Способ дефектации элементов двигателя
Владельцы патента RU 2535512:
Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" (RU)
Изобретение относится к способам сортировки элементов двигателей различного назначения, бывших или находящихся в эксплуатации, в частности к способам дефектации партий элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления для газотурбинного двигателя и их последующей сортировки на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению. В данном способе для элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя в качестве рабочей жидкости используют воду с давлением Рвх=1,4…1,6 кгс/см2, в качестве характеристик воды до исследуемого элемента измеряют перепад давления на мерном участке, определяют расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках и рассчитывают текущие расходы Gщели; Gотв «С»; и Gотв.бл, а оценку элементов производят путем сравнения рассчитанных текущих расходов с заранее установленными оптимальными интервалами их значений, где Gщели - расход воды через щель одной лопатки; Gотв «С» - суммарный расход воды через все отверстия блока; Gотв.бл - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки. Расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках определяют с помощью прибора прямого и/или косвенного измерения, а в качестве исследуемых элементов используют новые и/или бывшие в эксплуатации элементы. Технический результат изобретения - такой способ позволит сократить количество необоснованно выбракованных и необоснованно признанных годными для эксплуатации блоков сопловых лопаток, повысить надежность и качество сборки и ремонта газотурбинных двигателей, снизить затраты. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к способам сортировки элементов двигателей различного назначения, бывших или находящихся в эксплуатации, в частности к способам дефектации партий элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления для газотурбинного двигателя и их последующей сортировки на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению.
Известен способ дефектации элементов двигателя, в основу которых положена проверка и оценка качества распыла среды (дизельного топлива) и их гидроплотности до или после эксплуатации (Евсикова А.В. и Попова В.Я. Технология производства и ремонта топливной аппаратуры дизелей. М.: Машгиз, 1958, с.222-227) /1/.
Особенностью работы элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя является то, что блоки работают в воздушной среде, а сбор воздуха после каждого из отверстий и оценка истекающих струй отверстий затруднены.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ дефектации элементов двигателя, включающий подачу под давлением рабочей жидкости на вход исследуемого элемента, изменение давления в интервале значений, характерных для работы элемента двигателя, измерение характеристик жидкости после исследуемого элемента, их сравнение с заранее установленными оптимальными величинами характеристик жидкости после исследуемого элемента и оценку элементов на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению (RU 2047455 С1. МПК В23Р 6/00. Опубл. 10.11.1995 г.) /2/.
Недостатком способа сортировки является то, что сортировку элементов на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению, производят по качеству распыла и гидроплотности жидкости после пропускания через элемент, при этом качество распыла и гидроплотность определяют визуально и на звук. Используя визуально и на звук определенные величины качества распыла жидкости и гидроплотность распыла, не представляется возможным объективно определить степень износа элементов и их остаточный ресурс. Затратным является также использование в качестве жидкости топлива (солярки).
Задача изобретения разработать эффективный способ дефектации блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя.
Ожидаемый технический результат - сокращение количества необоснованно выбракованных и необоснованно признанных годными для эксплуатации блоков сопловых лопаток, повышение надежности и качества сборки и ремонта двигателей, снижение затрат.
Технический результат достигается тем, что в известном способе дефектации элементов двигателя, включающем подачу под давлением рабочей жидкости на вход исследуемого элемента, изменение давления в интервале значений, характерных для работы элемента двигателя, измерение характеристик жидкости после исследуемого элемента, их сравнение с заранее установленными оптимальными величинами характеристик жидкости после исследуемого элемента и оценку элементов на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению, по предложению, для элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя в качестве рабочей жидкости используют воду с давлением Рвх=1,4…1,6 кгс/см2, в качестве характеристик воды до исследуемого элемента измеряют перепад давления на мерном участке, определяют расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках и рассчитывают текущие расходы Gщели; Gотв «С»; и Gотв.бл, а оценку элементов производят путем сравнения рассчитанных текущих расходов с заранее установленными оптимальными интервалами их значений,
где Gщели - расход воды через щель одной лопатки;
Gотв «С» - суммарный расход воды через все отверстия блока;
Gотв.бл - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки.
Расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках определяют с помощью прибора прямого и/или косвенного измерения, а в качестве исследуемых элементов используют новые и/или бывшие в эксплуатации элементы.
Выбор воды в качестве рабочей жидкости выполнен на основании газодинамического расчета с привлечением «теории подобия» с учетом свойств среды в рабочих условиях газотурбинного двигателя и воды как вещества заменяющего среду при испытаниях элементов. При этом установлено, что давление воды при испытаниях партии блоков сопловых лопаток турбин высокого давления должно находиться в интервале 1,4…1,6 кгс/см2.
В качестве характеристик воды до исследуемого элемента используют перепад давления на мерном участке и расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках. Расход воды - легко и точно определяемая величина. Для его регистрации существуют приборы прямого действия, например: счетчики или приборы-автоматы, которые легко могут быть адаптированы в автоматических системах контроля. Расход может быть рассчитан по весу прошедшей через блок воды и времени ее прохождения.
Используя установленный перепад давления на мерном участке и измеренные расходы воды через щель, отверстия в блоке и лопатках, рассчитывают текущие расходы: Gщели - расход воды через щель одной лопатки; Gотв «С» - суммарный расход воды через все отверстия блока и Gотв.бл - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки.
Сравнивают приведенные в сопроводительных документах партии блоков интервалы оптимальных значений указанных расходов с рассчитанными текущими расходами. Если хотя бы один из текущих расходов из отверстий блока выходит за пределы оптимальных значений указанных расходов, то данный блок признается непригодным к эксплуатации. В качестве исследуемых блоков могут использоваться новые блоки.
Пример
Необходимо провести дефектацию блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя, поступивших после эксплуатации.
Испытуемый блок например 11Г61, монтируют на испытательном стенде.
К блоку крепят приспособление, которое через штуцер соединено с трубопроводом подвода воды. Проливают выходную щель каждой лопатки блока при давлении Рвх=1,5±0,05 кгс/см2. Регистрируют вес Qщели=8,215 кг прошедшей воды через щель каждой лопатки и время проливки tщели=49,67 с. Проливают отверстия «С» в каждой лопатке блока. Регистрируют вес Qотв=1,370 кг прошедшей воды через отверстие каждой лопатки и время проливки tотв=18,87 с.
Заменяют приспособление.
Проливают отверстия блока и регистрируют по дифманометру падение давления. Например: ΔРбл=0,51 кгс/см2.
Отсоединяют приспособление от блока и демонтируют испытуемый блок с испытательного стенда.
Аналогично проводят испытания с каждым блоком партии.
Результаты расчетов и сравнений с оптимальными значениями параметров приведены в таблице.
Анализ результатов и дефектация блоков
1. Gщели=(Qщели/tщели)*1000=(8,215/49,67)*1000=165,39 г/с
2. Gотв=(Qотв/tотв)*1000=(1,370/18,87)*1000=72,603 г/с
3. Gотв «С» Gотв 1+Gотв 2+Gотв 3=72,603+73,786+79,64=226,029 г/с
4. Gбл=(0,045516+(5,916728*(√ΔРбл)))*1000=4270,9 г/с
5. Gотв.бл=(Gбл-Gотв «С»)/3=1348,29 г/с.
где
Gщели - расход воды через щель одной лопатки;
Gотв - расход воды через отверстия блока под одной лопаткой;
Gотв <<С>> - суммарный расход воды через все отверстия блока;
Gбл - расход воды через все отверстия блока и лопаток;
Gотв.бл - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки;
ΔРбл - перепад давления воды на мерном участке;
0,045516 - коэффициент мерного участка;
5,916728 - коэффициент мерного участка.
