ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Лопатки турбин двигателей типа НК из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Лопатки, разрушение которых имело место в эксплуатации, изготавливают из жаропрочных сплавов ЖС6-У (I ступень турбины двигателя НК86) и ЭИ-598 (III ступень турбины обоих двигателей). Во всех исследованных случаях отклонений в качестве изготовления материала лопаток по химическому составу или по механическим характеристикам на удалении от зон дефектов или повреждений лопаток не наблюдалось. Все перечисленные характеристики и состояние материала соответствовали техническим условиям на их изготовление. Ниже рассмотрены случаи разрушения лопаток I и III ступеней компрессора. [c.613] В рассматриваемом случае реализован высокий уровень статической нагрузки, поскольку лопатка подвергается не только силовому, но и тем- пературному нагружению. Об этом свидетельство- вало расстояние между микроусталостными линиями. Уже в очаге разрушения оно составило доли миллиметра. При толщине лопатки около 2 мм это соответствует формированию не более 20 микро- линий в направлении развития разрушения, характеризующих продолжительность роста трещины в 20 полетных циклов. [c.613] Подсчет числа усталостных микролиний пока- I зал, что на половине сечения, где развивалась усталостная трещина с их наиболее отчетливым формированием, их число составляет около 100 штук. Если теперь учесть, что развитие трещины в лопат- ке происходило лишь на половине живого сечения (из-за наличия дефекта), то становится очевидным, что длительность роста трещины в этой лопатке почти на порядок превышает длительность роста трещины в лопатке 1. [c.613] Выполненные оценки длительности роста трещины хорошо согласуются с данными расчетов лопаток на прочность. Снижение продолжительности роста трещины на порядок свидетельствует о возрастании вибронапряженности лопатки вблизи бандажной полки почти в 1,8 раза. Указанная оценка получена из условия роста трещины на первой стадии в соответствии с единой кинетической кривой, когда связь между скоростью роста трещины и эквивалентным коэффициентом интенсивности напряжения определяется показателем степени Шр = 4. [c.615] Представленные результаты анализа кинетики усталостных трещин в лопатках компрессоров и турбин двигателей свидетельствуют в первую очередь о том, что в пределах существующих ресурсов двигателей происходят разрушения лопаток только из-за их повреждений. Само распространение трещин определяется вибронагруженно-стью лопаток на резонансных или близких к таковым частотах и с этой точки зрения разрушение лопаток является многоцикловым, а в некоторых случаях и сверхмногоцикловым — развитие трещин от единичных циклов нагружения. Однако количество полетных циклов может составлять всего от нескольких десятков до нескольких сотен циклов. Для каждой лопатки разброс периода роста трещины может быть получен из-за того, что возникающие повреждения располагаются на разном расстоянии от основания лопатки, т. е. сечение развития трещины оказывается различным образом нагружено. Этот факт должен быть учтен при установлении периодичности эксплуатационного контроля повреждений лопаток в эксплуатации из-за попадания посторонних предметов в проточную часть двигателя. [c.615] Комиссия, расследовавшая инцидент с самолетом Ту-154Б-2 UR-85546, пришла к выводу, что причиной инцидента явилось нелокализован-ное разрушение одной рабочей лопатки III ступени турбины двигателя (рис. 11.27). [c.615] Двигатель НК-8-2у А82У122108 наработал с начала эксплуатации 16896 ч (6587 циклов), в том числе 1910 ч (739 циклов) после последнего (третьего) ремонта. Последний контроль рабочих лопаток III ступени турбины вихретоковым методом был выполнен за 74 ч до момента разрушения лопатки. Общая наработка 50-ти рабочих лопаток III ступени турбины составила 16395 ч, а остальных 23-х лопаток — 14676 ч. К моменту разрушения лопатка наработала не менее 14676 ч. Требовался статистический и фрактографический анализ закономерности появления и развития усталостных трещин в лопатках III ступени турбины двигателя НК-8-2у. [c.615] Зона зарождения трещин в лопатках обоих двигателей отвечает зоне наибольшей термической напряженности пера лопатки и смещена относительно расчетно11 зоны наибольших рабочих напряжений, действующих в пере лопатки. [c.618] Такой же вывод следует и из анализа распределения случаев возникновения трещин в лопатках по наработке. Наибольшее число случаев удовлетворяет нормальному закону распределения, но лопатки, наработка которых превышает 60 % от назначенного им ресурса, явно выходят за рамки распределения по наработке остальных лопаток. Имеет место только два случая разрушения лопаток (из 48 всех случаев возникновения трещин), когда их наработка существенно превысила наработку всех остальных лопаток — 12006 и не менее 14676 ч. Такая ситуация не может быть отнесена к особенностям повреждения материала лопаток. В лопатке с максимальной наработкой не было выявлено признаков нерекристаллизованных зерен, поэтому возникновение в ней первоначальной межзеренной трещины из-за длительного статического разрушения обусловлено естественной утратой лопаткой своего ресурса. Поэтому две лопатки с максимальной наработкой в эксплуатации, существенно отличающихся от всех остальных лопаток, следует относить к другому распределению. Они характеризуют рассеяние непосредственно лопаток без повреждений в тех условиях эксплуатации, в которых начинается исчерпание долговечности лопаток по критерию длительной статической прочности. Это подтверждается и сечением разрушения последней лопатки с максимальной наработкой. Расстояние от основания лопатки до плоскости разрушения составило 148 мм, что находится в середине диапазона (121 177)/2 = 149 мм для всех лопаток с трещинами. [c.618] От зоны межзеренного разрушения материала лопатки с наибольшей наработкой началось внут-ризеренное усталостное разрушение, которое продолжалось до момента достижения треш иной в срединных слоях материала длины около 35 мм, начиная от выходной кромки практически одинаково для обеих лопаток. Длина треш ины по поверхности пера лопатки с максимальной наработкой составляла со стороны спинки около 31,5 мм, а со стороны корыта — около 33,5 мм. Далее произошел долом лопатки. Закономерности разрушения лопаток с разной наработкой указывали на их статистически подобное нагружение к моменту долома (окончательного разрушения). Обрывы лопаток в полете происходили при достижении длины трещины чуть более 30 мм на относительной длине расположения треш ины 140-150 мм, что близко к сечению разрушения исследованных лопаток с максимальной наработкой. [c.619] Развитие усталостной треш ины в лопатках шло с формированием на поверхности излома усталостных линий, отвечающих положению фронта трещины при каждой фиксированной ее длине. Около зоны статического разрушения материала лопатки эти линии видны при помощи бинокулярного микроскопа, а при длине трещины более 13 мм невооруженным глазом. Форма усталостных линий говорит, что усталостная трещина на всех этапах развития со стороны корыта пера была длиннее, чем со стороны спинки. [c.619] Вернуться к основной статье