Композиционные материалы для рабочих колес турбокомпрессоров автотракторных двигателей


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Целью данной работы является поиск и выбор компонентов композиционных материалов, наиболее полно отвечающих требованиям, предъявляемым к материалам рабочих колес турбокомпрессора. В работе приведены современные компоненты композитов, а также их свойства. Сформулированы требования к материалам рабочих колес. Проведен патентный поиск с целью описания существующих концепций рабочих колес из композиционных материалов. Дано описание возможных вариантов изготовления колес, выявлены их достоинства и недостатки. В ходе исследования установлены нетрадиционные преимущества применения композитов в конструкции турбокомпрессора. Описана возможность создания ротора электрической машины из рабочего колеса компрессора путем вплетения в него медной проволоки. Рассмотрены основные технологии изготовления рабочих колес. Приведены отечественные и зарубежные производители полимерных матриц и волокон. Описаны физико-механические свойства хаотически армированных композиционных материалов, доступных на современном рынке. По результатам сравнительного анализа выбран композиционный материал, наиболее полно отвечающий предъявляемым требованиям, - полиамидоимид, наполненный углеродным волокном. Применение непрерывных волокон в рабочих колесах является эффективным способом повышения прочности последних. Установлено, что в качестве более дешевой альтернативы полиамидоимида может выступать угле-родосодержащий материал «Карбул», - при условии армирования колеса непрерывными волокнами. Дешевые и широко используемые материалы (наполненные полиамиды, поликарбонаты, эпоксидные смолы и др.) могут быть использованы при изготовлении рабочих колес центробежных нагнетателей с механическим или электрическим приводом. Композиты с углеродным волокном в карбидокремниевой матрице (C-SiC) могут выступить как альтернатива жаропрочным никелевым сплавам, из которых в настоящее время изготавливают турбинное колесо.

Об авторах

А. Н Нетрусов

Московский политехнический университет

Email: a.netrusov@mail.ru. mixalichDM@mail.ru

В. М Фомин

Московский политехнический университет

Email: a.netrusov@mail.ru. mixalichDM@mail.ru
д.т.н.

Список литературы

  1. Нетрусов А.Н., Фомин В.М. Исследование прочностных качеств рабочих колес из композитного материала агрегатов наддува дизелей // Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 2. С. 21-28.
  2. Карпинос Д.М. Композиционные материалы. Справочник. Киев: Наукова думка, 1985. 593 с.
  3. Крыжановский В.К. и др. Технические свойства полимерных материалов. СПб.: Профессия, 2003. 240 с.
  4. Кузеванов Д.В. Научно-технический отчет по теме: «Конструкции с композитной неметаллической арматурой. Обзор и анализ зарубежных и отечественных нормативных документов». М.: НИИЖБ им. А.А. Гвоздева, 2012. 66 с.
  5. Арзамасов Б.Н., Брострем В.А., Буше Н.А. и др. Конструкционные материалы: Справочник. М.: Машиностроение, 1990. 688 с.
  6. Степанищев Н.А., Тарасов В.А.Упрочнение полиэфирной матрицы углеродными нанотрубками // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Приборостроение». 2010. С. 53-65.
  7. Pankratz A.W., Matysek B.J., Mendelson R.A. Composite compressor wheel for turbochargers. United States Patent № US 4, 850, 802. Date of patent 25.07.1989. 8 p.
  8. La Brouche J.-P. et al. High speed composite turbine wheel. United States Patent № US 5,222,866. Date of patent 29.06.1993. 3 p.
  9. Broquere B. et al. Process for manufacturing a turbine or compressor wheel made of composite material and wheel thus obtained. United States Patent № US 4,751,123. Date of patent 14.06.1988. 4 p.
  10. Shultz F.E. Orthogonally woven reinforcing structure. United States Patent № US 3,993,817. Date of patent 23.11.1976. 10 p.
  11. Muller N. Woven turbo machine impeller. United States Patent № US 2007/0297905 A1. Date of patent 27.12.2007. 15 p.
  12. Hommes D.J., Williams C.E. Composite centrifugal compressor wheel. United States Patent № US 8, 794, 914. Date of patent 5.08.2014. 8 p.
  13. Елисеев Ю.С., Крымов В.В., Колесников С.А., Васильев Ю.Н. Неметаллические композиционные материалы в элементах конструкций и производстве авиационных газотурбинных двигателей. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 368 с.
  14. Макаров А.Р., Смирнов С.В., Осокин С.В., Пятов И.С., Врублевская Ю.И., Финкельберг Л.А. Конструкционные материалы для поршней ДВС // Известия МГТУ «МАМИ». 2013. № 1 (15). C. 119-125.
  15. Пятов И.С., Шибоев О.В., Бузинов В.Г., Макаров А.Р., Костюков А.В., Поседко В.Н., Финкельберг Л.А., Костюченков А.Н. Углеродные материалы для деталей ГТД и ДВС, проблемы и перспективы // Известия МГТУ «МАМИ». 2014. № 4 (22). C. 55-60.
  16. Kumar S., Chandra R., Kumar A., Prasad N.E., Manocha L.M. C/SiC Composites for propulsion Application // Composites and Nanostructures. 2015. № 4. P. 9-15.
  17. Woolenweber W.E., Halimi E.M. Compressor wheels and magnet assemblies for internal combustion engine supercharging devices. United States Patent № 6, 145, 314. Date of patent 14.11.2000. 9 p.

© Нетрусов А.Н., Фомин В.М., 2017

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах