Pala motor turboreactor

Proiect Tehnologia Materialelor Matei Delia Elena

Grupa 913

Anul I

Faculatea de Inginerie AerospatialaPala motor turboreactor

Pala unei turbine cu gaze Rolls-Royce/Turbo-Union RB 199. Pe bordul de atac se observ orificiile pentru obinerea filmului de aer necesar pentru rcirea paletei.

Capitolul 1

Necesitatea realizarii pieseiTurbinele cu gaze pentru aviaie sunt cunoscute i sub numele de motoare cu reacie, ns denumirea de motor cu reacie acoper o arie mai larg, ea cuprinde i agregatele de traciune prin reacie care nu au turbine.

Turboreactorul(englez Turbojet) este o turbin cu gaze la care destinderea n turbin se face pn la o presiune anume, peste presiunea atmosferic, astfel nct turbina extrage din fluxul de gaze arse doar puterea necesar antrenrii compresorului. n continuare, gazele de ardere se destind pn la presiunea atmosferic ntr-un ajutaj plasat dup turbin, ajutaj care genereaz fora de propulsie pentru avion. Turboreactoarele sunt eficiente la viteze de zbor relativ mari, cu numrul Mach peste 0,8 (cca. 900 km/h la nivelul solului, respectiv cca. 800 km/h la nivelul zborului de croazier).Turbopropulsorul(englez Turboprop) este o turbin cu gaze la care destinderea n turbin se face pn la presiunea atmosferic, astfel c turbina extrage din fluxul de gaze arse o putere mai mare dect cea necesar antrenrii compresorului. Puterea n plus este folosit la antrenarea unei elice plasat n faa motorului. Turbopropulsoarele sunt eficiente la viteze de zbor mai mici, cu numrul Mach ntre 0,5 i 1,0 (cca. 600 1200 km/h la nivelul solului, respectiv cca. 500 1000 km/h la nivelul zborului de croazier).

Turboventilatorul(englez Turbofan) este un turbopropulsor cu o elice carenat i cu multe pale (numit ventilator), cu funcionare economic i genernd un zgomot redus. O parte din fluxul de aer antrenat de ventilator intr n compresor, iar restul curge n jurul carenajului motorului, genernd i el o for de traciune.

Turbina de elicopter(englez Turboshaft), zis i motor cu turbin liber este similar unui turbopropulsor, diferena constnd n faptul c puterea nu se transmite n fa, unei elice de traciune, ci n spate, unui reductor care o distribuie elicelor rotorului principal.

Capitolul 2

Caiet de sarcini al pieseiCaracteristici functionale:

Posibilitatea folosirii unui ajutaj de reactie a interesat proiectantii de avioane mult timp, dar de la nceput vitezele mici ale avionului si incompatibilitatea unui motor cu piston pentru producerea curentului de aer necesar ajutajului, au prezentat multe obstacole.

Un inginer francez, Rene Lorin a brevetat n 1913 un motor cu propulsie prin reactie. n acea perioad era imposibil de realizat sau de folosit pe avioane, si totusi astzi, statoreactorul este foarte asemntor coceptiei lui Lorin.

n 1930, Frank Whittle a donat primul su patent de folosire a unei turbine cu gaz pentru producerea propulsiei cu reactie dar au trecut 11 ani ca motorul su s ndeplineasc primul zbor.

Principile propulsiei cu reactie:

Propulsia cu reactie este o aplicatie practic a celei de-a treia legi a miscrii, a lui Sir Isaac Newton care afirm c, pentru orice fort care actioneaz asupra unui corp exist o fort egal si de sens contrar. n cazul nostru, forta de propulsie este aerul atmosferic care trecnd prin motor este accelerat.

Un motor cu reactie prodeuce tractiunea ntr-un mod similar cu cea a combinatiei motor-elice, dar n timp ce elicea d o acceleratie mic unei cantitti mari de aer, motorul cu reactie d o acceleratie mare unei cantitti mici de aer.

Acelasi principiu al reactiei are loc n toate formele de miscare; el a fost aplicat si folosit n multe feluri, dar cel mai timpuriu si mai cunoscut exemplu de fort de reactie este motorul lui Heron produs initial ca jucrie. Aceast jucrie arat cum reactia aerului dintr-un numr de ajutaje ar putea realiza o reactie egal si opus ajutajelor, cauznd astfel rotirea motorului.

