Определение эквивалентного времени наработки для лопатки рабочего колеса турбины

 

Рассмотрим одну из деталей, определяющих ресурс ГТД - лопатку РК турбины высокого давления. Ресурс этой детали зависит от длительной прочности. Материал детали - ХН77ПОР, хромоникелевый сплав с добавкой титана и алюминия.

Имеются опытные данные по пределам длительной прочности для двух времен наработки при заданной температуре лопатки, что соответствует работе двигателя на дроссельном режиме работы I:

 

 

Для расчета времен эквивалентных испытаний необходимо получить уравнения прямых длительной прочности для всех i-х эксплуатационных режимов и соответствующих им температур нагружения Т_i,.

 

(5)

(6)

(7)

 

Уравнение кривой длительной прочности при Т=900 К (дроссельный режим I);

 

(8)

Рассмотрим методику определения уравнения кривой длительной прочности, при иной температуре детали, т.е. при другом режиме работы ГТД.

Используя зависимость (4) Ларсена-Мюллера рассмотрим метод определения уравнения кривой длительной прочности при работе двигателя на i-м режиме с температурой нагружения детали Т_i. Приняв первую опытную точку, соответствующую температуре лопатки на дроссельном режиме I, за основу, т.е. s_дл100=664 Мпа, t=100 ч при Т_{дрос I}=836 К, вычисляют параметр жаропрочности Р при s_дл=664 Мпа=const.

Оценивают время работы детали до исчерпания ресурса при s_дл=664 МПа и температуре нагружения Т_i.

 

()

(9)

турбина деталь прочность эквивалентный

Используя зависимость (2) определяют :

 

(10)

 

Получают уравнение кривой длительной прочности для i-го режима гтд

 

;(11)

 

Зная время наработки двигателя в типовом цикле на i-м режиме t_i, определяют соответствующий этому времени предел длительной прочности

;(12)

 

Используя заданные значения максимальных допустимых напряжения для i-го режима работы s_max,i определяют запас прочности К_i:

 

(13)

 

Выбирают в качестве эквивалентного режима испытания максимальный режим, т.е. t_экв,i=t_макс,i. Эквивалентное время работы на максимальном режиме по отношению к i-му режиму t_макс,i определяется по кривой длительной прочности максимального режима местом, для которого запас прочности равен величине запаса прочности i-го режима К_i:

 

;

 

где:

Эквивалентное время работы на максимальном режиме, имитирующее выработку ресурса на i-ом режиме

 

;

 

Коэффициент эквивалентности выработки ресурса:

 

.

По приведенному выше алгоритму проводим расчет для трех режимов работы, результаты расчета сводим в таблицу 1

 

Таблица 1 Расчет параметров

Параметр	Режим работы
	Максимальный	Дроссельный I	Дроссельный II
Тi, К	856	836	816
ti, ч	0,3	20	70
smax,i, МПа	607	408	333
q = const	0,023	0,023	0,023
lnAдросI		19,877
Р = const	18392	18392	18392
, ч30,61100346,11
lnАi	21,12	19,877	21,119
sдл,i (при t=1 ч), МПа	918,2	864	918,2
sдл,i (при t=55 ч), МПа	634,81	689,77	743,97
МПа970,6733,75733,5
Кi	1,599	1,798	2.2
tмакс,i, ч	0.3	0,0187	0.0000682
11069,51026392,9

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Основной целью ускоренных эквивалентных испытаний является ускоренное исчерпание ресурса за счет эквивалентного увеличения времени наработки ГТД на повышенных режимах и сокращения или исключения наработки на менее нагруженных режимах.

Определение продолжительности эквивалентного испытания проведено для случая, когда ресурс ГТД определяется ресурсом детали, который в свою очередь зависит от длительной прочности ее материала. В качестве таковой выбрана рабочая лопатка турбины высокого давления из хромоникелевого сплава с добавкой титана и алюминия.

Эквивалентными временами двух режимов по опасности разрушения приняты таковые, для которых запасы прочности одинаковые. Они рассчитаны как отношение предела длительной прочности материала детали к максимально допустимому напряжению в корневом сечении лопатки.

Из таблицы видно, что при проведении эквивалентных испытаний на самом нагруженном режиме получают быстрое исчерпание ресурса детали. Эту тенденцию отчетливо демонстрирует характер изменения по режимам эквивалентного времени работы на максимальном режиме, имитирующего выработку ресурса на других режимах. Эту же тенденцию можно проследить по изменению коэффициента эквивалентности выработки ресурса.