DEVELOPMENT OF A METHOD FOR DESTROYING THE ROTOR BLADES OF A HIGH-PRESSURE COMPRESSOR AT A GIVEN FREQUENTATION OF ROTATION

Abstract


The design of gas turbine engines (GTE) is inextricably linked with a large amount of work on numerical modeling. With the help of numerical modeling, it is possible to predict the behavior of the part when the engine is operating in various modes. In addition, when modeling, it is possible to predict modes, design load, conditions for engineering tests. This paper presents an approach to modeling an engineering test for the breakage of the rotor blade (RB) of a highpressure compressor (HPC) to confirm the impenetrability of the housing. By calculation, the amount of cutting of the RB HPC for breakage at a given rotor speed is determined. The approach is to implement a combination of two factors: 1) the calculation of the blade strength using the deformation criterion prevented the blade breakage at a lower rotational speed, with the necessary maintenance of operation in the design mode close to the ultimate strength; 2) computational and experimental work to determine the resonance allowed to increase the variable component of stresses for blade breakage at a given frequentation of rotation. It was also possible to model the direction of crack growth numerically.

Full Text

характеризуется большим объемом инженерных испытаний. Успешность проведения испытаний воз- можно обеспечить проведением предварительного ма- тематического моделирования испытания. Например, перед проведением инженерного испытания по обрыву лопатки компрессора высокого давления (КВД) для подтверждения непробиваемости корпуса с помощью численного моделирования необходимо достаточно точно определить величину подрезки и спрогнозировать траекторию роста трещины для обрыва заданной части лопатки на заданной частоте вращения ротора [1–4]. В настоящее время задача обрыва лопатки на задан- ной частоте вращения ротора в авиадвигателестрои- тельной отрасли часто реализуется путем применения заряда взрывчатого вещества, в связи с чем возникает ряд проблем: – необходимость в лицензировании помещений и привлечении сертифицированных специалистов, допу- щенных к работе со взрывчатыми веществами; – при взрыве может возникнуть дополнительный им- пульс, который может менять траекторию лопатки при ее обрыве, в отличие от естественного поведения, а следо- вательно, возникает вопрос о зачетности испытания; – необходимость обеспечения крепления зарядов на пере лопатки, что является отдельной сложной инже- нерной задачей; – необходимо исключить самопроизвольное сраба- тывание заряда, особенно в горячих узлах двигателя. Таким образом, актуальным является разработка надежного метода обрыва лопатки на заданной частоте вращения без применения взрывчатых веществ, без ис- кажения естественной траектории движения лопатки при ее обрыве. Сложность математического моделирования заклю- чается в подборе величины и вида подреза лопатки (подрезка одновременно со стороны входной и выход- ной кромок или по центру в корневом сечении). Кроме того, корневое сечение расположено под большим уг- лом к оси двигателя, что усложняет выбор инструмента и непосредственную реализацию подрезки лопатки. Все эти нюансы необходимо учитывать в математическом моделировании. На рис. 1 схематически показан сектор блиска КВД. Работу можно разделить на два этапа: 1) подбор величины подрезки РЛ КВД с целью вы- вести на резонанс по одной из первых форм колебаний от соответствующих гармоник в заданном диапазоне частот вращения [5–7]; 2) подбор величины подрезки рабочей лопатки (РЛ) КВД, при котором наступает предельное состояние по локальному критерию прочности в концентраторе.