Avantajele turbinelor cu gaze

-foarte bun raport putere/greutate;

-dimensiuni reduse;

-timp de pornire scurt (5 ... 30 min);

-micare de rotaie uniform (nu alternativ), echilibrare foarte bun;

-vibraii reduse;

-la ITG energetice, costul investiiei i timpul de dare n funciune sunt mult mai mici n comparaie cu instalaiile cu turbine cu abur;

-pot funciona fr ap de rcire, important n zone unde apa este deficitar, de exemplu n deert.

Dezavantajele turbinelor cu gaze

-randament termic nu prea ridicat;

-scderea pronunat a randamentului i performanelor n regimuri diferite de regimul pentru care au fost proiectate, (la sarcini pariale);

-o oarecare inerie la modificarea turaiei;

-fabricaie dificil, necesit tehnologii nalte;

-materiale speciale, rezistente la temperaturi nalte, scumpe;

-ntreinere pretenioas, reparaii planificate dese.

Perspective

O comparaie cu competitorii si se poate face doar pe domenii.La autovehicule, dimensiunile motorului nu sunt chiar critice, iar vibraiile motoarelor cu piston sunt acceptabile, ca urmare dezavantajele turbinelor se manifest din plin. n acest domeniu turbinele cu gaze i gsesc ns aplicabilitatea ca grupuri de turbosupraalimentare.La tancuri, randamentul termic mai sczut nu este un impediment, costurile sunt acceptate de statele dezvoltate, iar puterea imens dezvoltat de turbine asigur mobilitatea pe cmpul de lupt, avantaj care poate fi decisiv.n domeniul feroviar, greutatea nu conteaz, deoarece pentru a avea for la crlig sarcina pe osie a locomotivelor trebuie s fie apropiat de cea maxim admis. Aici randamentul termic sczut i costurile i spun cuvntul, fiind preferate motoarele cu piston sau cele electrice.n domeniul naval civil situaia este similar cu cea din domeniul feroviar. n domeniul naval militar situaia este similar cu cea de la tancuri.n domeniul aviaiei sunt dou situaii. n aviaia comercial i militar raportul putere/greutate primeaz asupra oricror alte considerente, aa c dominaia turbinelor cu gaze este total. n domeniul aviaiei utilitare, sportive i de agrement, costurile limiteaz folosirea turbinelor cu gaze, fiind preferate motoarele cu piston, mult mai ieftine i cu ntreinere simpl.

n domeniul energetic randamentul termic mai sczut limiteaz utilizarea turbinelor cu gaze ca agregate independente n regim de baz, fiind preferate turbinele cu abur. Totui, pornirea de la rece (din rezerv rece) a unui agregat energetic cu turbine cu gaze se poate face n timpi de ordinul minutelor, fa de timpi de ordinul orelor la turbinele cu abur, ceea ce face ca agregatele cu turbine cu gaze s fie de nenlocuit ca uniti de vrf[47] n sistemele energetice care nu dispun de hidrocentrale cu lac de acumulare. Tot n domeniul energetic turbinele cu gaze lucrnd n cicluri combinate abur-gaz (n serie cu turbine cu abur) fac ca randamentul termic al termocentralelor de acest tip s fie foarte ridicat, de 55 58 %, ceea ce face ca ele s aib n acest domeniu un mare viitor.[47]

Turboreactor cu compresor axial.

Turboreactor cu compresor centrifugal.Capitolul 3

Alegerea materialului optim pentru confectionarea piesei Piesele eseniale sunt ajutajele turbinei (a nu se confunda cu ajutajul unui turboreactor) i paletele, piese supuse unor solicitri termice i mecanice extreme. De aceea ele trebuie construite din materiale speciale, rezistente la temperaturi ct mai mari i se prevd cu sisteme de rcire. Actual, temperaturile la intrarea n turbin au depit n unele cazuri (turbine pentru avioane militare) temperatura de 1800 C .

Asa cum am prezentat si mai sus pe langa multiplele avantaje ale turbinelor , acestea au si unele dezavantaje cum ar fi fabricaie dificil care necesit tehnologii nalte si folosirea de materiale speciale care sa fie rezistente la temperaturi nalte si care bineinteles ca sunt foarte scumpe.

