Prezentare Rezultate

3.14.1. CAROT

Prezentare Generala | Comunicate de presa | Prezentare proiect | Rezultate | Informare si publicitate

ETAPA I DEMONSTRAREA FUNCTIONALITATII FUNCTIONALITATII CONCEPTELOR, STUDII ANALITICE SI EXPERIMENTALE

Motorul TIDE are in componenta un compresor, al carui rotor face obiectul acestui proiect (cu rosu in Fig. 1 a), urmat de o camera de linistire menita sa atenueze fluctuatiile de presiune generate in camerele de detonatie, un set de 7 camere de detonatie pulsatorie (cu galben in Fig. 1 a), in care aerul comprimat este amestecat cu Hidrogen, accelerat in regim supersonic, si detonat, generand gaze de ardere la presiuni si temperaturi foarte ridicate care sunt directionate prin 7 ajutaje de reactie (cu albastru in Fig. 1 a). Intreg motorul (compresor, camere de detonatie si ajutaje de reactie) se roteste solidar.

Fig. 1 Motorul TIDE: a) varianta proiectata; b) varianta realizata prin tehnologia "additive manufacturing" (printare 3D cu material polimeric)

Initial au fost definite patru variante constructive in scopul determinarii aceleia care ofera performantele maxime in termeni de eficienta, precum si cea mai mare rezerva de siguranta la blocaj, ceea ce permite o mai mare libertate la proiectarea celorlalte componente ale motorului. Cele patru variante constructive sunt prezentate in Fig. 2. Datorita similitudinii celor patru versiuni de rotor, calculele termodinamice care au condus la definirea variantei de referinta nu pot fi utilizate pentru a estima performantele cu nivelul de acuratete necesar pentru a le putea compara. De aceea, este necesara utilizarea unei metode mai elaborate cum este cea a calculului bidimensional al curgerii in canalul de lucru.

Fig. 2 Variante constructive

Procesele reale de turnare si solidificare, mai ales pentru piese de complexitatea si importanta "rotorului cu grad mare de comprimare, autodifuzie si coaxializare" este obligatoriu sa fie optimizate, cea mai moderna si eficace metoda fiind prin calcul numeric. Astfel au fost realizate simulari ale procesului de turnare si solidificare utilizand software-ul ProCAST.

Fig. 3 Modele 3D cu ansamblul de turnare

Simularile au fost realizate utilizand trei tipuri de aliaje:

Aluminiu - AlSi7Mg0.3;

Magneziu - AM50A;

Otel - Stainless 2205;

Figura 4 prezinta procesul de umplere, la diferiti pasi de timp, precum si evolutia temperaturii in timpul umplerii ansamblului.

Fig. 4 Temperatura in timpul procesului de umplere

Experimentarile efectuate in vederea definitivarii tehnologiei de turnare a rotorilor de compresor in forma realizata din amestec, cu intarire la rece, cu utilizarea de miezuri care prin imbinare formeaza configuratia impusa a piesei, au presupus optimizarea parametrilor specifici de formare-turnare prin parcurgerea a doua etape distincte: stabilirea materialelor optime de formare, stabilirea parametrilor optimi de turnare a aliajului.

Fig. 5 a) Sablon pentru executia miezurilor; b) Miez in cutie dupa operatia de razuire

Utilizand acelasi tip de materiale ca si in cazul simularilor privind procesul de turnare, au fost realizate analize cu elemente finite.

Fig. 6 a) Distributia tensiunii Von Mises [Pa]; b) Distributia deformatiei specifice - aliaj Mg 18000 RPM

Fig. 7 a) Distributia tensiunii Von Mises - aliaj aluminiu 20000 RPM; b) Distributia tensiunii Von Mises [Pa] - otel 20000 RPM

Rezultatele obtinute in cadrul activitatilor de proiectare aerodinamica, simularea, optimizarea si post-procesarea configuratiei, au stat la baza elaborarii articolului: "Losses and blade tip clearance for a centrifugal compressor", prezentat in luna octombrie 2017, in cadrul Conferintei Aerospace Europe 6th CEAS Conference si care urmeaza va fi publicatin Buletinul INCAS (http://bulletin.incas.ro/). Activitatile de simulare CFD, cunostintele acumulate, au stat la baza elaborarii articolului "Turbulence model sensitivity on steady state mapping of a very high pressure ratio compressor stage", acceptat spre publicare in AIP Conference Proceedings (American Institute of Physics http://aip.scitation.org/journal/apc), si va fi prezentat in cadrul Conferintei ICNPAA International Conference in Nonlinear Problems in Aviation and Aerospace, Minisymposium: Mathematical Modeling, Numerical Algorithms, Optimization Methods and Flow Control for Aerospace Techniques", organizata de American University of Armenia, Yerevan (Armenia), in perioada 3-6 Iulie 2018.

ETAPA II - VALIDAREA IN CONDITII DE LABORATOR A TEHNOLOGIEI DE TURNARE SI A MODELULUI DEMONSTRATIV DE ROTOR CU GRAD MARE DE COMPRIMARE, AUTODIFUZIE SI AUTOAXIALIZARE (RCAA)

In cadrul Etapei I s-a avut in vedere dezvoltarea unei tehnologii de turnare pentru demonstrarea posibilitatii de fabricare a unei astfel de structuri cu geometrie complexa si care sa raspunda cerintelor impuse. Dar, pe parcursul Etapei II pe langa realizarea rotorului prin tehnologia turnarii s-a avut in vedere si fabricarea rotorului prin tehnologia fabricarii aditive (Additive Manufacturing - AM), tehnologie ce prezinta un interes ridicat la ora actuala si care permite realizarea de forme complexe pornind de la geometriile 3D ale produselor.
In cadrul acestei etape a fost obtinut un Model Demonstrator - RCAA realizat prin metoda turnarii cu modele usor fuzibile din ceara (realizate prin fabricare aditiva).

Fig. 1 a) Model de ceara; b) Ansamblu "ciorchine" pentru turnare; c, d) Crusta ceramica pentru turnare

Fig. 2 a) Demonstratorul I; b si c) Demonstratorul II

Ambele demonstratoare au fost supuse unui control dimensional.

Fig. 3 Demonstratorul I - rezultatele controlului dimensional

Fig. 4 Demonstratorul II - rezultatele controlului dimensional

In perioada 3-6 Iulie 2018 a avut loc Conferinta "ICNPAA 2018: Mathematical Problems in Engineering, Aerospace and Sciences" la Erevan (Armenia), organizata de American University of Armenia (AUA). In cadrul acesteia a fost prezentat articolul intitulat: "Turbulence model sensitivity on a very high-pressure ratio centrifugal compressor stage", autori: Valeriu Dragan, Ion Malael, Ionut Porumbel, Bogdan Gherman, Cristian Puscasu. Articolul va fi publicat intr-un volum Proceedings series of the American Institute of Physics (AIP), indexat ISI.
In perioada 21-23 iunie 2018 s-a desfasurat la Reghin (Romania) cea de a 24-a Conferinta Nationala de Turnatorie si Expozitie cu participare internationala, organizata de ATTR - Asociatia Tehnica de Turnatorie din Romania si SC IRUM SA. La aceasta Conferinta si Expozitie au participat specialisti din tara si strainatate implicati in fabricatia de piese turnate din Romania si au fost prezentate lucrari tehnice si stiintifice cu cele mai noi realizari din industria mondiala de turnatorie.
In cadrul acestei conferinte, a fost prezentat articolul intitulat: "Contributii la optimizarea tehnologiei de turnare a rotorilor de compresor prin utilizarea PROCAST", autori: Cristian Puscasu, Mihaela Grigorescu, Carmen Dumitru, Gheorghe Dumitru. Articolul a fost publicat in cadrul REVISTEI DE TURNATORIE, Nr. 2/2018, pp. 14-23, ISSN 1224-21-44, Editura SEMNE-ARTEMIS.