Лопатка турбины — Деформация

Для исследования деформаций в деталях, работающих при высоких температурах (лопатки турбин), а также для изучения термических напряжений используют хрупкие керамические покрытия, наносимые на поверхность детали горячим распылением. [c.159]

Несущая способность высоконапряженных деталей (дисков турбин, толстостенных резервуаров под высоким давлением), нагруженных статически, обычно определяется в связи с влиянием пластических деформаций на напряжения и перемещения. В то же время для деталей, нагруженных главным образом переменными напряжениями (быстровращающиеся валы, особенно подверженные колебаниям, вибрирующие пружины, лопатки турбин и др.), преимущественное значение имеет несущая способность в отношении их сопротивления усталости. [c.221]

Лопатки турбин, как и ряд других деталей турбин, подвержены заметной ползучести, так как они испытывают значительные напряжения в условиях работы при высоких температурах. Пластическая деформация лопатки (ее удлинение) может быть настолько большой, что будет выбран радиальный зазор между головкой лопатки и корпусом турбины, произойдет задевание лопаток, обусловливающее крупную аварию турбины. [c.100]

В рабочих лопатках турбин действие термоциклических нагрузок приводит к разрушению кромок, так, как это показано на рис. 4. 3, а. Характер разрушения может быть хрупким, как в данном случае, но может наблюдаться и значительная остаточная деформация, внешне проявляющаяся в виде волнистости кромок. [c.79]

Лопатки турбин обычно имеют более сложную форму и от действия центробежных сил и давления газа в них возникают деформации изгиба, кручения и растяжения. Расчет их даже с точки зрения теории течения, рассматриваемой здесь, является весьма сложным, и отсюда ясно, какое полезное значение может иметь метод подобия. [c.248]

Одним из наиболее распространенных видов штамповки пз молибдена является лопатка турбины. Фасонную заготовку, близкую к форме сечения пера лопатки, получают методом прессования выдавливанием в штамп из полосы за один технологический переход прп большой степени деформации. Затем из предварительно прессованной фасонной заготовки в горизонтальном штампе получают лопатку с припуском 0,8— 1,5 мм. [c.223]

Однако опытами вскоре было установлено, что определённые таким путём пределы ползучести при температурах, при которых обычно работают паропроводы, диски и лопатки турбин и другие детали машин, подвергаю-ш,иеся ползучести, представляют собой весьма небольшие напряжения, практически не интересующие машиностроителей, так как большинство даже самых ответственных деталей машин в действительности работает при напряжениях, превышающих эти пределы. При этом во многих машиностроительных деталях, находящихся в условиях высоких температур, допускаются небольшие остаточные деформации, не превышающие некоторой определённой величины, лишь бы они не вызывали нарушения нормальной работы конструкции в течение срока её службы. [c.802]

Приведенные выше методы расчета прочности лопаток позволяют определить распределение напряжений по сечению лопатки и по ее длине с учетом распределения температур для любого режима работы двигателя. Расчеты с учетом пластических деформаций и ползучести дают значения остаточных деформаций во всех точках лопатки по истечении определенного времени работы на режиме. Эти данные являются исходными для оценки малоцикловой термоусталости лопатки турбины и определения ее наиболее опасной зоны. [c.259]

Распределение напряжений по сечению неравномерно нагретой лопатки. Как указывалось в разделе 1, рабочие лопатки турбин рассчитывают на растяжение и изгиб в двух плоскостях. На основании гипотезы плоских сечений полная продольная деформация произвольной точки сечения [c.307]

Лопатка турбины — Деформация 308 [c.448]

Явление ползучести металлов при высокой температуре порядка 500 °С наблюдается в деталях паровых турбин — трубопроводах, дисках, лопатках. Паровые турбины до сих пор производят значительную долю электрической энергии. Другим примером могут служить газотурбинные самолетные двигатели, температура газа в которых достигает 1300°С Основной причиной выхода из строя турбин является ползучесть рабочих лопаток. Высокие рабочие температуры применяются также в различных высокотемпературных технологических процессах, например нефтехимических и при переработке нефти. С проблемой учета ползучести металлических панелей мы встречаемся в системе термической защиты космических аппаратов, атомной энергетике и др. К конструкциям, работающим в условиях высоких температур, должны быть предъявлены следующие требования деформация не должна превышать допустимую в соответствии с выполняемыми конструктивными функциями изделия не должно произойти разрушения конструкции вследствие ползучести. [c.304]

Заданный ресурс работы турбины 1000 ч, средняя продолжительность работы в каждом запуске 4 ч. Определим запас по долговечности, считая, что для сопловой лопатки термическая нагрузка является основной. При указанных сочетаниях размахов деформации и температуры каждая из указанных трех зон лопатки может явиться зоной начала разрущения, поэтому необходимо определить долговечность материала в каждой зоне. [c.178]

При моделировании работы таких конструкций, в частности лопаток газовых турбин, ввиду сложности механических и физикохимических процессов трудно использовать рекомендации теории подобия и теории размерностей, поскольку при этом приходится сталкиваться с противоречивыми требованиями. В предыдущей главе отмечалось, что в этом случае следует стремиться к тождественности тензоров напряжений и тензоров деформаций в сходственных зонах геометрически подобных тел. Наиболее надежные результаты можно было бы получить при соблюдении тождественности граничных условий теплообмена и механического нагружения на моделях, изготовленных из реального материала тех же размеров, что и натурная деталь, например лопатка. Другими словами, наиболее надежные данные о несущей способности и долговечности таких деталей, как лопатки газовых турбин, можно получить, если испытывать реальные лопатки в условиях, воспроизводящих реальные спектры силовых и тепловых нагрузок в подвижных средах, имеющих тождественные термодинамические параметры и одинаковый химический состав. Однако это не всегда осуществимо, поскольку для такого моделирования требуются капитальные затраты. [c.187]

В результате, воспользовавшись формулами (2.41) и (2.42), получим (а ) = 2,06 = 8840 Pf, = 10 800 н. Сравнивая значения и с приведенными выше значениями усилий Р. убеждаемся в том, что в начальный момент работы турбины возникнут упруго-пластические деформации на четвертых зубцах лопатки и диска и на третьем зубце лопатки. Поэтому необходимо сделать соответствующий перерасчет. [c.63]

В дальнейшем примем, что величина центробежного усилия достаточно велика для того, чтобы в результате деформаций, возникающих еще в начальный момент работы турбины, первоначальные зазоры между зубцами хвостовика лопатки и выступа диска были ликвидированы. В стадии же установившейся ползучести зазоры, очевидно, выбираются независимо от величины центробежных усилий. [c.69]

При перепаде температур по высоте замка в процессе эксплуатации газовых турбин жесткость зубцов и соответствующих участков тела хвостовика лопатки и выступа диска (т. е. сопротивляемость деформации ползучести) возрастает за счет падения постоянной B i с уменьшением температуры, несмотря на рост постоянной т.1. Так как замок представляет собой статически неопределимую систему, то отмеченное выше обстоятельство влечет за собой неравномерное распределение усилий между зубцами, а именно, верхние зубцы оказываются менее нагруженными, чем нижние. Наоборот, предел длительной прочности возрастает по мере перехода от верхних зубцов к нижним. [c.85]

По формуле (117) может быть подсчитана величина пластической деформации турбинной лопатки с переменным по ее длине напряжением о. [c.105]

ОДНОГО значения времени (ху на рис. 190). Дальнейший расчет при т > Ту заключается лишь в определении деформаций в интересующих точках диска, например на периферии его или в месте соединения диска с валом (см. рис. 139). Это необходимо в первом случае для подсчета радиального зазора между рабочими лопатками и корпусом турбины, во втором — для определения посадки в соединении. [c.257]

При прогреве разные части турбины прогреваются с различной скоростью. Быстрее прогреваются лопатки и диск, а затем вал и корпус турбины. Чем медленнее происходит прогрев турбины, тем меньше будет разность температур у отдельных ее частей и тем равномернее их тепловые расширения. Если прогрев турбины ведется неравномерно и быстро, то в деталях ее возникают опасные напряжения и деформации. Например, при быстром прогреве турбины может произойти ослабление посадки дисков на валу. Кроме того, так как удлинение вала значительно опережает по времени удлинение корпуса, может произойти задевание в проточной части или в концевых лабиринтовых уплотнениях. Фланцы турбины, имеющие большую толщину, чем корпус, прогреваются медленнее. Поэтому быстрый прогрев корпуса может вызвать коробление плоскостей разъема турбины и появление неплотностей в его соединениях. При парциальном впуске пара прогрев турбины ведется недостаточно равномерно быстрее прогревается та половина корпуса, в которой установлены сопловые сегменты. [c.120]

