ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Требования, предъявляемые к материалам деталей ГТУ из "Материалы и прочность деталей газовых турбин " Анализ напряженного состояния деталей ГТУ и условий их эксплуатации позволяет выявить комплекс необходимых требований к материалу этих деталей. [c.35] Известно, что наилучшая работоспособность нагруженных деталей обеспечивается при сочетании высоких пределов текучести, длительной прочности и высокой деформационной способности (пластичности) материала. Однако в большинстве случаев такое сочетание прочностных и пластических свойств не может быть достигнуто. В связи с этим в каждом конкретном случае должен быть установлен минимально допустимый уровень пластичности, гарантирующий надежную работу детали в машине. К сожалению, вопрос о значениях минимально допустимых уровней пластичности все еще является дискуссионным. Преимуществами для обеспечения высокой работоспособности деталей обладают те материалы, которые имеют наибольшую долговечность на стадии развития трещин, т.е. имеют более высокие характеристики трещиностойкости. [c.35] Для обеспечения надежной работы полотна диска материал должен противостоять действию теплосмен, т.е. обладать определенной термостойкостью. Значения его длительной прочности и сопротивления ползучести должны быть такими, чтобы не допустить разрушений диска и появления чрезмерной вытяжки. Требование к длительной пластичности вызвано необходимостью обеспечения работоспособности диска вблизи концентраторов напряжений (отверстий, галтелей), расположенных в нагретой части полотна диска. К дискам, изготовленным из перлитных сталей, предъявляется также требование повышенной стойкости против хрупких разрушений. [c.36] Для дисков турбин с длительным сроком службы важным требованием является стабильность структуры и свойств материала во всем интервале рабочих температур. Разупрочнение материала может привести к возникновению в диске таких пластических деформаций, которые, изменив его напряженное состояние, приведут к заметному снижению работоспособности. Дополнительные выделения упрочняющей фазы могут привести к уменьшению объема материала (отрицательной ползучести), в результате чего напряжения в диске перераспределятся (в некоторых местах возрастают). [c.36] К материалу диска иногда предъявляются также требования по его релаксационной стойкости. Эти требования зависят от условий работы. Низкая релаксационная стойкость металла может вызвать появление остаточных де( юрмаций даже при напряжениях, меньших предела упругости, которые при многократных пусках, характерных для транспортных и авиационных ГТД, могут вызвать термоусталостное разрушение диска. В этом случае желательно, чтобы материал имел высокий уровень релаксационной стойкости. В дисках стационарных турбин, во время эксплуатации которых имеют место лишь единичные пуски и остановы, снижение уровня температурных напряжений в процессе релаксации приводит к повышению работоспособности. Следовательно, в этом случае желательно, чтсЛы сопротивление релаксации было пониженным. [c.36] Для многорежимных ГТУ требования по жаропрочности, термостойкости, сопротивлению ползучести, релаксационной стойкости зависят от характера изменений температуры и напряжений во время работы. [c.37] При выборе той или иной марки сплава для дисков конструктор вынужден учитывать их технологичность и стоимость. [c.37] В тех случаях, когда на освоение технологии изготовления дисков из специального сплава требуются длительное время и большие затраты, вопрос о целесообразности его применения должен решаться в зависимости от предполагаемой серийности изготовления проектируемой ГТУ. [c.37] Для дисков турбин ГТУ разного назначения перечисленные выше требования к материалу не могут быть сформулированы в виде перечня конкретных значений пределов текучести, ползучести, длительной прочности, пластичности, сопротивления термической и механической усталости, релаксации, склонности к хрупким разрушениям, количеству и размерам допустимых металлургических дефектов критическим значениям коэффициента интенсивности напряжений при циклическом нагружении и т.д. Тем не менее в настоящее время установились некоторые представления о механических свойствах, которыми должны обладать разрабатываемые материалы дисков ГТУ различных типов. [c.37] В последние годы для изготовления высоконагруженных дисков, работающих при высоких температурах, применяют технологию горячего изостатического прессования (ГИП) порошков труднодеформируемых материалов. Качество порошков, их чистота от примесей, состав защитной атмосферы, режимы прессования и термической обработки дисков после прессования должны обеспечивать, с одной стороны, получение свойств материала дисков на уровне свойств образцов из деформированного сплава того же состава, а с другой - отсутствие дефектов, способных вызывать разрушение. [c.37] Направляющие лопатки. Материал направляющих лопаток (так же как и рабочих) должен иметь следующие характеристики жаростойкость, термостойкость в условиях резких изменений температуры, соответствующих изменению температуры газа, которое наблюдается при пусках, остановах и изменениях режима работы ГТУ длительная прочность сопротивление ползучести, обеспечивающее их работоспособность при рабочих напряжениях в течение всего срока службы при температурах, иногда существенно превышающих среднюю температуру газа (в связи с ее неравномерностью по окружности). [c.38] Крепеж. Для соединения между собой различных деталей турбин, работающих при высоких температурах, применяют болты и шпильки, изготовляемые из высокопрочных и жаропрочных сплавов. Так, например, в некоторых конструкциях турбинные диски соединяются между собой стяжными болтами, направляющие аппараты крепятся к статору также с помощью болтов и т.