Усталость рабочих лопаток

В зависимости от вида нагрузки, прикладываемой к исследуемому объекту, следует выделить три основных варианта стендов первый предназначен для исследования термической стойкости и термической усталости охлаждаемых и неохлаждаемых турбинных лопаток, а также различных образцов из металлокерамических, литых и деформируемых материалов при температурах потока, не превышающих 1700° С второй (система II) предназначен для исследования термической усталости рабочих лопаток и их моделей при переменных тепловых и механических статических нагружениях третий (система I) предназначен для исследования термической усталости рабочих лопаток и их моделей (или образцов) при переменных тепловом и механическом вибрационном нагружениях. [c.188]

Оценка сопротивления усталости рабочих лопаток турбин производится на основе экспериментальных данных о величинах возникающих в них переменных напряжений и пределов выносливости лопаток при лабораторных испытаниях [13]. [c.83]

УСТАЛОСТЬ РАБОЧИХ ЛОПАТОК [c.428]

Явление усталости рабочих лопаток [c.428]

КОРРОЗИОННАЯ УСТАЛОСТЬ РАБОЧИХ ЛОПАТОК [c.445]

Меры предупреждения коррозионной усталости рабочих лопаток [c.453]

Оптимизация конструкции рабочих лопаток. Сопротивление коррозионной усталости рабочих лопаток, прежде всего, зависит от их нагру-женности постоянными и переменными усилиями. Важным фактором является также частота пусков, при которых лопатки одновременно проходят через резонансные зоны и через линию фазового перехода с подсушкой и соответственно концентрированием агрессивных примесей. Главной мерой борьбы в таких условиях является исключение резонанса, достигаемое мерами, рассмотренными выше. [c.454]

Коррозионная усталость хвостовиков. Она возникает по тем же причинам, что и коррозионная усталость рабочих лопаток из-за совместно протекающих процессов язвенной коррозии и описанной выше усталости. При этом следует иметь в виду, что зазоры в хвостовых соединениях способствуют скоплению в них как агрессивных растворов высокой концентрации из-за их выпаривания, так и твердых отложений, в порах которых концентрируются агрессивные вещества. Эти твердые отложения практически невозможно удалить промывкой. Поэтому, в отличие от поверхностей рабочих частей лопаток, с которых отложения периодически удаляются, постоянно протекающие процессы язвенной коррозии снижают прочность хвостовых соединений. [c.472]

На рис. 3.28 приведены кривые малоцикловой усталости рабочих лопаток, полученные на газодинамических стендах по различным методикам [75, 102]. Можно отметить при это М удовлетворительное соответствие данных натурных испытаний лопаток и клиновидных образцов. [c.161]

Методы исследования усталости рабочих лопаток турбин и компрессоров ГТД. Ввиду большого разнообразия конструкционных элементов и невозможности из-за малого объема дать подробный анализ методов их усталостных испытаний, более подробно остановимся на усталостных испытаниях рабочих лопаток ГТД, весьма ответственных и конструкционно сложных элементов, испытывающих большое число воздействующих эксплуатационных факторов. Развитие ГТД, повышение степени сжатия и температуры заставляет более глубоко изучать прочностные свойства рабочих лопаток в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным. [c.300]

Анализ зарубежных публикаций [163] показывает, чтб одной из наиболее распространенных причин повреждения рабочих лопаток паровых турбин является коррозия из-за повышенной концентрации коррозионно-активных загрязнений. Коррозионным повреждениям в виде общей коррозии, язвенной коррозии, коррозии под напряжением и коррозионной усталости подвержены все лопаточные стали, в том числе и нержавеющие. [c.283]

