Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (093) 202-63-01
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Вплив кристалографічної орієнтації монокристалічних матеріалів на напружений стан робочих лопаток турбін

Предмет: 
Тип роботи: 
Автореферат
К-сть сторінок: 
34
Мова: 
Українська
Оцінка: 

охолоджуваної лопатки при її випробуваннях на вібростенді за першою згинною формою коливань. Задовільне узгодження отриманих результатів підтвердило можливість його використання.

Далі були виконані розрахунки з визначення коефіцієнту перерахунку при коливаннях за першою згинною і крутною формами, як такими, що найчастіше збуджуються в умовах експлуатації ГТД. Як приклад їх результатів, на рис. 9 приведені залежності коефіцієнта перерахунку за приведеними дотичними напруженнями від положення кристалографічних осей для неохолоджуваної лопатки при коливаннях за першою згинною формою. Встановлено, що зміна величини коефіцієнта перерахунку за приведеними дотичними напруженнями для неохолоджуваної лопатки при зміні азимутальної орієнтації не перевищує 7%, а аксіальної від напрямку <001> до <111> - досягає 24%.
Для охолоджуваної лопатки результати розрахунків показали, що зони руйнування можуть знаходитися як на зовнішньому її контурі, так і на внутрішній поверхні стінок. Зміна величини коефіцієнта перерахунку за приведеними дотичними напруженнями у розглянутому діапазоні зміни азимутальної орієнтації в кожній конкретній зоні лопатки не перевищує 10%, що свідчить про незначний її вплив на границю витривалості лопатки. Зміна ж аксіальної орієнтації обумовлює більш істотний вплив на зміну величини коефіцієнта перерахування. Так, наприклад, у внутрішньому каналі з боку вхідної кромки вона досягає 70%. При цьому слід зазначити, що характер такої зміни в кожній конкретній зоні пера різний і, на відміну від неохолоджуваної лопатки, імовірність руйнування в тій чи іншій її зоні залежить від КГО.
Дані втомних випробувань з визначення впливу КГО вибраних лопаток на границю їх витривалості наведені в таблиці. Вони якісно узгоджуються з результатами обчислювальних експериментів, що підтверджує можливість розрахункового визначення границь витривалості монокристалічних лопаток з урахуванням їх КГО.
Аналогічні результати були отримані і для випадку коливань лопаток за першою крутною формою. Було встановлено, що, як і для згинної форми коливань, опір втомі монокристалічних лопаток значною мірою залежить від аксіальної орієнтації. Однак, на відміну від згинної форми коливань, де зміна азимутальної орієнтації обумовлювала незначну зміну границі витривалості, в даному випадку цей вплив більш істотний і складає для неохолоджуваної лопатки 23%, а охолоджуваної – 28%. Крім того, імовірність руйнування в тій чи іншій зоні пера лопатки залежить від її КГО і форми коливань. Таким чином, обмеження існуючого допуску на відхилення поздовжньої осі лопатки від напрямку <001> дозволить значно зменшити розкид величини границі витривалості та імовірність постановки на двигун монокристалічних робочих лопаток з її низьким значенням.
 
Таблиця
Результати втомних випробувань монокристалічних лопаток
Діапазон зміни кута
відхилення α поздовжньої осі
від напрямку <001>Відносна деформація ε-1,%
Неохолоджувана лопаткаОхолоджувана лопатка
α<201,50,90
20<α<401,20,65
α>401,40,75
 
На підставі виконаних обчислювальних експериментів було здійснено ряд конструкторських заходів щодо зниження рівня напружень у небезпечних зонах пера лопаток. Їх проведення дозволило не тільки домогтися зниження рівня напружень на 26%, але й не допустити зниження статичної міцності лопаток. Втомні випробування лопаток удосконаленої конструкції показали, що внаслідок впровадження запропонованих заходів було забезпечено підвищення границі витривалості лопаток з σ-1=140 МПа до σ-1=180 МПа (на 28,5%) і, як наслідок, помітне зростання їх надійності та довговічності.
 
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ
 
Розроблено тривимірні скінченноелементні моделі охолоджуваних і неохолоджуваних монокристалічних робочих лопаток турбін, для визначення НДС яких здійснена адаптація розрахункових методів на основі МСЕ, а також запропонована модель взаємодії лопаток по контактуючим поверхням бандажного і замкового з'єднань, яка дозволяє враховувати виникаючі в експлуатації можливі контактні умови, досліджувати і прогнозувати їх зміну.
Встановлено закономірності впливу кристалографічної орієнтації на НДС монокристалічних лопаток і розроблені рекомендації з її раціонального вибору для забезпечення підвищення надійності і ресурсу розглянутих робочих лопаток турбін. Показано, що незалежно від виду лопатки (охолоджувана чи неохолоджувана) найбільш сприятливим з погляду як розподілу, так і рівня виникаючих напружень є напрямок кристалізації <001>.
Показано, що підвищення температури газу перед турбіною, яке викликає значне зростання швидкості повзучості і темпу накопичення її деформацій, обумовлює зменшення натягу по бандажним полицям і виникнення залишкового розвороту пера робочих лопаток турбін, а також значний перерозподіл і зміну рівня напружень в пері лопатки та підвищення напруженості бандажних полиць. Зі зростанням напрацювання двигуна, незалежно від температури газу перед турбіною, відбувається зменшення напружень у пері лопаток, темп зниження яких істотно залежить від перетину лопатки і температури газу перед турбіною.
Встановлено закономірності впливу тертя контактуючих поверхонь бандажних полиць і замкових з'єднань на напружений стан робочих лопаток турбін. Показано, що зміна коефіцієнта тертя в одному із з'єднань лопаток (бандажному чи замковому) при незмінній його величині в іншому істотно не впливає на напруженість пера лопатки.
Отримані закономірності впливу кристалографічної орієнтації, а також таких експлуатаційних факторів як температура і частота обертання ротора на формування спектра власних частот і форм коливань монокристалічних робочих лопаток турбін.
Запропоновано розрахунково-експериментальний метод визначення границі витривалості монокристалічних лопаток.
Розроблені розрахункові моделі охолоджуваних і неохолоджуваних лопаток турбін, встановлені закономірності впливу кристалографічної орієнтації монокристалічних матеріалів на їх НДС з урахуванням експлуатаційних режимів навантаження і запропоновані рекомендації з раціонального вибору кристалографічної орієнтації знайшли безпосереднє застосування при встановленні і подовженні ресурсу робочих лопаток турбін серійних двигунів Д-18Т, Д-436, ТВ3-117ВМА-СБМ1, а також створюваних перспективних
Фото Капча