Исследование снижения усталостной прочности лопаток компрессора вследствие повреждения посторонними предметами
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
тки могут иметь антивибрационные полки и удлинительную ножку. Лопатки статора могут иметь элементы крепления и на внутреннем и на наружном концах пера. Характерные размеры лопаток меняются в широких пределах. Длина профильной части изменяется от нескольких миллиметров на последних ступенях компрессора малогабаритных двигателей до 1000 мм и более в вентиляторах двигателей большой тяги. Хорда профиля составляет 0,1тАж1,0 длины профильной части. Максимальная относительная толщина профиля может составлять от нескольких процентов у широкохордных лопаток вентилятора до десятков процентов.
Для изготовления лопаток компрессора высокого давления используют титановые сплавы в диапазоне температур не превышающих 500С, а также стали и жаропрочные сплавы в диапазоне температур превышающих 450тАж500С. Титановые сплавы типа ВТ3-1, ВТ8М при сравнительно небольшой плотности (?4500 кг/м3) обладают соизмеримым со сталями пределом прочности, что в первую очередь позволяет получить заметное снижение массы всего узла. Однако титановые сплавы обладают рядом недостатков: 1) с увеличением рабочей температуры механические свойства титановых сплавов падают; 2) высокая чувствительность к концентрации напряжений [18]; 3) вероятность возникновения "титанового пожара". Титановые сплавы в основном применяют для изготовления лопаток первых ступеней КВД. Технология изготовления может быть следующая: 1) горячая штамповка из прутка с припуском на механическую обработку, термообработка, фрезерование, шлифование, полирование и упрочняющая обработка пластическим деформированием (виброгалтовка); 2) точная штамповка и последующее вальцевание профильной части, до и после вальцевания - термообработка (обычно отжиг и старение), упрочнение - виброгалтовка.
Жаропрочные сплавы типа ЭИ787ВД применяют для изготовления лопаток последних ступеней КВД, где рабочая температура превышает 500С. Стальные лопатки, в основном, изготовляют путем точной штамповки с последующим холодным вальцеванием, затем механической обработкой и упрочнением. Термообработка (отжиг, сложное многоступенчатое старение и т.д.) производится на различных этапах изготовления в зависимости от технологии изготовителя.
В процессе работы лопатки испытывают комплексное воздействие разнообразных эксплуатационных факторов. К ним относятся: статические нагрузки, вибрационные и тепловые, разрушение поверхностного слоя (коррозия, эрозия), вероятность повреждения лопатки посторонними предметами. На стадии проектирования определяют запас статической прочности, который вычисляется как отношение предельного напряжения к наибольшему суммарному напряжению в лопатке, определенному на всем полетном цикле двигателя:
(1.1)
В качестве предельного напряжения принимают предел прочности для лопаток, работающих при сравнительно низком диапазоне температур, или предел длительной прочности для лопаток, условия которых отличаются повышенными тепловыми нагрузками.
Кроме этого проводится расчет собственных частот и форм колебаний. Строится резонансная диаграмма Кемпбелла, определяются номера гармоник с наибольшими динамическими напряжениями.
На стадии доводки двигателя уточняются расчетные собственные частоты и формы колебаний и резонансная диаграмма, выявляются точки на лопатке, в которых возникают опасные динамические напряжения. Эта информация необходима для дальнейшего тензометрирования двигателя на стенде с целью определения вибронапряжений в условиях приближенных к реальным. Результатом экспериментального исследования являются графики зависимости амплитуд динамических напряжений от частоты вращения ротора. По ним выявляется наибольшее значение амплитуды вибронапряжений по всем режимам работы двигателя и для всех опасных точек лопатки.
Величина динамических напряжений, однако, не позволяет судить о достаточно или недостаточной вибрационной прочности лопаток. Ее необходимо связать с пределом выносливости , характеризующим способность лопатки противостоять высокочастотному циклическому разрушению. Предел выносливости определяют испытанием не менее 20 натурных лопаток при комнатной температуре на базе 20-ти млн. циклов. В результате испытаний получают кривые усталостной прочности для каждой лопатки.
Критерием вибрационной прочности лопаток является коэффициент запаса, который определяется с учетом ассиметрии цикла нагружения как:
(1.2)
Величина коэффициента запаса в зависимости от типа двигателя, материала и типа лопаток составляет 3тАж5.
Величина запаса динамической прочности по описанной методике должна включать в себя также и возможные рассеяния определяющих ее множителей. Существует рассеяние динамических напряжений , обусловленное случайной составляющей возбуждающих колебания нагрузок. Неизбежно появление рассеяния предела выносливости , обусловленное производственными отклонениями и возможными повреждениями самой лопатки - коррозия, эрозия, попадание постороннего предмета (ППП). Повреждение лопатки посторонним предметом нередко приводит к значительному снижению и в этом случае величина может оказаться недостаточной.
Методология обеспечения усталостной прочности на основании определения коэффициента запаса динамической прочности позволяет учесть множество случайных факторов, однако, не учитывает такой фактор как повреждение посторонним предметом лопатки двигателя. Прогнозирование прочности лопат?/p>