CC BY-NC
52
СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА
DOI: 10.24937/2542-2324-2019-4-390-151-162 УДК 678.71:629.5.03-843.8
В.С. Котов1, А.В. Панкратов1, В.В. Барсков2
1 ВИ ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия им. Н.Г. Кузнецова», Пушкин, Санкт-Петербург, Россия
2 ООО «НТЦ «Микротурбинные технологии», Санкт-Петербург, Россия
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛИМЕРОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОРАБЕЛЬНЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Объект и цель научной работы. Объект научной работы - аддитивные технологии. Цель исследования -определение возможности использования полимерных материалов в газотурбостроении.
Материалы и методы. Материалами исследования послужили АБС-пластики марки REC и полиамиды марки ПА-12. Основными методами исследования выбраны изменения физико-механических характеристик полимерных материалов при проведении эксперимента на прочность и сравнительный анализ результатов.
Основные результаты. Использование полимеров в качестве материалов для изготовления рабочих колес турбогенераторов обеспечивает прирост внутреннего КПД на 2,4 % в оптимальной точке по отношению к классической активной турбине.
Заключение. Результаты эксперимента создают основу для дальнейших исследований по совершенствованию газотурбинных двигателей. Научные разработки данного проекта позволят модернизировать силовые установки, повысить их тактико-технические характеристики и ресурс.
Ключевые слова: газотурбостроение, полимеры, пластики, аддитивные технологии, физико-механические свойства пластиков, 3D-печать, АБС-пластики, полиамид марки ПА-12, SLS-технологии, FDM технологии. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
SHIP POWERING AND ELECTRIC GENERATION SYSTEMS
DOI: 10.24937/2542-2324-2019-4-390-151-162 UDC 678.71:629.5.03-843.8
V. Kotov1, A. Pankratov1, V. Barskov2
1 Naval Polytechnical Institute of N.G. Kuznetsov Naval Academy, Pushkin, St. Petersburg, Russia
2 LLC Science & Technology Center - Microturbine Technologies (STC-MTT), St. Petersburg, Russia
PROSPECTS OF ADDITIVE TECHNOLOGIES AND POLYMER APPLICATIONS IN MARINE GAS TURBINES
Object and purpose of research. This paper discusses additive technologies to estimate application prospects of polymers in gas turbines.
Для цитирования: Котов В.С., Панкратов А.В., Барсков В.В. Результаты исследований возможности использования полимеров для создания элементов корабельных газотурбинных двигателей с использованием аддитивных технологий. Труды Крыловского государственного научного центра. 2019; 4(390): 151-162.
For citations: Kotov V., Pankratov A., Barskov V. Prospects of additive technologies and polymer applications in marine gas turbines. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2019; 4(390): 151-162 (in Russian).
Materials and methods. The study was performed on REC plastics and PA-12 polyamides with the main focus on the changes in their physical & mechanical properties during strength experiments, with further comparison of the results. Main results. Polymers as structural materials for turbogenset impellers could increase their internal efficiency at the optimal point by 2.4%, as compared to conventional active turbines.
Conclusion. The results of these tests could become the basis for further studies on improvement of gas turbines. Scientific developments of this project will pave way to the upgrade of marine power plants, improving their performance parameters and extending their service life.
Keywords: gas turbines, polymers, plastics, additive technologies, physical & mechanical properties of plastics, 3D printing, ABS plastics, PA-12 polyamide, SLS, FDM. Authors declare lack of the possible conflicts of interests.
В 1984 г. на гонках серии IMS A Camel GT среди гоночных болидов участвовал Lola T616. Этот первый автомобиль с двигателем, изготовленным из пластика, прошел два сезона гонок класса IMSA Camel GT, в том числе 12- и 24-часовые гонки, и в 1985 г. занял призовое третье место на треке Road America. Двигатель Polimotor 1 был создан из полимера торлона (полиамид-имид PAI), его физико-механические свойства приведены в табл. 1.
Данный пример показывает огромные возможности использования пластиков для развития науки и техники. Прогресс неразрывно связан с поиском и внедрением не только технологий, удешевляющих и ускоряющих производство, но и технологий, позволяющих создавать изделия с новыми, недостижимыми ранее качествами. Одним из наиболее перспективных направлений развития промышленного производства считается применение аддитивных технологий.
Дальнейшая оптимизация и улучшение газотурбостроения в рамках традиционных подходов и способов малоэффективны. Применение аддитивных технологий позволит достичь необходимого объема,
уровня и темпа выполнения программы военно-морского строительства. Ниже мы подробнее рассмотрим свойства отдельных пластиков и особенности их применения в газотурбостроении.
Среди преимуществ аддитивных технологий указывают, прежде всего, скорость изготовления сложных деталей, особенно при прототипирова-нии, экономичность и сокращение временных, материальных затрат при исследованиях, широкие возможности применения при выполнении ремонтных работ, например, заполнение материалом поврежденных частей конструкций, а не создание новых деталей. Также изготовление деталей газотурбинных двигателей из пластиков методом 3Б-печати позволяет существенно уменьшить массу силовой установки и, возможно, повысить ее надежность и ресурс.