В момент создания реактивных двигателей (1950 - 1960 гг.) лопатки турбины изготовляли методом деформирования заготовок из жаропрочных сплавов. Динамика развития деформируемых и литейных сплавов по годам приведена на рис. 113. Создание полых лопаток из жаропрочных сплавов методом деформации и псзследу-ющей их механической обработкой затруднено, поскольку эти сплавы плохо деформируются и трудно обрабатываются резанием. В начале конструкция лопаток представляла собой отливку без наличия каких-либо внутренних полостей, но со сложной геометрией пера (см. рис. 113). [c.231]

Размах деформаций, создаваемых в испытуемом образце (или во Зникающих в детали, например в кромке лопатки турбины), определяется жесткостью нагружения, величиной М = тах т]П И физическими свойствами материала (а, Е). При этом в одинаковых условиях нагружения (по жесткости, температурному циклу) величина размахов деформации может существенно различаться. Примером могут служить результаты иопы-тания трех сплавов (рис. 36), из которых изготовляют детал,п камер сгорания. Сплавы ХН60ВТ и ХН50ВМТЮБ одного класса некоторое преимущество последнего сплава объясняется его более высокими характеристиками при нижней температуре цикла (табл. 5). По расположению кривой термической уста- [c.61]

Сопловые лопатки турбины газотурбинного двигателя изготовлены из сплава ХН70ВМТЮ. В каждом запуске турбины они подвергаются циклическому нагреву и охлаждению. Расчет деформаций, возникающих в процессе нестационарного нагрева-охлаждения, дает следующие значения для передней кромки Дее+р = 0,7% тт = 850 С для задней кромки Дее+р = 0,6Р/о ( та1 = 900°С в средней зоне у охлаждающего отверстия Дее+р=0,8% = 800 С. [c.178]

Несколько других типов демпферов показано на рис. 5.5, где демпфирующий вязкоупругий материал отмечен штриховкой [5.8, 5.9]. Круговой демпфер был задуман как способ получения мягкого материала с низкой резонансной частотой без существенного увеличения массы. Различные демпферы балочного типа предназначены для использования во вращающихся лопатках турбин. Демпфер в виде резонансной балки (рис. 5.5, е) предназначен для ограничения деформаций ползучести вязкоупругого материала вращающейся лопатки турбины при больших центробежных нагрузках [5.9]. Ликари и Бархан [5.16] исследовали конструкции вязкоупругих демпферов в виде маятников, когда вязкоупругий материал располагается в цилиндрическом или сферическом шарнире маятника. Маятниковые демпферы применяются при низких частотах колебаний и не приводят к увеличению веса. [c.213]

На фиг. 91 приведен в качестве примера график допускаемых напряжений для стали ЭИ69 при t = 600 С. Если напряжения в лопатке турбины составляют о- = 19 кГ/мм-, а допускаемая полная деформация jO/Q, то по длительной прочности ресурс работы ограничивается 350 час. Если ограничить полную деформацию при ползучести 0,50/ , то ресурс уменьшится до 150 час. [c.486]

Контроль качества печатных плат основан на использовании согласо-ванной пространственной фильтрации однако в данном случае схема СПФ используется как коррелятор Сущность метода контроля состоит в сравнении рисунка печатного монтажа до и после температурных воздействий. С этой целью на рисунок печатного монтажа платы в нормальных условиях изготавливают ГСФ и измеряют интенсивность корреляционного пятна на выходе согласованного фильтра. Затем плату последовательно нагревают и охлаждают до температур, оговариваемы.х в технических условиях, и при нормальной температуре опять устанавливают в схему согласованной фильтрации. Из-за неодинаковых температурных коэффициентов расшире- , ния печатных проводников и материала платы возникают остаточные деформации, которые изменяют положение печатных проводников на плате. В результате смещения проводников интенсивность корреляционного пятна изменяется в зависимости от смещения (деформации). Измеряя интенсивность корреляционного пятна до и после температурных воздействий, можно оценивать величину возникающих прн этом остаточных деформаций и контролировать качество печатных плат. Зависимость интенсивности корреляционного пятна от деформаций приведена иа рис. 8.2.2. Аналогичным образом можно обнаруживать начинающиеся усталостные разрушения в механических деталях (например, в лопатках турбин). [c.265]

