Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 49
Текст из файла (страница 49)
В случае изотермического малоцнклового нагружеиия связь между размахом полной относительной деформации Ле и числом циклов до разрушения й1р дает экспериментальная зависимость Мэнсона Таблица 5. Материал Длительность никла. ммв 305 160 285 123 271 186 700 422 290 403 194 12Х 18Н9Т 700 700 750 750 800 800 700 700 700 800 800 1,04 0,42 1,38 1,20 1,!7 1,05 1,67 1,62 1,69 1,01 1,70 2,8 12,0 2,8 12,0 2,8 12,0 2,8 12,0 120,0 2,8 12,0 37Х12Н8Г8МФБ ХН77ТЮР (5.52) 260 Кривые термической усталости при действии циклов с выдерж- ' кой могут быть описаны уравнением Коффина Ла )Ур = С. (5.51) Значения постоянных ц и С для некоторых материалов в зависимости от температуры испытаний и длительности цикла приведены Термоциклическое воздействие на лопатки сочетается с постоянной нагрузкой от действия центробежных и газодинамических сил.
Действие статических напряжений уменьшает число циклов до разрушения. Опыты показывают, что для деталей из жа опри переходе от симметричного термоцикла к алей из жаропульсирующему, при равных размахах термонапряжений, число циклов до разрушения уменьшается в 15 ... 20 аз. На рис. 5.25 показана зависимость числа термических циклов до разрушения н е.
з приведенного при действии статической нагрузки и без нее. И примера видно, что число циклов уменьшается примерно в р . ра нительно небольшое уменьшение объясняется тем, что три статическое напряжение здесь невелико, всего 54 МПа. При статическом напряжении, превышающем 120 ... 150 МП, дит большое снижение числа циклов.
а, происхоНа рис. 5.26 п ив р .. р едена зависимость числа термоциклов до разрушения от размаха напряжений Ло при различных выдержках при верхней температуре цикла 800, 850 и 900'. Мож внимание на то, что п и . ожно обратить раза — с 6 до 12 МПа — число и , что при увеличении размаха напряжений в два — ело ц клон до разрушения уменьшается в 0 раз прн термоцнклических испытаниях без выдержки; при выдержке на верхнем пределе в течение 1,5 мин — в 40 аз нием Запасы по циклической долговечности определяют я от тся отноше- го л з и, кое ечо го,п Пг,л ко га г,о 1О о,о п,г О,г м' г о оо гм' г г ао 7 гоо дг и П и 1О гп и а О Рис.
5.25. Зависимость числа термических циклов (650 450 'С) до разру пгеиия от длительности цикла для жаропрочиой стали 12Х18Н9Т: 1 — при отсутствии статической нагрузки; 2 — при действии статической нагрузки 54 МПа Рис. 5.26. Зависимость числа циклов до разрушения от размаха термических напряжений для сплава ЖС61х: 1 — зез выдержки при верхней температуре; 2 — с выдержкой 1,5 мин; 3 — с выдериской ! 0,7 мип.
Пределы верхана температур, апределныжих термические напри жемии, — ЗОО, 900 м 950 'С 261 где )!! — число циклов нагружения за время работы; ))7р — число циклов до разрушения при действующем размахе напряжений 7!а или деформаций гзз.
В заключение следует отметить, что термоусталость, проявляющаяся при одновременном циклическом изменении напряжения и температуры, представляет собой сложное и недостаточно изученное явление. Сложность заключается не только в оценке степени влияния множества различных факторов на термоцикл ические свойства материалов, но и в оценке термоциклических процессов, возникающих при эксплуатации двигателей, их связи с режимами работы двигателей и изменяемости с течением времени. Поэтому расчетные методы оценки запасов малоцикловой термоустойчивости весьма приближенны.
Окончательная их оценка и обеспечение надежности деталей двигателя производятся в процессе доводки двигателей на основании накопленного опыта, испытаний и специальных экспериментов. Малоцикловая усталость материала возникает и в лопатках компрессоров, работающих прн невысоких температурах и при небольших их изменениях. Малоцикловая усталость возникает в зонах концентраций напряжений, на режимах резонансных колебаний лопаток, при возникновении автоколебаний.
Уровень динамических напряжений, превышающий предел выносливости материала и тем более предел пропорциональности, создает условия потери малоцикловой усталости. Малоцикловая усталость компрессорных лопаток зависит от чистоты и качества их поверхности. Наличие на поверхности и внутри материала различных дефектов, местных наклепов и особенно забоин ведет к снижению малоцикловой усталости. На рис.
