Что такое лопатки двигателя

Лопатки графитовые

Рабочими элементами промышленного насосного и компрессорного оборудования роторно-пластинчатого типа являются лопатки графитовые (лопасти). Принцип действия таких агрегатов основан на использовании лопастей для нагнетания давления или создания разрежения. Специфика режима работы лопаток ‒ интенсивное трение по поверхности статора без дополнительной смазки и при повышенной температуре. Они обеспечивают достижение заданных технических характеристик, а также во многом определяют надежность и продолжительность эксплуатации роторно-лопастных насосов и компрессоров.

Материалы изготовления

Для изготовления лопаток графитовых используют конструкционные марки графита с улучшенными антифрикционными характеристиками и повышенной механической прочностью. Важными требованиями к таким элементам конструкции считаются:

• высокая устойчивость к истиранию (износостойкость),
• низкий коэффициент линейного температурного расширения,
• устойчивость к нагреву,
• низкая степень пористости.

Среди выпускаемых углеродных материалов совокупности этих требований отвечают, в частности, графит марки IG-1SP и углеволокнит ЭПАН-2Б.

Композиционный материал ЭПАН-2Б изготавливают из специальной волокнистой массы, состоящей из углеродных волокон, фенолоформальдегидной смолы, минеральных добавок. Лопасти заданных размеров получают способом горячего прессования. Качественная деталь не должна содержать видимых и скрытых дефектов, отслоений, вздутий, трещин, эрозий, неоднородностей. Графит марки IG-1SP представляет собой мелкозернистый универсальный конструкционный материал с высокостабильными свойствами. Изготавливают из очищенного тонкого углеродного сырья способом холодного изостатического прессования.

Отличается повышенной плотностью (1,78-1,82 г/куб. см), однородностью структуры, высокой степенью изотропности основных характеристик.

Свойства лопаток графитовых

Лопатки функционируют в жестких условиях эксплуатации. На их рабочие кромки воздействуют интенсивные тангенциальные силы трения, на плоскую поверхность ‒ силы давления перекачиваемой среды и радиальные силы трения при возвратно-поступательном перемещении пластин в пазах ротора. В результате работы температура лопасти может значительно повышаться. Лопатки графитовые ‒ ответственные детали конструкции насосного оборудования, обладающие следующими эксплуатационными свойствами:

1. Высокая механическая прочность, сохраняющаяся при значительном неравномерном нагреве пластины.
2. Стойкость к переменным нагрузкам, в частности, к цикличным и ударным.
3. Высокая устойчивость к агрессивному воздействию перекачиваемой среды.
4. Низкое значение коэффициента сухого трения.

Высокие технические характеристики лопастей достигаются благодаря использованию для их изготовления графита и определяются физико-химическими свойствами этого конструкционного материала.

Особенности применения

Важное эксплуатационное свойство лопаток графитовых ‒ образование в процессе работы на трущейся поверхности статора тончайшей смазывающей пленки из графита. Благодаря этому после непродолжительной приработки износ лопаток резко замедляется, существенно снижается уровень шума при работе. Что важно, при эксплуатации металлическая внутренняя поверхность статора практически не изнашивается.

Конструкция лопаток графитовых характеризуется плоской прямоугольной формой. Параметры ширины, высоты и толщины детали зависят от конкретной модификации насосно-компрессорного оборудования. Угол кромки, соприкасающейся со статором ‒ срезан. При установке лопатки в паз ротора необходимо соблюдать правильную ориентацию лопасти в пазе ротора (согласно инструкции).

Что такое лопатки двигателя

Лопатки компрессора являются ответственными и массовыми деталями газотурбинного двигателя. От правильно выбранной технологии изготовления лопаток будет зависеть ресурс и конечная стоимость двигателя.

Обеспечение заданного ресурса работы лопаток во многом зависит от ряда технологических факторов. Состояние поверхностного слоя лопаток, наличие следов предыдущей обработки (шероховатость поверхности), являющихся концентраторами напряжения, оказывают существенное влияние на длительную и усталостную прочность лопаток при эксплуатации [6].