С. Если напряжения в лопатке турбины составляют о- = 19 кГШм , а допускаемая полная деформация 1%, то по длительной прочности ресурс работы ограничивается 350 час. Если ограничить полную деформацию при ползучести 0,50/о, то ресурс уменьшится до 150 час. [c.486]

Рассмотрим подробнее механизм усталостного разрушения. Разрушение от усталости даже у очень пластичных сталей происходит без заметной пластической деформации. На усталостном изломе можно наблюдать две характерные зоны одна- с гладкой фарфоровидной поверхностью, другая с кристаллическим строе,-нием. Первая зона — притертая в процессе циклических нагружений поверхность развивавшейся трещины. На ней видны концентрические линии, расходящиеся от места зарождения трещины. Вторая зона — зона мгновенного разрушения. Она напоминает хрупкий излом при статическом нагружении. На рис. 99 показан излом лопатки турбины, который произошел от усталости. [c.184]

D. Vogel [1.334] (1969) определил частоты свободных колебаний лопатки турбины. Учитывается влияние деформации сдвига, ине.рции вращения, центробежных сил и несовершен- [c.100]

Деформацию изгиба испытывают валы, оси, рельсы, балки, зубья колес, лопатки турбин и компрессоров и многие другие детали. Внешние нагрузки при изгибе направлены перпендикулярно к оси детали и могут иметь вид сосредоточенной силы Р и распределенной по длине нагрузки силы — в Н, распределенные иагруз- [c.14]

Пример. Охлаждаемая сопловая лопатка турбины из сплава ХН77ТЮР подвергается повторным нагревам при каждом запуске до максимальной температуры Ттах-По температурным полям на нестационарном режиме определены значения размахов полных деформаций в характерных точках сечения Дб. [c.99]

Турбинные лопатки реактивных ГТД отливают из жаропрочных сплавав в основном методом литья по выплавляемым моделям по повышенной степени точности. Поскольку жаропрочные сплавы трудно поддаются обработке резанием, а некоторые из них (ЖС6У и др.) не поддаются пластической деформации, то единственным экономически целесообразным методом их производства оказался метод точного литья по выплавляемым моделям. Только таким методом можно отливать пустотелые турбинные лопатки из сплава [c.117]

Пластические деформации деталей, изменяющиеся во времени, особенно, если имеют место повышенные температуры, называются ползучестью. Ползучесть может привести к нарушению правильной работы изделия. Например, наблюдались случаи, когда вследствие ползучести диска и лопаток газовой турбины перекрывались зазорц, предусмотренные между лопаткой и корпусом, что приводило к поломке лопаток. Ползучесть проявляется в том, что соединения теряют начальный натяг, изменяется начальное взаимное положение деталей и их форма. [c.85]

На рис. 101,а показано изменение температуры газа перед турбиной в течение одного цикла нагружения. Материал лопатки—оплав ЖС6К. При температуре газа г=1Ю0°С расчетные значения напряжений на задней кромке 240 МПа, что соответствует размаху деформации за цикл Ле=0,25%. Температура задней кромки достигала 1030°С, длительность цикла Тц=3 мин. [c.180]