5,27 показаны результаты испытаний на усталость компрес- Рнс. 5.27. График зависи' мости сопротивления уста лости компрессорных лопаток при забоинах входной кромки 1сплопгиымн линия., ми показаны предельные напряжения неповрежденныи лопаток, пунктирными линиями — с забавной); 1, Х вЂ” лопатки на алымнннеео. го сплава; 3, б — тнтаноеыеб б, б — стальные о', ппа жг 1гп ~~ ах 4 еп 4 о, ппа лп бп ея гн ет м л 1ЛЕ с 1нл Лт' ЛГ уисяо иияяоа хаб сорных лопаток, выполненных из различных материалов, после нанесения на них одиночных забоин. Испытания показали сниже- ние предела разрушающего напряжения в 3 ... 5 раз и появление ограничения числа циклов до разрушения.
6.2. КОЛЕБАНИЯ ЛОПАТО К Колебания лопаток создают большие дополнительные динамические напряжения в них, вызывают усталостные явления в материале. Вследствие этого с течением времени в различных ' местах лопаток появляются трещины, происходит их разрушение. Статистика показывает, что причиной большинства прочностных дефектов лопаток являются колебания. Вибропрочность лопаток в значительной степени определяет долговечность, ресурс н надежность в целом.
Поэтому в процессе проектирования и эксплуатации двигателей ей уделяется большое внимание. При проектировании задача состоит в том, чтобы наиболее достоверно оценить работоспособность лопаток, создать легкую и надежную их конструкцию. В процессе эксплуатации необходимо обеспечить правильную диагностику и постоянный контроль состояния лопаток. Лопатка, как всякая упругая конструкция, обладает спектром собственных частот и форм колебаний. Эти показатели являются определяющими, так как полностью представляют динамические свойства лопаток, их способности отзываться на различные виды воздействий, определяют колебательные процессы лопаток.
оэтому расчет и исследование спектров собственных частот и форм колебаний лопаток является первой задачей при их проектировании. Второй задачей является выявление источников возбуждения колебаний лопаток. Большинство из них связано с особенност конст остями струкций двигателей, с отклонениями параметров газа по окружности рабочего колеса от расчетных с многочисленными возмущениями, возникающими в газодинамическом тракте двигателя. Главной целью здесь является определение резонансных 2б2 колебаний лопаток и связанных о ними режимов работы двигателя. К сожалению, как правило, теоретически определить величину возмущающих с ил и рассчитать амплитуды резонансных колебаний лопаток не представляется возможным.
Резонансные колебания и факторы, влияющие на них, исследуются экспериментально но и при натурных испытаниях двигателей. Резонансные колебаиия, сопровождающиеся большими ам плитудам и и напряжениями в лопатках, не допускаются на эксплуа- нных режимах двигателей. Поэтому разрабатываютс ртационных меняются различные мероприятия для устранения ре езонанса лопаток и снижения уровня их вибраций в любом проявлении. б.2.1. Виды н формы колебаний лопаток Если лопатку представить весьма упрошенно, в виде плоской пластины, закрепленной в виде заделки с одной стороны (рис.
5.28), то можно разделить формы колебаний лопаток на три ибные, крутильные и пластиночные. Внутри каждого вида: изги ные, вых линий и вида формы отличаются числом поперечных узлов имеют соответствующую нумерацию: первая форма без поперечных узловых линий, вторая — с одной, третья — с двумя линиями и т. д. Каждая форма имеет свою определенную частоту собственных колебаний, зависящую от размеров лопатки. Лопатки компрессоров и турбин из-за сложности их конструктивной формы не имеют строгого разделения форм колебаний.
Колебания лопаток происходят по смешанным формам с преобладанием того или иного вида. Например, изгибные колебания на низки х частотах сопровождаются не ярко выраженными крутильными деформациями, но по мере возрастания частоты ы на лопатке появляются продольные узловые линии, четко выражающие изгибно-к утильные формы. Затем на высоких частотах возникают пластиночные формы колебаний со все усложняющейся конфигурацией узловых линий. 1-я баорма 1-Я УГОРМЛ 1 я агядма Рис. 5.2а. формы колебаний лопатки. а вагнавые Формы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