д. Крепежные детали в процессе эксплуатации испытывают действие переменных температур и нагрузок. Для обеспечения работоспособности крепежных деталей их материал должен иметь 1) релаксационную стойкость (для сохранения необходимого натяга в соединении) 2) структурную стабильность во время эксплуатации (исключающую как разупрочнение материала, так и упрочнение, которое сопровождается уменьшением объема, способным в ряде случаев вызывать значительные увеличения натяга) 3) длительную прочность (для обеспечения необходимого запаса прочности) 4) нечувствительность к надрезу и высокую длительную пластичность, предупреждающие разрушение по резьбе способность противостоять повторным нагрузкам (при повторных подтягах) сопротивление вибрационным нагрузкам. [c.39] Регенераторы. Главным требованием к материалам регенераторов является требование технологичности, обеспечивающей возможность прокатки тонких листов и тонкостенных труб, свариваемости и штампуемости. Материалы элементов регенераторов должны обладать высокой коррозионной стойкостью в условиях рабочих и стояночных режимов в среде воздуха и продуктов сгорания топлива. Материал регенераторов ГТУ, работающих на сернистых топливах и особенно топливах, содержащих ванадий, должен противостоять. сернистой и ванадиевой коррозии. Металл регенератора и его сварные соединения должны обладать термостойкостью. Это требование вытекает из наличия в регенераторе градиентов температур, меняющихся во времени (прл пусках и остановах турбины и изменениях режимов ее работы). Поскольку на экономичность ГТУ существенное влияние оказывает плотность регенератора, то материал его элементов в процессе эксплуатации должен сопротивляться действию различных факторов, вызывающих образование несплошностей (трещин, язв и т.д.). Такие не-сплошности могут возникать, например, если металл склонен к МКК (регенераторы, работающие в морских условиях), или если металл сварных соединений склонен к локальным разрушениям (по околошовной зоне), или если металл обладает низким сопротивлением вибрационным нагрузкам, возникающим при недостаточно жестких конструкциях. [c.39] Лопатки компрессоров. На лопатки как осевых, так и центробежных компрессоров обычно действуют значительные вибрационные нагрузки. В связи с этим основными требованиями являются высокая усталостная прочность материала и его способность к демпфированию колебаний. Поскольку в компрессорах конструкционное демпфирование играет сравнительно меньшую роль по сравнению с аэродинамическим, а иногда и демпфированием в материале, то выбор материала лопаток и режима его термообработки проводят с учетом требования получения декремента затухания максимально возможного значения. Следует иметь в виду, что логарифмический декремент затухания колебаний у широко применяемых для лопаток хромистых сталей с повышением температуры, уровня вибрационных и растягивающих напряжений увеличивается. Тем не менее вибрационные напряжения в рабочих лопатках иногда достигают 200 МПа. Так, повреждения от ударов посторонним предметом или коррозионные повреждения (коррозионное растрескивание) являются концентраторами, резко снижающими усталостную прочность лопаток. Поэтому используются все меры, позволяющие повысить предел усталости, в частности соответствующая обработка поверхности. Требования коррозионной стойкости материала и его сопротивления коррозионной усталости являются особенно важными для компрессоров газовых турбин, работающих в морских условиях. Материал компрессорных лопаток, работающих на загрязненном воздухе, должен противостоять эрозии. В противном случае сопротивление эрозии должно обеспечиваться применением специальных покрытий. Под действием центробежных сил в лопатках возникают растягивающие напряжения, поэтому материал должен также обладать определенным уровнем прочностных свойств при рабочих температурах. Особенно существенным становится это требование для высокооборотных компрессоров. В компрессорах с большими степенями сжатия температура лопаток может достигать уровня, при котором необходимо учитывать изменение характеристик материала во времени, в частности сопротивление ползучести. [c.40] При работе турбин в условиях холодного наружного воздуха материал лопаток компрессора первых ступеней должен обеспечивать их работоспособность при температурах ниже О С. Отсюда вытекает специфическое требование к материалу в отношении его сопротивления хрупким разрушениям, которое связано с возможным действием на лопатки во время эксплуатации ударных нагрузок разного происхождения (например, от попадания посторонних предметов средних размеров, не задержанных фильтрами). Поэтому материал лопаток первых ступеней компрессоров таких ГТУ должен иметь по возможности низкую переходную температуру хрупкости. [c.40] Вернуться к основной статье