Расчет надежности и прогнозирование долговечности деталей газотурбинной установки на базе двигателя аи-336-1-10

Определяем  продолжительность работы =24 ч. Количество циклов за ресурс работы двигателя =20000 ч определяем по формуле:

nn= / =20000/24=833,3.

Количество  приемистостей за ресурс складывается из:

• проверки перед запуском: n1=nn;
• пробы перед запуском: n2=nn;
• запуск: n3=nn,( n1=n2=n3=nn=833,33);
• проверки после регламентных работ: n4= /1000=20000/1000=20;
• количества прерванных работ: n5=0,005· nn=0,005·833,3=4,2.

     Следовательно, в эксплуатации за ресурс, максимальное количество режимов запуска:

     (N)мах= n1+n2+n3+n4+n5=833,3+833,3+833,3+20+4,2=2524,1 режимов.

     Минимальное:

     (N)мин= n1+n3+n4=833,3+833,3+20=1686,6 режимов.

     Если  считать, что на основе центральной  предельной теоремы теории вероятности, что (Nмах) описывается нормальным законом, то:

      ;

      .

     Определяем  среднее напряжение и амплитудное пульсирующего цикла:

= =0,5· =0,5·102,6=51,3 МПа,

     где: - максимальное напряжение в лопатке (таблица 2.1).

     Эффективный коэффициент концентрации напряжений:

,

где: −коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений, принимаем [2];

      - теоретический коэффициент концентрации  напряжений, =1,1;

      .

     Рассчитываем  коэффициент, учитывающий абсолютные размеры детали:

      ,

где: d − характерный размер (хорда профиля), d = 14 мм;

      = 0,5 для деформируемых материалов;

      = 0,03 выбираем из диапазона 0,01….0,03 ;

     Рассчитываем  коэффициент  , учитывающий влияние состояния поверхности и упрочнения. Коэффициент зависит от 3-х факторов:

     - шероховатость;

     - коррозийные повреждения;

     - упрочняющее покрытие.

.

 

     где: значение коэффициента, определяем как отношение пределов выносливости деталей, изготовленных по действующей технологии, к пределу выносливости аналогичного образца (детали), выполненного по «стандартной технологии», 0,9;

коэффициент, характеризующий снижение пределов выносливости в результате коррозионного повреждения поверхностного слоя, при условии пресная вода (образец с концентрацией напряжений, а также без концентрации напряжений в морской воде), 0,28;

      коэффициент равный отношению предела  выносливости деталей при упрочняющей  технологии и деталей, изготовленных без ее применения.

     Метод упрочнения:

     - специальная термическая обработка  (нагрев до умеренных температур  и быстрое охлаждение поверхности  для создания сжимающих остаточных  напряжений) обычно  1,6….2,5, 1,9.

      .

     Вычисляем величину Б:

,

где: коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла, для жаропрочных сталей принимаем 0,2.

     Вычисляем параметры кривой выносливости:

,

      .

     Вычисляем математическое ожидание числа циклов до разрушения детали на максимальном режиме:

      .

     Среднеквадратическое  отклонение числа циклов до разрушения определяем по формуле:

      .

     Теперь  определяем:

      ;

      .

     Отсюда  находим:

     

      ,

В расчете  надежности деталей при повторно-статическом  нагружении за ресурс лопатки турбины  =20000 ч, была получена вероятность неразрушения детали за ресурс работы двигателя Pп(t)=1. Это значит, что при повторно-статическом нагружении за ресурс работы двигателя сохраняется работоспособность данного двигателя.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. РАСЧЕТ  НАДЕЖНОСТИ ДЕТАЛЕЙ С УЧЕТОМ  ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ

Для большинства  конструкционных материалов при  нормальной температуре статическая  прочность практически не зависит  от времени приложения нагрузки. С  повышением температуры механические свойства материалов изменяются, пределы  прочности убывают, пластичность повышается, но при некоторых температурах она  может понижаться.Предел длительной прочности − это постоянное напряжение, приложенное к образцу или  детали, при постоянной температуре  и приводящее к их разрушению в  течение заданного промежутка времени.