Оптимальные значения расходов
Gщели=160±20 г/с; Gотв <<C>>=230±25 г/с; Gотв.бл=1550±150 г/с;
Формулы расчета в Excel
Gщели=ОКРУГЛВВЕРХ(С3/D3*1000;3)
Gотв=ОКРУГЛВВЕРХ(F3/G3*1000;3)
Gотв «С»=СУММ(Н3; Н4; Н5)
Gбл=(0,045516+(5,916728*(КОРЕНЬ(J4))))*1000
Gотв.бл=ОКРУГЛВВЕРХ(((К4-I4)/3);3)
Gщели=ЕСЛИ(ABS(E3-160)<=20;"+";"-")
Gотв «С»=ЕСЛИ(ABS(I4-230)<=25;"+";"-")
Gотв.бл=ЕСЛИ(ABS(L4-1550)<=150;"+";"-")
Из приведенной таблицы следует, что все блоки серии имеют отклонения за пределы оптимальных значений сравниваемых параметров, не один из блоков серии не может быть рекомендован к дальнейшей эксплуатации. Аналогично можно проводить исследования блоков ранее не эксплуатируемых.
Применение предложенного способа дефектации, позволяет сократить ошибки вычислений, сократить количество необоснованно выбракованных и необоснованно признанных годными для эксплуатации блоков сопловых лопаток, повысить надежность и качество сборки и ремонта газотурбинных двигателей, снизить затраты.
Таблица | ||||||||||||||
Тип | № лопатки | Q (кг) | t (c) | Gщели (r/c) | Q (кг) | t (c) | Gотв (г/с) | Gотв"С" (г/с) | ΔРбл кгс/см2 | Gбл (г/с) | Gотв.бл (г/с) | Сравнение с оптимальными (*) | ||
Gщели 160(±20) | Gотв"С" 230(±25) | Gотв.бл 1550 (±150) | ||||||||||||
1 | 8,215 | 49,67 | 165,39 | 1,370 | 18,87 | 72,603 | + | |||||||
11Г61 | 2 | 8,365 | 51,77 | 161,58 | 1,185 | 16,06 | 73,786 | 226,03 | 0,51 | 4270,9 | 1348,3 | + | + | _ |
3 | 8,305 | 49,43 | 168,02 | 1,150 | 14,44 | 79,64 | + | |||||||
1 | 8,245 | 48,16 | 171,2 | 1,105 | 16,14 | 68,464 | + | |||||||
11Г88 | 2 | 8,310 | 49,84 | 166,73 | 1,110 | 14,55 | 76,289 | 219,67 | 0,51 | 4270,9 | 1350,4 | + | + | _ |
3 | 8,215 | 48,89 | 168,03 | 1,105 | 14,75 | 74,916 | + | |||||||
1 | 8,235 | 46,53 | 176,98 | 1,090 | 16,40 | 66,464 | + | |||||||
11Г69 | 2 | 8,290 | 46,74 | 177,37 | 1,105 | 15,15 | 72,938 | 218,39 | 0,53 | 4353 | 1378,2 | + | + | _ |
3 | 8,185 | 48,98 | 167,11 | 1,165 | 14,75 | 78,984 | + | |||||||
1 | 8,145 | 47,59 | 171,15 | 1,075 | 17,98 | 59,789 | + | |||||||
11Г15 | 2 | 8,200 | 49,3 | 166,33 | 1,135 | 16,00 | 70,938 | 212,21 | 0,52 | 4312,1 | 1366,6 | + | + | - |
3 | 8,230 | 49,42 | 166,53 | 1,135 | 13,93 | 81,479 | + | |||||||
1 | 8,215 | 49,06 | 167,45 | 1,080 | 17,08 | 63,232 | + | |||||||
11Г1 11 | 2 | 8,200 | 49,28 | 166,4 | 1,125 | 15,08 | 74,603 | 222,01 | 0,53 | 4353 | 1377 | + | + | - |
3 | 8,215 | 48,31 | 170,05 | 1,165 | 13,84 | 84,177 | + | |||||||
1 | 8,165 | 50,91 | 160,38 | 1,085 | 17,07 | 63,562 | + | |||||||
11Г31 | 2 | 8,230 | 48,64 | 169,2 | 1,140 | 15,2 | 75 | 216,1 | 0,52 | 4312,1 | 1365,3 | + | + | _ |
3 | 8,280 | 51,44 | 160,97 | 1,125 | 14,51 | 77,533 | + | |||||||
1 | 8,265 | 46,93 | 176,11 | 1,075 | 17,26 | 62,283 | + | |||||||
