در فواصل از پیش تعیین شده و بدون وقفه بیشتر اپراتور بررسی کند. در دستگاه تراشه (یعنی چرخاندن، فرسایش و …) و فرآیندهای شکل دادن به فلز ابزار دستگاه‌های CNC ثبات تولید را ممکن می‌سازد که می‌تواند از لحاظ آماری مورد بررسی قرار گیرد.

مونتاژ الکتروشیمیایی

30- این نوع مونتاژ همه از تأثیرات شیمیایی و هم از اثرات الکتریکی از بین بردن فلز استفاده می‌کند. ساختار شیمیایی، سوراخ کردن شیمیایی، سوراخ کردن الکتروشیمیایی و خردکردن الکترولیتیکی از جمله تکنیک‌های مونتاژ الکتروشیمیایی قطعات موتورتوربین گازی هستند.

31- بخش اصلی این شیوه آن‌جاست که جریان‌های بین الکترودها در محلول ننکی واکنش‌های شیمیایی رخ می‌دهد که طی ان‌ها یون‌های فلزی از الکترودی به الکترود دیگر جابه‌جا می‌شوند. قانون فارادی دو مورد الکترولیز بیان می‌دارد که مقدار واکنش‌های شیمیایی که از یک جریان تولید می‌شود متناسب با مقدار بار الکتریکی عبور کرده است.

32- در شکل‌گیری شیمیایی الکترود کاتد (ابزار) و آند (قطعه‌کاری) به جریان مستقیم متصل هستند. محلول الکترولیت تحت فشار از کاتد می‌گذرد و فلز از سطح آندی به واسطه الکترولیز جدا می‌شود پیستونی هیدرولیک الکترودهای کاتدی را به الکترود آندی تبدیل می‌کند تا شکل مطلوب به دست آید.

33- در آسیا کردن الکترولیتی چرخی رسانا که با ذرات صیقل دهنده بار وارد شده است به کار می‌رود. این چرخ به طرف سطح قطعه چرخانده می شود به طوری که فرآیندهای الکتروشیمیایی از بین بردن فلز حاصل شود. محصولات جانبی که از این فرآیندها بر جای می‌مانند به وسیله قعطات تیزی که در چرخ وجود دارند از بین می‌روند.

34- روش های سوراخ کردن پایه و سوراخ کردن درزها و ایجاد حفره‌های کوچک معمولا  حفره‌های خنک کننده هم‌چون آن‌های یکه در تولید تیغه‌های توربین نیاز هستند به کار گرفته می‌شوند.

سوراخ کردن پایه

35- این فرآیند شامل تیوب‌هایی از جنسی تیتانیوم به عنوان کاتد است که برای ایجاد واکنش در نوک آن‌ها عایق‌بندی شده‌اند. محلول بیست درصدی اسید نیتریک تحت فشار به حفره‌های ساخت تیغه ریخته می‌شود با قطر 026/0 اینچ این فرآیند در تخلیه الکتریکی سریع‌تر صورت می‌گیرد و توانایی ایجاد حفره‌هایی تا دویست برابر طول قطر تیوب مورد استفاده را دارد.

سوراخ کردن درزها

36- در مکانیزم عمل شبیه سوراخ کردن پایه‌هاست اما از تیوب‌هایی استفاده می‌کند از جنس شیشه که به هسته‌ای از سیم پلاتینیوم (کاتد) وصل هستند محلول بیست درصدی اسید نیتریک از طریق تیوب به قطعات منتقل شده و توانایی ایجاد حفره‌ای به قطر 009/0 اینچ را دارد. عمق سوراخ تا 40 برابر تیوب مورد استفاده است و بنابراین بستگی به قطر آن دارد.

37- اتوماسیون هم‌چنین به فرآیند مونتاژ الکتروشیمیایی E.C.M از طریق معرفی دستگاه تیغه کمپرسور 360 درجه E.G نیز کمک رسانده است. برای برخی تیغه‌های کوتاه‌تر این تکنیک مؤثر بوده است.

تیغه‌هایی که از راه E.C.M تولید می‌شوند از دستگاه‌های سایش عمودی که اندازه‌های مواد را پیش برش می‌کنند سود می‌جویند.

ثبت رایگان مشاغل و نیازمندی ها





اطمینان به اصالت سایت / راهنمای خرید/ کد تخفیف / گزارش مشکل در خرید/ تبلیغات در سایت

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.