Сборка авиационных газотурбинных двигателей

УДК 629.7-036.3(075.8)
ББК 39.551.41-06я73-1
К70
 
 
 
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
С.В. Михайлов,
Директор ГБПОУ «Политехнический колледж им. Н.Н. Годовикова»;
Д.Ю. Козинер,
Председатель предметной (цикловой) комиссии производства
и обслуживания авиационных двигателей
ГБПОУ «Политехнический колледж им. Н.Н. Годовикова»;
Е.С. Болмосова,
Главный технолог АО «Московское машиностроительное предприятие
им. В.В. Чернышева»;
В.А. Самойлов,
Зам. главного технолога по сборке, испытанию и ремонту
АО «Московское машиностроительное предприятие им. В.В. Чернышева»
Коршунов В.М.
К70
Сборка авиационных газотурбинных двигателей: учеб. пособие. – М.: Финансы и статистика, 2024. – 372 с.: ил.
ISBN 978-5-00184-104-3
Рассмотрены структура двигателестроительного завода, организация сборочных работ ГТД и входящих в ее состав технологических операций, методы достижения точности сборки узлов, типы соединений, используемые при
производстве ГТД, контроль в сборочном процессе.
На примере сборки двухкаскадного высокотемпературного ГТД показаны процессы сборки узлов и газогенератора, технология сборки роторов
(барабанов и рабочих колес). Представлена теоретическая основа обеспечения взаимозаменяемости комплектов рабочих лопаток по дисбалансу.
Проведен сравнительный анализ используемых при сборке колес весовых
характеристик рабочих лопаток и имеющегося технологического оборудования для статической балансировки комплектов распределения лопаток по
пазам диска на ЭВМ. Описаны конструкция и технологические возможности
автоматизированного рабочего места комплектовщика комплекса АРМКо-1.
Рассмотрены вопросы модульности конструкции ГТД и взаимозаменяемости его узлов, а также технологического обеспечения при сборке ГТД
и возможности введения дифференцированного ресурса работы для комплектов рабочих лопаток роторов компрессора и турбины.
Предложены варианты конструкции, обеспечивающие возможность замены бандажированных комплектов лопаток ротора турбины без разборки
изделия.
Для студентов высших и средних технических учебных заведений. Может
быть полезно также конструкторам и технологам моторостроительных предприятий при разработке и организации производства новых современных ГТД.
УДК 629.7-036.3(075.8)
ББК 39.551.41-06я73-1
© Коршунов В.М., 2024
ISBN 978-5-00184-104-3
© ООО «Издательство «Финансы и статистика», 2024
2

ÂÂÅÄÅÍÈÅ
Расширение областей применения газотурбинных двигателей (ГТД) повышает актуальность изучения конструкций и методов их производства. ГТД являются наукоемкими и дорогостоящими изделиями. Они экономичны, надежны и обладают
достаточно большой мощностью для широкого использования.
В настоящее время ГТД используются в авиации, танкостроении, судостроении и для различных мощных приводов, таких
как привод насосов газоперекачивающих станций, газо-нефтепроводов, небольших автономных электростанций и т. д.
В зависимости от места их использования ГТД приобретают
различные конструктивные особенности для обеспечения их
оптимального использования и надежной эксплуатации.
Развитие самолетостроения требует создания новых более
мощных ГТД и повышения качества уже существующих двигателей, основными характеристиками которых являются тяга,
ресурс, надежность, экономичность, габариты, вес и стоимость.
Создание новых конструкций ГТД и требования по увеличению объема их выпуска накладывают ограничения на конструкцию двигателя по технологичности, возможностям организации поточной сборки и модульности конструкций отдельных
узлов и всего изделия.
Важнейшую роль в производстве ГТД играют сборочные
процессы, трудоемкость которых составляет до 25% от общей
трудоемкости производства двигателя, а трудоемкость испытаний – до 10%.
Сборка – ответственный технологический процесс производства ГТД, содержащий операции соединения деталей с заданными параметрами – зазоров, натягов, соосности корпусов,
жесткости конструкции, уравновешивания роторных систем, изготовления, сборки и проливки топливных коллекторов и других аналогичных изделий.
Важнейшей характеристикой двигателя является его надежность. НАДЕЖНОСТЬ – мера способности изделия, узла или
детали работать безотказно. Количественно надежность выражается вероятностью безотказной работы в расчетный период
времени в процентах.
3