In continuare voi prezenta cateva materiale folosite in fabricarea acestor pale de motor turboreactor .

A) Nimonic este o marc nregistrat a Special Metals Corporation si se refer la o familie de superaliaje pe baz de nichel. Aliajele Nimonic constau de obicei din nichel mai mult de 50% i 20% crom cu aditivi, cum ar fi titan i de aluminiu. Principala utilizare este n componente turbin cu gaz i extrem de nalt performan cu piston motoarele cu ardere intern. Familia Nimonic a aliajelor a fost dezvoltat pentru prima oar n 1940 de ctre echipe de cercetare la Works Wiggin n Hereford, Anglia, n sprijinul dezvoltrii motor cu reacie Whittle .

Lucrand la Inco's Wiggin Facility , LB Pfeil este creditat cu dezvoltarea din aliaj Nimonic 80 in 1941. Patru ani mai trziu Nimonic 80A din aliaj de urmat, un aliaj utilizate pe scar larg n supape de motor de astzi. Aliaje progresiv mai tari au fost dezvoltate ulterior: Nimonic aliaj 90 (1945), Nimonic aliaj 100 (1955), i aliaje Nimonic 105 (1960) i 115 (1964)Compositie Nimonic 90:

-Ni 54% min

-Cr 18-21%

-Co 15-21%

-Ti 2-3%

-Al 1-2% B) Iconel este de asemenea o marca inregistrata a Special Metals Corporation care se refer la o familie de superaliajelor austenitic pe baza de nichel-crom . Aliajele Inconel sunt de obicei folosite in aplicatii la temperaturi ridicate. Acesta este adesea menionat n limba englez ca "Inco" (sau, ocazional, "Iconel"). Denumiri comerciale comune pentru Inconel sunt Inconel 625, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 and Nicrofer 6020.Aliajele Inconel sunt oxidare i materiale rezistente la coroziune bine adaptate pentru serviciu n medii extreme. Cnd este nclzit, Inconel formeaza un gros, strat stabil, oxid de pasivare proteja suprafaa de atac n continuare. Inconel i pstreaz puterea ntr-un interval larg de temperaturi, atractiv pentru aplicaii la temperaturi ridicate n cazul n care din aluminiu i oel ar ceda s se strecoare ca un rezultat de posturi vacante termic induse de cristal (a se vedea ecuaia Arrhenius). Inconel puterea lui de temperatur nalt este dezvoltat prin consolidarea soluie solid sau consolidarea precipitaii, n funcie de aliaj. n ntrirea vrst sau soiuri consolidarea precipitaii, cantiti mici de niobiu combina cu nichel pentru a forma compus Ni3Nb intermetalici sau prim gamma ( '). Gamma forme prim cristale mici cubi care inhib alunecare i fluaj eficient la temperaturi ridicate.Inconel este adesea ntlnite n medii extreme. Este comun n palete de turbine cu gaz, sigilii, i de combustie, precum i rotoare turbocompresor i sigilii, electrice submersibile pompa bine arbori motor, elemente de fixare la temperaturi ridicate, prelucrarea chimic i vasele sub presiune, schimbatoare de tuburi de caldura, generatoare de abur n reactoarele nucleare de ap sub presiune, de procesare a gazelor naturale, cu contaminani, cum ar fi H2S i CO2, arme de foc sunet deflectoare supresoare explozie, i Formula One i NASCAR sisteme de evacuare. Inconel este tot mai utilizat n cazanele de incineratoare de deeuri . Joint European Torus nav se face n Inconel. America de Nord Aviaie construite pielea Avionul-rachet X-15 dintr-un aliaj Inconel cunoscut sub numele de "Inconel X". Laminate Inconel a fost frecvent utilizat ca suport de nregistrare de gravur n recordere cutie neagr la bordul aeronavelor Alternative la utilizarea n aplicaii de Inconel chimice cum ar fi scruber, coloane, reactoare, i evi este Hastelloy, perfluoroalkoxy (PFA), cptuite din otel carbon sau fibre de material plastic armat.Inconel 718 este o precipitare-clibil de nichel-crom aliaj coninnd cantiti semnificative de fier, niobiu, molibden i mpreun cu cantiti mai mici de aluminiu i titan. Acesta combina rezistenta la coroziune i cu rezisten nalt sudabilitate restante, inclusiv rezisten la fisurare dupa sudare. aliaj are excelente rezistena la fluaj-rupere la temperaturi de pn la 700 C (1300). Folosit n turbine cu gaz, motoarelor de rachet, nave spaiale, reactoare nucleare, pompe, i scule.

