Разработка и исследование индукционных систем для ремонтно-восстановительных технологий роторов газотурбинных двигателей

• Автор: Головачёв, Александр Леонидович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Проблема создания эффективных систем нагрева для
ремонтно—восстановительных работ роторов турбоагрегатов
1.1. Современное состояние вопроса
1.2.0бзор методов идентификации процессов индукционного нагрева
2. Математическое моделирование электромагнитных и термомеханических процессов при индукционном нагреве изделий неканонического профиля
2.1. Постановка задачи исследования
2.2. Конечно — элементная модель электромагнитного поля
2.3. Конечно-элементная модель температурного поля
2.4. Конечно-элементная модель в задачах упругой деформации
3. Расчет и анализ конструктивных решений нагревательных устройств
для термоупрочнения диска
3.1. Анализ дефектов деталей газотурбинных двигателей
3.2. Технология термоупрочнения
3.2.1.Нагрев диска при термоупрочнении
3.2.2.0хлаждение диска
3.2.3.Нагрев в печи сопротивления
3.2.4. Расчет и анализ конструкций индукционных нагревателей
для термоупрочнения
3.2.4.1. Нагрев части (сегмента) диска в щелевом индукторе
3.2.4.2. Расчет температурных полей при индукционном нагреве сегмента диска в щелевом индукторе
3.2.4.3. Нагрев части диска (сегмента) в линейном индукторе
с магнитопр оводом
3.2.4.4. Нагрев диска в цилиндрическом индукторе
3.2.4.5.Анализ конструктивных решений и рекомендации
по их использованию
4. Анализ способов и разработка систем нагрева для демонтажа
и монтажа сложных конструкций
4.1. Технология монтажных работ
4.2. Расчет смещений и термонапряжений диска при нагреве
газовой горелкой перед съемом диска с вала
4.3. Расчет смещений и термонапряжений выступов диска при нагреве
в печи сопротивления
4.4. Расчет параметров индуктора для нагрева диска
4.4.1. Алгоритм поиска конструкции индукционной системы
4.5. Расчет параметров индуктора для нагрева диска
перед посадкой на вал
5. Реализация системы автоматического управления
термоупрочнением диска
5.1. Ремонтно-восстановительная технология упрочнения диска
5.2. Установка термопластического упрочнения
5.3. Микропроцессорная система автоматического управления
установкой ТПУ
Заключение
Библиографический список
Приложения
Приложение 1. Акт о внедрении методик расчёта элементов индукционной системы и алгоритмов управления индукционными нагревательными
установками в ООО «Газпром центрремонт»
Приложение 2. Акт о внедрении установки индукционного нагрева дисков турбоагрегатов в производство на ДОАО «Центрэнергогаз»
ООО Газпром центрремонт»
Приложение 3. Акт о внедрении установки индукционного нагрева дисков турбоагрегатов на ПТП «Самарагазэнергоремонт»
ООО «Газпром трансгаз Самара»
Введение
Актуальность проблемы. Проблема внедрения в промышленность прогрессивных технологий, совершенствования и внедрения эффективных методов повышения надежности и ресурса работы различных деталей и узлов машин остается, как никогда, актуальной. Сказанное в полной мере относится к такой важной отрасли хозяйства, как газотранспортная отрасль, в которой в качестве привода газоперекачивающих агрегатов используются газотурбинные двигатели.
Надежность газотурбинных двигателей в значительной степени зависит от действующих термических и механических нагрузок, возникающих в отдельных элементах конструкции в процессе эксплуатации. Диски и колеса турбин и компрессоров относятся к наиболее ответственным элементам газотурбинных двигателей, испытывающим в процессе работы критические нагрузки. Наиболее существенными среди них являются центробежные и газодинамические силы, высокие термонапряжения.
Как показывает практика, большой процент выхода из строя таких деталей, как валы, лопатки, диски турбин и др. связан с усталостными разрушениями. Существенное влияние на выносливость этих деталей оказывает качество поверхностного слоя.
По причине износа дисков турбины и ослабления посадки дисков на валах роторов наблюдается тенденция увеличения числа ремонтов газотурбинных двигателей.
Восстановление прочностных характеристик деталей, продление срока эксплуатации оборудования путем ремонтно-восстановительных работ позволяет сократить объем поставок нового дорогостоящего оборудования.
В настоящее время на отечественных заводах машиностроительных отраслей для увеличения ресурса работы деталей используются. различные методы поверхностного упрочнения. Одним из таких методов обработки является термопластическое упрочнение, включающее две стадии: нагрев до заданной температуры и последующее спрейерное охлаждение.

Исходная электромагнитная задача может быть выражена через векторный потенциал общим уравнением Пуассона [12, 83, 84].
Для решения электромагнитной задачи используется конечно-элементная модель, которая позволяет учесть практически все особенности исследуемого процесса.
Реализуемая задача решалась в программных пакетах Е1сщ 5.2, Еет1аЬ 3.0.
Квазистационарные электромагнитные поля определяются следующими уравнениями Максвелла [22]:
У*{гЦ=рК{§} = к}+{ЛЫЛ}+{}
(2.2)
(2.3)
У-{й} = 0 У-{о}
(2.4)
(2.5)
где V х - оператор ротора;
V --оператор дивергенции;
{/-/} - вектор магнитной напряженности;
- полный вектор плотности тока (намагниченность); {./,}— вектор плотности источника тока;
{/ } - вектор возбужденного вихревого тока;
вектор плотности тока, обусловленный движением;
(і)} - вектор электрического смещения;
/-время;
{е} - вектор напряженности электрического поля;
{5}-вектор магнитной индукции; р — плотность электрического заряда.