Методология экспериментальной оценки накопления повреждений многоцикловой усталости, вибропрочности и пределов выносливости лопаток турбомашин (11.10.2010)

Автор: Капралов Владимир Михайлович

КАПРАЛОВ ВЛАДИМИР МИХАЙЛОВИЧ

Методология экспериментальной оценки накопления повреждений многоцикловой усталости, вибропрочности и пределов выносливости лопаток турбомашин

Специальность: 05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Санкт-Петербург 2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Научный консультант:

Доктор технических наук, профессор Гецов Леонид Борисович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Рыбников Александр Иванович,

зав отделом ЦКТИ. Узкая специализация - усталость, ресурсы ГТУ.

Доктор технических наук, профессор Измайлов Рудольф Александрович. Узкая специализация – нестационарность и работоспособность лопаточных аппаратов компрессоров.

Доктор технических наук, профессор Коровин Борис Борисович

С.н.с., ЛИИ им. Громова. Узкая специализация – эксплуатационная вибронапряженность лопаток турбомашин.

Ведущая организация:

ООО «ЦКП»

Зашита состоится « 28 »_декабря 2010г. на заседании диссертационного совета Д212.229.06 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу:195251, Санкт-Петербург, Политехническая улица, дом 29.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Автореферат разослан «28»_сентября_2010г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Талалов В. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проведения исследований. Отечественная система поддержания работоспособности турбинных двигателей требует детальной разработки способов повышения и оценки степени безопасности эксплуатации. Анализ современного состояния надежности и работоспособности энергетических и транспортных ГТУ свидетельствует о том, что, несмотря на большой объем работ по совершенствованию этой техники в эксплуатации, наблюдаются следующие типичные опасные происшествия:

Ухудшение состояния проточной части двигателя, приводящее к газодинамической неустойчивости компрессора.

Повреждения лопаток компрессора и турбины.

Трещины и разрушения лопаток (в основном усталостного типа) компрессоров и турбин, валов, дисков и т. д..

Отказы систем управления двигателем.

Увеличение безопасности эксплуатации, повышение прочности, эксплуатационной долговечности, ресурса и надежности узлов авиационных газотурбинных силовых установок (ГТУ), а также точности их априорных оценок – весьма актуальная задача в жизненном цикле турбинных двигателей. Оценки запасов прочности, полученных при стендовых испытаниях машин, недостаточно.

Из представленного перечня видна актуальность темы диссертационной работы - концепция экспериментального обеспечения безопасной эксплуатации, прочности и ресурса газотурбинных установок.

Следует учесть и тот факт, что для вновь поступающих в эксплуатацию транспортных турбомашин остро стоит задача достижения срока службы двигателей до проектного их срока службы.

Эксплуатационная надежность транспортного средства, оснащенного ГТУ, во многом определяется прочностью, долговечностью лопаток турбокомпрессоров. При эксплуатации лопатки турбокомпрессоров подвержены действию значительных случайных переменных и постоянных нагрузок в условиях повышенных температур и агрессивной среды. Количество лопаток в одном двигателе велико, поломка хотя бы одной лопатки может привести к выходу из строя двигателя.

Лопатки турбокомпрессоров изготавливаются из материалов, обладающих высокими механическими свойствами, а также повышенной сопротивляемостью коррозионному и эрозионному разрушению.

Прочность лопаток оценивается расчетно-экспериментальными методами. Характеристики усталости материалов лопаток турбомашин хорошо изучены на цилиндрических образцах при регулярных переменных напряжениях. Сопротивляемость усталости лопаток с учетом конструктивных и эксплуатационных факторов была изучена явно недостаточно. Практически отсутствовали данные об усталости лопаток турбомашин при эксплуатационных случайных напряжениях.

Работоспособность лопаток оценивалась, обычно, по величине запаса прочности по максимальным главным напряжениям, полученным при стендовых испытаниях двигателя.

Данных о структуре эксплуатационной напряженности лопаток турбомашин тоже не было. Вследствие этого процессы накопления усталостных повреждений в эксплуатационных условиях, определяющих безопасность эксплуатации и ресурс, практически не исследовались.

Следует отметить также, что опытных данных, пригодных для вероятностно-статистической оценки прочности и надежности деталей из хромистых, хромоникелевых сталей, титановых и никелевых сплавов, описанных в технической литературе явно недостаточно.

Задачи исследования. Целью работы являлась разработка концепции экспериментального обеспечения безопасной эксплуатации, прочности и ресурса газотурбинных установок.

В задачи работы входило:


загрузка...