Capitolul 4

Procedee tehnologice posibile de

realizare a piesei semifabricat Fabricarea pieselor de masini si a pieselor metalice in general, consta in a da forma si dimensiunile necesare metalelor folosite. Aceste metode sunt mai ales urmatoarele: prelucrarea metalica prin aschiere si prelucrarea prin prese si turnare.

Metoda de fabricare a pieselor se alege in functie de proprietatile metalelor:de marime , de forma si intrebuintarea pieselor.

Prin prelucrarea mecanica a metalelor la masini unelte nu se pot

obtine piese complicate si, afara de aceasta, metoda prin prelucrare mecanica nu este economica. Metode mai productive sunt prelucrarile metalelor prin presare la cald si la rece, ca: forjare , matritare si presare.

Cea mai economica metoda de fabricare a pieselor este turnarea. Prin aceasta metoda se pot obtine piese foarte mari si cu forma complexa, cu goluri interioare de diferite forme. Piesele se pot turna din toate metalele, pe cand prelucrarea pieselor prin presare se poate face numai din anumite metale plastice. Numarul mare de piese turnate se poate deduce din faptul ca aproape 50% din greutatea masinilor reprezinta piese turnate.

Turnarea este procedeul tehnologic de realizare a pieselor prin introducerea unui material metalic n stare lichid ntr-o cavitate special executat.Prin solidificarea topiturii rezult piesa tunat care reproduce configuraia i dimensiunile cavitii.

Forma de turnare reprezint un ansamblu compus de obicei din dou pri(semiforme), care conine o cavitate avnd configuraia i dimensiunile foarte apropiate de cele ale piesei care se vrea obinut.

Forma temporar reprezint forma de turnare ce se execut din amestec de formare obinuit(nisip i argil) sau special (nisip i liant special) i care este folosit la o singur turnare, distrugndu-se pentru extragerea piesei turnate.

Forma semipermanent este forma de turnare ce se execut din ciment, ipsos, amot, i care este folosit la cteva turnri dup uoare reparaii intermediare.

Forma permanent reprezint forma de turnare metalic din font, oel sau aliaje neferoase sau diferite rini, folosit la un numar foarte mare de turnri(sute,mii,zeci de mii) fr a necesita reparaii intermediare.

Suprafaa de separaie-suprafaa, de obicei, plan, care separ semiformele.

Formarea-operaia tehnologic manual sau mecanizat ce const n realizarea formei de turnare.

Amestecul de formare este materialul granular folosit la materializarea formelor temporare, fiind compus din nisip cuaros, argil i ap- n cazul amestecului de formare obinuit.

Reeaua de turnare este ansamblul de canale prin care materialul topit ptrunde n cavitatea de turnare.Pentru formarea reelei de turnare se utilizeaz modele corespunztoare.

Rsuflatorile denumesc ansamblul de canale special executate n forma ed turnare prin care se asigur eliminarea aerului i a gazelor rezultate la turnare .

Modelul este elementul folosit la formare, avnd configuraie i dimensiuni apropiate de cele ale piesei turnate.El se execut din una,dou,(semimodele) sau mai multe pri,n funcie de configuraia geometric a piesei.

Miezul este o parte distinct a formei de turnare, cu ajutorul cruia se obine configuraia interioar a pieselor turnate.

Turnabilitatea este o mrime relativ, apreciat comparativ, pe tipuri de materiale.Se exprim prin calificative:foarte bun, bun, satisfctoare, slab, necorespunztoare.Proprietile fizice care influieneaz turnabilitatea sunt: fuzibilitatea,fluiditatea, tensiunea superficial, contracia la solidificare etc.

Fuzibilitatea este proprietatea metalelor i aliajelor de a trece n stare topit printr-un aport minim de cldur din exterior.Cantitativ, fuzibilitatea este exprimat prin temperatura de topire, specificat fiecrui material n parte.Din acest punct de vedere se deosebesc materiale greu fuzibile(Ttop>1000C) ca W,V,Ti,Co i uor fuzibile(Ttop