Промышленность \ Парогазовые установки тепловых электростанций

Газотурбинные и парогазовые установки в России. Парогазовая установка с вводом пара в газовую турбину - перспективное направление развития энергетических установок, страница 30

Особенностями эксплуатации конвертированных авиационных газотурбинных двигателей наземного применения по сравнению с авиационными ГТД являются:

существенно больший ресурс;

постоянство климатических условий эксплуатации;

меньшая цикличность нагружения, большая запыленность воздуха на входе в двигатель.

Большой ресурс (до 100000 ч) и надежность этих авиадвигателей закладываются при их конвертировании. Они обеспечиваются главным образом в результате снижения температуры перед турбиной на 100—150 К при одновременном уменьшении степени повышения давления и частоты вращения роторов. Дополнительно проводится защита поверхности, модификация или усиление некоторых узлов. Тем не менее на конвертированном двигателе сохраняется до 70 % всех деталей базового.

Для обеспечения надежности авиадвигателей наземного применения с большим ресурсом наряду с обычными вопросами прочности учитываются проявляющиеся при их длительной работе влияние технологических методов упрочнения; повышенное рассеяние свойств; изменения параметров двигателя; изменения температурного поля за камерой сгорания; изменения посадок в сопрягаемых деталях; износ и фретинг-коррозия контактируемых пар, а также коррозионно-эрозионное воздействие среды, которое может оказаться определяющим.

Все эти факторы проявляются во взаимодействии, при разном сочетании внешних условий и цикличности нагружения.

В настоящее время основой обеспечения работоспособности авиадвигателя при его проектировании являются:

использование расчетных моделей высокого уровня; как газодинамических, так и для расчета напряженно-деформированного состояния деталей, деформативности конструкции в целом;

учет реальных условий эксплуатации с применением методов суммирования повреждений при многофакторном нагружении;

учет возможных изменений параметров работы двигателя и состояния деталей в процессе работы;

высокая прочность деталей благодаря конструированию с минимальными концентрациями напряжений, выбор оптимальных материалов и методов получения заготовок, широкое использование упрочняющих поверхность технологий, защита поверхности, особенно деталей проточной части, от коррозионного и эрозионного воздействия среды;


контролепригодность двигателя встроенными аппаратурными системами контроля параметров работы и удобство доступа к наиболее ответственным узлам двигателя для их контроля в процессе регламентных работ;

высокая эксплуатационная технологичность благодаря модульности конструкции, простоте проведения регламентных работ и замены отдельных модулей и агрегатов двигателя;

повышенная живучесть деталей и двигателя в целом.

Расчетное подтверждение большого ресурса авиадвигателя базируется на расчетных моделях высокого уровня (например, метод конечных элементов), при этом важное значение имеет учет взаимного влияния составляющих реального многокомпонентного нагружения и ухудшения параметров работы двигателя в процессе эксплуатации. Расчеты высокого уровня позволяют более точно оценить напряженное и динамическое состояния деталей и двигателя в целом, оптимизировать расположение опор роторов и мест крепления двигателя, минимизировать перекосы и изменения радиальных зазоров с учетом овализации корпусов.

Следует отметить, что системы, использующие метод конечных элементов (МКЭ) представляют собой всего лишь инструмент, позволяющий получить достоверный результат только при разумном его использовании. Подобный подход особенно важен как для формирования геометрии модели и сетки конечных элементов (КЭ), так и для задания реальных физических свойств материалов, граничных условий закрепления и нагрузок, изменения этих условий во времени.

Проверка точности вычислений может осуществляться тестированием вычислений с учетом результатов экспериментов.

Важным аспектом обеспечения надежности и большого ресурса двигателей является оценка прочности реальных условиях эксплуатации с учетом взаимного влияния различных видов нагрузок, одновременно действующих на детали ГТД, на основе методов суммирования повреждений в при реальном много факторном нагружении. При этом коэффициенты запасов прочности могут быть существенно ниже нормированных, как это видно из рис. 1 и табл. 2, где приведены результаты расчета нормированных коэффициентов запасов прочности с учетом взаимного влияния различных видов нагружения рабочей лопатки турбины ГТД.

Рис. 1 Результаты расчета нормированных коэффициентов запасов прочности и запасов прочности с учетом многофакторности нагружения рабочей лопатки турбины

Скачать файл