Разрушение лопаток

Рис. 207. Внешний вид разрушенных лопаток ГТД (наработка 381 ч)

Лопатки газовой турбины, работая при высокой темпе-ратуре и находясь под действием центробежных нагрузок, непрерывно удлиняются. Это удлинение может привес к разрушению лопаток или опасному задеванию их за [c.39]

Помимо того, оказалось, что при повышении усталостной прочности лопатки в районе бобышек ее разрушение происходило с некоторым опережением по полке, а далее в районе бобышек или этот процесс развивался одновременно. То есть изменение геометрии изменило напряженность лопатки, и ее разрушение происходило при большей наработке, но с другими закономерностями. Возникновение трещин но двум сечениям лопатки приводило к тому, что в результате разрушения по двум сечениям почти вся отделившаяся лопатка попадала в воздушный тракт двигате-пя. При своем движении в проточной части двигателя она создавала предпосылки для последующего механического повреждения остальных лопаток, что инициировало усталостное разрушения лопаток более высоких ступеней компрессора двигателя. Ранее имевшие место случаи разрушения лопаток по основанию у цапфы или у наружной полки не вызывали отделения всей лопатки, если не происходило отделения части лопатки по сложной траектории с возвращением к кромке лопатки, у которой она стартовала. В конечном итоге разрушение лопатки по двум сечениям приводило к отказу двигателя в полете, и такой вид дефекта уже стал опасным для работы двигателя. [c.575]

Рис. 11.9. Общий вид (а) состояния двигателя Д-18 без обтекателя с разрушенными лопатками, (6) зона разрушенных лопаток и (в) схема состояния лопаток по колесу вентилятора около разрушенных лопаток. Внизу на схеме дано значение частот собственных колебаний лопаток (йр и расстояние Аа, на которое они переместились в эксплуатации

Приведенные результаты оценок длительности процесса роста трещины, общей длительности зарождения и роста трещины, сопоставления оценок нагруженности лопаток в сечении разрушения с уровнем эквивалентного напряжения показывают, что анализируемое разрушение было реализовано в нормальных условиях эксплуатации двигателя. Разрушение лопаток имело характер МЦУ, [c.587]

На начальном этапе эксплуатации двигателей НК-8-2у имело место их воспламенение в полете и на земле из-за разрушения лопаток различных ступеней компрессора высокого давления (КВД). Так, например, при выполнении взлета из а/п Домодедово самолета Ил-62М № 86499 экипаж обнаружил падение оборотов роторов и срабатывание сигнализации "Пожар во 2-й мотогондоле". Эки- [c.590]

Наиболее типичным в этом отношении было разрушение лопаток VII ступени КВД. [c.591]

Так, например, 24.04.95 г. во время захода на посадку самолета Ту-134 № 65087 при входе в глиссаду раздался резкий хлопок, и произошло падение оборотов левого двигателя. Экипаж выключил двигатель и благополучно совершил посадку с одним работающим двигателем. Инцидент произошел при снижении до высоты 500 м. При осмотре на земле обнаружено разрушение лопаток IV ступени "НА" КНД и повреждение лопаток КВД. Двигатель был снят с самолета. В результате изучения технического состояния двигателя было установлено, что его отказ в полете был обусловлен обрывом по цапфе спрямляющей лопатки направляющего аппарата IV ступени КНД и разрушением лопатки I ступени КВД. На момент отказа двигатель наработал с начала эксплуатации 14893 ч (8582 цикла), в том числе 2696 ч (1306 циклов) после последнего (четвертого) ремонта. Наработка "НА" соответствует наработке двигателя. [c.601]

Разрушение лопаток высоких ступеней компрессора, которые изготовлены из жаростойких или жаропрочных материалов, происходят в пределах существующего ресурса двигателя крайне редко. Они возникают в результате их повреждений of попадания постороннего предмета, от повреждений из-за разрушения лопаток предыдущих ступе- ней компрессора или из-за наличия в материале металлургического или иного дефекта (табл. 11.6). Длительность роста трещины в лопатках составляет от одной до нескольких сотен полетов. Одна из таких ситуаций с повреждением лопатки 10-й ступени КВД, возникшая в двигателе Д-ЗОКУ (№ 1 в табл. 11.6), рассмотрена ниже. [c.607]

Очаг разрушения лопатки располагался у выходной кромки со стороны корыта, тогда как у всех остальных шести лопаток очаги усталостных трещин находились на спинке пера, как и лопатки, представленной на (рис. 11.24а). У сильно окисленной лопатки по месту очага разрушения не было концентраторов напряжения в виде механических повреждений или дефектов обработки, однако вблизи выходной кромки со стороны спинки пера, т. е. с противоположной стороны от очага разрушения, имелись следы пластической деформации материала от воздействия на лопатку постороннего предмета. Аналогичные, но более интенсивные следы пластической деформации материала имели место и у остальных шести разрушенных лопаток, но располагались они со стороны спинки пера в зоне очага усталостной трещины. Такие же следы пластической деформации со стороны спинки имелись и на всех неразрушенных лопатках X ступени КВД. На части лопаток были выявлены начальные усталостные трещины протяженностью до 2 мм, расположенные в тех же зонах, что и трещины у шести указанных лопаток. [c.610]

Лопатки I ступени. В эксплуатации имели место два случая разрушения лопаток по разным причинам применительно к одной и той же ступе- [c.613]

Лопатки III ступени. В эксплуатации имели место случаи появления и развития усталостных трещин в лопатках III ступени двигателей серии НК-4 и НК-8-2у. В некоторых случаях эксплуатационного контроля трещины не были выявлены, и их развитие приводило к разрушению лопаток, что вызывало остановки двигателей в полете и служило инцидентом с ВС. Так, в последнем случае 25.02.2000 г. при наборе высоты самолетом [c.615]

Трещины в лопатках двигателя НК-8-4 зарождались на расстоянии 121-177 мм от подошвы замка, а двигателя НК-8-2у — на расстоянии 1 OS-165 мм. Это могло сказаться в рассеянии наработки лопаток к моменту образования усталостных трещин, с учетом того факта, что период роста усталостной трещины пренебрежимо мал по сравнению с периодом зарождения трещины (менее 10 %). Выполненный анализ показал, что наработка лопаток на момент обнаружения трещин и/или к моменту разрушения лопаток не зависит от места за- [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]

Как было отмечено выше, разрушение лопаток турбин имеет более сложную природу, чем разрушения лопаток компрессора, и может быть рассмотрено с двух точек зрения. Выше для лопаток [c.621]

Такая ситуация сложилась с разрушениями в эксплуатации лопаток II ступени турбины компрессора двигателей ТВ2-117, изготавливаемых из жаропрочного сплава ЭИ-867. В процессе длительной эксплуатации двигателей имело место несколько случаев разрушения лопаток с различной наработкой (табл. 11.7). [c.622]

Существующие наработки лопаток около 10000 ч и указанные выще характеристики процесса разрушения лопаток из-за ползучести при термических циклах нагружения в пределах указанной выше наработки после ремонта позволили утверждать, что потеря длительной статической прочности лопаток была связана с повышенными монтажными напряжениями в сечениях, прилегающих к бандажным полкам лопаток. [c.623]

Разрушение лопаток № 5, 6 было усталостным и произошло в результате высокой вибрационной нагруженности. Высокая циклическая напряженность лопаток была обусловлена износом бандажной полки и наличием трещин на входной кромке пера производственного происхождения. Характерно, что оба сечения разрушения близки между собой и расположены на расстоянии 23 и 29 мм от подошвы замка, где реализуется наименьшая температурная напряженность лопатки, что и обусловливает распространение в ней именно усталостных трещин. [c.623]

Имевшие место случаи разрушения лопаток при разной наработке свидетельствуют о том, что процесс первоначального развития трещин по границам зерен при отсутствии перегрева материала [c.624]

Рассматриваемое разрушение лопаток является смешанным. Даже на начальном этапе развития трещины по границам зерен на нее оказывает влияние вибрационная нагрузка от набегающего газового потока. Особое значение имеет тот факт, что лопатка в этом потоке подвергается скручиванию, создающему сдвиговые напряжения. Они способствуют облегченному разрушению по границам зерен и более быстрому зарождению трещин при всех механизмах разрушения по сравнению с растяжением (изгибом) при одноосном напряженном состоянии материала. Поэтому данные по испытаниям материала на длительную прочность при растяжении не в полной мере отражают реальную долговечность материала при возникновении в нем начальных межзеренных трещин. [c.627]

Эффективным оказывается применение промежуточного (вторичного) перегрева пара (рис. 8.9,6), заключающегося в отводе частично расщирившегося пара из турбины во вторичный пароперегреватель парогенератора для его нового перегрева и возврата в последующие ступени турбины для дальнейшего расширения. Такое видоизменение цикла Ренкина позволяет не только несколько увеличить его термический КПД, но и избежать в конечных ступенях-турбины высокой влажности пара, ухудшающей гидродинамический режим проточной части турбины и вызывающей разрушение лопаток. [c.210]

Исследованиями установлено, что термический к. п. д. цикла Ренкина увеличивается в следующих случаях при повышении давления pj, уменьшении давления р п увеличении температуры перегрева пара Т . Повышение к. п. д. паросиловых установок имеет большое sHatleHne для экономии топлива. Из табл. 2 видно, что с повышением начального давления /7j при неизменных и ра термический к. п. д. цикла Ренкина повышается. Однако увеличение р1 приводит к увеличению влажности пара в конце расширения, что вызывает эрозию (разрушение) лопаток рабочего колеса турбины. Чтобы избежать повышения влажности сверх допустимой нормы (10%), применяют промежуточный перегрев пара. Сущность этого метода заключается в том, что пар (рис. 28) после расширения в турбине ПТ отводят в специальный перегреватель Яа, в котором он подвергается повторному перегреву, а затем [c.77]

До недавнего времени все лопатки компрессоров и турбин ГТД проектировали по принципу безопасного ресурса. Лопатки отстраивали по основному тону их колебаний таким образом, чтобы резонансные колебания либо вообще не возникали, либо их появление имело кратковременный характер на переходных режимах работы двигателя. Однако реальная эксплуатация двигателей показывает, что разрушение лопаток происходит при различной наработке двигателя и является частым событием по различным причинам [3, 4]. Возможна высокая концентрация напряжений по зонам галтельного перехода у основания лопаток, проявление фреттиига по контактирующим поверхностям основания лопатки и межпазового выступа диска, а также весьма распространены ситуации повреждения пера лопатки из-за попадания постороннего предмета в газовоздушный тракт ГТД или возникновения коррозионных язв. Следствием этого является фактическая эксплуатация лопаток с развивающимися в них усталостными трещинами. [c.567]

Развитие трещин в алюминиевых лопатках имело место на трех первых ступенях направляющего аппарата (НА) двигателей семейства Д-ЗОКУ (КП, КУ-154). Разрушения лопаток проявлялись неоднократно по различным причинам и, в частности, они были обусловлены высокой вибрацион- [c.573]

Так, например, 10.09.96 г. в полете экипаж самолета Ту-154М № 85754 обнаружил увеличение вибрации на "2-й СУ" на 15 % относительно установленной нормы. Экипаж снизил режим работы двигателя и продолжил полет до а/п назначения. При осмотре двигателя "2-й СУ" было обнаружено разрушение деталей газовоздушного тракта. Разрушение лопаток "НА" КНД, рабочих лопаток И и П1 ступени КНД, I ступени КВД двигателя яви- [c.575]

Разрушение лопаток прошло по галтельному переходу в непосредствеппой близости от впадины зуба замка лопаток. На зубьях имели место следы их контакта с диском как в момент непосредственной работы, так и в момент покидания лопаткой своего места — перемещения вдоль линии контакта. След трешины по впадине зуба не параллелен [c.582]

Лопатки компрессоров низкого и высокого давления двигателей (КНД и КВД) изготавливают из сплавов ВТЗ-1, ВТ8 и ВТ9. Их повреждение в эксплуатации может происходить при различной наработке, поскольку большая часть случаев разрушения лопаток обусловлена попаданием посторонних предметов. Процесс роста трещины после нанесения на лопатки повреждений реализуется, как правило, в области многоцикловой усталости. Поэтому основными параметрами рельефа излома, по которым можно судить о длительности процесса роста трещины, являются усталостные макролинии. В зависимости от того, каким образом и сколько раз за полет лопатка подвергается кратковременному воздействию резонансных нагрузок, можно наблюдать различную геометрию усталостных линий, морфологию рельефа излома между линиями и последовательность формирования блоков усталостных линий на разных этапах подрастания трещины. Различия в морфологии рельефа излома имеют существенную неоднородность от лопатки к лопатке, поскольку сечение разрушения не имеет строгой упорядоченности относи- [c.588]

Так, 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]

К моменту разрушения указанной выше лопатки в эксплуатацию был введен новый регламент по осмотру лопаток. Периодичность осмотра рабочих лопаток VIII ступени компрессора на двигателях НК-8-2у (с титановым статором компрессора) по бюллетеню № 808-БЭГ была сокращена для "2-й СУ" до 25 5 ч, а для "1-й СУ" и "3-й СУ" — до 50 10 ч. Обоснование различий в периодичности осмотра лопаток дано в связи с технологией проведения контроля. Осмотр двигателей 2-й СУ" осуществляется на самолете Ту-154 с помощью специальной оснастки, так как двигатель высоко поднят над хвостовым оперением самолета. Имеющимися данными о длительности развития усталостных трещин в исследованных случаях разрушения лопаток VIII ступени компрессора подтверждается (см. табл. 11.3), что для двигателей "2-й СУ" при должном качестве осмотра своевременное выявление повреждений лопаток обеспечивается с определенным запасом. Для двигателей "1-й СУ" и "3-й СУ" было рекомендовано придерживаться нижней границы допуска на периодичность осмотра с целью повышения надежности выявления повреждений. [c.600]