При подборе материалов для лопаток паровых турбин (при условии их удачной конструкции) не возникает проблем. Рабочая часть лопатки представляет собой в сечении криволинейный изогнутый продольно профиль, имеющий длину от 10 до 1800 мм. Как закрепленные, так и вращающиеся лопатки должны сопротивляться напряжениям, возникающим под действием пара, а вращающимся лопаткам сообщается также напряжение из-за действия центробежных сил. Нагрузка, действующая на вращающиеся лопатки со стороны пара при прохождении их через стационарные лопатки, оказывает влияние на величину возникающих циклических изгибающих напряжений, которые достигают максимума при совпадении их частоты с основной или гармонической частотой вибрации лопатки. Если это произойдет, резонансная вибрация вызывает напряжения, превышающие предел устойчивости материала, предусмотренный при изготовлении лопатки. Поэтому сопротивление усталости турбинных лопаток является такой важной характеристикой при расчетах. Если ограничения, накладываемые аэродинамикой на величину сечения, делают невозможным достижение достаточно высокой частоты для конструкции с простой лопаткой, то лопатки необходимо закреплять вместе группами. В американских конструкциях большие лопатки турбин промежуточного давления собирались в группы посредством выточек, которые стыковались с соответствующими выточками соседних лопаток и соединялись сваркой. В Великобритании большие лопатки обычно собирались в группы и сшивались проволокой. В местах, где проволока проходит через выточки, вы-штампованные и проточенные в лопатках, лопатки спаивают твердым припоем. Более маленькие лопатки соединяют на наружном ободе, изготовленном из полосового материала с отверстиями, в которых заклепывают верхние лопатки. [c.224]

Учитывая все эти обстоятельства, рекомендуется обработку поверхности лопаток из сталей с < 75 кГ/мм из условия обеспечения вибрационной прочности производить не ниже 7-го класса чистоты. При обработке рабочих лопаток последней ступени мощных конденсационных турбин и им аналогичных по уровню напряжений, изготовляемых из сплавов с более высоким пределом прочности и работающих в весьма напряженных условиях, их поверхность должна соответствовать, несмотря на отсутствие такой необходимости с точки зрения аэродинамики, 8-му классу чистоты. Для этих лопаток даже небольшое снижение предела усталости из-за шероховатости поверхности может оказать большое влияние на их надежность в работе. [c.127]

Таким образом, материал рабочих лопаток турбин должен надежно сопротивляться коррозии и окислению или для его защиты должно существовать надежное покрытие. Требуются достаточно высокие сопротивления усталости и ползучести, активному растяжению (предел прочности), вязкость. В настоящее время необходимы и хорошие литейные свойства. Возможность локальной обработки резанием к числу обязательных требований не относится, поскольку ее задачи успешно решают посредством шлифования, электрохимического или электроэрозионного воздействия. [c.62]

Для рабочих лопаток ЦВД и недлинных (менее 350 мм) лопаток ЦСД применяют удобные накладные ленточные бандажи, объединяющие в пакет 6—14 лопаток. Полного объединения всех лопаток в один пакет стараются не делать, так как при этом затрудняются тепловые деформации бандажа относительно лопаток, которые могут менять свою температуру в процессе эксплуатации по-разному. В результате в бандаже могут появиться трещины малоцикловой усталости. [c.69]

Для рабочих лопаток турбин характерно асимметричное нагружение, при котором переменные вибрационные напряжения сравнительно небольшой амплитуды реализуются на фоне достаточно высоких средних напряжений вызванных вращением и изгибом от аэродинамической нагрузки (см. рис. 16.10). Отношение минимальных напряжений к максимальным (рис. 16.14) в цикле нагружения называется коэффициентом асимметрии цикла R . В частности, для симметричного цикла Rg = -1 и именно этим определяется обозначение предела усталости a j. Нагружение рабочих лопаток турбин характеризуется положительной асимметрией цикла, которая снижает сопротивление усталости, Влияние асимметрии устанавливается для каждого материала экспериментально и представляется в виде диаграммы предельных амплитуд цикла (рис. 16.15), по оси абсцисс которой откладывают среднее напряжение, а по оси ординат — амплитуду напряжений Од. Сама кривая является геометрическим местом точек заданной 1 усталостной долговечности. В частности, для случая отсутствия разрушения кривая будет проходить через точки Од = и , [c.437]

Разрушение рабочих лопаток первой группы от усталости чаще всего связано с возникновением резонанса, на работу в условиях которого не рассчитывалась лопатка. Это возникает в следующих случаях. [c.444]

Разрушение рабочих лопаток второй группы (высокочастотных) от усталости связано либо с увеличением возмущающих сил выше расчетных, либо со снижением демпфирования. Увеличение возмущающих сил происходит [c.445]

