CC BY
9
УДК 621.55.13.17 Г.Г. Крушенко
Институт вычислительного моделирования СО РАН, г. Красноярск
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА КОЛЕС ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА ЖРД
Рабочие колеса (РК), входящие в состав турбонасосного агрегата ТНА [1] ЖРД, работают в условиях высоких нагрузок [2]: скорость вращения ротора ТНА достигает 50 000 об/мин, вибрация находится в диапазоне частот от 10 до 10 000 Гц, скорости движения жидких компонентов топлива - до 200 м/с., в связи с чем, к качеству РК предъявляются повышенные требования.
РК представляет собой деталь в форме диска, между ободом которого и ступицей, располагается несколько десятков тонкостенных лопастей сложного профиля. РК изготовляют литьем по выплавляемым моделям [3] из жаропрочного сплава на никелевой основе [4].
Из-за высоких силовых и температурных нагрузок, возникающих при работе РК, к качеству этих деталей предъявляются высокие требования, что вызывает их значительную отбраковку на каждой контрольной операции при выявлении разного рода дефектов, начиная от визуального осмотра и до рентгенопросвечивания. Применение «простых» мероприятий не во всех случаях не приводило к положительным результатам, что, по-видимому, можно объяснить незнанием всех факторов, определяющих качество отливок.
В связи с этим было принято решение применить метод экспертных оценок [5], основанный на априорном выявлении значения влияния отдельных факторов на возникновение тех или иных дефектов, что определяется на основании опыта специалистов, накопленного ими в предшествующей деятельности. С этой целью была разработана анкета экспертных оценок, в которой были указаны все виды выявленных дефектов (функций) на РК двух типоразмеров. В качестве независимых величин, влияющих на появление того или иного дефекта, были приняты, указанные в технологиях факторы. Таким образом, анкеты экспертных оценок по каждой детали включали по 8 видов дефектов и соответственно 21 и 19 фактор, предположительно влияющих на их появление. Ввиду относительной идентичности деталей, а, следовательно, аналогичности методологических подходов, вся процедура была подробно рассмотрена только для детали одного из типоразмеров. При этом в анкете были указаны 8 литейных дефектов и 21 фактор. Все число экспертов было разделено на 5 групп: 1 - научные сотрудники вуза, 2 - специалисты отдела металлурга предприятия, 3 - цеховые технологи, 4 - мастера, 5 - администрация цеха. Каждый эксперт внес в анкету соответствующие числовые ранги в графах, показывающие, с его точки зрения, связь рассматриваемого фактора и дефекта. При заполнении анкет не допускалось повторение числовых рангов по виду дефекта, за исключением случаев, когда группе факторов (от 2 до 11) присваивался соответствующий средний ранг, который для этой группы вычислялся как среднее арифметическое:
х>
Е a
_ п
= (1)
a
(х - О
Г к-
В случаях, когда эксперты в какой-либо группе, в общем по группе оценивали какое-то число факторов, но у отдельных экспертов некоторые из этих факторов не отмечались как значащие, анкета заполнялась средними рангами для всей группы неоцененных факторов, вычисленных, как указывалось выше, для равнозначащих факторов. Например, у экспертов группы 1 (вуз) по дефекту «недолив лопаток» значащими (то есть оцененными хотя бы од-
148
П=Х
ним экспертом) названы 15 факторов. У эксперта под номером 1 ранговая оценка дана семи факторам, тогда как остальным значимым факторам присваивается средний ранг, определяе-
мый как
I а
а
8 + 9 + 10 + 11 + 12 + 13 + 14 + 15
= 11,5
(2)
(хр - О
15 - (8 - 1)
Если в группе экспертов какие-то факторы не упоминались ни одним из экспертов, то они в статистическую обработку в дальнейшем не включались и выявлялись как незначащие.
По каждой группе, включающей т экспертов, и по обобществленному коллективу вычислялись: сумма рангов по факторам, сумма рангов по всей группе экспертов, средняя сумма рангов, отклонение от средней суммы рангов, квадраты отклонений от средней суммы рангов. По этим данным вычислялся коэффициент согласия-конкордации.
(3)
т2 (п3 - п) - т I Т
12
н
где Б =
1(Л1Х х=1
1
)2 - сумма квадратов отклонений от средней суммы рангов;
3
Т =
1(1 ]
12 е
1 ^ ) ; (1] - число одинаковых рангов в ]-ом ранжировании)
Коэффициент й позволяет оценить степень согласованности мнений экспертов и внутри одного коллектива, и в обобщенном, сводном коллективе. Максимально согласованность может быть оценена коэффициентом й =1 только в том случае, когда все эксперты дали одинаковую ранговую оценку всем учитываемым факторам. При обработке экспертных оценок в настоящей работе получены следующие коэффициенты согласия - минимальное й =
0,147 (группа 4 - мастера, деталь 1, дефект «корольки»), максимальное й = 0,966 (группа 4 -мастера, деталь 2, дефект «недолив лопаток»)
По полученным расчетным данным были построены 96 гистограмм ранговой оценки
п
п=х
1
п
п
влияния учитываемых факторов на появление конкретных дефектов, как по отдельным группам экспертов, так и по обобщенному коллективу.
Оценка, осуществленная по результатам обработки данных коллективов в обобщенном коллективе, характеризуется наибольшей полнотой привлечения факторов, высокой согласованностью и доверительностью. По всем дефектом на деталях обоих типоразмеров получена высокая доверительная вероятность (а > 0,999).
По обобщенному коллективу для детали каждого типоразмера установлена ранговая последовательность значимости факторов, анализ которой показал, что качество отливок по ряду факторов связано с процессом заполнения формы металлом. К ним относятся нетехно-логичность конструкции детали, конструкция литниковой системы, скорость заливки, высота струи, попадание инородных тел в оболочку при хранении и при заливке, температура заливки металла и температура формы. К косвенным факторам можно отнести прочность оболочки, вибрация формы при ее выемке из печи прокаливания и транспортировки к месту заливки. Полученные данные были использованы для изменения конструкции ЛПС, которая характеризуется наличием шаровой прибыли со щелевым подводом в нее металла, что обеспечило 100-процентную годность отливок по рентгеновскому контролю и уменьшило в 2,5-3
149
раза отсев на других контрольных операциях при одновременном уменьшении расхода дорогостоящего сплава до 3 кг на одну отливку.
Библиографический список
1. Добровольский, М. В. Жидкостные ракетные двигатели / М. В. Добровольский. - М. : МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 488 с.
2. Прочность и ресурс ЖРД / Н. А. Махутов [и др.]. - М. : Наука, 2011. - 525 с.
3. Технология производства жидкостных ракетных двигателей : учебник / В. А. Моисе-
ев [и др.,]. - М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 381 с.
4. Жеребцов, С. Н. Исследование, разработка и внедрение технологии модифицирования никелевых сплавов ультрадисперсными частицами карбонитрида титана при электро-шлаковом переплаве с целью получения изделий с высокими физико-механическими свойствами : автореф. дис. ... докт. техн. наук : 05.16.02 / С. Н. Жеребцов. - М., 2011. - 39 с.
5. Clemen, R.N. Combining probability distributions from experts in risk analysis / R. N.
Clemen, R. L. Winkler // Risk Analysis. - 1999. -V. 19, Issue.2. - P. 187-203.