Пластиком называют органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Полимеры - это химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макро-
Таблица 1. Физико-механические свойства полиамид-имида Table 1. Physical and mechanical properties of polyamide-imide
Основные данные Значение
Плотность готовой детали, методика EOS, г/см3 1,41
Модуль растяжения, EN ISO 527, МПа 3800
Предельная прочность на разрыв, EN ISO 527, МПа 120-151
Относительное удлинение при разрыве, EN ISO 527, % 10-21
Модуль изгиба, EN ISO 178, МПа 3900-4500
Ударная прочность, ASTM D 785 (Роквелл), кДж/м2 142
Твердость по Бринеллю (шарик), EN ISO 2039, Н/мм2 200-240
Температура плавления, EN ISO 11357-1, °С 305-370
Рабочая температура, длительное использование, °С -270...+250
Теплопроводность ASTM E 1530, Вт/(Км) 0,29
Таблица 2. Теплофизические и физико-механические свойства высокопрочных углепластиков на основе препрега
Table 2. Physical, mechanical and thermal properties of prepreg-based high-strength CRPs
Показатель НИИКАМ-РС/иМТ 49
Схема армирования 0-0° 0-90° 0±45°, 90°
Теплофизические свойства
Плотность, г/см3 1,60 1,58 1,60
Теплопроводность, Вт/(мК) 0,722 0,59 0,66
Теплоемкость (50 °C), Дж/(гК) 0,984 1,10 0,847
Физико-механические свойства
Предел прочности при изгибе, МПа а_! (МПа) 2100 1440 1210
Модуль упругости при изгибе, ГПа 150 106 106
Предел прочности при растяжении, МПа ав (МПа) 2760 1030 700
Модуль упругости при растяжении, ГПа 170 80 63
Относительное удлинение при растяжении, % 55 (%) 0,36 0,33 0,78
Предел прочности при сдвиге, МПа 85 73 56
Коэффициент линейного теплового расширения, 106 К 0,8 1,7 3,7
молекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев).
В настоящее время полимерные материалы (далее - полимеры) получили широкое распространение. Но качества материалов продолжают изучать. Исследуют как их производство с помощью новых технологий, так и их переработку (создание продукции из них). Сейчас созданы полимеры с новыми уникальными свойствами: с высокими свойствами тепло- и электропроводности, стойкие к механическим, ударным или тепловым нагрузкам, к воздействию агрессивных сред и т. д. Один из них рассмотрен нами выше - это Поли-амид-имид и его заменители с более высокими физико-механическими свойствами: полиэфир-эфиркетон, полиэфирсульфон, полифениленсуль-фон, полисульфон.
Подробнее остановимся на таких полимерах, как высокопрочные углепластики на основе пре-прега. Его теплофизические и физико-механические свойства представлены в табл. 2. Анализ свойств препрега показывает, что полимер значительно превосходит углеродистые и легированные конструкционные стали (например, сталь 14х17н2, из которой изготавливают направляющие аппараты газотурбинных двигателей) по пределу прочности при растяжении и изгибе.
Также мы широко представим цианатэфирные сферопластики, основные теплофизические и физико-механические свойства которых представлены в табл. 3. Цианатэфирные сферопластики могут применяться в качестве элементов плавучести для надводных и глубоководных конструкций, выдерживающих высокие внешние давления. Отличительной особенностью цианатэфирных сферопла-стиков являются высокая теплостойкость - длительное воздействие температуры более 300 °С и краткосрочное воздействие температуры до 1500 °С (до 4 секунд), - высокая трещиностойкость при термоциклировании.
Для каждой технологии 3Б-печати существует определенный перечень используемых материалов, что и послужило предметом нашего исследования возможностей применения различных пластиков и полимеров в промышленном производстве. Анализ результатов исследования проведен в данной статье.
Выбор материалов для исследования основан на доступных технологиях 3Б-печати: АБС-пластик марки REC для технологии FDM и полиамид марки ПА-12 для технологии селективного лазерного спекания (SLS).
Способы переработки полимерных материалов в изделие также могут влиять на его свойства, поэтому для доказательства возможности использова-
Таблица 3. Теплофизические и физико-механические свойства цианатэфирных сферопластиков Table 3. Physical, mechanical and thermal properties of cyanate-ether sphere plastics
Показатель Цианатэфирные сферопластики
Стеклянные сферы Полимерные сферы
Теплофизические свойства
Плотность, г/см3 0,7 0,63 0,55 0,3
Теплопроводность, Вт/(мК) 0,13 0,11 0,10 0,08
Теплоемкость при 50 °С, Дж/(гК) 1,2 1,1 1,7 1,8
Физико-механические свойства
Предел прочности при изгибе, МПа 50 40 24 18
Модуль упругости при изгибе, ГПа 3,2 2,7 0,85 0,4
Предел прочности при растяжении, МПа 25 24 10 8,5
Модуль упругости при растяжении, ГПа 3,4 2,9 0,6 0,3
Относительное удлинение при растяжении, % 0,74 1,1 1,9 3,5
Предел прочности при сжатии, МПа 102 68 32 7-20
Модуль упругости при сжатии, ГПа 3,4 2,7 0,90 0,2
Коэффициент линейного теплового расширения, ■106 К 33 32 58 55
ния АБС-пластика и полиамида при создании деталей проточной части турбомашины были определены физико-механические свойства изготовленных из этих полимеров деталей и проведена проверка их работоспособности в условиях эксплуатации.
На первом этапе исследования был выполнен сравнительный анализ физико-механических свойств пластиков, получаемых методом литья (справочные данные) и методом 3Б-печати (табл. 4). При сопоставлении физико-механических свойств АБС-
пластика можно отметить, что изготовленные методом 3Б-печати образцы по большинству показателей попадают в диапазон значений, который приводится в литературных источниках для деталей из АБС-пластика, создаваемых методом литья. Также близка и плотность получаемых изделий. Поскольку при использовании 3Б-печати формирование изделия идет без давления, возможным было снижение плотности полимера в изделии и снижение прочностных показателей. Но этого не произошло,
Таблица 4. Физико-механические свойства АБС-пластика Table 4. Physical and mechanical properties of ABS plastic
Наименование параметра Метод получения 3Б-печать Литье под давлением
Разрушающие напряжения при растяжении (ар), МПа 44 36-60
Относительное удлинение при разрыве (А/), % 3 1,0-3,0
Разрушающее напряжение при сжатии (асж), МПа 71 50-87
Разрушающие напряжения при изгибе (аизг), МПа 73 46-80
Ударная вязкость (А), кДж/м2 (кгссм) 337 80-100
Твердость по Бринеллю (Нв), МПа 46 100
Плотность материала, кг/м3 997-1020 1 040
Таблица 5. Физико-механические свойства полиамида ПА-12 Table 5. Physical and mechanical properties of PA-12 polyamide
Наименование параметра Метод получения
3Б-печатъ Литье под давлением
Разрушающее напряжение при растяжении (ар), МПа 37 50
Относительное удлинение при разрыве (А/), % - 200-280
Разрушающее напряжение при сжатии (асж), МПа 68 60
Разрушающее напряжение при изгибе (аизг), МПа 53 60
Ударная вязкость (А), кДж/м2 (кгссм) 72,9 80-90
Твердость по Бринеллю (Нв), МПа 36,1 75
Плотность материала, кг/м3 945 1020
видимо, из-за того, что в выбранном диапазоне температур применяемый АБС-пластик имел невысокую вязкость, и в результате 3Б-печати это позволило получить непористые изделия без внутренних напряжений.
Однако экспериментальные показатели ударной вязкости и твердости существенно отличаются, что объясняется разным составом пластиков. Известно, что в АБС-пластиках состав может варьироваться. Вероятно, более высокое содержание бутадиена в сополимере, используемом для 3Б-печати, привело к росту показателей ударной вязкости и снижению твердости.
В табл. 5 отображены результаты испытаний образцов из полиамида марки ПА-12, изготовленных по 8Ь8-технологии. Для сравнения приведены показатели, характеризующие значения физико-механических свойств литьевого полиамида марки ПА-12Л. Данные свидетельствуют о том, что большинство показателей, полученных при испытании изготовленных методом 3Б-печати образцов из полиамида, имеют более низкие значения, чем приводимые в литературе. В то же время полученные методом 3Б-печати образцы из АБС-пластика имеют свойства, близкие к свойствам образцов, полученных методом литья под давлением.
Потенциальной причиной таких результатов является РБМ-технология, используемая для получения изделий из АБС-пластиков, при которой полимер наносится на подложку в виде расплава; процесс оформления изделия подобен сварке полимерных материалов, и в результате изделия имеют плотную структуру. При создании изделий из полиамида используется 8Ь8-технология, при которой происходит спекание частиц полимера с получением изделий,
имеющих поры. Подобные изменения свойств изделий из полимерных материалов, получаемых разными методами, описаны в исследованиях процесса формирования деталей из полиэтилена и пластмасс. Сравнительный анализ результатов исследований, посвященных изменению свойств полимеров, показывает, что свойства изделий из полимерных материалов, получаемых методом ротационного формования, имеющих также пористую структуру, отличаются от свойств материалов, заявляемых производителем. Помимо снижения некоторых прочностных показателей и кажущейся плотности изделия из полиамида, получаемые по 8Ь8-технологии, имеют шероховатую поверхность.
Следующим этапом исследования применения различных пластиков и полимеров в промышленном производстве стал анализ физико-механических свойств полимеров в зависимости от режима печати. Изготовление образцов и физико-механические испытания на сжатие, изгиб и разрыв проводились в соответствии с ГОСТами. Образцы из полиамида получены с использованием 8Ь8-технологии при режимах, рекомендуемых производителем оборудования, образцы из АБС-пластика марки КБС созданы с использованием ББМ-технологии, температуру расплава и скорость его нанесения варьировали.
Для полиамида марки ПА-12 (рис. 1, см. вклейку) и АБС-пластика марки КБС (рис. 2) проведен ряд исследований, результаты которых более подробно рассмотрены в [9].
Результаты физико-механических испытаний полимеров использованы для проведения расчетов сегмента рабочих колес турбогенераторов в эквивалентных напряжениях и деформациях по методу фон
Мизеса. Для подтверждения полученных результатов по напряженности диска дополнительно был выполнен расчет ЗБ-геометрической модели диска методом конечных элементов, реализованный в пакете ANSYS (рис. 3, см. вклейку). Таким образом, был сделан вывод об условной возможности применения полиамида марки ПА-12 и АБС пластика марки REC, изготовленных по технологиям SLS и FDM, для создания деталей перспективных установок.
