Оптимизация корпусов ГТД по массе с обеспечением требований удержания оборвавшейся лопатки

Содержание

Слайд 2

Цель работы

Оптимизация корпусов ГТД с целью получения конструкции обеспечивающей требования по удержанию

Цель работы Оптимизация корпусов ГТД с целью получения конструкции обеспечивающей требования по
оборвавшейся лопатки вентилятора и минимальной массы.

Слайд 3

Отказы и повреждения возникающие в процессе эксплуатации газотурбинных двигателей

обрыв рабочих лопаток компрессоров

Отказы и повреждения возникающие в процессе эксплуатации газотурбинных двигателей обрыв рабочих лопаток
и турбин
трещины в направляющих и спрямляющих аппаратах компрес­соров
повреждения проточных частей компрессоров и турбин из-за попадания в них твердых предметов
обгорание направляющих и рабочих лопаток турбин
обрыв крепежа
трещины в дисках, диафрагмах и сопловых аппаратах турбин
деформации, трещины и прогорание камер сгорания и жаровых труб
неисправности рабочих и пусковых топливных форсунок
неисправности топливо-регулирующей аппаратуры
неисправности подшипников
неисправности контрольно-измерительной аппаратуры и систем управления

Слайд 4

Актуальность проблемы обрыва лопатки

Актуальность проблемы обрыва лопатки

Слайд 5

Энергетическая методика ЦИАМ

 

Энергетическая методика ЦИАМ

Слайд 6

Испытание вентилятора на обрыв лопатки

Испытания изделия проводились в полном соответствии с программой.

Испытание вентилятора на обрыв лопатки Испытания изделия проводились в полном соответствии с
После выхода на заданную частоту вращения был включен нагреватель лопатки. Частота вращения поддерживалась постоянной с точностью ±5 об/мин.
При достижении температуры на поверхности среднего участка ослабленного сечения 188°С произошел обрыв лопатки (примерно, через 20 с. после включения нагрева).
В результате осмотра объекта испытаний были обнаружены повреждения корпуса вентилятора с трещинами (основная и сопутствующая). Максимальное выпучивание корпуса в радиальном направлении 35 мм. В контрольном экране разгонного стенда следов вылета лопатки не обнаружено.

Слайд 7

Пример расчетной схемы задачи по оптимизации корпусов ГТД

Корпуса и лопатки выполнены из

Пример расчетной схемы задачи по оптимизации корпусов ГТД Корпуса и лопатки выполнены
титана VT6.
Взаимодействие между лопатками и корпусом осуществляется за счет контактного взаимодействия.
Критерий разрушения для лопаток: пластические деформации > 10%

Граничные условия

Постановка задачи оптимизации

Критерий оптимизации: - масса корпуса
Ограничения: - пластические деформации (10%) (непробиваемость корпуса)
Параметры: - толщина корпуса

Слайд 8

Фрагментация лопатки первой ступени вентилятора

t = 1.489 мс

t = 0.389 мс

t =

Фрагментация лопатки первой ступени вентилятора t = 1.489 мс t = 0.389
0.589 мс

t = 0.789 мс

t = 0.989 мс

t = 1.289 мс

t = 1.989 мс

I удар

II удар

III удар

Слайд 9

Пластические деформации на поверхности первого корпуса вентилятора

Высокий уровень пластических деформаций на внутренней

Пластические деформации на поверхности первого корпуса вентилятора Высокий уровень пластических деформаций на
поверхности корпуса возникает из-за трения элементов оборвавшейся лопатки с корпусом. Происходит счесывание небольшого слоя металла из-за взаимодействия оборвавшейся лопатки с поверхностью корпуса.

Максимальное значение пластических деформаций на внешней поверхности корпуса равно 6%

Слайд 10

Пластические деформации на поверхности второго корпуса вентилятора

Из-за трения материалов на внутренней поверхности

Пластические деформации на поверхности второго корпуса вентилятора Из-за трения материалов на внутренней
пластические деформации > 10 %, но их распространение по толщине корпуса незначительно.

Максимальное значение пластических деформаций на внешней поверхности корпуса равно 4%

Слайд 11

Пластические деформации на поверхности третьего корпуса вентилятора

На внутренней поверхности небольшое пятно от

Пластические деформации на поверхности третьего корпуса вентилятора На внутренней поверхности небольшое пятно
контактного взаимодействия фрагментов лопатки с корпусом. Из-за трения материалов на внутренней поверхности пластические деформации больше 10 %, но их распространение по толщине корпуса незначительно.

Максимальное значение пластических деформаций на внешней поверхности корпуса равно 3%

Слайд 12

Результат оптимизации
Корпус первой ступени
Корпус второй ступени
Корпус третьей ступени

Результат оптимизации Корпус первой ступени Корпус второй ступени Корпус третьей ступени

Слайд 13

Выводы

Анализ результатов оптимизации показал, что максимальный выигрыш по массе составил 21.49% и

Выводы Анализ результатов оптимизации показал, что максимальный выигрыш по массе составил 21.49%
был получен для корпуса первой ступени компрессора КНД.
Выводы
1. Разработан комплекс, позволяющий производить оптимизацию корпусов компрессоров и турбин в автоматическом режиме.
2. Применение данной методики позволило снизить суммарную массу проектируемых корпусов на 18.86% относительно расчёта по методике ЦИАМ