Вплив кристалографічної орієнтації монокристалічних матеріалів на напружений стан робочих лопаток турбін

 

 

Колесников В.И., Придорожный Р.П. К ресурсному проектированию монокристаллических охлаждаемых лопаток турбины // Тр. Междунар. науч.-техн. конф. «Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования», Харьков, 29 сент.–2 окт., 1997. – Харьков: ИПМ НАН Украины, 1997. С. 522 – 526.

Здобувачем запропоновані підходи до визначення ресурсу монокристалічних лопаток турбін.

Колесников В.И., Придорожный Р.П., Шереметьев А.В. Влияние кристаллографической ориентации на статическую прочность и сопротивление усталости монокристаллических рабочих лопаток // Авіційно-космічна техніка і технологія. – 2001. – Вип. 26. – С. 132 – 135.

Здобувачем проведено дослідження впливу орієнтації осей монокристала на статичну і динамічну міцність лопаток турбін.

Придорожный Р.П. Расчетное исследование объемного напряженного состояния монокристаллической охлаждаемой лопатки турбины // Авіційно-космічна техніка і технологія. – 2002. – Вип. 34. – С. 119 – 123.

Здобувачем проведено розрахунки з визначення раціональної кристалографічної орієнтації, що забезпечує максимальний ресурс охолоджуваної лопатки в експлуатації.

Придорожный Р.П., Шереметьев А.В. Влияние кристаллографической ориентации на объемное напряженно-деформированное состояние монокристаллической неохлаждаемой лопатки турбины // Вестник двигателестроения. – 2003. – № 1. – С. 47 – 51.

Здобувачем проведено дослідження напруженого стану і визначення можливості оптимізації аксіальної та азимутальної орієнтацій неохолоджуваної лопатки з урахуванням механізмів деформування і руйнування монокристалів жароміцних нікелевих сплавів.

Придорожный Р.П. Использование метода конечных элементов для определения потери натяга по контактным граням бандажных полок и остаточного разворота лопаток с учетом ползучести // Авіційно-космічна техніка і технологія. – 2003. – Вип. 40/5. – С. 109 – 113.

Здобувачем проведено визначення впливу повзучості на втрату натягу по контактних поверхнях бандажних полиць в процесі експлуатації.

Придорожный Р.П. Расчетное определение ориентационной зависимости динамических характеристик монокристаллических лопаток // Вібрації в техніці та технологіях. – 2004. – №6(38). – С. 51 – 53.

Здобувачем проведено дослідження впливу кристалографічної орієнтації на частоту власних коливань і границю витривалості лопаток.

Придорожный Р.П., Шереметьев А.В., Артюшенко А.Н. Динамика изменения напряженности бандажных полок в условиях повышенных температур // Вестник двигателестроения. – 2004. – № 2. – С. 124 – 127.

Здобувачем проведено вивчення динаміки зміни напружено-деформівного стану бандажної полиці охолоджуваної робочої лопатки турбіни високого тиску в процесі експлуатації.

Придорожный Р.П., Шереметьев А.В., Якушев Ю.В. Моделирование контактного взаимодействия и расчет напряжений в зоне контакта бандажных полок и замкового соединения лопатки турбины // Вестник двигателестроения. – 2004. – № 4. – С. 72 – 76.

Здобувачем проведено дослідження можливості оптимізації напруженого стану лопатки з урахуванням тертя на контактних поверхнях бандажних полиць і замкового з'єднання.

Придорожный Р.П., Шереметьев А.В. Улучшение эффективности охлаждения турбинных лопаток изменением положения охлаждающего канала // Вестник двигателестроения. – 2005. – № 1. – С. 9 – 11.

Здобувачем проведено розрахунки з визначення раціонального розташування охолоджуючого каналу лопатки турбіни.

Придорожный Р.П., Шереметьев А.В. Особенности влияния кристаллографической ориентации на усталостную прочность монокристаллических рабочих лопаток турбин // Авиационно-космическая техника и технология. – 2005. – № 10 (26). – С. 55 – 59.

Здобувачем розроблено метод визначення границі витривалості монокристалічних лопаток і проведено дослідження їх опору втом.

Придорожный Р.П. Обеспечение прочности монокристаллических лопаток турбин методами физического моделирования // Тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. молодых учен. и специал. «Проблемы создания перспективных авиационных двигателей», Москва, 27 – 30 сент., 2005. – Москва: ЦИАМ, 2005. С. 298 – 300.

Здобувачем проведено дослідження впливу кристалографічної орієнтаці матеріалу на міцність монокристалічних лопаток.

Придорожный Р.П., Шереметьев А.В., Зиньковский А.П. Влияние монтажного натяга на напряженно-деформированное состояние турбинной лопатки и потерю натяга по полкам в процессе эксплуатации // Авиационно-космическая техника и технология. – 2006. – № 8 (34). – С. 95 – 99.

Здобувачем проведено дослідження і аналіз впливу монтажного натягу по бандажних полицях і повзучості на напружений стан лопатки.

Придорожный Р.П., Шереметьев А.В., Зиньковский А. П. Влияние кристаллографической ориентации на спектр собственных частот и форм колебаний монокристаллических рабочих лопаток турбин // Вестник двигателестроения. – 2006. – № 2. – С. 42 – 48.

Здобувачем досліджено вплив температури і частоти обертання ротора на спектр власних частот і форм коливань монокристалічних лопаток.

