ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Условия работы высокотемпературных деталей ГТУ и их повреждения при длительной эксплуатации и стендовых испытаниях из "Материалы и прочность деталей газовых турбин " Современные ГТУ отличаются разнообразием конструкций и типов (открытого и закрытого циклов), рабочих тел (работающих за счет сжигания топлива или за счет внепгаего источника теплоты, например теплоты уходящих газов, получаемых в производственных процессах и т.д.) и назначений (стационарные, транспортные, авиационные, судовые). Атомные ГТУ закрытого цикла в качестве рабочего тела, нагреваемого в реакторе, используют воздух, азот, гелий и углекислый газ. За последние годы в России введено в эксплуатацию большое число ГТУ, служащих для привода нагнетателей компрессорных станций магистральных газопроводов и для покрытия пиков электрических нагрузок. Некоторые из них имеют наработку, достигшую 60 ООО ч и более. [c.8] Напряженность основных деталей ГТУ разного назначения определяется конструктивными их различиями и спецификой условий эксплуатации. Особенности конструкций авиационных и транспортных ГТД вызваны высокими требованиями как к их характеристикам по массе и габаритам, так и экономичности. Для стационарных же турбин доминирующим требованием является экономичность. Особенностью конструкций стационарных ГТД с температурой газа выше 820 С является введение охлаждения лопаточного аппарата турбины. [c.8] Широкое применение получили авиационные двигатели промышленных вариантов, конвертирование которых позволяет получить ГТУ с высокой экономичностью. [c.8] При изготовлении судовых газотурбогенераторов [7] высокой экономичности добиваются без охлаждения лопаточного аппарата, что частично связано с ограничением ресурса при номинальной и превышающей ее нагрузках. Некоторые из них имеют наработку, достигшую 40 тыс. ч и более. [c.8] Большинство современных ГТУ за срок службы претерпевает большое число сравнительно быстрых пусков, работает на переменных режимах, что обусловливает специальные требования. [c.8] К числу связанных с условиями эксплуатации параметров, влияющих на выбор материала, следует отнести рабочую температуру деталей, степень ее неравномерности, вид и состав топлива, степень маневренности установки. Вы р температуры газа определяется в значительной степени тем, используется ли ГТУ как базовая, пиковая или резервная. [c.9] Для стационарных, судовых и транспортных ГТУ применяют различные топлива, отличающиеся содержанием примесей, отрицательно влияющих на сопротивление материалов коррозии. Помимо основных компонентов топлива, входящих в продукты сгорания (табл. 1.1), в проточную часть ГТУ могут попадать сажистый углерод, образующийся при неполном сгорании топлива примеси, содержащиеся в грунтовых водах, иногда попадающие в емкости для хранения топлива или сжигаемые вместе с содержащим их природным газом соли морской воды из брызг, засасываемых в компрессор вместе с воздухом в судовых ГТУ песок, попадающий с воздухом, в том числе во время песчаных бурь, и т.д. [c.9] В настоящее время в России и за рубежом накоплен значительный опыт эксплуатации авиационных, транспортных и стационарных ГТУ, детали котбрых изготавливали из разли ных материалов. [c.9] И все неравномерности температуры по окружности и высоте канала проточной части. Так, на направляющих лопатках ступени I турбин высокого давления (ТВД) ГТ-750-100 производственного объединения турбостроения Ленинградский металлический завод (ПО ЛМЗ) из сплава ЖС6К наблюдались интенсивные коррозионные повреждения (язвенная коррозия) способствовавшие образованию на выходных кромках термоусталостных трещин [9, 10]. [c.12] Кромки охлаждаемых лопаток практически не охлаждаются, однако, поскольку в них, на растягивающие напряжения от центробежных сил накладываются значительные температурные напряжения сжатия, суммарные напряжения оказываются близкими к нулю. Средняя же зона таких лопаток имеет более низкую температуру, в то время как температурные напряжения там сравнительно малы (порядка КХ-ЗО МПа). [c.13] Замковая часть лопатки (елочный или Т-образный хвост) имеет значительные концентраторы напряжений каждый зуб подвергается действию напряжений среза, смятия и изгиба. Большое влияние на распределение напряжений по зубцам оказывает точность их изготовления (принятые допуски). Помимо статических напряжений в лопатках имеют место вибрационные напряжения, под воздействием которых и происходит большинство поломок лопаток - усталостных разрушений. Это связано с тем, что уровень динамических напряжений в лопатках проектируемой турбины, как правило, неизвестен (соответствующие методы расчета отсутствуют). Колебания лопаток могут иметь сравнительно большие амплитуды, когда частота, отвечающая какой-либо главной форме свободных колебаний лопаток, совпадает с частотой возмущающей силы, кратной числу оборотов, т.е. имеет место резонанс. [c.13] Применяя материалы с высоким пределом усталости или используя для той же цели ту или иную упрочняющую обработку, можно повысить допустимый уровень вибронапряжений. Некоторого снижения уровня вибронапряжений можно достичь также вы ром материалов с высокой демпфирующей способностью (высоким декрементом колебаний), которая существенно зависит от химического состава наибольшим декрементом колебаний обладают хромистые стали (см. 1.3), наименьшим - аустенит-ные. Не следует, однако) переоценивать роль демпфирования в материале по сравнению с конструкционным и аэродинамическим демпфированием. [c.14] Повреждение рабочих лопаток турбины является наиболее часто встречающимся видом разрушения высокотемпературных деталей ГТУ. Причинами поломок лопаток являются попавшие в проточную часть инородные частицы, повышенный уровень вибрационных напряжений, высокие циклически действующие температурные напряжения, значительная коррозия, меняющая напряженное состояние материала, эксцентриситет центра масс при изготовлении лопаток и, наконец, перегревы, в условиях которых металл лопаток обладает недостаточной жаропрочностью. [c.14] Рассмотрим некоторые примеры разрушения рабочих лопаток при испытаниях ГТУ в стендовых условиях и в эксплуатации. [c.14] Статистика повреждений показывает, что лопатки часто повреждаются в результате ударов посторонними предметами и обломками поврежденных деталей. В большинстве случаев это приводит к образованию зазубрин, вмятин и царапин, действующих как надрезы, вызывающие концентрацию напряжений и тем самым уменьшающие сопротивление усталости. [c.14] Высокая концентрация напряжений в Т-образном хвосте лопаток из сплава ЭИ612 вызвала образование в нем трещин (рис. 1.5) в процессе длительной эксплуатации по причине низкой длительной пластичности материала заготовок, его чувствительности к надрезу и высокой релаксационной стойкости стали при рабочей температуре. [c.16] Опыт эксплуатации 134 ГТУ фирмы Дженерал электрик (США) в течение свыше 20 ООО ч показал, что ббльшая часть поломок в машине происходит вследствие причин, связанных с работоспособностью материала. Так, например, из 15 поломок лопаток ступени I из сплава нимоник 80 пять произошли по причине выкрашивания материала с поверхности пера из-за неравномерности старения при рабочих температурах (недостаточной стабильности структуры), а 10 - от термической усталости. Высокие напряжения сжатия в лопатках (из-за разницы в скоростях изменения температуры на центральной и внешней частях лопаток) при наличии незначительных царапин на входных кромках приводили к образованию трещин. [c.16] Вернуться к основной статье