Поэтому изготовление лопаток, даже в мелкосерийном производстве, требует применения современных технологических процессов, высокопроизводительного оборудования и автоматизации процесса изготовления и контроля.

Одной из широко применяемых технологий изготовления лопаток компрессора газотурбинного двигателя является фрезерование на координатных станках с последующей ручной доработкой в частности финишных операций [3, 7, 10]. Однако данная технология имеет ряд недостатков:

– низкая точность и производительность;

– необходимость применения ручных операций;

– высокая квалификация рабочего на окончательных ручных операциях по доводке профиля пера лопаток;

– вредные условия для рабочих при выполнении ручных шлифовально-полировальных работ;

– высокая стоимость и быстрый износ режущего инструмента;

– требуется 100 % контроль.

Актуальными задачами изготовления лопаток компрессора газотурбинного двигателя являются:

– автоматизация финишных операций обработки профиля пера. Исключение ручных операций позволит повысить качество и стабильность технологического процесса изготовления лопаток газотурбинного двигателя;

– использование физико-химических способов обработки позволит исключить использование дорогостоящих режущих инструментов и повысить производительность обработки;

– автоматизация контроля лопаток газотурбинных двигателей.

Одним из наиболее эффективных и перспективных направлений изготовления лопаток является электрохимическая обработка. Преимуществами электрохимической обработки являются [1, 2, 4, 8]:

– сокращение сроков изготовления лопаток и возможность эффективной обработки труднообрабатываемых материалов;

– качество поверхности после электрохимической обработки требует минимальной последующей финишной обработки;

– высокая стойкость инструмента;

– кроме этого, отмечается, что лопатки после ЭХО имеют повышенную газодинамическую устойчивость, пониженный разброс частот собственных колебаний, повышенную усталостную прочность за счет уменьшения остаточных напряжений [5].

Известно, что зарубежные производители ГТД (такие как General Electric Company, MTU Aero Engines GmbH, Volvo Aero Corporation и др.) успешно применяют ЭХО как в качестве операции предварительного формообразования межлопаточного канала моноколес с использованием непрофилированных электродов, так и для размерной обработки пера лопаток профильными электродами инструментами [5].

В этой области начата работа и достигнуты значительные успехи в НИИД (г. Москва), казанской (КАИ, КГТУ), самарской (САИ) и уфимской (НИИ ПТиТ ЭХО при УГАТУ) школах электрохимической обработки и др. [2, 4, 5].

Для анализа было выбрано два способа изготовления лопаток компрессора высокого давления газотурбинного двигателя.

Первый способ. Изготовление лопаток на координатно-фрезерных станках, рис. 1. В качестве исходной заготовки используется фрезерованный параллелепипед, изготовленный с точностью 0,1 мм. Формирование замка типа «ласточкин хвост» производится на горизонтально протяжном станке. Далее производится комплексное фрезерование всех элементов проточной части лопатки на координатных станках с числовым управлением с припуском под чистовую обработку. В процессе комплексного фрезерования заготовка базируется за хвостовик типа «ласточкин хвост». Конечным этапом изготовления лопаток является ручная обработка или обработка бесконечной лентой [2, 6].

Второй способ. Изготовление лопаток на электрохимических станках, рис. 2. В качестве исходной заготовки используется шлифованный параллелепипед, изготовленный с точностью 0,02 мм. В процессе электрохимической обработки происходит формирование трактовых поверхностей с припуском под чистовую обработку. Далее производится формирование хвостовика типа «ласточкин хвост» на горизонтально протяжном станке. Окончательная операция осуществляется на виброшлифовальном станке [9].

Проанализируем оба способа изготовления компрессорных лопаток. Наиболее полную картину можно получить, сопоставляя затраты и трудоемкость на подготовку производства, затраты и трудоемкость на изготовления детали, а также точность и стабильность изготовления лопаток. Для анализа были изготовлены две партии лопаток вышеупомянутыми способами.

