Способ ресурсных испытаний газотурбинного двигателя

Авторы патента:

G01M15/14 - Испытание машин и двигателей (испытание топливовпрыскивающей аппаратуры F02M 65/00; испытание зажигания двигателей внутреннего сгорания, например проверка синхронизации F02P 17/00; обнаружение стуков в двигателях внутреннего сгорания G01L 23/22)

G01M13/00 - Испытание деталей машин (исследование мощности резания режущих инструментов G01N, например G01N 3/58)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к способам испытаний авиационных газотурбинных двигателей. Способ ресурсных испытаний газотурбинного двигателя включает разбиение рабочей области частоты вращения ротора с рабочими лопатками на несколько диапазонов и наработку в каждом диапазоне времени нагружения Т, по прохождении которой при отсутствии повреждений на рабочих лопатках делают вывод о подтверждении ресурса. Для всех рабочих лопаток определяют частоту их собственных колебаний по первой изгибной форме f₁, и по наименьшему значению собственной частоты колебаний f_1min определяют время нагружения Т по зависимости: , где N - нормативная база нагружения, равная 20⋅10⁶ циклов, затем рабочую область частоты вращения ротора для испытуемого двигателя разбивают на площадки шириной 0,4-0,5% от минимального значения частоты рабочей области, после чего на каждой площадке производят наработку по времени нагружения Т при средней частоте вращения ротора для данной площадки. Изобретение позволяет повысить достоверность подтверждения динамической прочности рабочих лопаток ротора. 1 ил.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к способам испытаний авиационных газотурбинных двигателей.

Большинство отказов газотурбинных двигателей на этапе доводки и эксплуатации связано с проблемами прочности, в частности, вызванными усталостными разрушениями, которые характерны для деталей, подверженных динамическим нагрузкам. Для лопаток турбомашин такими нагрузками являются неравномерности газовоздушного потока в проточной части двигателя. Роторные лопатки, вращаясь в таком возмущенном потоке с равномерной скоростью, подвергаются периодическим импульсам, частота которых кратна частоте вращения ротора и числу конструктивных элементов. Когда собственные частоты лопатки совпадают с частотой следования импульсов наступает резонанс. Он характеризуется резким возрастанием амплитуды вибронапряжений, приводящим к разрушению лопатки. Таким образом, при проведении ресурсных испытаний двигателя необходимо проводить наработку на резонансных режимах.

Известен способ ресурсных испытаний газотурбинного двигателя, включающий разбиение рабочей области частоты вращения ротора с рабочими лопатками на несколько диапазонов и наработке в каждом диапазоне времени нагружения, по прохождении которой при отсутствии повреждений на рабочих лопатках делают вывод о подтверждении ресурса. В известном способе рабочую область частот от малого газа до максимального режима разбивают на несколько диапазонов шириной до 5% от максимальной частоты вращения. В каждом диапазоне обеспечивается наработка из расчета 1 мин на 1 час наработки в рассматриваемом диапазоне типового полетного цикла.

(Н.Н. Сиротин, «Конструкция и эксплуатация, повреждаемость и работоспособность газотурбинного двигателя», Москва, РИА-ИНФОРМ, 2002, стр. 353 - прототип).

Указанный способ не обеспечивает достаточного подтверждения динамической прочности элементов двигателя, а именно рабочих лопаток ротора, так как не гарантируется отработка, требуемая для подтверждения динамической прочности, а также отсутствуют наработки на резонансных режимах, которые всегда имеют место в рабочей области частоты вращения.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении достоверности подтверждения динамической прочности рабочих лопаток ротора.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе ресурсных испытаний газотурбинного двигателя, включающем разбиение рабочей области частоты вращения ротора с рабочими лопатками на несколько диапазонов и наработке в каждом диапазоне времени нагружения Т, по прохождении которой при отсутствии повреждений на рабочих лопатках делают вывод о подтверждении ресурса, согласно предложению для всех рабочих лопаток определяют частоту их собственных колебаний по первой изгибной форме f₁, и по наименьшему значению собственной частоты колебаний f_1min определяют время нагружения Т по зависимости:

где N - нормативная база нагружения, равная 20⋅10⁶ циклов, затем рабочую область частоты вращения ротора для испытуемого двигателя разбивают на площадки шириной 0,4-0,5% от минимального значения частоты рабочей области, после чего на каждой площадке производят наработку по времени нагружения Т при средней частоте вращения ротора для данной площадки.