Таким образом, надежность и долговечность двигателя определяются:
– конструкцией двигателя;
– технологией изготовления и сборки изделия;
– покупными изделиями;
– металлургией (материалами, используемыми в производстве);
– эксплуатационными условиями;
– организационными мероприятиями.
Улучшение качества и надежности изделий связано с повышением длительной прочности материалов горячей части и
улучшением охлаждения конструкции, повышением усталостной прочности и износостойкости сопрягаемых деталей.
Качество ГТД оценивается сдачей деталей и узлов с первого
предъявления, количеством брака и коэффициентом виброперегрузки «К» нормируемым разработчиком. Оценка виброперегрузки ведется измерением амплитуды колебаний корпусов
двигателя при испытании и эксплуатации.
При сборке двигателя важную роль играет выбор базовой
детали, которая устанавливается в стапель и на которую в дальнейшем устанавливаются остальные детали и узлы.
Определяющее значение для получения качественного двигателя имеет уравновешивание роторных систем и входящих
в них деталей. Качество балансировки определяется допустимой величиной остаточного дисбаланса роторов, которая нормируется разработчиком. В комплект конструкторской документации ГТД входит также инструкция по балансировке
роторов. Повышенные остаточные дисбалансы роторов приводят к появлению значительных вибраций на опорах двигателя
и его съему с испытания или из эксплуатации. Большие работы по разработке и внедрению новых технологий балансировки роторов ГТД были проведены отделом сборки в научно-исследовательском институте НИИД г. Москва. Важную роль
в обучении специалистов-технологов сборочных работ имеют
работы МАИ, проводившиеся под руководством профессора
М.Е. Левита.
Сборка и испытание являются заключительными процессами производства ГТД. Определяющая роль в создании и доводке новых ГТД принадлежит конструкторам – разработчикам и технологам – организаторам производства. Разрабатывая
4

новые конструкции ГТД, конструктор должен ясно представлять, как она будет собираться и как обеспечить взаимозаменяемость сборочных узлов. При сборке узлов должны использоваться методы полной взаимозаменяемости деталей без
подгонки. Зачастую в стремлении повысить экономичность
двигателя, снизить потери от перетекания воздуха при работе
разработчик задает зазоры между сопрягаемыми деталями –
полками рабочих лопаток ротора и статора такой величины,
что для их обеспечения возможен только метод подгонки деталей. Это резко увеличивает трудоемкость узла, исключает возможность замены комплектов лопаток в эксплуатации и снижает качество выпускаемого изделия. Важнейшим свойством
ГТД является его технологичность.
Технологичность – это совокупность свойств конструкции
двигателя, определяющая ее приспособленность к достижению
оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте
для заданных показателей качества, объема выпуска и условий
выполнения работ.
Виды технологичности:
– производственная технологичность – степень соответствия конструкции изделия оптимальным производственнотехнологическим условиям его изготовления при заданном
объеме производства;
– эксплуатационная технологичность изделия проявляется
в сокращении затрат времени и средств на техническое обслуживание и ремонт изделия, находящегося в эксплуатации
у потребителя, и в выполнении своих рабочих функций с обеспечением возможности обслуживания наиболее экономичными
технологиями.
Оценка технологичности конструкции изделия может быть
качественной и количественной. Качественная оценка характеризует технологичность обобщенно на основе опыта исполнителя, путем сравнения анализируемого изделия с другим
аналогичным изделием. После завершения проектирования
двигатель рассматривается отраслевым технологическим институтом на предмет его технологичности. Все предложения технологов института по изменению конструкции рассматриваются разработчиком изделия.
Технологические процессы сборки ГТД определяют качество выпускаемой продукции, ее надежность и трудоемкость
5