При фрактографическом исследовании морфологии изломов образцов пластмасс были получены следующие результаты. При изучении изломов отчетливо видно увеличение пористости материала и изменение характера полостей и кратеров, что, вероятно, связано с вязкостью расплава и температурой стеклования АБС-пластика. Замечено, что полости находятся на границе соединяемого материала и проходят по всему образцу, образуя свое-
50 45 40 35 30
200
550 500 450 400 350 300 250 200
200
86 84 82 80 78 76 74 72 70
200
210
220
230
240
250
а)
210
220
в)
230
240
250
210
220
230
д)
Скорость нанесения расплава, м/с —•— 0,04 —А— 0,05
240
0,06
250
5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2
85 75 65 55
45 35
I
—•
200
210
220
230
240
250
б)
100 90 80 70 60 50 40 30 20
200
210
220
г)
230
240
250
/
—
у
У
200
210
220
230
240
250
е)
Рис. 2. Результаты физико-механических испытаний АБС-пластика марки REC: а) разрушающее напряжение при растяжении (ор); б) относительное удлинение при разрыве; в) ударная вязкость (А); г) твердость по Бринеллю (HB); д) разрушающее напряжение при сжатии (асж); е) разрушающее напряжение при изгибе (стизг)
Fig. 2. Physical & mechanical test results for REC ABS plastic: a) tensile failure stress (otenBi0„); b) relative elongation at break; c) impact viscosity (А); d) Brinell hardness (HB); e) compressive failure stress (o c0mpressi0„); f) bending failure stress (abend,„s)
Рис. 4. Излом образцов № 1, изготовленных при температуре расплава на выходе из сопла 245 °С и скорости нанесения 40 мм/сек
Fig. 4. Fracture of Sample group 1, manufactured at nozzle-exit melt temperature 245°С and melt application rate 40 mm/s
образную достаточно однородную структуру материала. Прослеживается корреляционная связь между формой и объемом полостей в материале и полученными физико-механическими свойствами этого материала.
Образцы № 3 (рис. 6) обладают повышенной твердостью по Бринеллю (ИБ), лучшими показателями разрушающего напряжения при растяжении, относительном удлинении при разрыве и разрушающем напряжении при сжатии, что, скорее всего,
связано с получившейся структурой образца, в отличие от почти сплошного материала в образцах № 1 (рис. 4), промежуточные результаты наблюдаются у образца № 2 (рис. 5).
Обратная зависимость наблюдается в результатах ударной вязкости и разрушающего напряжения при изгибе, что, возможно, обосновано наибольшей целостностью структуры материала и снижением в ней внутренних напряжений от более низкой скорости нанесения в образцах № 1.
Рис. 5. Излом образцов № 2, изготовленных при температуре расплава на выходе из сопла 245 °С и скорости нанесения 50 мм/сек
Fig. 5. Fracture of Sample group 2, manufactured at nozzle-exit melt temperature 245°С and melt application rate 50 mm/s
Рис. 6. Излом образцов № 3, изготовленных при температуре расплава на выходе из сопла 245 °С и скорости нанесения 60 мм/сек
Fig. 6. Fracture of Sample group 3, manufactured at nozzle-exit melt temperature 245°С and melt application rate 60 mm/s
В контексте полученных результатов прослеживается необходимость продолжить исследования влияния структуры аддитивного материала на его физико-механические свойства путем создания искусственной структуры материала и варьирования его естественной пористости.
Результаты расчетов и анализа наших разработок легли в основу серии натурных испытаний. Из полиамида марки ПА-12 создан экспериментальный образец расширительной турбины турбогенераторной установки электрической мощностью 1 кВт и расходом до 0,3 м3/с (нормальным) с рабочим колесом и направляющим аппаратом (рис. 7). Натурные испытания и модельные испытания проводились на стенде с использованием воздуха. Проведено сравнение основных параметров ступени турбины при работе в натурных и модельных условиях.
Экспериментальные исследования проводились для модификаций турбинной ступени с числом со-
пел 12. С целью сравнения также получены результаты для турбинной ступени с классическим подходом к профилированию соплового аппарата и рабочего колеса (рис. 8). Испытания выполнены на стенде для экспериментальных исследований приводных одноступенчатых турбин, оснащенном современным оборудованием и приборами, которые позволяют дистанционно с высокой степенью точности испытывать ступени мощностью до 100 кВт при частоте вращения ротора до 30 000 об/мин. Структурная схема стенда, включающая основные элементы системы обеспечения работы установки ЭУ-20 и системы измерений, приведена на рис. 9 (см. вклейку).
Из результатов экспериментальных исследований, представленных на графиках рис. 10, можно сделать вывод о том, что в рабочей точке (п = 2351 об/мин, и/С0 = 0,0321) необходимая мощность экспериментальной турбины достигается лишь при полном подводе рабочего тела (2 = 12). При
Рис. 7. Детали проточной части, изготовленные из полиамида марки ПА-12 по технологии SLS
Fig. 7. Air-gas channel part made of PA-12 polyamide by means of SLS technology
Рис. 8. Сопловой аппарат и рабочее колесо классической активной турбины с осесимметричными соплами
Fig. 8. Nozzle and impeller of classic active turbine with axially symmetric nozzles
этом внутренняя мощность турбины N составляет 1,5 кВт при внутреннем КПД п = 0,127. Стоит отметить, что при частоте вращения, соответствующей оптимальной, внутренний КПД экспериментальной турбины достигает величины п = 0,535 при мощности 6,3 кВт. Для классической активной турбины с осесимметричными соплами аналогичные показатели при оптимальной частоте вращения составляют 0,509 и 5,8 кВт соответственно. Расчет коэффициента расхода соплового аппарата показал, что для соплового аппарата экспериментальной турбины коэффициент расхода увеличился на 0,6 %, и это привело к дополнительному повышению мощности турбины. Из полученных данных можно заключить, что предложенная конструкция турбины обеспечила рост внутреннего КПД турбины на 2,4 % абсолютных и повышение мощности турбины на 8,6 %.
