Исследование эксплуатационной повреждаемости лопаток турбины авиационных ГТД и разработка методики ее оценки с использованием упругих характеристик их материала

• Автор: Заваркин, Вадим Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.06, 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 175 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1 Анализ системы технического обслуживания авиационных ГТД .

1.2 Анализ и основные проблемы надежности авиационных ГТД .

1.2.1 Определение наиболее повреждаемого узла авиационного

9 ГТД. Анализ основных дефектов

1.2.2 Анализ возможных мероприятий направленных на устранения дефектов на рабочих и сопловых лопатках.

1.3 Характеристика исследуемых материалов

1.3.1 Основные материалы, применяемые для изготовления лопаток турбин .

1.3.2 Химический состав, структура, термическая обработка и

свойства жаропрочных сплавов на никелевой основе .
1.3.2.1 Химический состав.
1.3.2.2 Структура.
1.3.2.3 Термическая обработка и свойства жаропрочных сплавов на никелевой основе.
1.3.3 Структурные превращения в жаропрочных сплавах на никелевой основе
1.4 Основные методы оценки степени повреждаемости материала жа
ропрочных сплавов.
1.5 Выбор и описание объекта исследования .
1.5.1 Определение интервала наработки до появления тепловых повреждений на рабочих лопатках турбины. Характерные особенности дефекта.
1.5.2 Влияние изменения структуры материала ЖС6У на сопротивление усталости рабочей лопатки турбины
1.5.3 Влияние изменения структуры материала на длительную прочность лопаток турбин
1.5.4 Анализ структурных и фазовых превращений сплава ЖС6У в
процессе эксплуатации.
1.5.5 Изменение физикомеханических свойств сплава ЖС6У в процессе эксплуатации
1.5.6 Основные закономерности поведения сплава ЖС6У в процессе эксплуатации
1.6 Цели и задачи исследования
1.7 Выводы по главе 1.
2 АНАЛИЗ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МОДЕЛИ РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ ТУРБИНЫ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СЕРИИ Д
2.1 Анализ теплового состояния рабочей лопатки турбины
2.2 Анализ напряженнодеформированного состояния рабочей лопатки
турбины
2.3 Расчетный анализ возможного изменения напряженно деформированного, теплового и частотного состояния рабочей лопатки 1й ступени турбины в зависимости от изменения эффективного модуля Юнга материала
2.3.1 Анализ теплового состояния в зависимости от эффективного модуля Юнга материала лопатки.
2.3.2 Анализ напряженнодеформированного состояния в зависимости от эффективного модуля Юнга материала лопатки.
2.3.3 Анализ частот собственных колебаний в зависимости от эф
фективного модуля Юнга материала лопатки .
2.4 Выводы по главе 2
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБРАБОТКИ НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА ЖС6У И ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЯ НА ЕГО СТРУКТУРУ И УПРУГИЕ СВОЙСТВА
3.1 Методы измерения модуля Юнга металлических материалов
3.2 Экспериментальное оборудование и методика измерения упругих свойств материала рабочей лопатки турбины.
3.2.1 Установка для определения модуля нормальной упругости поверхностных слоев металлических материалов методом соударения
3.2.2 Установка для определения модуля нормальной упругости металлических материалов при испытании на растяжение
3.3 Материал, оборудование и режимы термической обработки экспе
г риментальных образцов
3.3.1 Геометрические параметры экспериментальных образцов
3.4 Методика проведения экспериментов, оборудование, режимы имитационных нагревов
3.4.1 Методика исследования модуля Юнга плоских образцов методом соударения
3.4.2 Методика исследования модуля Юнга цилиндрических образцов при испытании на растяжение.
3.4.3 Методика исследования модуля Юнга цилиндрических образцов при испытании на растяжение после термоциклического воздействия, экспериментальное оборудование
3.5 Результаты испытаний
3.5.1 Метод соударения
3.5.2 Испытание на растяжение.
3.5.3 Испытание на растяжение после термоциклического воздействия
ф 3.6 Анализ полученных экспериментальных данных и их обсуждение
3.6.1 Методика статистической обработки результатов экспериментальных данных.
3.6.1.1 Испытание методом соударения
3.6.2 Испытание на растяжение
3.6.2.1 Без термоциклического воздействия
3.6.2.2 С термоциклическим воздействием .
3.6.3 Анализ полученных микроструктур.
3.7 Выводы по главе 3 .
4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА РАБОЧИХ ЛОПАТОК ТУРБИН
4.1 Анализ частот собственных колебаний модели рабочей лопатки турбины
4.2 Разработка методики оценки структурной повреждаемости материала лопаток турбин
4.3 Экспериментальное исследование влияния повышенной температуры на частоту собственных колебаний рабочей лопатки турбины.
4.4 Выводы по главе 4 .
ЗАЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Это объясняется влиянием периода ресурсной наработки на причину повреждения, так как начинают проявляться дефекты износового характера, связанные с накоплением повреждений элементов конструкции при длительной наработке двигателя. Наибольшего поврежде
ния достигают детали и узлы двигателя, работающие в наиболее тяжелых условиях коррозионная среда, воздействие высоких температур и повторяющихся теплосмен и т. Более актуальной становится задача безопасной эксплуатации с контролем уровня предотказного состояния конструкции и совершенствования старых и разработка новых методов контроля состояния деталей и узлов. Определение наиболее повреждаемого узла авиационного ГТД. Как показал проведенный выше анализ по распределению отказов между узлами и системами, наибольшее число неисправностей приходится на турбину двигателя. Это и следовало предполагать, т. Как уже было отмечено ранее, с внедрением системы эксплуатации двигателей по техническому состоянию на первое место выходят так называемые естественные или износовые дефекты. Основные дефекты деталей турбины связаны с тепловыми повреждениями рабочих и сопловых лопаток. Большое разнообразие факторов, влияющих на несущую способность лопаток, а именно высокий уровень напряжений от действия газовых сил и сил инерции, температурных напряжений, нестационарность режимов нагружения и нагрева, высокие требования к технологии изготовления затрудняют их доводку 8,9,. На рисунках 2 и 3 показан внешний вид повреждений на сопловых и рабочих лопатках двигателей серии Д.