About the authors

I. L. Gladkiy

UEC-Aviadvigatel

M. V. Pivovarova

UEC-Aviadvigatel

References

  1. Григорьев В.А., Гишваров А.С. Испытания авиацион- ных двигателей. – М.: Машиностроение, 2009. – 504 с.
  2. Морчуков Е.Ю., Онищик И.И., Испытание и обеспече- ние надежности авиационных двигателей и энергетических установок. – М.: Издательство МАИ, 2004.
  3. Солохин Э.Л. Испытания авиационных ВРД. – М.: Машиностроение, 1975.
  4. Балуев Б.А. Способы обрыва лопатки при испытаниях корпусов на непробиваемость // Вестник Самарского государ- ственного аэрокосмического университета. – 2008. – № 3. – С. 119–125.
  5. Нормы прочности авиационных газотурбин-ных дви- гателей гражданской авиации / под ред. Ю.А. Ножницкого. – 6-е изд. – М.: ГНЦ РФ ЦИАМ им. П.И. Баранова, 2004. – 260 с.
  6. Federal Aviation Administration. Airworthiness Standards: Aircraft Engine Standards for Engine Life-Limited Parts. 14 CFR. Part 33.70. Amdt. 33-22, 72 FR 50860, 2007.
  7. European Aviation Safety Agency. Certification Specifications for Engines. CS-E. – 150 p.
  8. Уланов А.М. Вибрация и прочность авиационных дви- гателей и неэргетических установок. – Самара, 2011. – 58 с.
  9. Ануров Ю.М., Федорченко Д.Г. Основы обеспечения прочностной надежности авиационных двигателей и силовых установок. – СПб.: Изд. СПбГПУ, 2004. – С. 292–297.
  10. Москвитин О.А., Шорр Б.Ф. Пространственное мо- делирование процесса пробивания корпусных элементов дви- гателя оборвавшимися деталями // Тезисы докладов XXVIII. Международного НТС по проблемам прочности двигателей. – М., 2002. – С. 60–61.
  11. Новые технологические процессы и надежность ГТД. Предотвращение опасных отказов при разрушении рабо- чих лопаток турбокомпрессора // Научно-технический сбор- ник / под ред. Ю.А. Ножницкого. – М.: ЦИАМ, 2008. – Вып. 8. – С. 206.
  12. Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий B.JI. Основы конструирования авиационных двигателей и энерге- тических установок: учеб. – М.: Машиностроение, 2008. – Т. 2. – 201 с.
  13. Иванов В.П. Колебания рабочих колес турбома- шин. – М.: Машиностроение, 1983. – 224 с.
  14. Собственные частоты и формы колебаний полой ло- патки вентилятора ГТД / А.А. Иноземцев, М.Ш. Нихамкин, Л.В. Воронов, Б.П. Болотов, И.Л. Гладкий, А.Ю. Головкин // Авиационная промышленность. – 2010. – № 3. – С. 8–11.
  15. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. – М.: Мир, 1975. – 256 с.
  16. Механические свойства сталей и сплавов при неста- ционарном нагружении: справочник / Д.А. Гохфельд, Л.Б. Гецов, К.М. Кононов, Е.Т. Кульчихин, Ю.Н. Ребяков, О.С. Садаков, С.А. Тимашев, В.Н. Чепурский. – Екатеринбург: УрО РАН, 1996.
  17. Деменчук Н.П., Прилуцкий А.А. Основы теории на- пряженного и деформированного состояния: учеб. пособие. – СПб.: Университет ИТМО, 2016. – 118 с.
  18. Потапова Л.Б. Механика материалов при сложном напряженном состоянии. Как прогнозируют предельные на- пряжения? – М.: Издательство «Машиностроение – 1», 2005. – 244 с.
  19. Hertzberg Richard W., Vinci Richard P., Hertzberg Jason L. Deformation and fracture mechanics of engineering materials. – Fifth edition. 2012. – P. 757.
  20. Fedorova N.V., Vu N.T. Deformation criteria for reinforced concrete frames under accidental actions // Magazine of Civil Engineering. – 2022. – Vol. 109(1). – Article No. 10902.
  21. Махутов Н.А. Деформационные критерии разруше- ния и расчет элементов конструкций на прочность. – М.: Ма- шиностроение, 1981. — 272 с.
  22. Акимов B.M. Основы надежности газотурбинных двигателей. – М.: Машиностроение, 1981. – 207 с.
  23. Биргер И.А., Балашов Б.Ф., Дульнев Р.А. Конструк- ционная прочность материалов и деталей ГТД. – М.: Машино- строение, 1981. – 222 с.
  24. Петухов А.Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. – М.: Машиностроение, 1993. – 240 с.
  25. Степин П.А. Сопротивление материалов. – СПб.: Лань, 2012. – 320 с.
  26. Анурьев В.Н. Справочник конструктора-машино- строителя. – М.: Машиностроение, 2010.
  27. Malign failure prevention for case of compressor rotor blade destruction” from New Technological Processes and Reliability of Gas Turbine Engines #8. Moscow: CIAE, 2008.
  28. Johnson G.R., Cook W.H. A Constitutive Model and Data for Metals Subjected to Large Strains, High Strain Rates and High Temperatures // Proceedings of Seventh International Symposium on Ballistics, Hague, Netherlands, 19–21 April 1983. – Hague, 1983. – P. 541–547.
  29. Johnson G.R., Cook W.H. Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures // Engineering Fracture Mechanics. – 1985. – Vol. 21, iss. 1. – P. 31–48. doi: 10.1016/0013-7944(85)90052-9
  30. Казаринов Ю.И. Прочность элементов конструкций с вырезами и повреждениями: монография. − Тюмень: ТИУ, 2017. – 188 с.

Statistics

Views

Abstract - 77

PDF (Russian) - 105

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2023 Gladkiy I.L., Pivovarova M.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies