Глава 5. Трубопроводы газотурбинных двигателей

5.1. Виды трубопроводов

Исходя, из назначения, трубопроводы ГТД можно разделить на следующие группы:

1. Трубопроводы топливной системы;

2. Трубопроводы охлаждения;

3. Трубопроводы системы смазки;

4. Трубопроводы электросистемы;

5. Газотрубопроводы.

По форме, размерам и способам соединения трубопроводы отличаются многообразием: прямые, изогнутые, гофрированные и гладкие, тонкостенные и толстостенные.

1. Основными типами соединения трубопроводов являются:

2. Штуцерные;

3. Ниппельные;

4. Соединения с уплотнительными кольцами;

5. Фланцевые;

6. Гибкие.

Штуцерное соединение трубопроводных систем или соединение трубопроводов с агрегатами имеет основные элементы: труба; ниппель; уплотнитель; накидная гайка; штуцер; элемент тубы или агрегата.

При сборке данного соединения выполняется важная задача по обеспечению плотного соединение уплотнительного элемента по рабочим плоскостям штуцера и ниппеля трубопроводной системы.

В процессе эксплуатации изделия трубопроводные системы воспринимают значительные силовые, температурные и динамические воздействия, вызванные внутренним давлением по всей толщине стенки трубопровода.

Разница в уровне температур различных частей корпуса двигателя и трубопровода, закрепленного на нем, приводят к деформации трубопровода вследствие разных температурных удлинений корпуса и трубопровода.

Т а б л и ц а 5.1

Виды нарушения соединения трубопроводов, вызванные производственными погрешностями при изготовлении и сборке элементов сборочных единиц

5.2. Процесс формирования профиля труб

Процесс изготовления трубопроводных систем является сложным, так, как предусматривает часто расположение элементов в пространстве и необходимости обеспечивать при изготовлении большое количество параметров качества в пределах высокой точности.

При изготовлении труб, деталей трубопроводов, штуцерного соединения и последующей сварки или пайки элементов конструкции возникают производственные погрешности изготовления. При установке трубопроводов на изделие и соединение их с агрегатами возникают сборочные монтажные погрешности.

Взаимодействие производственных погрешностей изготовления и монтажа трубопроводов определяет возможный характер соединений, герметичность в стыках, напряженное состояние трубопроводов и его элементов.

От качества изготовления и соединения трубопроводов в большой степени зависит эксплуатационная надежность трубопроводной системы изделия.

Специфические особенности работы трубопроводных систем ГТД предусматривают использование высококачественных материалов для изготовления труб и арматуры к трубопроводным системам. Внутренняя поверхность труб находится под воздействием агрессивных жидкостей и газов. Действия окружающей среды: обливы маслом, топливом, коррозионные воздействия, особенности воздействия климатических условий разных широт земного шара, широкий диапазон изменения температур, окружающей среды (от -60 до +750С и выше) все это требует тщательного выбора материалов для трубопроводов ГТД.

Наибольшее распространение в конструкции трубопроводных систем отечественных ГТД получили трубы из нержавеющей аустенитной стали Х18Н10Т. Сталь с пределом прочности 50-60 кгс/мм² обеспечивает предел выносливости гладкой трубы в зависимости от качества наружной поверхности в пределах 23-27 кгс/мм².

Данная сталь обладает высокой пластичностью и позволяет производить гибку и развальцовку труб без подогрева. Этот материал хорошо сваривается и обладает высокими антикоррозионными свойствами. Толщина стенок труб принимается менее 1 мм. Этот материал используется для трубопроводов внешней коммуникации ГТД. Химический состав стали Х18Н10Т следующий: углерод - 0,12%, марганец – 1,0-2,0%, хром - 17,0-19,0%, никель - 9,0-11,0%, титан - 0,7%, основа железо. Для работы труб в более тяжелых условиях эксплуатации используются более жаростойкие и жаропрочные материалы, в частности сплав ВЖ98.

Стремление уменьшить габаритные размеры соединений увеличило концентрацию напряжений в стыковых соединениях и радиусы переходов поверхностей арматуры выполняются с малыми значениями, равными 0,2-0,6 мм. Для деталей арматуры используются высокопрочные стали и титановые сплавы. Для обеспечения хороших условий сборки и разборки стыковых элементов трубопровода широко используются гальванические покрытия кадмием, цинком, медью и серебром.

Поверхности труб подвергаются травлению для выявления поверхностных дефектов - трещин, волосовин, закатов и других дефектов. При травлении используются различные растворы. Например, для травления нержавеющих сталей применяется растворы из серной кислоты 80-100 гр/л, азотной кислоты 130-140 гр/л, плавиковой кислоты 40 гр/л и воды 50 гр/л. В этом растворе при комнатной температуре производят травление труб в течении 20 минут. Для нейтрализации используют однопроцентный раствор тринитрофосфата в течение 5-10 минут или раствор кальцинированной соды 30-50 гр/л.

После сварки соединительные швы подвергаются рентгеновскому контролю и стабилизирующему отжигу сварных соединений при температуре 850-900С.

С целью улучшения показателей выносливости материала труб и устранения операции шлифования наружной поверхности производят поверхностный наклеп по всей длине трубы методом гидродробеструйной обработки.