نواندیشان | بهترین سایت علمی آموزشی کشور
مراحل طراحي موتور توربين گازي هواپيما
- در طول مراحل طراحي موتور توربين گازي هواپيما به منظور حصول اطمينان از اينكه طرح نهايي مطابق با ويژگي هايي مفهومي درنظرگرفته شده وهمچنين ظرفيت جريان ( پروسه ) ساخت است. رابطه نزديكي ميان طراحي ، ساخت ،مراحل توليد و پشتيباني محصول برقرار است .
- عملكرد اين نوع موتور ، با ظرفيت بالاي توازن وزني آن ،نيازمند بهترين عملكرد ممكن اجزإ آن است . در راستاي اين موضوع همچنين ، هرجزء بايد با كمترين وزن وهزينه ممكن ساخته شود و نيز بايد از لحاظ مكانيكي درست ساخته شود تا مدت زمان زيادي قابل استفاده باشد .در نتيجه ،شيوه هاي ساخت گوناگون بوده وروابط كاري كه هر قطعه بايد انجام دهد مشخص مي شوند .
3 . هيچگونه تكنيك يا پروسه اي كه به شكلي سود آور است كنار گذاشته نمي شود واغلب روش ها وپروسه هاي مفهومي در دسترس وساخت اين موتورها بكار گرفته مي شود در برخي موارد، تكنيك يا پروسه مذكور ممكن است به واسطه برخي استانداردها پر طول وتفصيل وقت گير يا هزينه بر شناخته شود امّا در صورتيكه ثابت شود حداكثر عمر قطعات را درمقايسه با نتايج آزمايشات دستگاه تضمين مي كند ،پذيرفته خواهد شد.
اجزاء موتور
- قطعات موتور از فولاد سخت كشش پذير و نيكل سخت با حرارت با لا وآلياژ كبالت و آهن ساخته مي شود .بخشي از اجزاء به وسيله فرايند ريخته گري ، ريخته گري مي شوند در حالي كه بخشي از توليد ات كه مقدار روبه افزايش را تشكيل مي دهند از موادي چون فولاد ،ضد زنگ ،تيتا نيوم وآلياژهاي نيكل واز طريق تكنيك هاي جوشكاري مدرن همچون جوشكاري گازخنثاي تنگستن ، جوشكاري پوششي ، جوشكاري پخش الكترون وبرنج دماي بالا در كوره هاي خلاء ، بدست مي آيند .
5 . روش هاي ساختن اجزاء موتور شامل آسيا كردن ، چرخاندن ، سوراخ كردن ، در هر زمان ممكن است با سخترين ابزارها و اشكالي كه با دستگا ه تخليه الكتريكي ،الكترو شيمياي وايجاد سوراخ با ليزر وكاهش شيميايي به دست مي آيند ،مي با شند.
- زماني كه از مواد كامپوزيت براي ساختن اجزاء ساختاري چون اسپويلر سرد ، حلقه هاي مكاني ولوله هاي جانبي استفاده مي شود وزن آن ها كاهش چشمگيري مي يابد.
ساختار اصلي موتور
7 . علاوه بر بسياري روش هاي ساخت وتوليد ، فرايند هاي گرمايي و شيميايي نيز براي اجزاءتمام شده يا نيمه تمام به كار مي روند .اين روش ها شامل حرارت مستقيم ،آب دادن الكتريكي فلز ، آب بندي با كروم ،واكنش هاي شيميايي ،آنديزه كردن براي پيشگيري از فرسودگي ،پاكسازي شيميايي وميكانيكي ، جلا دادن خشك ومرطوب، اسپري كردن پلاسما ، حكاكي الكتروليتيك وصيقل دادن براي مشخص كردن نقايص متالوژيكي است . همچنين مقداري از روش هاي دوراني براي جلاء دادن سطح نيز وجود دارد . اغلب اين روش ها در ارتباط با تغيرات سطح فلز هستند ، برخي پوشش در مقابل زنگ زدگي هستند وبرخي ديگر براي جلوگيري از فشارهاي شديد نا مطلوب به سطح فلز طراحي شده اند .