11Г109 | 2 | 8,295 | 46,82 | 177,17 | 1,185 | 15,48 | 76,551 | 213,7 | 0,54 | 4393,4 | 1393,2 | + | + | - |
3 | 8,205 | 46,95 | 174,76 | 1,105 | 14,76 | 74,865 | + | |||||||
1 | 8,250 | 49,93 | 165,23 | 1,100 | 16,91 | 65,051 | + | |||||||
11Г92 | 2 | 8,240 | 48,32 | 170,53 | 1,125 | 14,68 | 76,635 | 217,2 | 0,54 | 4393,4 | 1392,1 | + | + | - |
3 | 8,260 | 48,04 | 171,94 | 1,110 | 14,70 | 75,511 | + | |||||||
1 | 8,270 | 48,22 | 171,51 | 1,090 | 16,53 | 65,941 | + | |||||||
11Ж24 | 2 | 8,290 | 46,05 | 180,02 | 1,155 | 14,84 | 77,831 | 224,26 | 0,52 | 4312,1 | 1362,6 | - | + | - |
3 | 8,300 | 46,98 | 176,67 | 1,200 | 14,91 | 80,483 | + | |||||||
1 | 8,210 | 50,08 | 163,94 | 1,100 | 15,94 | 69,009 | + | |||||||
11Г91 | 2 | 8,285 | 49,38 | 167,78 | 1,130 | 14,99 | 75,384 | 225,8 | 0,50 | 4229,3 | 1334,5 | + | + | - |
3 | 8,210 | 49,83 | 164,76 | 1,160 | 14,25 | 81,404 | + | |||||||
1 | 8,210 | 49,96 | 164,33 | 1,190 | 18,47 | 64,429 | + | |||||||
11Г102 | 2 | 8,280 | 48,51 | 170,69 | 1,175 | 15,66 | 75,032 | 211,89 | 0,52 | 4312,1 | 1366,7 | + | + | - |
3 | 8,320 | 48,57 | 171,3 | 1,140 | 15,74 | 72,427 | + | |||||||
1 | 8,280 | 49,89 | 165,97 | 1,115 | 18,69 | 59,658 | + | |||||||
11Г62 | 2 | 8,285 | 48,87 | 169,53 | 1,155 | 16,41 | 70,384 | 200,93 | 0,52 | 4312,1 | 1370,4 | + | - | - |
3 | 8,225 | 49,04 | 167,72 | 1,120 | 15,80 | 70,887 | + | |||||||
1 | 8,300 | 48,15 | 172,38 | 1,095 | 17,11 | 63,998 | + | |||||||
11Г46 | 2 | 8,265 | 48,60 | 170,06 | 1,235 | 15,83 | 78,017 | 222,45 | 0,54 | 4393,4 | 1390,3 | + | + | - |
3 | 8,245 | 48,87 | 168,71 | 1,225 | 15,23 | 80,434 | + | |||||||
1 | 8,325 | 48,25 | 172,54 | 1,080 | 18,27 | 59,114 | + | |||||||
10Г237 | 2 | 8,190 | 50,55 | 162,02 | 1,095 | 16,04 | 68,267 | 195,34 | 0,47 | 4101,8 | 1302,2 | + | - | - |
3 | 8,245 | 49,44 | 166,77 | 1,090 | 16,04 | 67,956 | + | |||||||
1 | 8,325 | 48,25 | 172,54 | 1,080 | 18,27 | 59,114 | + | |||||||
11Г109 | 2 | 8,190 | 50,55 | 162,02 | 1,095 | 16,04 | 68,267 | 195,34 | 0,47 | 4101,8 | 1302,2 | + | - | - |
3 | 8,245 | 49,44 | 166,77 | 1,090 | 16,04 | 67,956 | + | |||||||
1 | 8,325 | 48,25 | 172,54 | 1,080 | 18,27 | 59,114 | + | |||||||
11Г92 | 2 | 8,190 | 50,55 | 162,02 | 1,095 | 16,04 | 68,267 | 195,34 | 0,47 | 4101,8 | 1302,2 | + | - | - |
3 | 8,245 | 49,44 | 166,77 | 1,090 | 16,04 | 67,956 | + | |||||||
1 | 8,325 | 48,25 | 172,54 | 1,080 | 18,27 | 59,114 | + | |||||||
11Ж24 | 2 | 8,190 | 50,55 | 162,02 | 1,095 | 16,04 | 68,267 | 195,34 | 0,47 | 4101,8 | 1302,2 | + | - | - |
3 | 8,245 | 49,44 | 166,77 | 1,090 | 16,04 | 67,956 | + | |||||||
1 | 8,325 | 48,25 | 172,54 | 1,080 | 18,27 | 59,114 | + | |||||||
ИГ91 | 2 | 8,190 | 50,55 | 162,02 | 1,095 | 16,04 | 68,267 | 195,34 | 0,47 | 4101,8 | 1302,2 | + | - | - |