Предлагаемый способ позволяет подтвердить ресурс двигателя по рабочим лопаткам компрессора и/или турбины.

Частота при колебаниях по первой изгибной форме является низшей из собственных частот колебаний лопатки. При этой форме колебаний в лопатке, как правило, возникают наибольшие вибронапряжения, приводящие к ее разрушению. Таким образом, предварительное определение собственных частот колебаний по первой изгибной форме и расчет времени наработки исходя из минимальной частоты собственных колебаний при проведении ресурсных испытаний позволяет достоверно определить наличие повреждений рабочих лопаток.

Резонансные режимы, как правило, имеют узкий диапазон частоты вращения - ширина площадки по частоте вращения составляет 1-1,5%. Предлагаемый способ позволяет проводить наработку при резонансных колебаниях, что достигается определением конкретной величины наработки времени нагружения Т исходя из нормативной базы и разбиением рабочей области частоты вращения на площадки шириной 0,4-0,5%, которое гарантирует в диапазоне резонанса отработку 2-3-х кратного времени нагружения Т.

Исходя из норм прочности наработка на резонансных режимах должна соответствовать нагружению 20⋅10⁶ циклов. Интервал рабочих частот вращения ротора определяется конкретным типом двигателя.

Пример реализации способа на рабочих лопатках турбины.

На экспериментальной установке типа «Сирена» перед установкой рабочих лопаток турбины в ротор проводят испытания по определению частоты собственных колебаний по первой изгибной форме f₁.

Результаты испытаний каждой лопатки из комплекта, предназначенного для установки в ротор, приведены на фигуре в виде зависимости частоты f₁ по номеру лопатки в комплекте, состоящем из 60 лопаток. На фигуре видно, что наименьшую частоту колебаний равную f1=l839 Гц имеет лопатка номер 27. Для этой лопатки вычисляют время Т нагружения комплекта рабочих лопаток турбины:

Т=20⋅10⁶/1839=10875,5 сек (или 3 час. 1 мин. 15,5 сек.).

Рабочий диапазон для конкретного испытуемого двигателя по частоте вращения составляет 11200-12150 об/мин. Минимальное значение частоты вращения составляет 11200 об/мин., а ширина площадки будет равна (0,004-0,005)⋅11200=44,8-56 об/мин. Для удобства разбиения рабочего диапазона принимают ширину площадки 50 об/мин.

Таким образом, рабочий диапазон частот разбивают на следующие площадки: 11200-11250; 11250-11300; 11300-11350; … 12000-12050; 12050-12100; 12100-12150, об/мин..

Осуществляют наработку, равную времени нагружения Т=10875,5 сек на каждой частоте вращения, равной среднему значению на каждой площадке, а именно на частотах вращения 11225; 11275; 11325; … 12025; 12075; 12125 об/мин.

В результате проведения наработки выявлено отсутствие дефектов на всех испытуемых лопатках, сделан вывод о возможности их установки в двигатель и о подтверждении ресурса двигателя.

Способ ресурсных испытаний газотурбинного двигателя, включающий разбиение рабочей области частоты вращения ротора с рабочими лопатками на несколько диапазонов и наработку в каждом диапазоне времени нагружения Т, по прохождении которой при отсутствии повреждений на рабочих лопатках делают вывод о подтверждении ресурса, отличающийся тем, что для всех рабочих лопаток определяют частоту их собственных колебаний по первой изгибной форме f₁, и по наименьшему значению собственной частоты колебаний f_1min определяют время нагружения Т по зависимости:

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к способам испытаний газотурбинных двигателей (ГТД). При осуществлении предложенного способа ГТД выводят на максимальный режим работы.

Способ тарировки индикаторной диаграммы для двигателей внутреннего сгорания, полученной косвенным путем // 2706326

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для тарировки индикаторных диаграмм. Технической задачей изобретения является обеспечение быстрого, точного и надежного способа тарировки индикаторной диаграммы при безразборной диагностике поршневых двигателей внутреннего сгорания по результатам косвенного индицирования в эксплуатационных условиях.

Тахоспидометр двигателя внутреннего сгорания // 2705871

Изобретение относится к области испытания и технического диагностирования машин, в частности к встроенным контрольно-измерительным приборам машин, оснащенных двигателями внутреннего сгорания.

Способ переключения передачи при определении влажности окружающей среды (варианты) // 2705351

Группа изобретений относится к области диагностики двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение точности регулирования двигателя путем измерения влажности окружающей среды в процессе движения транспортного средства.

Стенд для испытаний и калибровки датчиков массового расхода воздуха автомобилей // 2705324

Изобретение относится к области эксплуатации машин и может быть использовано при испытаниях и калибровке датчиков массового расхода воздуха автомобилей, оборудованных микропроцессорной системой управления двигателем внутреннего сгорания.

Стенд для измерения стартовых параметров выстрела // 2704584

Стенд для измерения стартовых параметров активно-реактивного выстрела или реактивного патрона содержит двигатель с платформой, закрепленный на станине с возможностью осевого перемещения и поджатый к силоизмерителю, и датчик давления, установленный в переднем дне двигателя.

Способ испытаний авиационного газотурбинного двигателя // 2704583

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, к авиационным двигателям типа газотурбинных, а именно к способам испытаний при их создании, экспериментальной доводке характеристик опытного и промышленного экземпляров и эксплуатации.

Способ подготовки криогенного продукта к испытаниям энергетического устройства // 2704577

Изобретение относится к криогенной технике и предназначено для испытаний энергетических устройств на подогретой до линии насыщения жидкой фазе криогенного продукта.

Система (варианты) и способ обнаружения твердых частиц // 2704382

Изобретение относится к машиностроению, а именно к обнаружению твердых частиц в выпускной системе двигателей. Система обнаружения твердых частиц в выпускном канале содержит трубу (202) с множеством впускных газовых отверстий (236) на расположенной выше по потоку поверхности (204), имеющую подковообразную форму с закругленным углублением (246) на расположенной ниже по потоку поверхности (206) и множество выходных газовых отверстий (240), расположенных вдоль закругленного углубления (246).

Способ контроля и прогнозирования работы газотурбинной установки с использованием матрицы дефектов // 2703874

Изобретение относится к способу контроля и прогнозирования работы газотурбинной установки с использованием матрицы дефектов. Настоящее изобретение может найти применение при создании, эксплуатации, управлении и мониторинге систем различного назначения, включая сложные технические системы, в которых интегрированы газотурбинные установки, используемые в энергетике, машиностроении, коммунальном хозяйстве и других отраслях.

Устройство для оценки деформации, устройство для диагностики и способ оценки деформации // 2702404

Устройство для оценки деформации согласно аспекту настоящего изобретения представляет собой устройство для оценки деформации, которое оценивает деформацию компонента, обеспеченного в текучей среде, и включает в себя устройство получения данных о давлении, которое получает сигнал давления, включающий в себя временной ряд значений давления в заданном положении вблизи компонента, блок оценки, который оценивает сигнал деформации на основе сигнала давления, включающий в себя временной ряд значений деформации, возникающей в компоненте, и выводной блок, который выводит сигнал деформации.

Устройство диагностики электродвигателя технической системы на предмет его надежности // 2700724

Изобретение относится к области диагностики технических систем для проверки промышленного оборудования и технических систем на предмет их надежной работы, к которым могут быть отнесены подшипники электродвигателей, ленточные конвейеры и т.п., и может быть использовано для диагностики электродвигателя технической системы на предмет его надежности.