Таким образом, главным внешним признаком коррозионной усталости является возникновение и развитие трещины, идущей от язвы. Однако отсутствие язв при усталостном разрушении еще не означает отсутствие влияния коррозионных эффектов. Это является одной из причин занижения числа повреждений рабочих лопаток от коррозионной усталости. В частности, даже в чистой воде снижаются усталостные характеристики материала, хотя при этом язвы не образуются. [c.445]

Разрушение рабочих лопаток от коррозионной усталости [c.446]

Многоцикловая усталость. Справедливость мнения, что турбины подвержены действию многоцикловой усталости, впервые была признана в начале 20-х гг. Многоцикловая усталость рабочих лопаток и деталей камеры сгорания неизменно сопряжена с резонансными колебаниями. Поэтому первая задача конструкторов — определение собственной частоты колебания различных деталей, в первую очередь рабочих лопаток и камеры сгорания. Вторая задача— определить возбудители колебаний, подавить их и затем рассчитать результирующие напряжения. Поскольку форма деталей камеры сгорания и рабочих лопаток сложна, расчет частоты колебаний не так-то прост. Чтобы рассчитать частоту и моду колебаний, а затем и величину локальных напряжений, приходящихся на единичный подавитель и единичный возбудитель колебаний в лопатках, применяют компьютерную программу, в основу которой положена теория сложного пучка или метод анализа конечных элементов. Помимо сведений, необходимых для расчета температуры, конструктору нужны сведения о плотности, модуле Юнга и коэффициенте Пуассона материала. В некоторых конструкциях колебания настолько серьезны, что требуется расчет специальных подавляющих устройств. В качестве таковых используют механические приспособления в виде различного вида упоров распирающих комельные части соседних лопаток, установленных на диске данной ступени. Эффективность подобных устройств оценивают посредством испытаний. В паровых турбинах возбуждение колебаний на каждом обороте ротора может быть очень значительным при впуске пара не по всей окружности турбины. В крупных па- [c.73]

Обойменная конструкция цилиндра имеет ряд преимуществ. Большое кольцевое пространство между гребнями соседних обойм создает удобные камеры для отбора пара. При отсутствии обойм возникает необходимость в создании камеры отбора, поскольку близкое размещение ступеней к патрубку отбора создает окружную неравномерность потока между ступенями и приводит к вибрации и усталости рабочих лопаток. Создание камеры отбора повлечет, с одной стороны, увеличение длины турбины, а с другой — снижение экономичности из-за потерь с выходной скоростью в ступени, расположенной перед отбором. [c.91]

Рис. 3,25. Принципиальная схема газодинамического стенда для исследочания малоцикловой усталости рабочих лопаток при неизотермическом нагружении

Рассмотрим несколько схем машин для испытания на усталость рабочих лопаток ГТД. В машине для испытания лопаток турбины (или консольных образцов) на усталость с электромагнитным возбуждением колебаний (рис. 11.5.9, а) в зажиме 1 на массивной станине укреплена балка 2 с грузом 3 на свободном конце. В грузе 3 смонтирован захват 4 для зажима корня испытуемой лопатки 5. В грузе смонтирован также якорь электромагнитного возбудителя 6. Изменяя вылет балки и массу 1руза J, можно устанавливать необходимую частоту собственных колебаний этой системы. Обычно машины настраивают так, чтобы частота колебаний балки совпадала с собственной частотой поперечных колебаний испытуемой балки. По этой схеме построены, например, машины типов Турбо-4 и Турбо-5 . [c.300]

Обойменная конструкция цилиндра имеет ряд преимуществ. Большое кольцевое пространство между гребнями соседних обойм часто служит для отбора пара. При отсутствии обойм возникает необходимость в создании камеры отбора, поскольку близкое размещение ступеней к патрубку отбора вызывает окружную неравномерность потока между ступенями и приводит к вибрации и усталости рабочих лопаток. Создание камеры отбора при без-обойменной конструкции повлечет, с одной стороны, увеличение длины турбины, а с другой — снижение экономичности из-за потерь с выходной скоростью в ступени, расположенной перед отбором. Установка обойм упрощает сборку и монтаж турбины, поэтому они часто используются и в цилиндрах, где отборы отсутствуют. Обоймы оказывают экранирующее действие по отношению к корпусу турбины. Быстрые изменения температуры в проточной части турбины, возникающие при резких изменениях режима, не передаются столь быстро на внутреннюю поверхность корпуса, что повышает маневренность турбины. [c.290]

