Исследование прочностных характеристик и проектирование бандажированных лопаток ГТД

• Автор: Пипопуло, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 176 с. : ил.

1. ПРОБЛЕМАТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Особенности развития и проблемы создания ГТД

1.2. Конструктивно-технологические и функциональные особенности лопаток турбокомпрессора

1.3. Современные принципы проектирования ГТД

1.4. Место и роль испытаний в процессе создания лопаток ГТД

1.5. Цель и задачи исследования

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И РАСЧЕТНЫЕ АЛГОРИТМЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

ЛОПАТОК ГТД

2.1. Проектирование лопаток турбомашины на базе одномерной модели

2.2. Проектирование лопаток на базе полупространственной модели

2.2.1. Модель обобщенного плоского деформированного состояния лопатки

2.2.2.Алгоритм вычисления деформаций и напряжений
2.3. Трехмерные модели проектирования лопаток турбомашины
2.4. Анализ результатов расчетов лопатки по моделям различного уровня сложности
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ ЛОПАТОК ГТД
3.1. Методы и средства испытаний
3.2. Методика определения погрешностей при стендовых испытаниях деталей ГТД
3.3 Влияние эксплуатационных факторов на прочностные
характеристики лопаток
3.3.1 .Исследование автоколебаний рабочих лопаток КНД
3.3.2.Влияние условий входа на уровень переменных напряжений
в КНД
3.4. Влияние конструктивно-технологических факторов на прочностные характеристики лопаток
3.4.1. Исследование и доводка перфорации над рабочей лопаткой
3.4.2. Влияния углов установки регулируемых направляющих аппаратов на вибронапряженность лопаток
3.4.3.Конструкционные материалы и особенности технологии лопаток
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОТРАБОТКА БАНДАЖИРОВАНЫХ ЛОПАТОК ГТД

4.1. Условия и характеристики сопряжения бандажных полок лопаток
турбомашины
4.1.1 .Влияние монтажного зазора на прочностные характеристики лопаток
4.1.2.Влияние положения контактных поверхностей бандажной
полки на прочностные характеристики лопаток
4.2. Экспериментальная верификация расчетной модели
4.3. Организационно-методологическая структура проектирования
лопаток ГТД
4.3.1 .Обобщенная структура проектирования турбомашины
4.3.2.Проектирование лопаток турбомашины в отделе прочности
4.4. Экономический эффект оптимизации проектирования лопаток
турбомашин
5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
6. ЛИТЕРАТУРА

АКТУАЛЬНОСТЬ. В современных условиях развития газотурбинных двигателей и энергетических силовых установок, когда между предприятиями существует конкуренция и они вынуждены снижать серийность, расширять номенклатуру изделий, предлагать их различные модификации, требуется существенно сокращать сроки и повышать качество проектирования турбомашин.
Надежность и ресурс современных газотурбинных двигателей во многом определяется безотказностью лопаток турбокомпрессора. Высокая сложность комплекса эксплуатационных воздействий на лопатки, разнообразие их конструкции и динамика нагружения определяют необходимость учета большого числа факторов при проектировании и доводке лопаток. В связи с этим трудоемкость и продолжительность процесса создания ГТД в основном определяется затратами и длительностью проектирования и доводки лопаток турбокомпрессора.
В современных ГТД для лопаток с большой относительной высотой бандажная полка является важным конструктивным элементом, обеспечивающим необходимые аэродинамические, вибрационные (динамические) и прочностные характеристики. Величина монтажного зазора (или натяга) между контактными поверхностями бандажных полок соседних лопаток, в свою очередь, определяет не только удобство сборки рабочего колеса, но и работоспособность лопаток и, следовательно, всего ГТД в целом. Наиболее ответственным элементом бандажной полки является контактные поверхности. Положение контактных поверхностей в пространстве влияет на динамику и прочность лопаток неоднозначно и должно учитываться при их проектировании и доводке.
В настоящее время указанные проблемы и закономерности изменения параметров прочности в зависимости от конструктивно-технологических
1.Провести анализ математических моделей и расчетных алгоритмов прочностных характеристик лопаток. Определить области эффективного применения моделей различного уровня сложности при проектировании лопаток ГТД.
2.Сформировать аппаратно- методологическую базу исследования динамической нагруженности лопаток, включающую методики и оборудование, для оценки их функционирования в составе ГТД.
3.Исследовать динамику и определить основные закономерности прочностных характеристик лопаток турбокомпрессора, включая бандажированные лопатки с большой относительной высотой.
4. Разработать критерии, и методику прогнозирования функциональных характеристик лопаток с учетом монтажного зазора и положения контактных поверхностей бандажных полок при эксплуатации.