Стенд для проведения испытаний дыхательных и предохранительных клапанов резервуаров с нефтью и нефтепродуктами // 2699934

Изобретение относится к стендам для контроля и испытаний дыхательной и предохранительной арматуры, в частности клапанов резервуаров, и предназначено для проверки работоспособности на срабатывание и определение максимальной производительности арматуры.

Устройство для диагностики технического состояния механизмов // 2697852

Устройство для диагностики технического состояния механизмов относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики технического состояния возвратно-поступательных механизмов и других механизмов циклического действия по их вибрационным характеристикам как в автомобильном, железнодорожном, авиационном, морском, речном и других видах транспорта, так и в различной механической технике.

Способ диагностирования стартера // 2694112

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для определения технического состояния стартера непосредственно на объекте, например автомобиле.

Способ определения циклической долговечности вращающейся детали // 2685438

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам определения ресурса вращающихся деталей. Сущность: проводят расчеты напряженно-деформированного состояния и циклической долговечности при типовом цикле работы вращающейся детали с учетом ее конструктивных особенностей, создающих зоны концентрации напряжений.

Способ определения технического состояния токосъемников // 2682561

Изобретение относится к метрологии, в частности к вибрационной диагностике. На статор токосъемника устанавливают датчики вибрации и осуществляют запись параметров вибрации и электрических сигналов на выходе из токосъемника.

Устройство для оценки технического состояния машин // 2679961

Изобретение относится к области диагностики технического состояния машин. Технический результат - разработка переносного мобильного устройства для осуществления автоматизированного мониторинга агрегатов технологического оборудования по признакам вибрации, частоты вращения и температуры во взрывоопасных зонах.

Ременная передача и способ контроля технического состояния указанной передачи // 2673994

Изобретение относится к ременной передаче и к способу контроля технического состояния такой ременной передачи, причем, в частности, речь идет о т.н. зубчатом или ремне синхронизатора и способе контроля его технического состояния.

Устройство и способ обнаружения свойств подшипника // 2659453

Изобретение относится к метрологии, в частности к способу диагностирования подшипников качения. Способ определения свойств подшипников заключается в определении информации, относящейся к свойствам подшипников, на основе оценки сигнала приемника.

Стенд для комплексных испытаний двигательных и самолетных агрегатов газотурбинного двигателя // 2706829

Изобретение относится к машиностроению, в том числе к газотурбиностроению, а именно к испытательной технике, в частности к стендам полунатурного моделирования испытаний агрегатов и систем, и может быть использовано при ресурсных испытаниях с имитацией эксплуатационных режимов нагружения комплекта агрегатов и узлов газотурбинного двигателя. Стенд содержит корпус газотурбинного двигателя с установленными на нем коробками двигательных и самолетных агрегатов с приводными агрегатами и размещенными штатно на корпусе газотурбинного двигателя неприводными агрегатами. При этом трубопроводы и электрические кабели, соединяющие агрегаты в системы, и закрепление их на корпусе газотурбинного двигателя выполнены идентичными трубопроводам и электрическим кабелям и их закреплению на газотурбинном двигателе, системы и агрегаты подключены к стендовым системам обеспечения рабочими жидкостями и электроэнергией и гидравлическим и электрическим системам загрузки. Коробки двигательных и самолетных агрегатов сообщены с маслосистемой и кинематически через центральную коническую передачу соединены с приводом вращения в виде электродвигателя, установленного и закрепленного внутри корпуса, газотурбинного двигателя, причем центральная коническая передача, неприводные и приводные агрегаты, коробки двигательных и самолетных агрегатов с агрегатами на коробках и маслосистема выполнены штатными или технологическими (стендовыми) идентичными штатным. Обеспечивают испытания агрегатов и систем газотурбинного двигателя, а по меньшей мере один агрегат является испытуемым и выполнен штатным. Технический результат заключается в возможности воспроизводства реальных течений в коммуникациях и агрегатах систем ГТД и воспроизведении реальных нагрузочных циклов узлов ГДТ при проведении испытаний. 1 ил.