изготовления. Большую роль в получении качественной продукции играет простота технологических процессов с использованием методов полной взаимозаменяемости деталей и дисциплина производства.
Нарушение технологии, необоснованно сложные технологические процессы с большой трудоемкостью зачастую приводят
к появлению дефектов, которые выявляются в процессе испытаний на испытательной станции, а иногда и в эксплуатации.
Важнейшую роль в процессе производства ГТД играет система контроля, реализуемая ОТК. Подтверждение качества выпускаемых цехом деталей осуществляется на рабочих местах
и выборочным контролем в ЦИЛе (Центральной измерительной лаборатории предприятия).
В технологии производства авиационных ГТД внедрены
многие достижения науки и техники. Путями развития ГТД
являются:
– совершенствование его конструкции;
– обеспечение модульности узлов и всего ГТД;
– повышение точности и стабильности изготовления деталей, обеспечивающих их взаимозаменяемость;
– широкое использование вычислительной техники, как
при изготовлении деталей, так и в процессе сборки узлов;
– разработка новых технологических процессов, использующих методы поточной сборки и обеспечивающих модульность конструкций узлов;
– введение ресурса по техническому состоянию для дорогостоящих узлов и деталей.
Решению этих задач посвящаются многие научно-исследовательские работы в области производства ГТД.
Автор книги выражает глубокую благодарность за поддержку и большую помощь в оформлении книги Елене Михайловне
Соломатиной и Александру Васильевичу Пегачкову.
6

ÃËÀÂÀ 
ÃËÀÂÀ 
ÃËÀÂÀ 
ÃËÀÂÀ 
ÃËÀÂÀ 1
ÏÎÄÃÎÒÎÂÊÀ
Ê ÑÁÎÐÎ×ÍÎÌÓ ÏÐÎÖÅÑÑÓ
1.1. Îðãàíèçàöèÿ ñáîðî÷íûõ ðàáîò.
Ìàðøðóò èçãîòîâëåíèÿ àâèàöèîííîãî
äâèãàòåëÿ, îðãàíèçàöèÿ ñáîðî÷íûõ ðàáîò
è îñíîâû ïðîåêòèðîâàíèÿ òåõíîëîãèè
Изготовление авиационных газотурбинных двигателей (ГТД)
осуществляется на специализированных предприятиях. Синхронизация работы цехов производится заводоуправлением на
основании графика работ по ежедневному выпуску изделий.
Контроль выполнения работ в цехах осуществляется на ежедневных оперативных совещаниях в заводоуправлении. Цеха используют предметный (узловой) метод производства. Каждый
цех получает заготовки и необходимые покупные изделия из
отдела снабжения и от заготовительного производства, после
чего запускает их в работу по изготовлению деталей, входящих
в узел. Большое значение при этом имеет контроль качества
изготовленных деталей, который ведется как пооперационно,
так и для полностью изготовленных деталей или собранных
узлов.
Изготовленные детали поступают на сборочный участок механосборочного цеха, где собираются в готовую продукцию
цеха – соответствующий узел двигателя. Изготовленные узлы
двигателя передаются в ЦСГД (Центральный склад готовых
деталей). После завершения комплектации двигателя – получения всех входящих узлов из разных цехов комплект передается
в цех первой сборки, где двигатель собирается из готовых узлов и деталей. На него устанавливается коробка агрегатов
с комплектующими изделиями, полученными из отдела комплектации. После завершения первой сборки двигатель передается на испытательную станцию для проведения предъявительских испытаний. В процессе прохождения предъявительских
7

