ОСВОЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА
ДВИГАТЕЛЯ ПС-90А2

Иван Григорьевич Башкатов,
Главный инженер ОАО "Пермский моторный завод", к.т.н.

ПС-90А2 представляет собой модификацию двигателя ПС-90А, разработанного ОАО "Авиадвигатель" и сертифицированного МАК еще в 1992 г. В соответствии с техническим заданием двигатель ПС-90А спроектирован в расчете на продолжительность жизненного цикла 25000 ч. Дальнейшее увеличение наработки может привести к резкому росту расходов на ремонт и обслуживание двигателя из-за ограниченного ресурса деталей и комплектующих изделий.

При создании двигателя ПС-90А2, в соответствии с требованиями рынка, была заложена продолжительность жизненного цикла 60000 ч, что вместе с существенным улучшением показателей надежности и ресурса отдельных узлов и комплектующих изделий позволит уменьшить эксплуатационные расходы за весь период эксплуатации двигателя.

В настоящее время ОАО "Пермский моторный завод" заканчивает изготовление двигателя ПС-90А2 № 3, который в феврале 2008 г. будет поставлен в ОАО "Авиадвигатель" на 150-часовые стендовые сертификационные испытания. В 2008 г. для проведения летных сертификационных испытаний ОАО "ПМЗ" изготовит еще два двигателя ПС-90А2 (№ 4 и № 5) по договору, заключенному с "Ильюшин Финанс Ко". С марта 2009 г. начнется серийное изготовление двигателей ПС-90А2.

С целью подготовки серийного производства на предприятии проведен и продолжает осуществляться большой объем работ. Создание новых газотурбинных двигателей во многом определяется разработкой новых жаропрочных материалов. С появлением технологических процессов, обеспечивающих получение монокристаллических лопаток, бурное развитие получили разработки новых ренийсодержащих жаропрочных сплавов без углерода.

При разработке двигателя ПС-90А2 для рабочих лопаток первой и второй ступеней ТВД был выбран сплав ЖС-36, который имеет преимущества по ресурсу эксплуатации по сравнению с ранее применявшимися сплавами. Использование такого сплава возможно только в лопатках, имеющих монокристаллическую структуру. В ОАО "ПМЗ" ведется большая работа на основе технологий ОАО "Авиадвигатель".

На протяжении многолетнего периода отработки технологии отливки лопаток с монокристаллической структурой был выполнен комплекс работ, направленных на исследование жаростойкости, коррозионной стойкости сплава ЖС-36 по сравнению со сплавами, уже использовавшимися в наших разработках. Сплав ЖС-36 демонстрирует убедительное преимущество перед сплавом ЖС-26, который применяется при изготовлении деталей двигателя ПС-90А.

Внедрение лопаток из сплава ЖС-36 позволяет увеличить максимальную температуру газов перед турбиной на 200 К по сравнению с двигателем ПС-90А.

В процессе отработки технологии выполнена модернизация плавильно-заливочной установки УВНК-8П, разработаны конструкция печи подогрева форм, механическая система управления тепловыми экранами печи подогрева форм и система управления режимом кристаллизации. Помимо данной установки по техническому заданию ОАО "ПМЗ" в ОАО "Электромеханика" (Ржев) разработана и изготовлена новая, более производительная установка ВИП-НК15.

На работоспособность лопатки влияет комплекс факторов, в том числе конструкция, материал лопатки, применяемые покрытия. Для защиты трактовой поверхности рабочей лопаток первой ступени ТВД от воздействия потока горячего газа применяется керамическое теплозащитное покрытие (ТЗП) на основе ZrО2 с металлическим подслоем. На внутреннюю полость и поверхности охлаждающих каналов наносится газоциркуляционное Cr-Al покрытие, обеспечивающее защиту этих поверхностей от газовой коррозии.
На ОАО "ПМЗ" отработана также технология напыления в открытой атмосфере комплексного теплозащитного металлокерамического плазменного покрытия на сопловые лопатки первой и второй ступеней ТВД ПС-90А2. Применение плазменной технологии позволяет обеспечить удовлетворительные свойства покрытия как на пере, так и на трактовых поверхностях полок.

