Совершенствование технологии термопластического упрочнения лопаток газотурбинных комплексов на основе регулируемой системы охлаждения

• Автор: Карпов, Александр Вячеславович
• Шифр специальности: 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 204 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Анализ литературных источников
1.1. Основные методы упрочнения поверхностного слоя ответственных деталей газотурбинных двигателей и газоперекачивающих агрегатов
1.1.1. Термомеханическое упрочнение
1.1.2. Упрочнение поверхностным пластическим деформированием
1.1.3. Термопластическое упрочнение
1.2. Параметры качества поверхностного слоя и их влияние на эксплуатационные характеристики деталей ГТД
1.3. Виды остаточных напряжений и основные методы их определения
1.3.1. Виды остаточных напряжений
1.3.2. Методы определения остаточных напряжений
1.4. Обзор установок для термопластического упрочнения
1.5. Классификация методов ГПУ
Выводы по разделу
2. Уточнение методики определения коэффициента теплоотдачи при проведении ТПУ и расчет температурных полей, напряжений и деформаций
2.1. Определение температурного поля при охлаждении деталей в процессе ТПУ
2.2. Методика формирования остаточных напряжений при одностороннем охлаждении в процессе ТПУ
2.3. Методика формирования ' остаточных напряжений при двухсторонней симметричной схеме охлаждения в процессе ТПУ
2.4. Уточнение методики определения коэффициента теплоотдачи при проведении ТПУ
2.5. Расчет температурных полей, напряжений и деформаций в

программном пакете ANSYS Workbench
Выводы по разделу
3. Объект, методика и оборудование экспериментальных исследований
3.1. Состав и свойства исследуемых материалов
3.2. Разработка новой конструкции установки и выбор оптимальных режимов для термопластического упрочнения лопаток
3.3. Методика и оборудование экспериментального исследования остаточных напряжений
3.4. Методика и оборудование экспериментального исследования сопротивления усталости
3.5. Методика и оборудование для металлографических исследований.. 111 Выводы по разделу
4. Результаты экспериментальных исследований и внедрение в производство
4.1. Результаты экспериментальных исследований процесса ТПУ на установке с регулируемой системой охлаждения
4.2. Опытно-промышленная проверка и внедрение результатов исследований
Выводы по разделу
Выводы по работе
Список использованных источников
Приложение А. Копия патента на полезную модель
Приложение Б. Акт внедрения
Приложение В. Листинги программного обеспечения Ansys Workbench для расчета температурных полей, напряжений и деформаций при ТПУ
образца из сплава ЭИ893
Приложение Г. Результаты расчетов коэффициента динамической вязкости, коэффициента теплопроводности и числа Прандтля с использованием программного пакета Mathcad

Введение
Упрочнение ряда деталей газотурбинных двигателей (ГТД), таких как лопатки, диски, дефлекторы имеет большое значение не только для авиационной промышленности, но и для газодобывающей отрасли, где используются газоперекачивающие агрегаты (ГТК), в основу работы которых положен принцип работы ГТД.
К числу наиболее нагруженных и ответственных деталей ГТД относятся лопатки роторов турбины и компрессора, от качества работы которых зависят надежность и экономичность изделия. Рабочие лопатки испытывают значительные осевые и радиальные нагрузки. Перо лопаток помимо растяжения от центробежных сил, изгиба и кручения от газового потока испытывает переменные напряжения от вибрационных нагрузок, амплитуда и частота которых меняются в широких пределах. Кроме того, лопатки работают при высоких температурах, снижающих сопротивление усталости материала.
Из ранее сказанного вытекают определенные требования к материалам лопаток ГТД, а также предъявляются высокие требования к технологии изготовления в частности к последующей механической или термомеханической обработке, существенно влияющей на состояние поверхностного слоя.
Как показали исследования И.А. Биргера, Л.Б. Гецова, H.H. Давиденкова, Ф.И. Демина, С.Т. Кишкина, Б.А. Кравченко, И.В. Кудрявцева, И.А. Одинга, А.В. Подзея, А.М.Сулимы, А.А. Чижика и других ученых, поверхностный слой влияет на сопротивление усталости лопаток, на долговечность их работы, и, следовательно, на надежность и ресурс двигателя.
Установлено, что для повышения сопротивление усталости лопаток ГТД, работающих при высоких температурах, в поверхностном слое должны быть сформированы остаточные напряжения сжатия. При этом большое значение имеет минимизация деформационного упрочнения (наклепа). Данное требование вызвано тем, что наличие значительной пластической деформации в поверхностном слое в условиях длительного воздействия на лопатки ГТД высоких температур, приводит к

Рассмотренные методы получили широкое распространение не только из-за своей простоты, но и вследствие того, что в них используются такие же представления о напряжениях и деформациях механики твердого тела, как и при расчетах деталей на прочность, жесткость и устойчивость. Это облегчает практическое применение результатов исследований для решения задач проектирования, производства и эксплуатации машин. Метод H.H. Давиденкова является наиболее точным при исследовании остаточных напряжений в тонких поверхностных слоях. Он получил наибольшее распространение при исследовании остаточных напряжений именно в лопатках.
1.4. Обзор установок для термопластического упрочнения
Установки термопластического упрочнения предназначены для термоупрочнения рабочих лопаток турбины газоперекачивающих агрегатов как новых, так и ремонтных.
Область их применения распространяется на большую номенклатуру различных лопаток газотурбинных комплексов, термоупрочняемых с целью увеличения их усталостной прочности и долговечности.
Одной из первых установок для термопластического упрочнения следует считать установку с использованием конвективного нагрева (рис. 1.10), разработанную авторами [1].
Термоупрочнение производилось в следующей последовательности. Упрочняемая лопатка хвостовиком укрепляется в держателе, который соединен со штангой. При нагреве лопатка вводится в печь вместе с держателем хвостовика, после чего отверстие прикрывается изолирующими шторами. Вся система