испытаний производится приработка деталей двигателя, ведется его отладка, измеряются необходимые параметры, такие
как: тяга, расход воздуха, расход топлива, вибрация по опорам,
скольжение роторов и т. д. Измеряется температурное поле на
выходе из турбины. После завершения испытаний и консервации двигатель передается в цех второй сборки.
В цехе второй сборки производятся разборка двигателя, дефектация узлов и деталей, устранение выявленных дефектов.
Узлы, подлежащие регулировке (топливные коллекторы и сопловые аппараты турбины), направляются в цеха-изготовители
для регулировки. После завершения регулировки узлов их возвращают в цех второй сборки, где производится окончательная
сборка двигателя. Все операции по сборке, выполняемые слесарями-сборщиками, обязательно контролируются ОТК (Отделом технического контроля) и заказчиком, чем обеспечивается
высокое качество выполнения работ.
Собранный двигатель передается на испытательную станцию для проведения приемосдаточных испытаний. В процессе
проведения приемосдаточных испытаний производится приработка деталей, отладка двигателя, измерение его характеристик
и сдача ОТК и заказчику. После завершения испытаний производится консервация двигателя. В процессе испытаний, как
сдаточных, так и контрольных, ведется протокол испытаний,
где отражаются характеристики двигателя и его газовая наработка.
После завершения испытаний двигатель передается в экспедицию для упаковки в тару. Оборудование, инструмент и приспособления, используемые в процессе производства, изготавливаются в инструментальном цехе. Весь крепеж (метизы),
используемые при сборке двигателя, изготавливаются в метизном цехе.
В состав каждого цеха входят технологическое бюро, бюро
технического контроля (БТК), группа механика и плановодиспетчерское бюро.
Схема производства ГТД на предприятии
Детали
1-ая
Испытание
Разборка
Испытание
ЭкспеЭксплуаУзлы
сборка
КонсерДефектация
Консердиция
тация
Агрегаты
вация
2-ая сборка
вация
8

1.2. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ è ýëåìåíòû
ñáîðî÷íîãî ïðîöåññà
Деталь – простейший элемент конструкции.
Узел – соединение нескольких деталей.
Агрегат – конструктивно законченный, функциональный
узел.
Конструкторский или технологический узел (агрегат). Под
технологическим узлом понимают такое изделие, которое собирается независимо от других узлов и участвует в сборке как
самостоятельный элемент.
Монтаж – сборка (установка) узла на двигатель.
Сборка бывает: предварительная и окончательная, узловая
и общая.
Переборка – разборка изделия после испытаний, дефектация узлов и деталей, необходимая регулировка узлов, балансировка и окончательная сборка изделия.
Соединения бывают разъемные и неразъемные. Разъемные
соединения – это такие, которые обеспечивают возможность
разборки узла на входящие детали.
Зазоры бывают радиальные и осевые. Радиальный зазор
(рис. 1.1) образуется в результате разности диаметров сопрягаемых деталей. Осевые зазоры определяются осевыми размерами деталей, входящий в размерную цепь (рис. 1.2).
Рис. 1.1. Радиальный зазор
Рис. 1.2. Осевой зазор
Рассмотрим основные понятия и элементы сборочного процесса.
9

1.3. Îðãàíèçàöèîííûå ìåòîäû ñáîðêè
При сборке ГТД используются бригадный или операционный методы. Применение каждого из этих методов зависит от
типа производства: единичное, серийное, массовое.
Для единичного производства обычно используется бригадный метод. При использовании этого метода рабочие высшей
квалификации выполняют все работы по сборке от начала и до
конца. Работы ведутся в основном на одном рабочем месте.
Время на выполнение этих работ больше, чем при операционном методе. Стоимость работ также выше, чем при сборке
изделий с использованием операционного метода. При этом
методе сборки технологическая оснастка и инструмент используются универсальные. Этот метод производства применяют
конструкторские бюро при производстве и доводке новых изделий.
При применении операционного метода сборки весь технологический процесс разбит на отдельные операции, которые
выполняются на специально оборудованных рабочих местах.
В производстве используются рабочие относительно низкой
квалификации, которые выполняют большинство операций,
используя специальную оснастку, технологические приспособления и установки. В этом случае стоимость выполнения работ
за операцию несколько ниже, чем при бригадном методе производства.
Суммарное время цикла сборки изделия значительно меньше, чем при бригадном методе сборки, и может быть определено по формуле:
узл
T
T
n
i
общ
Тсб = Тузлов + Т
 = 
 
общ


1
B
B
n
i
общ
1
узл
T
T


,
или Тсб = 
 
B
где Тсб – трудоемкость сборочных работ, человеко-час;
B – число рабочих, участвующих в выполнении работ;
n – число собираемых узлов.
При проектировании пооперационного сборочного процесса важнейшим моментом является правильное распределение
10