Кроме того, металлокерамические ТЗП применены на деталях камеры сгорания ПС-90А2. Нанесение производится методом плазменного напыления в открытой атмосфере. Внутренняя поверхность жаровых труб обрабатывается с применением малогабаритного плазмотрона. В 2008 г. для предприятия будут приобретены установка VPS для напыления в динамическом вакууме и роботизированная установка APS фирмы Sulzer Metco.

Лопатки ТВД, работающие под воздействием высоких температур, охлаждаются через перфорационные отверстия малого диаметра. Их количество может достигать 200 и более на одну лопатку. Для прошивки отверстий в сопловых лопатках первой ступени ТВД используются станки TSH-600V фирмы TopEDM.

Изменение конструкции и материалов, применяемых при изготовлении лопаток турбины высокого давления, потребовало разработки и освоения процесса высокотемпературной пайки в вакууме рабочих лопаток первой ступени из сплава ЖС-36 с применением припоя ВПР44. Указанный процесс совмещен с металлургической термообработкой основного сплава, из-за этого возникла необходимость подбора циклов нагрева и характеристик среды в рабочей камере.

Для повышения надежности и сокращения времени ультразвукового контроля дисков турбины и КВД, выполненных из гранульных никелевых сплавов ЭП741 и ЭИ-698, приобретена и внедрена автоматизированная система контроля LS-200LD производства фирмы Scan Master (Израиль). Для ультразвукового контроля заготовок валов в настоящее время внедряется новая автоматизированная установка производства ООО "НПЦ "Кропус-ПО" (Ногинск).

Освоение изготовления деталей двигателя ПС-90А2 потребовало значительного технического перевооружения оборудованием, используемым при механической обработке. Так, в цехе турбинных лопаток смонтированы и включены в производственный цикл два новых шлифовальных станка SS-13CNC с ЧПУ фирмы ELB-Schliff (Германия) для "елочных" хвостовиков рабочих лопаток. Приобретены два новых плоскошлифовальных станка MicroCat-4/250 с ЧПУ фирмы ELB-Schliff, которые используются для обработки бандажных полок лопаток ТВД и ТНД.

В цехе компрессорных лопаток внедрены в производство два новых фрезерных обрабатывающих центра с ЧПУ V-CNC-500 и Arrow-500 фирмы Cincinnati (США), а также четыре обрабатывающих центра фирмы Spinner. На этих станках осуществляется высокопроизводительная обработка проточной части направляющих и рабочих лопаток КВД. Это позволило уменьшить припуск под ручную полировку пера с 0,3...0,5 до 0,05...0,1 мм, снизить трудоемкость изготовления лопатки.

В настоящее время окончательная фрезеровка проточной части рабочих лопаток вентилятора производится на двух новых обрабатывающих центрах с ЧПУ Arrow-500 фирмы Cincinnati (черновую обработку выполняют на станках 4ФСЛ-8П). Внедрение этой технологии позволило уменьшить припуск под ручную полировку пера с 1,0...1,5 до 0,1...0,2 мм, а значит, существенно снизить трудоемкость изготовления лопатки.

С целью повышения качества обработки валов ГТД и сокращения затрат на их изготовление ОАО "ПМЗ" приобретен токарно-фрезерно-сверлильный центр модели М65 Millturn фирмы WFL MILLTURN TECHNOLOGIES GmbH & Со.KG (Австрия). Станок этой фирмы позволяет за одну установку детали производить токарную и фрезерную обработку внутренних и наружных поверхностей, сверление, зенкерование, развертывание и растачивание отверстий под любым углом наклона, долбление наружных и внутренних шлицев и зуба и т.п.

В 2007 г. на ОАО "ПМЗ" введен в эксплуатацию горизонтальный протяжной станок модели RAWX 16x8500x320 фирмы Hoffman Raumtechnik GmbH (Германия). С внедрением этого станка завершилась программа модернизации технологии протягивания пазов для лопаток в дисках турбин, так как до этого уже были внедрены в производство оптический проектор с ЧПУ, предназначенный для контроля профиля пазов, плоскошлифовальный и профилешлифовальный для профилирования и заточки протяжек.

Проводимая на предприятии работа позволит обеспечить высокое качество и стабильность серийного производства двигателя ПС-90А2.

[Напоминаем, что Интернет-вариант статьи сильно сокращен. Ред.]