Рассмотренные выше ситуации иллюстрируют логику последовательного уточнения периодичности эксплуатационного контроля лопаток по мере поступления информации об инцидентах, вызванных разрушениями лопаток по различным причинам. Вместе с тем наиболее распространенная ситуация в оценке длительности роста трещин связана с проведением экспертных оценок момента, а следовательно, и причины повреждения лопатки. Вопрос о попадании постороннего предмета в тракт двигателя или иного повреждения лопатки, что могло вызвать возникновение усталостной трещины, не является очевидным. Наиболее типична такая неопределенность в ситуациях — при незначительном повреждении лопатки, деформации ее пера, которое отсутствует, затертости очага разрушения или при множественном разрушении лопаток по нескольким ступеням компрессора. [c.601]

При наборе самолетом Ту-134 высоты возникла неисправность в работе двигателя, приведшая к его вынужденной посадке. Анализ технического состояния двигателя показал, что его неисправность связана с разрушением семи лопаток X ступени КВД. Разрушение лопаток, также как и в предыдущем случае, изготовленных из жаропрочного сплава ХН35ВТЮ (ЭИ-437Б), имело усталостный характер. Трещины распространились на разную глубину, что характеризовала разная часть сечения лопаток, занятая усталостным изломом. Из числа указанных лопаток у одной излом был существенно окислен, что отличало ее излом от излома проанализированной выше предыдущей лопатки и остальных разрушенных лопаток. Наличие окисления указывало на длительный период работы лопатки с развивавшейся в ней усталостной трещиной, а следовательно, на первоначальное разрушение именно этой лонатки — более окисленный из- [c.608]

Формирование усталостных линий во всех исследованных лопатках имело подобный характер и было типичным для кратковременного нахождения лопаток в условиях действия резонансных напряжений (рис. 11.246). Подрастание трещины реализуется в этом случае при низкоамплитудном вибрационном нагружении, так что только элементы рельефа в виде псевдобороздок и строчечности можно наблюдать на всем протяжении роста трещины. Вместе с тем в рассматриваемом случае разрушения лопаток усталостные мезолинии имеют более четкий, выраженный характер, чем на это указано выше для лопатки двигателя Д-ЗОКУ самолета Ту-154. Они имеют характер уступов или [c.610]

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]

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]

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]

Первые три лопатки наработали после ремонта 347-694 ч при обш ей наработке 2188-5056 ч и разрушились полностью межзеренно. Фактически был реализован процесс ползучести при повто-ряюш ихся циклах термического воздействия на лопатки при запусках и остановках двигателя. Причем сечения разрушения лопаток располагались около бандажных полок в пределах 66-72 мм от подошвы замка. [c.622]

Рис. 11.32. Общий вид (а) рабочего колеса II ступени турбины двигателя ТВ2-117А № С95101365 с разрушенными и поврежденными лопатками, а также (/) с тремя лопатками, выпавшими из елочного замка и (б) вид семи поврежденных и разрушенных лопаток

Распространение усталостных трещин в лопатках с формированием мезолиний свидетельствует о том, что лопатки подвергаются переменным нагрузкам с низкой амплитудой. Поэтому разрушение лопаток происходит р области многоцикловой усталости. В этой области разброс дан- [c.626]

Усталостные разрушения лопаток (литейный сплав ЖС6К) после длительных наработок одного из изделий явились следст-ствием сочетания двух неблагоприятных факторов возникновения при некоторых условиях механической обработки шлифовочных надрывов и развития от них усталостной трещины при попадании лопатки в резонансный режим работы. О необходимости совпадения этих факторов для развития разрушения свидетельствовало то, что шлифовочные трещины обнаруживались па многих лопатках, но лишь в редких случаях они вызывали усталостное разрушение, в то же время выявленные усталостные трещины всегда были связаны с наличием исходных надрывов. Шлифовочные трещины в изломах выявлялись как участки кристаллического строения, расположенные непосредственно у поверхности. Строение поверхности излома в начальном участке, т. е. в зоне шлифовочной трещины, близко к строению поверхности в подповерхностных очагах усталостных изломов литейных никелевых сплавов. Поверхностные усталостные очаги такого строения, как правило, не имеют. [c.157]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...