В 1967—1968 гг. на ряде элсхтростанций произошли поломки рабочих лопаток ступени одной из крупных турбин. Все поломки имели усталостный характер. В некоторых случаях в изломе четко обнаруживалась линия фронта усталости. Представлялось необходимым определить форму колебаний, при которой произошли указанные полом.ки, н принять меры для новышсния надежности лопаточного аппарата. Лопатки аварийной ступени были изготовлены из стали 1X13, выполнены с постоянным сечением по высоте и снабжены ленточным бандажом. Высота рабочей лоиатки этой ступени 154 мм, ширина лонатки 30 мм, средний диаметр 1782 мм. Максимальное напряжение при изгибе лопаток от парового потока составляло 256-10 Н/м , суммарное статическое напряжение для них невелико и составляло 1400 X Х10 5 Н/м , Число сопловых лопаток было 98. Поломки значительной части рабочих лопаток произошли у их оснований через различное число часов работы от 900 до 5700. Кроме поломок лопаток было обнаружено много трещин и поломок бандажей, также имевших усталостный характер. В связи с изложенным было предпринято вибрационное обследование лопаточного аппарата этой ступени на 12 идентичных дисках различных турбин. [c.202]

Профильная часть этих лопаток не требует дополнительной обработки, так как поверхность светлокатаного профиля имеет высокую чистоту обработки и выполняется с большой точностью. Недостатком рабочих лопаток светлокатаного профиля является относительная слабость их хвостового соединения, в связи с чем их обычно применяют для относительно легких лопаток. Вторым существенным недостатком этих лопаток является значительное снижение предела усталости, вызванное концентрацией напряжений и контактной коррозией, развиваю- [c.33]

Усталостная модель Коффина-Менсона и метод универсальных наклонов, разработанный Менсоном, в большей мере относились к высокопластичным материалам малой прочности. Суперсплавы для рабочих лопаток — высокопрочные и малопластичные - служат п и высоких температурах и под воздействием термомеханических нагрузок. Подвергаясь к тому же воздействию химически агрессивных сред, они должны сопротивляться ползучести и усталости. В таких условиях слепо следовать упомянутым моделям для прогнозирования усталостной долговечности не рекомендуется. Надо опираться на реальные, достоверные данные испытаний на малоцикловую усталость. [c.69]

К счастью, появились работы Остергрена [14], Рассела [15] и других авторов, сделавшие серьезные шаги к корреляции усталостных испытаний (при одноосном нагружении и неизменной температуре) с рабочим циклом для реальной и идеализированной детали двигателя. В поисках такой корреляции исследовали различные варианты температурной зависимости напряжения или деформации при этом измеряли амплитуды полной деформации, максимальное напряжение, напряжение, соответствующее стационарному режиму работы двигателя, время действия стационарного режима, температуры, соответствующие максимальной деформации, максимальную температуру и другие характеристики. Были предложены корреляционные подходы, однако все их пропагандисты в один голос предостерегают от непродуманного применения этих подходов. Корреляция была вполне удовлетворительной для определенных у 4астков рабочих лопаток и определенных циклов работы двигателя. Но удовлетворительность зависела от того, насколько верно был идентифицирован микромеханизм усталости данного сплава при данных характеристиках рабочего цикла. Действительно, состояние прогнозирования длительности периода до возникновения трещин малоцикловой усталости в рабочих лопатках таково, что значительное улучшение точности прогноза по-прежнему может быть достигнуто только путем моделирования фактической локальной деформации детали и температурной картины на лабораторном образце, геометрия которого аналогична геометрии рассматриваемой детали. [c.72]

Аналогичные процессы зарождения и развития трещины происходят при циклическом нагружении и в рабочих лопатках, однако, их условия работы даже при одинаковых напряжениях будут значительно отличаться от условий работы образцов они отличаются и размерами, и формой, и характером изменения напряжений по толщине и т.д. Поэтому простое использование результатов испытаний образцов для оценки надежности рабочих лопаток затруднительно. На этапе проектирования выход из создавшегося положения состоит в том, что в конструкции допускаются напряжения такие, чтобы материал работал при напряжениях ниже предела усталости с определенным запасом, и трещина не могла бы возникнуть. Тем не менее, опыт многочисленных поломок рабочих лопаток свидетельст- [c.438]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...