Книги по разным темам
Pages: | 1 | 2 | 3 | На правах рукописи
На правах рукописи На правах рукописи На правах рукописи ГУМЕРОВ Александр Витальевич ГУМЕРОВ Александр Витальевич ГУМЕРОВ Александр Витальевич ГУМЕРОВ Александр Витальевич ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ОСЕВОГО ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ОСЕВОГО ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ОСЕВОГО ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА ГТД В УСЛОВИЯХ КОМПРЕССОРА ГТД В УСЛОВИЯХ КОМПРЕССОРА ГТД В УСЛОВИЯХ КОМПРЕССОРА ГТД В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ЗАПЫЛЕННОЙ АТМОСФЕРЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ЗАПЫЛЕННОЙ АТМОСФЕРЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ЗАПЫЛЕННОЙ АТМОСФЕРЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ЗАПЫЛЕННОЙ АТМОСФЕРЕ Специальность:
Специальность:
Специальность:
Специальность:
05.07.05 - Тепловые, электроракетные двигатели 05.07.05 - Тепловые, электроракетные двигатели 05.07.05 - Тепловые, электроракетные двигатели 05.07.05 - Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов и энергоустановки летательных аппаратов и энергоустановки летательных аппаратов и энергоустановки летательных аппаратов
АВТОРЕФЕРАТ
АВТОРЕФЕРАТ АВТОРЕФЕРАТ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени диссертации на соискание ученой степени диссертации на соискание ученой степени диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
кандидата технических наук кандидата технических наук кандидата технических наук Уфа-2011 Уфа-2011 Уфа-2011 Уфа-2011
Работа выполнена в Уфимском государственном авиационном техническом университете на кафедре авиационные двигатели
Научный консультант: - доктор технических наук, профессор Научный руководитель:
Научный руководитель:
Научный руководитель:
Гишваров Анас Саидович Гишваров Анас Саидович Гишваров Анас Саидович Гишваров Анас Саидович
Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор Официальные оппоненты:
Официальные оппоненты:
Официальные оппоненты:
Смыслов Анатолий Михайлович Смыслов Анатолий Михайлович Смыслов Анатолий Михайлович Смыслов Анатолий Михайлович Заведующий кафедрой технологии машиностроения Уфимского государственного авиационного технического университета - доктор технических наук, профессор Химич Владимир Леонидович Химич Владимир Леонидович Химич Владимир Леонидович Химич Владимир Леонидович Заведующий кафедрой энергетических установок и тепловых двигателей Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева Ведущее предприятие - ОАО УМПО, (г. Уфа) Ведущее предприятие Ведущее предприятие Ведущее предприятие
Защита состоится 25 февраля 2011 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.288.05 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450000 Уфа, ул. К. Маркса, 12. Телефон (347) 273-06-81, факс (347)-272-29-18, e-mail: admin@ugatu.ac.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета
Автореферат разослан л 14 января 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, Ф.Г. Бакиров Ф.Г. Бакиров д-р техн. наук, профессор _ Ф.Г. Бакиров Ф.Г. Бакиров
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы Актуальность темы Актуальность темы Актуальность темы Газотурбинные двигатели (ГТД) являются основным типом двигателей в гражданской и военной авиации, используются как энергоустановки в судостроении, энергетике и газовой промышленности. Диссертация посвящена описанию и оценке состояния осевого компрессора конвертированного ГТД в процессе эксплуатации в сильно запыленной атмосфере. Оценка технического состояния в процессе эксплуатации и нормирование его параметров на основе сопоставления с их предельными значениями необходимы для решения задач по повышению ресурса и поддержания высокого уровня эксплуатационной надёжности. При достижении двигателем предельного состояния дальнейшая его эксплуатация становится невозможной (обрыв лопаток, разрушение подшипника, прогар стенок камеры сгорания, потеря газодинамической устойчивости и т.д.).
Прогнозирование текущих и предельных (критических) состояний позволяет своевременно проводить мероприятия по техническому обслуживанию двигателя. Углубленный анализ процессов пылевой эрозии лопаток позволяет разрабатывать адекватные и достаточно эффективные способы защиты деталей двигателя от эрозии.
Актуальность темы диссертационной работы обусловлена потребностью существенного, на порядки, увеличения ресурса конвертированных энергетических установок, включая наиболее полное использование потенциальных возможностей базовых авиационных двигателей. С другой стороны, в процессе реконверсии могут быть использованы решения, полученные на конвертированных двигателях путем исследований на них недопустимых и недоступных в авиации режимов и условий. Для малоразмерных ГТД вертолетного и танкового применения остро стоит вопрос пылевой эрозии, поэтому, например, выполняется разработка программы специальных стендовых пылевых испытаний вертолётных двигателей ФГУП ЦИАМ имени П.И. Баранова Цель работы.
Цель работы.
Цель работы. Описание и анализ фактической картины, оценка Цель работы.
предельного эрозионного износа лопаток компрессора, характеризующегося такими показателями как:
- геометрические размеры;
- термо-газодинамические параметры;
- параметры динамического нагружения (собственные частоты колебаний и деформации).
Исходя из цели работы, для её реализации решались следующие задачи:
1. Исследование динамики изменения параметров рабочего процесса газотурбинного двигателя в процессе интенсивного эрозионного износа элементов проточной части с целью обеспечения контроля его состояния вплоть до критического. Обоснование качественных и количественных критериев допустимого снижения газодинамических характеристик изношенного компрессора при эксплуатации в условиях запылённой атмосферы.
2. Определение геометрических параметров проточной части компрессора, подвергшегося предельному эрозионному износу.
3. Исследование влияния различных факторов на эрозионный износ лопаток компрессора для разработки методики теоретического и экспериментального исследования с целью решения задач повышения их эрозионной стойкости. Экспериментальное исследование эрозионной стойкости лопаток компрессора.
Методы исследования и аппаратура.
Методы исследования и аппаратура.
Методы исследования и аппаратура. Полученные автором Методы исследования и аппаратура.
результаты основываются на расчётно-экспериментальных методах.
Исследование проводилось на базе:
- реальных данных эксплуатации конкретного ГТД в условиях, характеризующихся высокой степенью запылённости атмосферного воздуха;
- результатов приёмо - сдаточных испытаний;
- результатов разборки и дефектации двигателя после выработки ресурса;
- оптико- электронных измерений геометрии лопаток компрессора;
- трёхмерного моделирования конструкции многоступенчатого компрессора;
- термогазодинамического моделирования рабочего процесса двигателя;
- моделирования течения двухфазных сред;
- экспериментального исследования эрозионно-стойких покрытий лопаток компрессора.
В процессе исследования также использованы результаты испытаний вертолетных и танковых ГТД, теория воздушно-реактивных двигателей, методы испытаний двигателей, а также технические условия, программы испытаний и исследований авиационных газотурбинных двигателей.
Научная новизна Научная новизна Научная новизна Научная новизна 1. Для ГТД наземного применения впервые выявлены количественные закономерности распределения величин предельного эрозионного износа компрессора на основе сравнительного анализа созданных 3-х мерных твердотельных моделей новых и изношенных лопаток. Полученные результаты являются основой для создания уточненных моделей эрозионного износа лопаток.
2. Выявлены закономерности изменения параметров газотурбинного двигателя в процессе работы в запыленной атмосфере, приведшие его к помпажу. Определены критерии предельно допустимого состояния ГТД в эксплуатации.
3. Разработана методология исследования закономерностей изменения концентрации пылевых частиц двухфазной среды, что позволяет воспроизвести реальные условия эксплуатации и формировать модели эрозионного износа лопаток компрессора.
4. Обоснована методика и проведены экспериментальные исследования эрозионного износа лопаток компрессора с учётом реальных эксплуатационных факторов.
Основные результаты исследования, выносимые на защиту Основные результаты исследования, выносимые на защиту Основные результаты исследования, выносимые на защиту Основные результаты исследования, выносимые на защиту 1. Выявленные количественные закономерности распределения величин эрозионного износа рабочих лопаток компрессора на основе сопоставления созданных 3-х мерных твердотельных моделей новых и изношенных лопаток Полученные данные служат основой создания моделей эрозионного износа лопаток турбомашин.
2. Выявленные закономерности изменения параметров ГТД при работе в запыленной атмосфере, приведшей к помпажу, позволяющие уточнить критерии оценки их технического состояния.
3. Разработанные методы анализа и закономерности изменения концентрации пылевых частиц для 2-х фазных сред (воздух-пыль), позволившие воспроизвести реальные условия эксплуатации.
4. Результаты исследования эрозионного износа лопаток компрессора из титановых и стальных сплавов с использованием реальных эксплуатационных условий и полученных методических подходов.
5. Результаты исследования по изменению в процессе эрозии частот собственных колебаний лопаток, как критерия по оценке технического состояния двигателя в эксплуатации.
Обоснованность и достоверность результатов исследования Обоснованность и достоверность результатов исследования Обоснованность и достоверность результатов исследования Обоснованность и достоверность результатов исследования Достоверность результатов работы обеспечивается:
- верификацией результатов выполненных анализов на основе данных испытаний установки;
- использованием современных гибких программных комплексов и созданием на их основе математических моделей рабочих процессов двигателей, моделей течения двухфазных сред, прямого трёхмерного (Навье- Стокса) расчёта течения в компрессоре в исходном и изношенном состояниях;
- использованием современной высокоточной системы измерения профилей лопаток, привязанных к конструкторским базам Практическая значимость и реализация результатов работы Практическая значимость и реализация результатов работы Практическая значимость и реализация результатов работы Практическая значимость и реализация результатов работы Проведённые исследования позволили воспроизвести действительную картину явления - эрозионного износа элементов турбомашин, как научнометодической основы повышения надежности ГТД в реальных условиях эксплуатации Апробация работы Апробация работы Апробация работы Основные результаты работы докладывались и Апробация работы обсуждались на научно-технических конференциях:
- Интеллектуальные системы управления и обработки информации Всероссийская Молодежная НТК. Уфа УГАТУ 2003;
- Всероссийской научно-технической конференции. - Пермь: ПГТУ, 2006;
- IV РНТК молодых специалистов, инженеров и техников, посвященной годовщине образования ОАО УУМПОФ, Уфа, УМПО, 2009 г.
- Результаты отдельных этапов и работы в целом обсуждались на НТС кафедры Авиационные двигатели УГАТУ.
Публикации Публикации Публикации По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе Публикации 1 статья в издании из списка ВАК.
Структура и объем работы Структура и объем работы Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти Структура и объем работы глав основного материала, библиографического списка из 72 наименований, изложенных на 146 страницах, 89 иллюстраций и одного приложения.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении Во введении Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и Во введении задачи исследования, изложены основные положения, выносимые на защиту и практическая значимость полученных результатов.
В первой главе В первой главе В первой главе освещена проблема влияния попадания в двигатель В первой главе пыли и песка, ставшая одной из наиболее актуальных для авиационных, в особенности вертолетных, двигателей и наземных установок.
Последствия эрозии проявляются в ухудшении характеристик двигателя, потере газодинамической устойчивости, изменении частот собственных колебаний и повышении вибрационных напряжений. Характер влияния запыленного воздуха на работу двигателя зависит от физикохимической природы пыли, ее дисперсного состава, концентрации пыли в воздухе, параметров течения в межлопаточных каналах.
Рисунок 1 - Направляющие аппараты последних ступеней компрессора генератора сжатого воздуха (ГСВ) после длительной работы в условиях запылённой атмосферы Рассмотрены экспериментальные данные по влиянию твёрдых частиц на характеристики турбин и компрессоров. Эрозионная стойкость материалов лопаток изучена при разных углах атаки (от 10 до 90) и скоростях (от 70 до 260 м/с) набегающего потока. Подтверждается необходимость проведения работ по изучению сепарации пыли, защиты от попадания её в двигатель, а также повышения устойчивости конструкции к пылевой эрозии. Процесс воздействия потока твёрдых частиц на поверхность металла происходит по механизмам микрорезания, пластического или упругого оттеснения.
Следствием эрозионного износа деталей проточной части являются параметрические отказы, в том числе, потеря газодинамической устойчивости. Эти явления требуют дополнительных исследований и объяснений.
Во второй главе Во второй главе Во второй главе рассмотрены теоретические основы эрозионного Во второй главе износа. Модель эрозионного износа элементов газотурбинного двигателя, работающего в запыленной атмосфере, содержит три составляющих:
- распределение давлений, температур и скоростей воздушного потока в межлопаточных каналах;
- движение твердых частиц пыли в двухфазной среде - запыленном воздухе в криволинейном канале, структура пыли;
- механизм абразивного износа поверхности лопаток.
Возможны два механизма износа лопаток компрессора при работе на запыленном воздухе - ударный и истиранием, которые определяются траекториями движения частиц разных размеров в лопаточном канале.
Pages: | 1 | 2 | 3 | Книги по разным темам