8 . ساختار اصلي موتور توربين گازي هواپيما از روكش هاي دايره اي شكل تشكيل شده است ،كه به يكديگر به وسيله اتصالات وپيوندهاي كنار مهره و اتصا لات اصلي متصل و محكم شده اند. در اين نوع موتورها از كوپينگ ها ( پيوندهاي ) قوي به منظور ايجاد يك شكل دايره اي متحد المركز كه به نوبه خود اپراتور پرواز را در زمان كنترل كمك مي كند ، استفاده مي شود .
استراتژي ساخت :
- (شيوه) ساخت در حال تغيير است و به همين منوال ادامه خواهديافت تا تقاضاها ي روز افزون اجزاء موتور هاي هواپيما با مصرف سوخت كه همراه با كاهش وزن و هزينه هاي مربوط را پاسخ دهد و بتواند موادي را كه براي اين اهداف مورد نياز هستند توليد نمايد .
- با پيدايش ريزپردازنده ها و گسترش روز افزون كامپيوتر ، اتوماسيون توليد اين اجزاء در خانه در كنار گروه هاي پشتيباني استراتژي توليد در نظر گرفته مي شود . ديگر اجزاء نيز در داخل شبكه جهاني پشتيباني ذخيره مي شوند .
11 .اين اتوماسيون اكنون در ساخت قطعات ريخته گري شده تيغه هاي توربين با هفت پيل ومراكزپرس كنترل عددي كامپيوتري وايجاد حوزه هاي خنك كننده فيلم از طريق تخليه الكتريكي بكار مي رود . خانواده هاي توربين ديسك هاي كمپرسور در پيل هاي نرم از طريق به كارگيري وسايل هدايت شونده خود كار رسا ندن اجزاء از انباركامپيوتر ي به( سي. ان . سي )توليد مي شوند . پيل هاي مكانيكي كه دسته اي از يك تكنيك را استفاده مي كنند و تيغه هاي كوچكتر ، در حالي كه بررسي و مراحل ساخت توسط كامپيوتر كنترل مي شود با سيستم نصب 360 درجه الكتروشيميايي توليد مي شوند.
-
سازندگان ميان طرح وتوليد زماني كه ويژگي هاي طرح با توانايي هاي تثبيت شده توليد هم خواني دارد بسيار بيشتر خواهد بود .
13 .طرح كمكي كامپيوتري (سي. اي. دي ) وساخت كمكي كامپيوتري (سي. اي . ام ) حلقه اتصالي ايجاد مي كند كه به واسطه آن مي توان از اجزاء موتورطراحي شده توسط (سي. اي .دي) بري تهيه طرح هاي توليد ، برنامه هايي براي دستگاه هاي كنترل شونده عددي ، ابزارها ، طرح ابزارها ، ترتيب عمليات ، تخمين وبرنامه ريزي استفاده كرد . شبيه سازي كامپيوتري اندازه خروجي خط توليد را پيش از فروش فيزيكي دستگاه ها ممكن مي سازد ودر نتيجه از اينكه تجهيزات هدف از پيش تعيين شده را به انجام نرساند جلوگيري مي كند.
- هر روكش از سبكترين ماده متناسب با فشار و دمايي كه بايد تحمل كند ساخته مي شود.براي مثال آلياژهاي منيزيم، كامپوزيت ها و موادي با ساختار ساندويچي براي روكش هاي هواكش،روكش خنك كننده و كمپرسور فشار پايين به كار مي روند. چون اينها خنك ترين قسمت هاي موتور هستند.آلياژهاي سيليكون براي پوشش توربين وسرلوله كه دما در آنها بالا است و از آنجا كه اين آلياژها در اوج گرفتن عقب هواپيما كمك رسان هستند ، به كار مي روند. براي روكش هايي كه تايد دما را تعديل بخشند يعني لوله هاي جانبي و روكش هاي احتراق بيروني معمولا آلياژهاي آلومينيم وآلياژهاي تيتانيوم به كار ميرود.
آهنگري
- محورهاي هدايت موتور ، ديسك هاي كمپر سور ، ديسك هاي توربين وزنجير دنده ها به بهترين شكلي كه متناسب با تست هاي غير مخربي چون تست فرا صوتي، ذرات مغناطيسي وبررسي فني دقيق باشد ، به هم متصل مي شوند . همراه با توربين وتيغه هاي كمپر سور ، بخش هاي جلو برنده كه از آلياژهاي مختلفي توليد شده اند ايجاب مي كنند كه يك اتصال دقيق با استاندارد هاي بالا صورت پذيرد . اتصال دقيق تيغه ها بسيار ضروري است و باعث مي شود كه يك قطعه با حد اقل كار اضافه از يك قالب ساخته شود .
16.عمل در دماهاي بالا كه ديسك هاي توربين در اين دما ها عمل مي كنند . به كار گيري آ لياژهاي نيكل را ضروري مي سازد . ديسكهاي كمپر سور واقع در انتهاي عقبي كمپر سور از فولاد ضد ضربه ويا حتي آلياژهاي نيكل ساخته مي شوند ، به خاطر دماي بالايي كه بايد تحمل كنند . كمپر سورها از تيتانيوم ساخته ميشوند . استقامت بالاتر تيتانيوم در دماي معتدل قسمت جلوي كمپرسور وهمچنين وزن كمتر آن امتياز تيتانيوم نسبت به فولاد است .
17.آهنگري نيازمند كنترل دقيق بر دما در طول عمليات هاي مختلف است . استاندارد بالايي از نجهيزات كنترل كوره، كنترل دقيق و پاكيزگي چكش هاي آهنگري،پرسها و قالبها ضروزي ميباشد.
18.حلقه هاي كنترل اشتعال به سطوحي كه نياز به اتصالات بيشتر پيش از جوشكاري را كاهش ميدهند، متصل ميشوند تا روكش احتراق را بسازند.
- روكشهاي كمپرسور( اچ.پي) موتور توربين گازي به شكل حلقه هاي كامل يا نيمه كه به يكديگر متصل ميشوند، ساختار اصلي موتور ار شكل ميدهند واز مواد مختلفي چون فولاد ضد زنگ، تيتانيوم و آلياژهاي نيكل ساخته ميشوند.
ريخته گري
- درصد رو به افزايشي از موتورهاي توربين گازي از اجزاي ريخته گري شده از طريق ريخته گري ماسه اي ، ريخته گري قالبي و تكنيك هاي ريخته گري فراگير توليد ميشوند كه اين روش اخير به روش متداولتري تبديل شده است. زيرا اين توانايي را دارد كه اجزايي توليد نمايد با سطحي بي نياز از كار دوباره روي آن .ضروري است كه تمام فرآيندهاي ريخته گري با نظم و پاكيزگي در طي ريخته گري عاري از هر گونه نقصي صورت گيرد در غير اينصورت ممكن است باعث بروز اشكالت فني در اجزا شود.
- تمام تكنيك هاي ريخته گري بستگي به توجه به روشهاي آزمايشريخته گري مثل ساختار شيميايي ، تست امكانات مكانيكي، تست راديولوژيك و ميكروسكوپيك ،قدرت كشش و ضربه پذيري دارد .
- پيچيدگي اين اشكال با حفظ تناسب در اندازه به ارتباط نزديك ميان طراحي و توليد، متالورژيست، شيميدان،قالب ساز، اپراتور كوره و ريخته گري نهايي وابسته است.
- به دليل افزايش روزافزون استفاده از تيغه هاي توربين آنها را از آلياژهاي نيكل در حرارت بالا كه به طريق ريخته گري فراگير يا تكنيك واكس گمشده ريخته گري شده اند، توليد ميكنند. تيغه هاي توربيني كريستال و جاند شده از اينراه ريخته گري مي شوند تا عمر چرخه اي آنها افزايش يابد.
ریخته گری
24. نشاندهنده ريخته گري اتوماتيك بكاررفته در توليد تيغه هاي توربين متقارن جامدشده و كريستال است. فرآيند واكس گمشدهدر توانايي فراهم آوردن استانداردهاي بالاي سطح جلاي فلز و تكرار موفقيت آميز اين فرآيند در يك قطعه ريخته گري شده بي رقيب است.تقاضاهاي رو به افزايش خود را در نياز به محدود ساختن فضاي قطعات و فراهم آوردن مجراهاي پيچيده داخلي نشان داده است.
قالبهايي كه براي كريستال ريخته گري شده و جامدشده به كار ميروند با قالبهاي متداول كه دو طرف آنها باز است تفاوت دارند. اساس قالب، پايه سوكتي را كه در آن صفحه سرد قرار ميگيرد در طول ريخته گري شكل ميدهد. فلز از طريق يك فيلتر سراميكي به حفره هاي قالبها هدايت ميشود. اينها و هسته هاي كريستالي شكل داده شده در صورت نياز پيش از ريخته گري به هم مونتاژ ميشوند. بوسيله روباتها اتوماسيون گسترده يراي حصول اطمينان از اينكه ذرات واكس با جسم صدفي پوشيده شده اند، ممكن ميشود. در ريخته گري نهايي نيز ميتوان با استفاده از برشهاي لاستيكي چرخهاي منشعب از بازوهاي روباتها ناهمواريه را از ميان برد.
ساخت
- اجزاي اصلي موتور توربين گازي يعني محفظه ياتاقان، روكش توربين و احتراق، واحدهاي بيرون دهنده هوا ، لوله هاي جت، واحدهاي تركيب كننده جانبي و روكشهاي كمپرسورهاي فشار پايين را ميتوان با استفاده از ورقه هاي فلزي همچون فولاد ضدزنگ، تيتانيوم و انواع آلياژهاي نيكل توليد كرد.
- ساير تكنيكهاي ساخت تيغ خنك كننده ي پهن وتر فشار پايين شامل پيچاندن تيتيانيوم در پانلهاي جانبي و سوار كردن آن بر قالبها ، تحت فشار گرما قراردادن در كوره و نهايتا سايش گرمايي براي بدست آوردن شكل دلخواه ميباشد. از نورد كردن شيميايي براي زاويه دادن به مركز هر پانل كه به دور يك هسته شانه عسلي مي پيچد استفاده ميشود. پانلها و هسته شانه عسلي هر دو طي فرآيند كوره اي با استفاده از شيوه پخش جوش بهم متصل ميشوند.
جوشكاري
- شيوه هاي جوشكاري بطور وسيع در ساخت اجزا موتور توربين گازي بكار ميروند كه جوشكاري پوششي نقطه و خط ، جوشكاري پخش الكترون و جوشكاري گاز خنثاي تنگستن امروزه بيشتر مورد استفاده اند.
- معمولترين شكل جوشكاري گاز خنثاي تنگستن كه هم اكنون مورد استفاده است شيوه جوش مستقيم قطبي يا همان قطب الكترود منفي است. در اين سطح كار گاز آرگون پوششي خالص به دو سر جوش وارد ميشود و سر لوله جوش لنز گازي قرار مي گيرد تا از پوشش حداكثري گاز اطمينان حاصل شود. چهار درصد قابل چشمپوشي الكترود تنگستن با روشي غير تماسي بگونه اي كنترل شده بكار گرفته ميشود كتا از ايجاد ناهمگوني در سطح جلا ديده فلز كاسته شود.تمام جوشها بررسي شده وبعلاوه دستگاههاي جوش مرتبط با بخشهاي چرخشي همچون كمپرسور و توربين از لحاظ استانداردهاي قابل قبول كيفي راديولوژيكي تست ميشوند.
جوشكاري پخش الكترون
29. اين سيستم كه هم با ولتاژ پايين وهم با ولتاژ بالا كار ميكند. از پخش الكترونها به منظور اتصال به موادي با ضخامتهاي گوناگون بهره مي گيرد.دستگاه جوش از يك تفنگ الكترون ، سيستم ديد چشمي ،اتاق كار و تجهيزات هدايتي ، دستگاه پمپ خلا ، ولتاژ پايين يا بالا و كنترلهاي عملياتي و پشتيباني تشكيل شده است. بسياري از قطعات گردان موتور توربين گاز همچون فولاد، تيتانيوم و آلياژهاي نيكل از اينراه بهم متصل ميشوند و قطعات بزرگتر همچون كمپرسورهاي فشار بالا را ميسازند. اين تكنيك اين امكان را ميدهد كه طرح انعطاف پذيرتري داشته باشيم كه در آن اشتباهات كاهش يافته و عناصر ناهمگون با كاركردهاي متفاوت در كنار هم قرار گيرند.