Двигатель в эксплуатации работает в режимах:

     - максимальном при Тmах=930 К;

     - малого газа при Тмг =723 К;

     Вычисляем фиктивное напряжение материала  лопатки на максимальном режиме работы двигателя:

      ,

где: - коэффициент чувствительности к повторности нагружения [1], =0,9;

      −рабочее напряжение в расчетном  сечении на максимальном режиме, из расчета на прочность, =114 МПа.

.

Вычисляем фиктивное напряжение материала  лопатки на минимальном режиме работы двигателя:

.

Из таблицы [2] для температуры детали на данном режиме эксплуатации выпишем значения и (таблица 4.1), а также определяем n и А.

     Таблица 4.1−Исходные данные для расчета

Т=930К			n=7,34	A=7,49∙1021
Т=723К			n=9,32	A=2,57∙1029

      ,

      ,

      ,

      .

Определяем  время до разрушения на каждом режиме эксплуатации:

,

      .

     Величина  относительных накоплений повреждений  за время эксплуатации:

     

Определяем  дисперсию случайной величины П  с помощью теоремы о математическом ожидании и дисперсии линейной функции:

.

 

     Вычисляем дисперсию относительной величины накопленных повреждений при  работе двигателя на максимальном режиме:

     

     где коэффициенты влияния:

      ,

      ,

      .

     а дисперсия возмущающих факторов:

,

, где:

.

Вычисляем дисперсию относительной величины накопленных повреждений при  работе двигателя на режиме малого газа:

где коэффициент  влияния:

,

      ,

      ,

а дисперсия  возмущающих факторов:

,

,

     где:

.

     Тогда находим:

, ,

     Вычисляем вероятность неразрушения детали за время эксплуатации двигателя:

     

     В результате проведенного расчета была определена величина относительных  накоплений повреждений за время  эксплуатации и значение дисперсии  случайной величины П при работе двигателя на максимальном

     режиме  и на режиме малого газа. Определена вероятность неразрушения детали .

 

 

      5. ОЦЕНКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ С УЧЕТОМ  ВНЕЗАПНЫХ И ПОСТЕПЕННЫХ ОТКАЗОВ

     Данная  долговечность определяется на основе долговечности с учетом внезапных  отказов, найденной выше ( ) и долговечности с учетом постепенных отказов.Определяем суммарное время наработки на отказ, :

где: - суммарное среднестатистическое отклонение:

;

где: – определяется графически из рисунка 5.1, ,

- время, при котором  становится равным 1, .

     Рисунок 5.1 – Зависимость относительной  величины накопленных повреждений  от времени

     В результате проведения расчета была определена долговечность с учетом внезапных и постепенных отказов, в результате чего было получено время  неразрушения турбины за период эксплуатации равное 25357 часов.

 

 

      ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

     В ходе выполнения данного курсового  проекта были проведены основные расчеты лопатки первой ступени  турбины, целью которых являлось определение надежности этой значимой детали двигателя. Вероятность неразрушения лопатки проверялась при различных  условиях нагружения.

     Полученные  результаты показали, что спроектированная ранее лопатка турбины сможет исправно работать до первого капитального ремонта.

     Назначенный мной ресурс 20000 часов в настоящее  время является недостаточно высоким  и, по возможности, его надо повышать за счет применения более новых жаропрочных  сплавов или применять лопатки  с направленной кристаллизацией (монокристаллическое  прецессионное литье по выплавляемым моделям).

     В целом надежность лопатки удовлетворяет  поставленным требованиям для данного  ресурса и условий эксплуатации.

 

 

      СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Москаленко А.С.  «Расчет надежности деталей авиационных  газотурбинных двигателей» Харьков:  «ХАИ» 1985-106с.

2. Москаленко А.С.  «Расчет надежности авиационного  двигателя» Харьков: «ХАИ» 1990-37с.

3. Биргер И.А. , Шорр  Б.Ф. , Иосилевич Г.Б. Расчет на  прочность деталей машин: Справочник. –М.: Машиностроение, 1979.- 702 с.

4. Косточкин  В.В. Надежность авиационных двигателей  и силовых установок. Учебник  для студентов авиационных специальностей  вузов, - 2-е изд., переработанное и  дополненное. – М.:Машиностроение, 1988. – 272с.

5. Акимов В.М.  Основы надежности газотурбинных  двигателей. – М.:  
Машиностроение, 1984. – 207с.

Размещено на Allbest.ru