CC BY
46Решетневскуе чтения. 2017
УДК 66.03
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЛОКАЛЬНОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ВАЛЫ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
А. Ю. Володин, Н. В. Белобородко, П. Ю. Кривенко
АО «Красноярский машиностроительный завод» Российская Федерация, 660123, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 29
E-mail: [email protected]
Рассматриваются особенности нанесения покрытия на валы турбонасосных агрегатов (ТНА). Описывается техническое решение для локального нанесения покрытия «хром» на диаметры валов ТНА под установку подшипников.
Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель, турбонасосный агрегат, хромирование.
TECHNOLOGICAL FEATURES OF LOCAL COATING A SHAFT OF THE TPU LRE A. Yu. Volodin, N. V. Beloborodko, P. Yu. Krivenko
JSC "Krasnoyarsk Machine Building Plant" 29, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The article considers features of coating a shaft of turbo-pump units. The paper describes technical solution for local chromizing diameters of shaft under installation of bearings.
Keywords: liquid rocket engine, turbo-pump unit, chromizing.
Важнейшим направлением развития жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) является улучшение схемы двигателя, применение новых конструкционных материалов и технологии изготовления двигателя, улучшение конструкции узлов и агрегатов. Насущным требованием современной космонавтики является разработка кислородно-углеводородных жидкостных ракетных двигателей новых схем многократного включения, имеющих высокие энергетические характеристики, для перспективных ракет-носителей, разгонных блоков и многоразовых транспортных космических систем. Перед машиностроением остро стоит проблема повышения экологической устойчивости и производительности технологических процессов, позволяющих качественно модифицировать поверхности металлов [1-3].
Под процессом хромирования понимают диффузионное насыщение хромом поверхностей разнообразных изделий из стали. Также химическим хромированием называют операцию осаждения хрома (требуемым слоем) из электролита на поверхность изделия. Слой хрома, кроме того, великолепно защищает поверхности от налипания на них разных материалов (пыли, частичек грязи), от преждевременного износа и появления коррозии. Хромовые покрытия характеризуются такими свойствами, как замечательной химической стойкостью, показателем микротвердости по ИУ-шкале от 950 до 1100 единиц, высокой пористостью, износо- и жаростойкостью, малым коэффициентом трения и возможностью нанесения диапазона толщины покрытия (от 5 до 300 и более микрометров). Весь комплекс озвученных характеристик и обу-
славливает популярность данного гальванического покрытия, а также широкую сферу применения хромирования, которое широко используется в порошковой металлургии, при производстве изделий из резины и пластмассы (хромируются пресс-формы для таких изделий), при выпуске технических механизмов и деталей, которые постоянно трутся между собой и быстро выходят из строя, если на них не наносить специальной защиты, а также в таких особо важных областях, как авиа- и ракетостроение. Основная цель, с которой используется хромирование в промышленности, это придание детали таких свойств, как повышенная износостойкость, увеличенная устойчивость к коррозии, а также сниженное трение. Благодаря этому процессу сталь становится прочнее, не подвергается газовой коррозии, а также не разрушается в морской и обычной воде, азотной кислоте [4].
При нанесении толстых износостойких покрытий, как на новые детали, так и на ранее эксплуатировавшиеся (восстановление) требуется применять специальные подвесные приспособления и аноды. Это необходимо для равномерного осаждения покрытия, ибо электролиты для хромирования обладают низкой рассеивающей способностью. При хромировании внешней поверхности цилиндрических деталей в случаях, когда не применяются специальные подвесные приспособления с кольцевым и индивидуальным и анодами, рекомендуется использовать круглые аноды диаметром 40-80 мм. Аноды располагают таким образом, чтобы вокруг каждой детали было не менее четырех анодов. Оптимальным межэлектродным расстоянием считается 100-150 мм. Во многих случаях,
Проектирование, производство и испытания двигателей летательных аппаратов
например, при хромировании штампов, для размерного хромирования применяют профилированные аноды, воспроизводящие рельеф покрываемой поверхности.
Актуальной задачей, на сегодняшний день, является разработка приспособления, позволяющего получить равномерное покрытие на металлической поверхности валов турбонасосных агрегатов (ТНА) ЖРД, при этом обеспечивающее отсутствие покрытия на остальных поверхностях без применения сложной защиты в процессе хромирования [5].
Разработанное приспособление для равномерного нанесения хрома на локальные участки металлических поверхностей гальваническим способом апробировано на АО «Красноярском машиностроительном заводе», позволит использовать существующую технологию, используемую в производстве изготовления валов ТНА ЖРД, без применения сложной защиты в процессе хромирования (см. рисунок).
Приспособление для локального покрытия
валов ТНА ЖРД: 1 - фторопластовый ограничитель (разрезной), 2 - анод, 3 - разрезная шайба, 4 - хомут, 5 - винт, 6 - болт для подвода электричества
Новое техническое решение актуально в современной технике и, особенно, в таких ее областях, как авиационная, ракетно-космическая, ядерная, энергетическая, широко развивающихся в Красноярском крае. Управление процессом равномерного нанесения хрома на локальные участки металлических поверхностей гальваническим способом позволит создать оптимальные условия для изготовления деталей сложной геометрии и разрабатывать алгоритмы установления требуемых параметров для контроля нане-
сения нужной толщины покрытия без последующей обработки при изготовлении деталей для кислородно-углеводородных жидкостных ракетных двигателей новых схем, для перспективных ракет-носителей, разгонных блоков и многоразовых транспортных космических систем.
Библиографические ссылки
1. Овсянников Б. В., Боровский Б. И. Теория расчета агрегатов питания ЖРД : учеб. пособие. М. : Машиностроение, 1986.
2. Володин А. Ю., Назаров В. П., Бочерикова Я. В. Влияние геометрических размеров бесконтактных уплотнений на КПД центробежных насосов // Решет-невские чтения : материалы XVIII Междунар. науч. конф. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. С. 127-128.
3. Володин А. Ю., Заруба Д. С., Величко Н. В. Способ электролитно-плазменной обработки внутренних пространственно-сложных поверхностей различной кривизны корпусных деталей центробежных насосов ЖРД // Решетневские чтения : материалы ХХ Междунар. науч. конф. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2016.
4. URL: https://www.proektant.ru/content/6228.html (дата обращения: 11.09.2017).
5. Отчет о научно-исследовательской работе «Стабильность энергетических параметров насосов агрегатов двигателей летательных аппаратов» Б9-2. Инв. № 02200006283.
References
1. Ovsyannikov B. V., Borovskij B. I. Teoriya rascheta agregatov pitaniya ZHRD : ucheb. posobie. M. : Mashinostroenie, 1986.
2. Volodin A. Yu., Nazarov V. P., Bocherikova Ya. V. Vliyanie geometricheskih razmerov beskontaktnyh uplot-nenij na KPD centrobezhnyh nasosov // Reshetnevskie chteniya : materialy XVIII Mezhdunar. nauch. konf. / Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2014. S. 127-128.
3. Volodin A. Yu., Zaruba D. S., Velichko N. V. Spo-sob ehlektrolitno-plazmennoj obrabotki vnutrennih pros-transtvenno-slozhnyh poverhnostej razlichnoj krivizny korpusnyh detalej centrobezhnyh nasosov ZHRD // Re-shetnevskie chteniya : materialy ХХ Mezhdunar. nauch. konf. / Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2016.
4. Available at: https://www.proektant.ru/content/ 6228.html (accessed: 11.09.2017).
5. Otchet o nauchno-issledovatel'skoj rabote "Sta-bil'nost' ehnergeticheskih parametrov nasosov agregatov dvigatelej letatel'nyh apparatov" B9-2. Inv. № 02200006283.
© Володин А. Ю., Белобородко Н. В., Кривенко П. Ю., 2017