Приведенные примеры расчета сопловых лопаток турбин (эти детали наиболее подвержены воздействию термощикличес-ких нагрузок) свидетельствуют о следующем. При значениях температуры цикла тах, которые существенно увеличивают пластичность материала (1050—1100°С), влияние амплитуды деформации на долговечность уменьшается — запас пластичности материала достаточно велик. При тах=Ю00°С, когда пластичность сплава ЖС6К резко уменьщается, роль термических напряжений существенно возрастает, что приводит к уменьшению долговечности. В лопатке всегда имеются зоны, нагретые до различных температур следовательно, сопротивление термической усталости различное в разных точках, и не всегда трещины термоусталости возникают в наиболее нагретых зонах. Часто они появляются в переходных областях (от горячих зон к холодным), что может быть связано с местным уменьщением деформационной опособности материала. В связи с этим расчет теплового и напряженного состояний лопаток для дальнейщей оценки их сопротивления термоусталости следует выполнять не для одного опасного сечения, а для нескольких сечений по высоте лопатки. [c.180]

Эффект разгрузки особенно важен для высоконагруженных скоростных подшипников тех роторов, у которых происходит рост дисбаланса во время эксплуатации (по сравнению с допустимым монтажным дисбалансом). Это относится в первую очередь к ротору газовой турбины, диск которой работает в области пластической деформации и у которой может наблюдаться заметная вытяжка лопаток. Более того, у газовой турбины возможны и дефекты обгар лопатки, обрыв частей лопатки и даже обрыв полной лопатки. Эти дефекты могут привести к возникновению неуравновешенных сил, измеряющихся сотнями килограммов и даже несколькими тоннами. Так, обрыв лопатки создает на современной газовой турбине неуравновешенную силу в 7—10 т, вектор которой вращается с огромной скоростью (более 10 ООО об/мин.). Очевидно, что такой дефект при обычной (жесткой) конструкции опор ротора должен привести к аварии и даже к катастрофе. Указанные дефекты могут возникать у газовой турбины как во время длительной эксплуатации, так и особенно в период форсировки и доводки конструкции двигателя на заводе. Таким образом, с помощью применения упругого подшипника, т. е. амортизации опоры, у газовой турбины можно существенно поднять ее надежность в процессе эксплуатации. [c.55]

Указанное обстоятельство особенно важно для высоконагру-женных скоростных подшипников тех роторов, у которых происходит рост дисбаланса во время эксплуатации (по сравнению с допустимым монтажным дисбалансом). Это относится в первую очередь, как отмечалось выше, к ротору газовой турбины, диск которой работает в области пластической деформации и у которой может наблюдаться заметная вытяжка лопаток. Более того, у газовой турбины возможны дефекты обгар лопатки, обрыв частей лопатки и даже полный обрыв лопатки. Эти дефекты могут привести к возникновению неуравновешенных сил, измеряющихся тоннами. [c.59]

Случай малой силы сухого трения. Для получения зависимости прогибов ротора от оборотов необходимо прежде всего вычислить прогибы ротора под диском, считая его трехопорным, по формуле (VI. 5). Аналогичные вычисления необходимо сделать и для двухопорной схемы ротора. Прогибы в этом случае определяются по формуле (VI. 5), но коэффициенты а, Ь, с, d уже вычисляются по приведенным ниже соотношениям. Далее, необходимо вычислить величины прогибов в момент вступления в работу ограничителей деформации в опоре, что может быть либо при малой величине зазора, либо при большом дисбалансе, либо при неудачном выборе величины затяжки пружин. Следует заметить, что по эксплуатационным и конструктивным соображениям параметры опоры нужно подобрать так, чтобы при нормальных и повышенных дисбалансах ограничители не действовали их работу можно допустить только при аварийных величинах дисбаланса. На фиг. 87 представлен возможный вид решений при величине эксцентриситета е = 0,002 см, который обычно бывает при эксплуатации газовой турбины. Следует заметить, что эта величина эксцентриситета приблизительно в 10 раз больше величины, устанавливаемой на балансировочном станке. Возрастание дисбаланса объясняется тем, что газовая турбина работает в условиях высокой температуры ее диск часто находится в пластическом состоянии, наблюдается вытяжка лопаток, замков и пр. Более того, возможна и некоторая расцентровка деталей ротора. При возникновении дефектов у турбины обгара кончиков лопаток, обрыва их частей и т. д., эксцентриситеты могут быть более е = 0,01 см. Так, обрыв одной лопатки вызывает эксцентриситет е = 0,1 см. Такие величины дисбалансов будем называть аварийными. [c.180]

