Влияние эксплуатационных факторов на усталость деталей ГТД

В эксплуатации кроме силовых факторов, определяе­мых конфигурацией детали и действием внешних сил (статических, циклических и вибрационных), на деталь действует ряд других факторов, связанных с особенностями влияния окружающей среды: коррозия, изменение температуры, эрозия, износ, фреттинг-коррозия и т. д.

Силовые факторы, за исключением вибрационных и, в какой-то мере, циклических, достаточно точно прогнозируются и учитываются на стадии проектирования.

Проблема защиты деталей от коррозии решается, в первую очередь, за счет правильного выбора коррозионно-стойких материа­лов. Этому способствует широкое применение титановых и никеле­вых сплавов и, отчасти, коррозионно-стойких сталей. Из опыта эксплуатации ГТД следует, что практически всегда возникают условия, когда детали могут подвергаться различными видами коррозии (точечной, межкристаллитной, солевой, газовой и т. д.). Этому кроме напряженности детали способствуют внешняя среда, включая температуру; технологическая наследственность; поврежде­ния эрозией, забоины и т. д. Если первый и третий факторы практи­чески нерегулируемы, то второй, связанный с технологией изготов­ления детали, управляем, а влияние его на коррозионную стойкость в ряде случаев является решающим. Эффективность применения защитных антикоррозионных покрытий определяется, в первую очередь, их живучестью в эрозионных условиях и стойкостью к термоциклам.

К эксплуатационным повреждениям, приводящим к значительно­му снижению сопротивления усталости деталей, относится фреттинг. Можно предусмотреть возможность его появления в опреде­ленных узлах, но прогнозировать его возникновение с большой вероятностью на конкретном изделии так же сложно, как и прогно­зировать уровень переменных вибрационных напряжений в деталях.

Повреждаемость лопаток турбин связана с циклическим воздей­ствием теплового потока и вызываемых им термических напряже­ний, а также действием центробежных и газовых сил. При смене режимов работы двигателя и теплового поля возникают термомеха­нические напряжения в наиболее нагруженных сечениях лопатки, приводящие к термоусталостному и малоцикловому разрушениям материала. Наличие в топливе химически активных ионов , и др. приводит к образованию повреждений в лопатках турбин в виде сульфидной коррозии.

Проблема высоких температур решается, с одной стороны, повы­шением жаропрочности и жаростойкости применяемых материалов, с другой стороны, применением жаростойких и теплозащитных покрытий и, наконец, конструктивными методами создания специ­альных систем охлаждения деталей. При повышенных температурах ресурс деталей в значительной мере определяется совершенством систем охлаждения и живучестью защитных покрытий.

Рассмотрим подробнее причины возникновения и механизмы повреждений деталей ГТД в эксплуатации.