Рис. 1. Основные этапы изготовления лопаток компрессора

Рис. 2. Основные этапы изготовления лопаток компрессора

Основные затраты на подготовку производства

Ил-112В: установлены причины катастрофы

В предыдущем материале по факту было высказано мнение, что основной причиной катастрофы Ил-112В в Кубинке стала поспешность нашего Минобороны, страстно желавшего показать машину на МАКСе и «Армии-2021».

Собственно, ничего не поменялось, но теперь есть заключение экспертов о причинах катастрофы самолета. Надо сказать, что заключение не отвечает на все вопросы, наоборот, добавляет новых.

Расшифровав данные бортовых самописцев самолета, эксперты пришли к очень неприятному выводу: начавшийся пожар в правом двигателе привел к возгоранию обшивки и внутренних конструкций крыла, но переход машины в неуправляемый боковой крен и опрокидывание машины вызвало разрушение огнем тяги элерона. Элерон спровоцировал опрокидывание машины и последовавшую катастрофу.

Бортовой прибор записи не зафиксировал никаких разговоров в последние секунды катастрофы. Экипаж из профессиональных летчиков, вероятно, понял, что произошло и в чем причина того, что самолет перестал слушаться рулей.

Летчики реально ничего не смогли сделать в сложившейся ситуации, в машине, полностью потерявшей управление за эти короткие секунды. Поэтому летчики погибли молча, не сказав друг другу ни слова.

Что случилось с самолетом? Ошибка экипажа исключена, да и не мог так ошибиться такой первоклассный экипаж.

Группа экспертов Межгосударственного авиационного комитета и их коллеги из Минпромторга установили, что виной всему был сбой в работе правого двигателя самолета и последовавший за этим помпаж. Далее последовала потеря двигателем газодинамического равновесия и, вероятно, разрушение турбины. Обычно помпаж разрушает в первую очередь лопатки турбины, а уже обломки лопаток начинают крушить все вокруг.

Судя по всему, лопатки турбины перебили топливопроводы, вслед за чем началось возгорание топлива. Все это случилось через несколько минут после взлета, самолет только начал набор высоты, а внутри крыла и в гондоле двигателя уже начался пожар, вызванный разлившимся из перебитых топливопроводов керосином.

Почему сразу не сработала сигнализация и пожар первыми заметили диспетчеры на вышке аэродрома, не совсем понятно. Но факт, что именно диспетчеры предупредили экипаж о начавшемся на борту пожаре, а только затем сработала сигнализация.

Экипаж спокойно ответил о том, что ситуация понятна и начал борьбу за самолет. Первой сработала автоматическая система пожаротушения и в гондолу двигателя был подан пенный состав для тушения огня.

Первое тушение не дало результатов, пожар продолжился, и летчики уже вручную активировали вторую очередь системы пожаротушения.

Но и это не дало ожидаемого эффекта, поскольку разлитое топливо горело уже внутри крыла. Конструктивная проблема Ил-112В: системы борьбы с огнем были ориентированы на тушение огня внутри гондол двигателей, а на возгорание топлива внутри крыла не были рассчитаны совершенно.

Кроме того, система пожаротушения на Ил-112В была очень сильно сокращена: всего два огнетушителя на сторону. Обычно в «Илах» на самолеты устанавливается система, которая тушит огонь в ШЕСТЬ очередей. То есть, на каждую сторону в случае с Ил-112 было бы ШЕСТЬ огнетушителей вместо ДВУХ.

Чем вызвано такое сокращение систем безопасности – вопрос.

На этом борьба с огнем была закончена просто потому, что тушить его было уже нечем. Оба баллона с пеной были израсходованы и экипаж решил максимально быстро посадить горящий самолет, чтобы потушить огонь на земле. Собственно, это единственное, что оставалось в такой ситуации.

Экипаж запросил вынужденную посадку, которая была дана. Записи зафиксировали четкие и внятные действия экипажа. Горящий двигатель был заглушен, винт зафлюгирован, на оставшемся двигателей пилоты смогли развернуть самолет и пойти в сторону аэродрома. В сложившихся условиях они смогли подобрать идеальное положение рулей и тяги оставшегося двигателя и самолет начал движение скольжением (слова экспертов), в конце которого самолет точно сел бы на ту взлетную полосу, с которой поднялся в воздух.

До ВПП оставалось около полутора километров…

Но пожар, который продолжался в крыле, сделал свое дело и летчикам не удалось совершить задуманное. Через каких-то 45 секунд после начала пожара потеряла свои свойства тяга элерона, дюралюминиевая трубка с шарнирами, которая удерживала правый элерон в нижнем положении. Далее тяга разрушилась. Разрушение тяги привело к тому, что элерон встал в нейтральное положение и перестал компенсировать асимметричность работы левого двигателя.

Самолет начал крениться вправо и опускать нос. Далее началось опрокидывание самолета, и он врезался в землю.

Очевидно, летчики поняли, что произошло. Они никаким образом больше не могли повлиять на ситуацию, поэтому просто молча вошли в последний вираж самолета.

Последний вираж длился три секунды. Ил-112В перевернулся через правое крыло и упал на землю.

Эксперты МАК сочли, что в таких условиях вывести самолет из крена было просто невозможно.

Большинство специалистов считает, что причиной трагедии стала не готовность прототипа самолета к подобным полетам и спешка, вызванная желанием показать его широкой публике.

В действительности даже не хочется представлять, что могло произойти в подобной ситуации, если бы она случилась не над лесами района Кубинка-Алабино, а над полем проведения выставки МАКС или «Армии-2021». И сколько тогда было бы жертв.

Вызывает недоумение действия руководителей Минпромторга, которые, по информации некоторых СМИ, поставили задачу членам комиссии «детально выяснить, не было ли ошибок экипажа при заходе на посадку».

Экипаж сделал все, что было в его силах, и стоит ли даже пытаться возложить на погибших летчиков хотя бы толику ответственности за происходящее. Более весомо было бы просто задать вопросы компетентным сотрудникам ВАСО на тему того, как и из чего был собран этот прототип.

Простите, назвать полноценным самолетом Ил-112В нельзя. Это не самолет, это прототип самолета. Который собирали по инициативе и за счет ПАО «Ил» на заводе в Воронеже.

Автор по стечению обстоятельств живет именно в этом городе и имеет в круге общения несколько сотрудников ВАСО. Естественно, не мог не задать вопросы заводчанам по поводу Ил-112В. Ответы переводу не подлежат.

И вот какие возникают вопросы.

1. Настолько ли была необходимость в полетах прототипа на выставках?

Прототип провел в воздухе не так много времени, самым длительным полетом был как раз перелет из Воронежа в Москву. Все остальные полеты длились от 5 до 10 минут. Не рисковали, кружась над заводом, это видел весь город. Там вокруг ВАСО теперь жилые районы повсюду, так что такие подскоки были очень и очень оправданы, спасибо.

Целый год, с марта 2019 по март 2020 самолет вообще не летал. Его пытались довести до ума, параллельно ремонтируя взлетно-посадочную полосу завода.

2. Было ли детально обследовано, устранены ли выявленные недостатки, над которыми работали весь год?

3. Из чего вообще собран Ил-112В? Дюралюминий марки Д16, из которого должны были изготавливаться тяги элеронов, должен выдерживать критическую температуру в 650 градусов. Однако, по заявлениям экспертов, тяга потеряла свои свойства при 600 градусах.

4. Будет ли привлечено к ответственности АО «ОДК-Климов», которое уже столько лет не может обеспечить работоспособность украинского полулицензионного двигателя, который оно предлагает под маркой ТВ7-117СТ? Двигатель откровенно не готов к работе на самолетах, но у нас, очевидно, снова 1941-й год и двигателей нет.

5. «Усеченная» система пожаротушения: кто придумал такое решение и почему?

И последний вопрос. Неужели жизнь летчиков-испытателей Героя России Николая Куимова, Дмитрия Комарова, и бортинженера-испытателя Николая Хлудеева стоит откровенной показухи на выставках и форумах?

Такое есть желание все-таки посоветовать нашим деятелям в Министерстве обороны не уподобляться деятелям из нашего советского прошлого, которые «любой ценой» приказывали совершить невозможное к очередной годовщине или съезду.

Сегодня никакие ордена и соболезнования не вернут летчиков. Надо все-таки думать о людях, а не о торжественных реляциях.

Врожденное высокое стояние лопатки, крыловидная лопатка

Ведущие специалисты в области травматологии и ортопедии

Шамик Виктор Борисович

Шамик Виктор Борисович, Профессор кафедры детской хирургии и ортопедии РостГМУ, Доктор медицинских наук, Член диссертационного совета Ростовского медицинского университета по специальности «детская хирургия», Член ученого совета педиатрического факультета, Врач детский травматолог-ортопед высшей квалификационной категории

Запись на прием к специалисту

Винников Сергей Владимирович

Винников Сергей Владимирович, Детский травматолог-ортопед травматолого-ортопедического отделения для детей поликлиники МБУЗ «Городская больница №20» города Ростова-на-Дону

Запись на прием к специалисту

Фоменко Максим Владимирович

Фоменко Максим Владимирович Кандидат медицинских наук. Заведующий отделением травматологии и ортопедии для детей, кандидат медицинских наук, детский травматолог-ортопед высшей категории

Запись на прием к специалисту

Лукаш Юлия Валентиновна

Лукаш Юлия Валентиновна Кандидат медицинских наук, врач травматолог-ортопед, доцент кафедры детской хирургии и ортопедии

Запись на прием к специалисту

Редактор страницы: Крючкова Оксана Александровна

Врожденное высокое стояние лопатки, крыловидная лопатка

Врожденное высокое стояние лопатки (болезнь Шпренгеля)

Деформация, описанная впервые Эйленбургом (Eulenburg) в 1826 г. и более подробно Шпренгелем (Sprengel) в 1891 встречается сравнительно редко (около 1% всех врожденных деформаций) и заключается в том, что лопатка занимает более высокое положение, чем обычно. Нередко лопатка бывает спаяна с позвоночником на уровне IV—VII шейного позвонка при помощи соединительной ткани или хрящевого мостика (В. Д. Чаклин). В подавляющем большинстве случаев деформация бывает с одной стороны (в 85%), чаще слева.

Этиология. Лоренц, Потель и другие рассматривают эту деформацию как первичный порок развития, так как обычно при высоком стоянии лопатки обнаруживаются анатомические изменения и со стороны шейного отдела позвоночника в виде spina bifida occulta, добавочных полупозвонков, сращения двух позвонков. Наблюдаются также дефекты ребер, деформации ключицы, дистрофия трапециевидной, лопаточных и ромбовидных мышц с фиброзным перерождением их, а иногда этой деформаций сопутствуют врожденная косолапость, кривошея и другие деформации. Шанц, однако, считает, что этнология таких деформаций разнообразна: совершенно чистые случаи высокого стояния лопатки являются следствием внутриутробного отягощения—давление стенок матки и т. п.; те же случаи, где, наряду с высоким стоянием лопатки, имеются и сопутствующие изменения со стороны позвоночника, являются результатом порока развития.

Симптоматология и клиническое течение. Лопатка укорочена, расширена, отстает от грудной клетки и повернута вокруг своей сагиттальной оси так, что ее нижний угол значительно приближен к позвоночнику. У детей высокостоящая лопатка обычно заметно не ограничивает движения в плечевом поясе и является чисто косметическим недостатком. Но дети старшего возраста постоянно удручены своим недостатком вследствие причиняемого им обезображивания и невозможности поднять руку выше горизонтали.

Врожденное высокое стояние лопатки

Диагноз. Распознавание деформации обычно не представляет затруднений. Но при этом следует иметь в виду, что при сколиозах верхне-грудного отдела позвоночника с торсией позвонков и деформацией ребер лопатка может также смещаться вверх с поворотом вокруг сагиттальной оси ее. В сомнительных случаях необходимо рентгенологическое исследование.

Прогноз. Консервативное лечение (лечебная гимнастика, массаж) может оказаться эффективным лишь в легких случаях. В выраженных случаях применяют оперативное лечение. Бойчее, Конфорти и Чоканов (Boytchev, Conforty, Tchokanov) считают, что к операции следует прибегать только тогда, когда деформация является односторонней и лопатка расположена не очень высоко, а также и тогда, когда при рентгенографии установят костный мост между лопаткой и каким-либо ребром или позвонками. Операция, по их мнению, противопоказана при врожденном высоком стоянии обеих лопаток, так как в таких случаях мышцы очень ретрагированы и опускание лопатки невозможно.

Операция имеет целью сместить и фиксировать лопатку на ее обычном месте. Для выполнения этой задачи предложено много разнообразных способов. И Кениг (Konig) из вертикального разреза разделяет лопатку в вертикальном направлении на две части по линии, проходящей на 2 см кнаружи от ее медиального края; мобилизует латеральную часть лопатки, опускает ее вниз до обычного уровня, где она фиксируется проволочными швами к внутренней части той же лопатки и мышцам спины.

Путти (Putty) из разреза по медиальному краю лопатки пересекает поперечно трапециевидную мышцу, а костным ножом и долотом отделяет все соединительнотканные, хрящевые И костные спай­ки, соединяющие лопатку с позвоночником; смещает лопатку книзу, где она фиксируется к VII ребру шелковой петлей, пропущенной через нижний угол ее.

Гюк (Huc) пользуется почти тем же методом, что и Путти, но учитывая, что низведению лопатки препятствует главным образом ключица, он после мобилизации лопатки производит z-образное удлинение ключицы и лишь потом низводит лопатку и фиксирует ее к VII ребру (иногда и резекцию верхней части лопатки располагающейся над ее гребнем).

Указанными способами в большинстве случаев, однако, удается сместить лопатку не более чем на 3 см, особенно у детей старшего возраста. В последних случаях В. Д. Чаклин проводит резекцию верхнего и вертебрального края лопатки, благодаря чему удается мобилизовать ее и уменьшить косметический дефект.

Ф. Р. Богданов (1948) делает остеотомию клювовидного отростка и косую остеотомию ключицы, что позволяет разобщить передние и задние группы мышц, чем облегчается низведение лопатки.

С. Д. Терновский, применяя с успехом способ Ф. Р. Богданова, пришел к убеждению, что пересечение ключицы является излишним, и предложил свою модификацию этой операции, техника которой сводится к следующим моментам: 1) кожный разрез, сверху и медиально огибающий лопатку, с рассечением широких мышц спины — трапециевидной и ромбовидной; 2) выделение медиального края лопатки распатором из окружающих ее мышц; 3) выделение верхнего края лопатки и основания клювовидного отростка. Рассекаются спайки, соединяющие край лопатки с грудной клеткой, если они имеются; 4) остеотомия клювовидного отростка у его основания; 5) низводится лопатка, и через отверстие, сделанное в. нижнем углу лопатки, она фиксируется поднадкостнично шелковым швом к VII или VIII ребру на уровне угла здоровой лопатки. Рука фиксируется гипсовой повязкой в положении отведения плеча до угла 90°. Через месяц гипсовая повязка снимается, назначаются гимнастика, массаж.

Выбор методики операции зависит от анатомических особенностей деформаций и возраста больного. Наиболее простым и наименее опасным является способ В. Д. Чаклина. После операции простого низведения лопатки по Путти наблюдались парезы плечевого, сплетения вследствие сдавления нервов ключицей (Гюк, Омбредан — Ombredanne). Целесообразно, чтобы оперативное устранение деформации проводилось еще в дошкольном возрасте (4—6 лет).

Крыловидная лопатка (scapula alata)

При этой деформации лопатка заметно выдается назад своим медиальным краем вследствие ее поворота вокруг своей оси. Врожденная крыловидная лопатка обычно комбинируется с высоким стоянием ее. Приобретенные формы возникают в результате паралича n. thoracalis longus травматического или воспалительного происхождения (полиомиелит) с поражением функции ромбовидных и других мышц. Вследствие некоторого ограничения функции верхней конечности показана оперативная фиксация лопатки к грудной клетке или позвоночнику. Наиболее простым и удобным способом является способ, предложенный М. И. Кусликом, — пришивание скелетированного нижнего угла лопатки к расщепленному ребру.