По результатам экспериментальных исследований предложенной конструкции турбины можно сделать следующие основные выводы:
■ разработанная конструкция экспериментальной турбины в расчетной точке обеспечивает мощность 1,5 кВт при внутреннем КПД п = 0,127 и полном подводе;
■ разработанная конструкция обеспечивает прирост внутреннего КПД на 2,4 % абсолютных и мощности на 8,6 % в оптимальной точке по сравнению с классической активной турбиной с осесимметричными соплами.
Более подробно анализ экспериментальной разработки одноступенчатой турбины с элементами проточной части, изготовленными из полиамида марки ПА-12 по технологии 8Ь8, представлен в отчете о научных исследованиях по теме «Разработка и создание турбогенераторных установок электрической мощностью 1 и 30 кВт».
Таким образом, технология 3Б-печати кардинально отличается от традиционных методов изготовления деталей путем удаления материала (точение, фрезерование) или изменения формы заготовки (ковка, штамповка), что позволяет говорить о возможной экономической эффективности. Данный метод является наиболее подходящим для штучного производства сложных деталей, а также для проведения различных тестов на работоспособность прототипа изделия.
Преимущества технологии 3Б-печати из полимерных материалов:
■ короткое время изготовления;
■ высокая точность построения;
■ высокие термические свойства получаемых прототипов;
Рис. 10. Результаты стендовых испытаний: а) зависимости мощности турбины от частоты вращения N/ = f(n); б) зависимости внутреннего КПД турбины от характеристического числа П/
Fig. 10. Laboratory test data:
а) turbine power vs RPM N/ = f(n); b) internal efficiency of turbine vs characteristic number n
■ удовлетворительные прочностные характеристики;
■ возможность печати тонкостенных прототипов (от 0,5 мм).
Полученные авторами теоретические и экспериментальные результаты эксперимента, проведенного на предприятии ООО «НТЦ «Микротурбинные технологии», создают основу для дальнейших исследований по созданию совершенно новых морских газотурбинных двигателей. Научные разработки данного проекта позволят модернизировать корабельные силовые установки, повысить их тактико-технические характеристики и ресурс.
Библиографический список
1. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология. Учебное пособие / Под общ. ред. А.А. Берлина. СПб.: ЦОП «Профессия», 2014. 592 с.
2. Пластмассы со специальными свойствами. Сборник научных трудов / Под общ. ред. Н.А. Лаврова. СПб.: ЦОП «Профессия», 2011. 344 с.
3. IgumenovM.S., Lavrov N.A. Adhesion of linear low-density polyethylene and oligomers // Polymer Science. Ser. D. 2017. Vol. 10. № 1. P. 55-58.
4. Lavrov N.A., Igumenov M.S. A technique for production of high-pressure vessels from polymer-composite materials // Polymer Science. Ser. D. 2018. Vol. 11. № 1. P. 113-116.
5. Kryzhanovskii V.K., Lavrov N.A., Kiemov Sh.N. The effect of disperse fillers on the thermomechanical characteristics of epoxy polymers // Polymer Science. Ser. D. 2018. Vol. 11. № 2. P. 230-232.
6. Киемов Ш.Н., Крыжановский В.К., Лавров Н.А. Деформация дисперсно-наполненных эпоксидных полимеров // Композиционные материалы. Узбекский научно-технический и производственный журнал. 2017. № 4. С. 13-14.
7. Производство изделий из полимерных материалов / Крыжановский В.К. [и др.]. СПб.: Профессия, 2004. 460 с.
8. Николаев О.О., БритовВ.П., Лебедева Т.М. Влияние способов окрашивания на энергоэффективность производства полимерных изделий методом литья под давлением // Известия СПбГТИ(ТУ). 2017. № 41(67). С. 63-66.
9. Барсков В.В., Котов В.С., Панкратов А.В. Применение аддитивных технологий при создании газотурбинных двигателей для кораблей Военно-морского флота РФ // Судостроение. 2018. № 5. С. 41-44.
10. Валетов В.А. Аддитивные технологии (состояние и перспективы). Учебное пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 63 с.
11. Антонова В.С., Осовская И.И. Аддитивные технологии: учебное пособие / СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2017. 30 с.
12. Аддитивные технологии. Учебное пособие / Руд-скойА.И. [и др.]. СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2016. 299 с.
13. Бобцова С.В. Исследование и разработка методов использования технологий быстрого прототипирова-ния в приборостроении: Дис. ... канд. техн. наук: 05.11.14. СПб., 2005. 124 с.
14. Зленко М.А., НагайцевМ.В., Довбыш В.М. Аддитивные технологии в машиностроении пособие для инженеров. М.: ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» 2015. 220 с.
15. Шишковский И.В. Основы аддитивных технологий высокого разрешения. СПб.: Изд-во «Питер», 2015. 348 с.
16. Оборудование и технология селективного лазерного плавления / Смуров И.Ю. [и др.]. М.: МГТУ «СТАНКИН», 2015. 142 с.
17. Интегрированные технологии ускоренного прототипи-рования и изготовления / Товажнянский Л.Л. [и др.]. Харьков: ОАО «Модель Вселенной», 2005. 224 с.
18. БаеваЛ.С., МарининА.А. Современные технологии аддитивного изготовления объектов // Вестник МГТУ. 2014. Т. 17. № 1. С. 7-12.
19. Михайлова А.Е., Дошина А.Д. 3D принтер - технология будущего // Молодой ученый. 2015. № 20. С. 40-44.
20. Обзор компаний-лидеров в области оказания услуг 3D-печати // habr. URL: https://habr.com/post/222991/ (дата обращения: 30.09.2019).
21. Ерин С.В. Перспективы 3D-печати детекторов частиц. Препринт ИФВЭ 2014-11. Протвино, 2014. 13 с.
22. 3-D printing manufacturing process is here // UAS Vision. URL: http://www.uasvision.com/2012/07/16/3-d-printing-manufacturing-process-is-here/ (дата обращения: 30.09.2019).
23. Milewski J.O. Additive manufacturing of metals: from fundamental technology to rocket nozzles, medical implants, and custom jewelry. Springer International Publishing AG, 2017. 351 p.
24. Слесарев А. Д. Технологии 3D печати // Электронный научно-практический журнал «Современная техника и технологии». URL: http://technology.snauka.ru/ 2015/06/6596 (дата обращения: 01.10.2018).
25. Сухочев Г.А., Коденцев С.Н., Смольянникова Е.Г. Технология машиностроения. Аддитивные технологии в подготовке производства наукоемких изделий. Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2013. 222 с.
26. Дьяченко В.А. Материалы и процессы аддитивных технологий (быстрое прототипирование) / Дьяченко В.А. [и др.]. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2015. 198 с.
27. Добринский Е.С. Быстрое прототипирование: идеи, технологии, изделия // Полимерные материалы. 2011. № 9. С. 36-37.
а)
Напряжение, МПа
б)
Напряжение, МПа
О 2 4 6 8 Удлинение, мм
в)
Рис. 1. Результаты физико-механических испытаний полиамида марки ПА-12: а) испытания на сжатие; б) испытания на изгиб; в) испытания на растяжение
Fig. 1. Physical & mechanical test results for PA-12 polyamide: a) compression; b) bending; c) tension
2,2812e7 Max
2,0284е7 Ш57е7 1,5229е7 1,2702е7 1,0174е7 7,6463е6 5,118беб 2,591еб 63398 Min
A: Static Structural
Equivalent Stress
Type: Equivalent (von-Mises)
Unit: Pa
Time: 1
24.05.2016 9:22
A: Static Structural
Equivalent Elastic Strain Type: Equivalent Elastic Strain Unit: m/m Time: 1
24.05.2016 16:43
0,016928 Max
0,015055
0,013183
0,01131
0,0094379
0,0075654
0,0056928
0,0038203
0,0019478
7,529e-5 Min
a) 6)
Рис. 3. Результаты расчета сегмента в эквивалентных напряжениях и деформациях по фон Мизесу: а) напряжения в рабочем колесе; б) напряжения в сегменте рабочего колеса
Fig. 3. Calculation results (von Mises stresses and strains): a) stresses in the entire impeller; b) stresses in the impeller segment
CK-BC-Z N4 PK-BC-SJ N1
us атмосферы
•4 uj bodonpoboda
ОБОЗНАЧЕНИЯ
(ЖТЕШ И X7F08C79A
M - ÛùâiVft» СКЙ4М вс - ¿азвцшмя chcësht яг - sxfyëcpm} верно! mc • носаяжл акыне
Р£ТУ#*ЪВЛН£ а ЗАЩИТА ?K-pityпрупаб к mm CK-etonopnnS кошм
Ж «мим»
F - HKCfiud pewö Û-ffOUUi
f - шэБужочпвш мяыяя S - raerww бранная Г - ёМЮфЩ М
ЯАШШШ А - гоаttuumv* !- аиЗжаци*
Я - рши/сшрацаж ин*рпяшяо щнм/юра SJ - рчгу.цюШяа Z - хнцё*а
точки «Яff Fem
BF - раРечко кмка вс - autfywmf скженл HT • wtpaopwa ырназ fIC - наавтая о«аг««г 03 - еctfeö xt»ß CA - ixûâ cw/nhstû ивазиа
- барометрическое давление
- 7емпвращра атмссферн020 боздуха
- Km/wQhw кнопка мписо экспериментальных ванных
- Кнопка аЬарийного астяоЬа
ТДГ-1.0
Схема измерений
спепу
Кафедра ТГиАй
Рис. 9. Принципиальная схема стенда ТДГ-1.0 Fig. 9. Principal layout of TDG-1.0 test rig
28. Каменев С.В., Романенко К.С. Технологии аддитивного производства. Оренбург: Оренбургский государственный университет, 2017. 145 c.
29. Лазерная стереолитография: состояние и перспективы / Камаев С.В. [и др.] // Аддитивные технологии: настоящее и будущее: сборник докладов международной научной конференции. М.: ФГУП ВИАМ, 2015. С. 20.
