РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОБРЫВА РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ КОМПРЕССОРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ НА ЗАДАННОЙ ЧАСТОТЕ ВРАЩЕНИЯ

Аннотация


Проектирование газотурбинных двигателей неразрывно связано с большим объемом работ по численному моделированию. С помощью численного моделирования возможно спрогнозировать поведение детали при работе двигателя на различных режимах. Кроме этого при моделировании возможно спрогнозировать режимы, расчетную нагрузку, усло- вия для проведения инженерных испытаний. В данной работе представлен подход к моде- лированию инженерного испытания по обрыву рабочей лопатки (РЛ) компрессора высоко- го давления (КВД) для подтверждения непробиваемости корпуса. Расчетным путем опре- деляется величина подрезки РЛ КВД для обрыва на заданной частоте вращения ротора. Предложенный подход к осуществлению обрыва лопатки на заданной частоте враще- ния ротора заключается в одновременной реализации двух факторов: 1) прочностным расчетом подрезки с использованием локальных критериев прочности обеспечивается работа лопатки близко к предельному состоянию; 2) расчетно-экспериментальные работы по определению резонанса позволяют увеличить переменную составляющую напряжений на расчетном режиме. По расчетному полю напряжения также можно оценить направле- ние распространения трещины.

Полный текст

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.

Об авторах

И. Л. Гладкий

ОДК-Авиадвигатель

М. В. Пивоварова

ОДК-Авиадвигатель

Список литературы

  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.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 153

PDF (Russian) - 133

Cited-By


PlumX


© Гладкий И.Л., Пивоварова М.В., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах