ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Стальные и жаропрочные лопатки компрессоров из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " В связи с этим важно иметь представление о том, какие варианты формирования излома при развитии усталостных трещин в титановых лопатках имели место, каковы закономерности накопления повреждений в лопатках за полет ВС или цикл запуска и остановки двигателя в эксплуатации (ПЦН). Сведения об анализируемых лопатках представлены в табл. 11.4. [c.588] При проектировании двигателей для лопаток возможна оценка длительности роста трещины из условия, что после нанесения механического повреждения трещина в них начинает распространяться. Расчеты периода роста трещины подразумевают в первую очередь знание того, какие нагрузки, с какой частотой и длительностью действия за ПЦН вызывают продвижение трещины. В результате этого становится возможной оценка длительности развития трещины в ПЦН. Корректировка результатов расчета по мере накопления информации о реализуемом развитии трещин неизбежна и ее эффективность определяется тем, чтобы количество полетов между соседними осмотрами не превышало периода роста трещины. [c.588] Ниже представлены примеры оценок длительности роста усталостных трещин при решении практических задач по установлению периодичности осмотров лопаток, повышению эффективности методов и средств контроля, установлению факта, что не была ли пропущена поврежденная лопатка в эксплуатацию при ремонте, а также рассмотрены данные о различии кинетики усталостных трещин в разных сечениях лопаток одной ступени и по различным ступеням компрессора. [c.588] Геометрические размеры сечения лопаток преимущественно соответствовали требованиям чертежа на их изготовление. Поэтому далее геометрические особенности лопаток отмечаются в связи с их разрушениями только в том случае, если отклонения от заданной геометрии имели место при изготовлении лопаток. [c.590] Детали ротора компрессора были изготовлены из титановых сплавов. В случае отделения части пера лопатки и попадания ее в зазор между вращающимися лопатками и статором двигателя происходило взаимное трение вращающихся и неподвижных деталей двигателя, что приводило к самовозгоранию и последующему пожару на двигателе. [c.591] Наиболее типичным в этом отношении было разрушение лопаток VII ступени КВД. [c.591] Микрорельеф излома в зоне усталостной трещины характеризуется площадками сглаженного рельефа, вытянутыми в направлении развития усталостной трещины. Усталостные бороздки в рассматриваемой зоне не были выявлены при разрешающей способности использованного растрового электронного микроскопа лучше 0,009 мкм. [c.593] Высокочастотный характер нагружения лопаток, что имеет место в эксплуатации, приводит к развитию усталостных трещин в титановых сплавах в припороговой области скоростей роста трещин. До достижения скорости роста трещины около 4 10 м/цикл в титановых сплавах не происходит формирования усталостных бороздок (см. главу 5). При возрастании частоты нагружения вплоть до 1000 Гц в титановых сплавах также исключаются условия для формирования усталостных бороздок (см. главу 7). [c.593] Максимальные вибрационные напряжения на входной кромке рассматриваемой лопатки, по данным предприятия изготовителя, возникают при ее колебаниях по основному тону с частотой 1170 Гц на резонансной частоте вращения ротора высокого давления 3900 об/мин (18 гармоника). При этом величина напряжений достигает 30 МПа, а запас прочности при этом составляет не менее 10,0. В связи с этим обрыв пера лопатки VH ступени не мог быть объяснен только появлением забоины на лопатке, поскольку по своей геометрии она не может снизить усталостную прочность лопатки в 10 раз. [c.593] Таким образом, усталостное разрушение лопатки происходило под действием вибрационных нагрузок с высокой частотой. Оно было реализовано в области низких скоростей роста трещины, в пределах которых ведущим механизмом разрушения является сдвиговый процесс. В этом случае усталостные бороздки не формируются. [c.593] Описанный характер повторяемости однотипных элементов рельефа указывает на регулярное изменение напряженности лопатки в процессе роста трещины, что можно объяснить только изменением напряженности лопатки в повторяющихся полетных циклах (или, что то же, циклах ПЦН), в каждом из которых условия нагружения лопатки близки. Подсчитав количество таких повторений, можно достаточно точно оценить длительность процесса развития усталостной трещины. [c.593] Максимальные вибрационные напряжения в лопатке компрессора действуют при ее колебаниях на резонансной частоте. При выходе лопатки из резонанса вибронапряженность лопатки резко уменьшается, что приводит к резкому уменьшению скорости роста трещины или ее полной остановке и образованию на изломе следа в виде мак-роусталостной линии. Поэтому отмеченные выше повторяющиеся элементы рельефа излома в виде гладкого участка и ступеньки (или темного и светлого участков) соответствуют прохождению колебаний лопатки через резонанс при увеличении и уменьшении оборотов двигателя в полетном цикле. Это подтверждается фактическими данными по напряженности лопатки VII ступени КВД двигателя НК-8-2у. [c.593] На всей длине усталостной зоны 34 мм наиболее отчетливо усталостные макролинии выражены на первых 20 мм длины от очага разрущения. В интервале длины 0-6 мм наиболее четко видны усталостные линии на длине 2,5 4 и 5,1 мм, где расстояние между ними (продвижение за один полет) составляет около 0,05 0,075 и 0,1 мм соответственно. На длине 6,0 мм расстояние между макролиниями составило около 0,15 мм. Далее на длине излома 6-20 мм отчетливо видна закономерность регулярного формирования 26 усталостных линий. [c.594] Все перечисленные случаи свидетельствуют о формировании на последней стадии роста трещины перед доломом нерегулярных усталостных линий, когда лопатка входила в резонанс на разных режимах работы двигателя. [c.594] например, в полете самолета Цессна 404 произошло падение оборотов двигателя в результате разрушения лопаток турбины [12]. Оно было инициировано попаданием постороннего предмета в проточную часть двигателя, повреждением кромки лопатки и последующим распространением усталостной трещины до критических размеров. Перед этим полетом проводилось техническое обслуживание и осмотр кромок лопаток. На них не было выявлено даже повреждений. Вместе с тем, по данным последовавшего анализа кинетики усталостных трещин, на нескольких лопатках в момент контроля (перед последним полетом) имелись забоины, и от одной из них распространилась усталостная трещина почти критической длины. [c.595] Двигатель наработал с начала эксплуатации 16651 ч и имел три капитальных и три восстановительных ремонта. После капитального последнего ремонта двигатель наработал 2128 ч. [c.595] Разрушение рассматриваемой лопатки имело отчетливо выраженный усталостный характер, и оно произошло по перу в поперечном направлении на расстоянии примерно 20 мм от подошвы замка (рис. 11.16). Длина зоны развития усталостной трещины, распространяющейся со стороны входной кромки пера, составляет около 25 мм, а зоны окончательного разрушения — около 10 мм. [c.595] Развитие усталостной трещины от очага разрушения происходило с формированием отчетливо наблюдаемых и регулярно расположенных усталостных макролиний. Закономерность регулярного расположения усталостных линий на поверхности излома отражает нагружение лопатки от полета к полету. Их подсчет показал, что длительность роста усталостной трещины составила 20 ПЦН. За последний период эксплуатации двигателя его наработка в течение 20 ПЦН составила около 48 ч. [c.597] В имевшем место ранее случае разрушения рабочей лопатки VIII ступени компрессора на двигателе НК-8-2у А82У93202 ( 23 в табл. 2.5) оценка длительности развития усталостной трещины в лопатке показала, что она составляла 52 ПЦН или примерно 104 ч. Существенно меньшая длительность развития трещины в рассмотренном выше слз ае объясняется тем, что концентратор напряжения в виде механического повреждения располагался на входной кромке пера лопатки значительно ближе к корневому сечению, чем в предыдущем случае. Из-за этого величина напряжений от вибраций лопатки по основному тону, которые определяют ее вибрационную прочность, была заметно выше в рассматриваемом сл ае. [c.597] Вернуться к основной статье