Типичный конструктивный элемент, работающий в условиях сложного термомеханического нагружения, — сопловая лопатка газовой турбины, для режима эксплуатации которой характерно чередование стационарных и нестационарных этапов нагружения [13, 14]. Так, для сопловой лопатки авиадвигателя характерны высокая скорость изменения температур (до 100 °С/с) и достаточно высокий уровень температуры (до 1000 °С), а следовательно, значительные перепады температур (400. .. 500 °С в пределах хорды). При работе лопатки в указанном режиме нагружения в отдельных ее зонах (на передней и задней кромках, в сердцевине) возникают высокие термомеханические напряжения и значительные упругопластичесьме деформации. Чередование стационарных режимов нагружения в цикле эксплуатации агрегата определяет циклический характер упругопластического деформирования и возможность разрушения за ограниченное число циклов. [c.170]

Камера сгорания (фиг. 17) состоит из внутреннего цилиндра 1 из жароупорной стали, футерованного внутри огнеупорными сегментами, и корпуса 2. С наружной стороны к внутреннему цилиндру приварены в два яруса направляющие лопатки, завихривающие воздух. К нижней части корпуса прибалчи-вается крышка 3, в которой укреплены две форсунки 4, гляделка 5 и электрический запал ff. Воздух к камере подводится через патрубок 7. В нём расположена заслонка 5, регулирующая количество воздуха, поступающего непосредственно для сгорания и для смешения с продуктами сгорания. Перемешивание продуктов сгорания и воздуха происходит в верхнем конусе S. Внутренняя часть конуса и соединительный патрубок с турбиной выполняются из двух стенок с промежуточной изоляцией. Внутренние стенки имеют сверления для разгрузки и служат одновременно как бы несущим каркасом изоляции. Для предотвращения усилий от температурных деформаций корпус камеры опирается на подвижные пружинные опоры 10- [c.399]

В работах Б. П. Соколова [32, 33] и Ч. Г. Мустафина [20, 22, 33] сделана попытка найти распределение усилий между зубьями елочного замка в стадии деформации ползучести. Решение этой задачи основано на использовании левых прямолинейных частей диаграмм напряжение—деформация , относящихся к малым деформациям. Этот прием обосновывается тем, что область работы реальных деталей ограничивается допустимой деформацией за весь срок их службы, для рабочих лопаток и дисков турбин, составляющей 0,1—0,2% (хвостовые соединения рассчитываются на длительный срок службы около 100 ООО часов) . При этом, однако, совершенно не учитывается тот факт, что в зубцах елочных замков возникают значительные местные напряжения и деформации, превышающие средние расчетные величины, вследствие чего указанный выше прием недопустим при расчете. Кроме того, в работе [32] используется метод разложения некоторой функции в ряд по степеням малого параметра , каковым здесь является tg р, где р — угол наклона хвостовика лопатки. Автор ограничивается линейными членами этого разложения между тем tg р не является малым параметром, так как р = 10- 20°. Таким образом и этот прием также не оправдан. По тем же причинам нельзя согласиться с методом определения теоретических величин зазоров между опорными поверхностями зубьев, обеспечивающих линейное распределение нагрузки между зубьями елочного замка, в работах [20, 22], не говоря уже о том, что вопрос этот, при существующей точности изготовления елочных замков, практически мало интересен. [c.7]

Расчеты елочного хвостовика довольно сложны и к тому же предполагают, как правило, наличие лишь упругих деформаций зубьев. На aJMoм же деле (в особенности в лопатках высокотемпературных газовых турбин) большие напряжения, возникающие в первых зубьях, вызывают пластические деформации, которые способствуют перераспределению нагрузки и выравниванию неравномерности. [c.92]

Особо надо иметь в виду возрастание с общей наработкой турбомашииы износа контактирующих поверхностен, а для газовых турбин и увеличение пластических деформаций в лопатках и дисках. И то, и другое приводит, при прочих равных условиях, к уменьшению натяга по стыкам и, соответственно, сил трения в них. Поэтому с увеличением наработки возможен дрейф динамических свойств рабочего колеса даже при неизменности режима работы турбомашины. Стабилизация динамических свойств рабочих колес с полочным бан-лажпрованием является одной из сложных инженерных задач современного турбомашиностроения. [c.111]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...