НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o156.pdf (1325.47Кб)

УДК 621.438-253:621.452.3-226.2:669.14.018.44

Россия,  Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова

В статье оценивается перспективность применения блисковых конструкций рабочих колес турбин с бандажированными лопатками. Зачастую выбор конструкции рабочих колеса с разъемными соединениями диска и лопаток приводит к отсутствию возможности размещения необходимого по газодинамической эффективности количества лопаток из-за конструктивных и прочностных ограничений.
Задачи повышения ресурса, длительной прочности, циклической долговечности, вибрационной прочности и облегчения конструкции рабочего колеса высокотемпературных турбин газотурбинных двигателей, в том числе предназначенных для длительной эксплуатации, могут быть решены при исключении замковой части.
Разработана технология изготовления неразъёмных блисков с помощью соединения лопаток с дисковой частью методами горячего изостатического прессования. Данная технология позволяет использовать лопатки с бандажными полками, что необходимо для  увеличения КПД и для повышения вибрационной надёжности длинных рабочих лопаток.
Актуальной является задача обеспечения необходимого положения бандажных полок по отношении друг к другу, как при изготовлении, так и в рабочих условиях. Проведенные исследования влияния монтажного положения бандажных полок рабочих колес на прочность лопаток в процессе их эксплуатации позволили разработать методику выбора монтажного положения бандажных полок.
На основе расчётов двух рабочих колес ТНД и ТВД  установлены преимущества блисковых конструкций рабочих колес по отношению к замковым вариантам.  Применение биметаллических блисков с бандажированными лопатками привело к увеличению в несколько раз долговечности и уменьшению массы рабочего колеса турбины.
Кроме того, преимуществом таких конструкций является возможное уменьшение количества деталей, исключение утечек и фретинга, имеющих место в замковых соединениях, исключение дорогостоящих операций протяжки для изготовления замковых соединений и экономия металла диска. К недостаткам блисков можно отнести отсутствие демпфирования в элементах замковых соединений, которое может быть компенсировано конструктивными мероприятиями. Кроме того, пока не разработаны методы ремонта лопаток блиска.
Несмотря на отмеченные недостатки применение биметаллических блисков турбин с бандажированными лопатками весьма перспективно.

1. Васильев Б.Е. Разработка модели пластичности для монокристаллических материалов для проведения прочностных расчётов лопаток турбин перспективных двигателей // Технология легких сплавов. 2013. № 3. С. 90 - 100.
2. Ramaglia A.D., Villari P. Creep and Fatigue of Single Crystal and Directionally Solidified Nickel-Base Blades via a Unified Approach Based on Hill48 Potential Function: Part 1 — Plasticity and Creep // ASME Turbo Expo 2013: Turbine Technical Conference and Exposition. Vol. 7A: Structures and Dynamics. Paper no. GT2013-94675. DOI:10.1115/GT2013-94675
3. Méric L. Single Crystal Modeling for Structural Calculations: Part 2 - Finite Element Implementation // Journal of Engineering Materials and Technology. 1991. Vol.113, no. 1. P. 171-182. DOI: 10.1115/1.2903375
4. Каблов   Е.Н. Жаропрочность никелевых сплавов. М .: Машиностроение , 1998. 464 с .
5. Naumenko K. Modeling of High-Temperature Creep for Structural Analysis Applications: Ph.D thesis. Martin-Luther-Universitat Halle-Wittenberg, 2006. 206 p.
6. Локощенко А.М. Кинетический подход исследования длительной прочности металлов при двухосном растяжении // Авиационно-космическая техника и технология. 2005. № 10. С. 128 - 135.
7. Manu C.C. Finite element analysis of stress rupture in pressure vessels exposed to accidental fire loading: Ph.D thesis. Queen’s University, 2008. 211 p.
8. Васильев Б.Е., Магеррамова Л.А. Формирование уравнений ползучести сплавов для расчетов кинетики напряженно-деформированного состояния высокотемпературных лопаток турбин // Вестник Московского Авиационного Института. 2012. Т . 19, № 4. C. 99-107.
9. Vasil'ev B.E. Определение расчетной долговечности деталей турбин с помощью пользовательской модели ползучести в конечно-элементном комплексе ANSYS // Инженерный журнал: наука и инновации. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 10. Режим доступа: http://engjournal.ru/catalog/machin/energy/402.html (дата обращения 25.02.2015).
10. Васильев Б.Е. Модель ползучести лопаток турбин из монокристаллического суперсплава на никелевой основе [программа ЭВМ]: свидетельство о государственной регистрации программы ЭВМ № 2014611870. 2014.
11. Allan C.D. Plasticity of nickel base single crystal superalloys: PHD thesis. Massachusetts Institute of Technology, 1995 . 2 06 p.
12. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Термопрочность деталей машин. М.: Машиностроение, 1975. 455 с.