Придорожный Р.П., Шереметьев А.В., Якушев Ю.В. Возможность повышения усталостной прочности и ресурса охлаждаемых рабочих лопаток турбины расчетным методом // Надійність і довговічність машин і споруд. – 2006. – № 27. – С. 38 – 44.

Здобувачем досліджено вплив форми коливань і кристалографічної орієнтації на зміну напруженого стану і границі витривалості лопаток.

 

 

Придорожний Р.П. Вплив кристалографічної орієнтації монокристалічних матеріалів на напружений стан робочих лопаток турбін. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.02.09 – Динаміка та міцність машин. ДП ЗМКБ «Прогрес» ім. О. Г. Івченка, Запоріжжя, 2008.

У роботі викладені результати розрахунково-експериментальних досліджень щодо встановлення закономірностей статичного і динамічного станів монокристалічних робочих лопаток турбін газотурбінних двигунів з урахуванням впливу орієнтаціонної анізотропії матеріалів і експлуатаційних режимів навантаження. Описано тривимірні скінченноелементні моделі охолоджуваних і неохолоджуваних лопаток, а також їх взаємодії по контактних поверхнях бандажного і замкового з'єднань. На підставі встановлених закономірностей впливу конструктивно-технологічних і експлуатаційних факторів на НДС монокристалічних лопаток розроблені рекомендації з раціонального вибору КГО, які забезпечують додаткове підвищення надійності і ресурсу лопаток та дозволяють обґрунтовано призначати гранично припустимі відхилення КГО від заданої щодо забезпечення їх міцності. Представлено результати досліджень з визначення впливу тертя контактуючих поверхонь бандажного і замкового з'єднань на напружений стан лопаток. Встановлено закономірності впливу КГО, а також таких експлуатаційних факторів, як температура і частота обертання ротора на формування спектра власних коливань монокристалічних лопаток. Описано основні положення розробленого розрахунково-експериментального методу визначення границі витривалості таких лопаток. Отримані автором результати знайшли використання при проектуванні, а також встановленні і подовженні ресурсу робочих лопаток турбін сучасних ГТД.

Ключові слова: робочі лопатки турбін, монокристалічні матеріали, кристалографічна орієнтація, напружено-деформівний стан, спектр власних коливань, границя витривалості.

 

 

Придорожный Р.П. Влияние кристаллографической ориентации монокристаллических материалов на напряженное состояние рабочих лопаток турбин. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.09 – Динамика и прочность машин. ГП ЗМКБ «Прогресс» им. А.Г. Ивченко, Запорожье, 2008.

В работе изложены результаты расчетно-экспериментальных исследований по установлению закономерностей статического и динамического состояний монокристаллических рабочих лопаток турбин газотурбинных двигателей с учетом влияния ориентационной анизотропии материалов и эксплуатационных режимов нагружения. Описаны трехмерные конечноэлементные модели охлаждаемых и неохлаждаемых лопаток, а также их взаимодействия по контактным поверхностям бандажного и замкового соединений. На основании установленных закономерностей влияния конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов на НДС монокристаллических лопаток разработаны рекомендации по рациональному выбору КГО, которые позволяют получить дополнительное повышение надежности и ресурса работы лопаток и обосновано назначать предельно допустимые отклонения КГО от заданной с точки зрения обеспечения их прочности. Представлены результаты исследований по определению влияния трения контактирующих поверхностей бандажного и замкового соединений на напряженное состояние лопаток. Установлены закономерности влияния КГО, а также таких эксплуатационных факторов, как температура и частота вращения ротора на формирование спектра собственных колебаний монокристаллических лопаток. Описаны основные положения разработанного расчетно-экспериментального метода определения предела выносливости таких лопаток. Полученные автором результаты нашли применение при проектировании, а также установлении и продлении ресурса рабочих лопаток турбин современных ГТД.

Ключевые слова: рабочие лопатки турбин, монокристаллические материалы, кристаллографическая ориентация, напряженно-деформированное состояние, спектр собственных колебаний, предел усталости.

 

 

Pridorozhny R.P. The influence of crystallographic orientation of monocrystalline materials on the stress state of turbine rotor blades. – Manuscript.

Thesis for the degree of a Candidate of Technical Science in speciality 05.02.09 – Dynamics and strength of machines. ZKMB "Progress", Zaporozhie, 2008.

The manuscript presents the results of calculation and experimental investigations aimed at establishing the regularities in the static and dynamic states of monocrystalline rotor blades of gas turbine engines taking into account the influence of the material orientation anisotropy and service loading conditions. 3D finite element models for cooled and uncooled blades are described as well as their interaction along the contact surfaces of the shroud and interlocking joints. Based on the established regularities in the influence of the design, manufacturing and in-service factors on the stress-strain state of monocrystalline rotor blades, recommendations have been elaborated as to the rational choice of Crystallographic Orientation (CGO), which make it possible to obtain an additional increase in the blade reliability and service life and specify reasonably the maximum permissible deviations of the CGO from the prescribed one from the viewpoint of ensuring their strength. Also presented are the results of investigations into the influence of the friction of contact surfaces of the shroud and interlocking joints on the blade stress state. The regularities in the influence of the CGO, as well as of the service factors such as temperature and rotor speed, on the formation of the natural vibration spectrum of monocrystalline blades have been established. Basic theses of the developed calculation and experimental method for determining the fatigue limit for such blades are described. The results obtained by the author have found application in designing turbine rotor blades of modern GTE, as well as in the determination of their service life and its extension.

Key words: turbine rotor blades, monocrystalline materials, crystallographic orientation, stress-strain state, spectrum of natural vibrations, fatigue limit.