3 | 8,245 | 49,44 | 166,77 | 1,090 | 16,04 | 67,956 | + | |||||||
1 | 8,325 | 48,25 | 172,54 | 1,080 | 18,27 | 59,114 | + | |||||||
11Г102 | 2 | 8,190 | 50,55 | 162,02 | 1,095 | 16,04 | 68,267 | 195,34 | 0,47 | 4101,8 | 1302,2 | + | - | - |
3 | 8,245 | 49,44 | 166,77 | 1,090 | 16,04 | 67,956 | + | |||||||
1 | 8,325 | 48,25 | 172,54 | 1,080 | 18,27 | 59,114 | + | |||||||
11Г62 | 2 | 8,190 | 50,55 | 162,02 | 1,095 | 16,04 | 68,267 | 195,34 | 0,47 | 4101,8 | 1302,2 | + | - | - |
3 | 8,245 | 49,44 | 166,77 | 1,090 | 16,04 | 67,956 | + | |||||||
1 | 8,325 | 48,25 | 172,54 | 1,080 | 18,27 | 59,114 | + | |||||||
11Г46 | 2 | 8,190 | 50,55 | 162,02 | 1,095 | 16,04 | 68,267 | 195,34 | 0,47 | 4101,8 | 1302,2 | + | - | - |
3 | 8,245 | 49,44 | 166,77 | 1,090 | 16,04 | 67,956 | + | |||||||
1 | 8,325 | 48,25 | 172,54 | 1,080 | 18,27 | 59,114 | + | |||||||
10Г237 | 2 | 8,190 | 50,55 | 162,02 | 1,095 | 16,04 | 68,267 | 195,34 | 0,47 | 4101,8 | 1302,2 | + | - | - |
3 | 8,245 | 49,44 | 166,77 | 1,090 | 16,04 | 67,956 | + | |||||||
(*)→(+) - текущие расходы находятся в заданном оптимальном интервале; (-) - текущие расходы находятся за пределами заданного оптимального интервала. |
1. Способ дефектации элементов двигателя, включающий подачу под давлением рабочей жидкости на вход исследуемого элемента, изменение давления в интервале значений характерных для работы элемента двигателя, измерение характеристик жидкости после исследуемого элемента, их сравнение с заранее установленными оптимальными величинами характеристик жидкости после исследуемого элемента и оценку элементов на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению, отличающийся тем, что для элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя в качестве рабочей жидкости используют воду с давлением Рвх=1,4…1,6 кгс/см2, в качестве характеристик воды после исследуемого элемента измеряют перепад давления на мерном участке, определяют расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках и рассчитывают текущие расходы Gщели, Gотв «С» и Gотв.бл, а оценку элементов производят путем сравнения рассчитанных величин с заранее установленными оптимальными интервалами их значений,
где Gщели - расход воды через щель одной лопатки;
Gотв «С» - суммарный расход воды через все отверстия блока;
Gотв.бл - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки.
2. Способ дефектации элементов двигателя по п.1, отличающийся тем, что расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках определяют с помощью прибора прямого и/или косвенного измерения
3. Способ дефектации элементов двигателя по п.1, отличающийся тем, что в качестве исследуемых элементов используют новые и/или бывшие в эксплуатации элементы.