30. Кокцинская Е.М. Технология 3D-печати: обзор последних новостей. // Видеонаука: сетевой журнал. URL: http://videonauka.ru/ stati/3 3-informatsionny e-soobshcheniya/44-3d-pechat-obzor-poslednikh-novostej (дата обращения: 01.07.2018).
31. Вальтер А.В. Технологии аддитивного формообразования. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. 171 с.
32. Gu D. Laser additive manufacturing of high-performance materials. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2015. XVII, 311 p.
33. Беседина К.С., Лавров Н.А., Барсков В.В. Применение аддитивных технологий полимеров в машиностроении // Инновационные материалы и технологии в дизайне. Тезисы докладов IV Всероссийской научно-практической конференции с участием молодых ученых. 22-23 марта 2018 г. СПб.: СПбГИКиТ, 2018. С. 26-27.
34. К вопросу о создании конкурентоспособных энергоисточников малой мощности аддитивным способом / Беседина К.С. [и др.] // Сб. тезисов VII научно-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Неделя науки - 2017». 5-7 апреля 2017 г. СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2017. С. 298.
35. Comprehensive study of the operational reliability of the power plant impeller of the turbo-expander type from structural plastic / Rassokhin V.A. et al. // J. Fundam. Appl. Sci. 10(6S), 2018. P. 45-67.
References
1. Polymeric composite materials: structure, properties, technology. Student's Guide / Under general editorship of A. Berlin. St. Petersburg: EPC Professiya publishing house, 2014. 592 p. (in Russian).
2. Plastics with special properties. Compendium of papers / Under general editorship of N. Lavrov. St. Petersburg: EPC Professiya publishing house, 2011. 344 p. (in Russian).
3. M.S. Igumenov, N.A. Lavrov. Adhesion of linear low-density polyethylene and oligomers // Polymer Science. Ser. D. 2017. Vol. 10. № 1. P. 55-58.
4. N.A. Lavrov, M.S. Igumenov. A technique for production of high-pressure vessels from polymer-composite materials // Polymer Science. Ser. D. 2018. Vol. 11. № 1. P. 113-116.
5. V.K. Kryzhanovskii, N.A. Lavrov, Sh.N. Kiemov. The effect of disperse fillers on the thermomechanical characteristics of epoxy polymers // Polymer Science. Ser. D. 2018. Vol. 11. № 2. P. 230-232.
6. Sh. Kiemov, V. Kryzhanovsky, N. Lavrov. Straining of dispersion-filled epoxy polymers // Kompozitsion Materi-allar. Ilmiy-texnikaviy va amaliy jurnali. O'zbekiston (Composite materials. Scientific, technical and industrial journal of Uzbekistan). 2017. No. 4. P. 13-14 (in Russian).
7. V. Kryzhanovsky et al. Manufacturing of polymeric-material products. St. Petersburg: EPC Professiya, 2004. 460 p. (in Russian).
8. O. Nikolaev, V. Britov, T. Lebedeva. Effect of dye techniques upon power demand of polymeric product manufacturing by means of pressure-moulding // Bulletin of St. Petersburg State Institute of Technology. 2017. No. 41(67). P. 63-66 (in Russian).
9. V. Barskov, V. Kotov, A. Pankratov. Additive technologies in naval gas turbine building // Sudostroyeniye (Shipbuilding). 2018. No. 5. P. 41-44 (in Russian).
10. V. Valetov. Additive technologies: state of the art and prospects. Student's Guide. St. Petersburg: ITMO University, 2015. 63 p. (in Russian).
11. V. Antonova, I. Osovskaya. Additive technologies: Student's Guide / St. Petersburg, High School of Technology and Energy (HSTE) of St. Petersburg State Technological University of Plant Polymers (STUPP), 2017. 30 p. (in Russian).
12. A. Rudskoy et al. Additive technologies: Student's Guide. St. Petersburg: Publishing House of St. Petesburg State Polytechnical University, 2016. 299 p. (in Russian).
13. S. Bobtsova. Research and development of fast-prototyping application methods in instrument making. Cand. Sci. Theses, November 05.11.14. St. Petersburg, 2005. 124 p. (in Russian).
14. M. Zlenko, M. Nagaitsev, V. Dovbysh. Additive technologies in mechanical engineering. Engineer's Guide. Moscow: NAMI State Research Center of the Russian Federation, 2015. 220 p. (in Russian).
15. I. Shishkovsky. Fundamentals of high-resolution additive technologies. St. Petersburg: Piter Publishing House, 2015. 348 p. (in Russian).
16. I. Smurov et al. Selective laser moulding: equipment and techniques. Moscow: STANKIN State Technological University (MSTU Stankin), 2015. 142 p. (in Russian).
17. L. Tovazhnyansky et al. Integrated technologies of fast prototyping and manufacturing. Kharkov: JSC Model Vselennoy, 2005. 224 p. (in Russian).
18. L. Baeva, A. Marinin. Modern additive manufacturing technologies // Vestnik of Murmansk State Technical University. 2014. Vol. 17. No. 1. P. 7-12 (in Russian).
19. A. Mikhailova, A. Doshina. 3D printing: technology of tomorrow // Molodoy Ucheny (Young Scientist). 2015. No. 20. P. 40-44 (in Russian).
20. Review of 3D printing market leaders, URL: https:// habr.com/post/222991/ (accessed on: 30.09.2019).
21. S. Yerin. Prospects for 3D printing of particle detectors. Pre-print 2014-11, Institute of High-Energy Physics (IHEP). Protvino, 2014. 13 p. (in Russian).
22. 3-D printing manufacturing process is here // UAS Vision. URL: http://www.uasvision.com/2012/07/16/3-d-printing-manufacturing-process-is-here/ (accessed on: 30.09.2019).
23. Milewski J.O. Additive manufacturing of metals: from fundamental technology to rocket nozzles, medical implants, and custom jewelry. Springer International Publishing AG, 2017. 351 p.
24. A. Slesarev. 3D printing technologies // Web magazine Modern Technics & Technology. URL: http://technology. snauka.ru/2015/06/6596 (accessed on: 01.10.2018) (in Russian).
25. G. Sukhochev, S. Kodentsev, Ye. Smolyannikova. Mechanical engineering technologies. Additive techniques in preparation of science-intensive product manufacturing. Voronezh State Technical University, 2013. 222 p. (in Russian).
26. V. Dyachenko et al. Additive technologies: materials and processes (fast prototyping). Ulan-Ude: Publishing House of Buryat Scientific Centre (Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences), 2015. 198 p. (in Russian).
27. Ye. Dobrinsky. Fast prototyping: ideas, technologies, products // Polymeric Materials: Products, Equipment, Technology. 2011. No. 9. P. 36-37 (in Russian).
28. S. Kamenev, K. Romanenko. Additive manufacturing technologies. Orenburg: State University, 2017. 145 p. (in Russian).
29. S. Kamaev et al. Laser stereolithography: state of the art and prospects // Compendium of papers, Additive Technologies: the Present and the Future international scientific conference. Moscow: All-Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials (VIAM), 2015. P. 20 (in Russian).
30. Ye. Koktsinskaya. 3D printing technologies: review of the latest news // Web magazine Videonauka (Videoscience), URL: http://videonauka.ru/stati/33-informatsionnye-soobshcheniya/44-3d-pechat-obzor-poslednikh-novostej (accessed on 01.07.2018) (in Russian).
31. A. Valter. Additive moulding technologies. Tomsk Polytechnic University publishing house, 2013. 171 p. (in Russian).
32. D. Gu. Laser additive manufacturing of highperformance materials. Berlin; Heidelberg: SpringerVerlag, 2015. XVII, 311 p.
33. K. Besedina, N. Lavrov, V. Barskov. Additive technologies of polymers: mechanical engineering applications // Innovative materials and technologies in design. Theses of papers, IVth All-Russian scientific & practical conference
with participation of young scientists. March 22-23 2018. St. Petersburg State University of Film and Television. P. 26-27 (in Russian).
34. K. Besedina et al. On additive-based manufacturing of cost-efficient low-capacity power supplies. // Theses of papers, VIIth scientific & technical conference of students, post-graduates and young scientists Nedelya Nauki-2017 (Week of Science-2017). April 5-7, 2017. St. Petersburg State Institute of Technology, 2017. P. 298 (in Russian).
35. Comprehensive study of the operational reliability of the power plant impeller of the turbo-expander type from structural plastic / V.A. Rassokhin et al. // J. Fundam. Appl. Sci. 2018. 10(6S). P. 45-67.
Сведения об авторах
Котов Валентин Сергеевич, к.т.н., доцент кафедры Военного института (Военно-морского политехнического) Военного учебно-научного центра Военно-Морского Флота «Военно-морская академия им. Н.Г. Кузнецова». Адрес: 196604, Россия, Санкт-Петербург, Пушкин, Кадетский бульвар, 1. Тел.: +7 (921) 889-88-18. E-mail: [email protected].
Панкратов Александр Владимирович, к.т.н., доцент кафедры Военного института (Военно-морского политехнического) Военного учебно-научного центра Военно-Морского Флота «Военно-морская академия им. Н.Г. Кузнецова». Адрес: 196604, Россия, Санкт-Петербург, Пушкин, Кадетский бульвар, 1. Тел.: +7 (981) 873-41-79. E-mail: [email protected].
Барсков Виктор Валентинович, к.т.н., начальник технического отдела ООО «НТЦ «Микротурбинные технологии». Адрес: 192241, Россия, Санкт-Петербург, просп. Александровской фермы. Тел.: +7 (911) 980-17-53. E-mail: [email protected].
About the authors
Valentin S. Kotov, Cand. Sci. (Eng.), Associated Prof., Naval Poly technical Institute of the Naval Academy. Address: 1, Kadetsky Bulvar, Pushkin, St. Petesburg, Russia, post code 196604. Tel.: +7 (921) 889-88-18. E-mail: [email protected]. Alexandr V. Pankratov, Cand. Sci. (Eng.), Associated Prof., Naval Polytechnical Institute of the Naval Academy. Address: 1, Kadetsky Bulvar, Pushkin, St. Petesburg, Russia, post code 196604. Tel.: +7 (981) 873-41-79. E-mail: [email protected].
Viktor V. Barskov, Cand. Sci. (Eng.), Head of Technical Department, LLC Science & Technology Center - Microturbine Technologies (STC-MTT). Address: Aleksandrovskoy Fermy Prospect, St. Petersburg, Russia, post code 192241. Tel.: +7 (911) 980-17-53. E-mail: [email protected].
Поступила / Received: 01.10.19 Принята в печать / Accepted: 26.11.19 © Коллектив авторов, 2019
