Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
Кафедра турбин и турбинных установок
Курсовая работа:
Разработка программы ускоренных эквивалентных
испытаний для подтверждения назначенного ресурса
газотурбинных установок
(Вариант №1)
Выполнил: ст. 5-го курса, гр. 2510 Дорофеев В.В.
Проверил: проф. Рыбалко В.В.
Санкт-Петербург
2012
1. Задание и исходные данные. 3
1.1. Задание. 3
1.2. Исходные данные. 3
1. Обоснование применения выбранного метода испытаний ГТУ. 4
2. Выбор материала рабочей лопатки. 4
2.1. Выбор материала. 4
2.2. Получение зависимости Ларсена-Миллера и расчет времени разрушений материала на различных режимах работы ГТУ. 5
3. Расчет коэффициентов ускорения испытаний и времени испытаний. 7
4. Программа испытаний на малоцикловую усталость. 7
4.1. Определение количества циклов до разрушения. 7
5. Формирование программы испытаний. 9
1. Обосновать применение выбранного метода испытаний ГТУ.
2. Выбрать материал РЛ 1-ой ступени ТВД.
3. Рассчитать коэффициенты ускорения при ускоренных эквивалентных испытаниях ГТУ и время испытаний.
4. Рассчитать выдерживаемое количество циклов нагружения материалом при проверке устойчивости материала к малоцикловой усталости.
5. Сформировать программу испытаний.
|
№ |
Мощность |
Назначенный |
Средняя |
Напряжения в РЛ 1-й ступени ТВД, МПа |
Температура |
|
1 |
1, 2N -12 0, 8N -8 |
20 000 1,2N -500 1,0N -5 000 |
10 |
1, 2N -160 0, 8N -140 |
1, 2N - 880 0, 8N - 780 |
Испытание – это экспериментальное исследование системы на вопрос проверки качества объекта. Качество – приспособленность системы для решения поставленной задачи, для реализации поставленной цели операции.
В данной лабораторной работе изучается метод ускоренных эквивалентных испытаний ГТУ. Этот метод применяется, когда нет много объектов для испытаний, т.е. заказчик испытаний по какой-либо причине (чаще всего это попросту слишком дорого) не может предоставить достаточное количество объектов для проведения испытаний, а есть только один объект испытаний (один экземпляр ГТУ).
Кроме этого, этот же испытуемый объект планируется пустить в эксплуатацию, т.е. нет отдельного объекта для испытаний. Чем длиннее будут испытания, тем больше будут убытки заказчика, так как объект испытывается и не производит полезной работы, поэтому испытания нужно провести достаточно быстро.
Чтобы удовлетворить этим требованиям заказчика и еще при этом получить достоверный отчет о качестве объекта был придуман метод ускоренных эквивалентных испытаний. Смысл этого метода заключается в том, что состояние всего объекта оценивается не в целом по объекту, а только по самому уязвимому звену объекта. Таким самым слабым звеном ГТД является рабочая лопатка первой ступени ТВД. Предполагается, что за краткое время испытаний это слабое звено накопит такие же повреждения как и за весь ресурс. Чтобы это обеспечить испытание проводят на форсированном режиме использования объекта (в данном случае ГТД будет работать на режиме 1,2N). После проведения испытаний смотрят только самое уязвимое звено объекта и по его состоянию делают вывод о качестве всего объекта.
Материал рабочей лопатки выбирается в зависимости от заданных в исходных данных температур рабочей лопатки в среднем сечении на различных режимах работы ГТД, требуемого ресурса работы ГТД на этих режимах и напряжений, возникающих в рабочей лопатке при работе на этих режимах.
Выбор материала делается по справочнику жаропрочных материалов. Я использовал справочник: Жаропрочные стали и сплавы. Справочное издание. Масленков С.Б. М.: Металлургия, 1983. 192 с.
В соответствии с этим справочником, для своих исходных данных я выбрал материал ХН62МВКЮ (ЭИ 867).
По выбранному материалу требуется выписать из справочника параметры длительной прочности материала:
|
Температура, |
Напряжение, МПа |
Время до разрушения, часы |
|
700 |
740 |
100 |
|
800 |
310 |
1000 |
|
800 |
430 |
100 |
|
900 |
110 |
1000 |
|
900 |
190 |
100 |
|
950 |
60 |
1000 |
|
950 |
110 |
100 |
После выбора материала требуется проиллюстрировать в графическом виде интересующие свойства материала (время разрушения материала в зависимости от напряжения и температуры). Такое графическое представление свойств материала я делал с помощью зависимости параметра Ларсена-Миллера.
Зависимость параметра Ларсена-Миллера представляет собой зависимость времени разрушения лопатки от напряжения, возникающего в лопатке, представленная в одной кривой. Таким образом, строя одну кривую Ларсена-Миллера не нужно строить для каждого режима свою зависимость времени разрушения лопатки от напряжения (так как температуры разные, поэтому разные свойства материала), а можно все описать одной кривой. В этом и заключается смысл параметра Ларсена-Миллера.
Для того чтобы её получить сначала для каждого режима считается параметр Ларсена-Миллера, по формуле:
Рассчитывая параметр для каждой температуры , получаем ряд значений параметра, соответствующих определенной температуре. По этим значениям строится график изменения параметра Ларсена-Миллера от напряжения.
Для своего материала (ХН62МВКЮ (ЭИ 867)) я получил:
Для удобства использования эта зависимость аппроксимируется прямой линией, используя уравнение которой удобно получать все промежуточные значения параметра, которые потом можно пересчитать во время разрушения материала
Для своего материала я получил такую зависимость:
Время разрушения материала определяется так:
Получив формулу зависимости параметра Ларсена-Миллера, используя ее и формулу для расчета времени разрушения, рассчитываем время разрушения материала при различных режимах работы ГТУ. Оформим это в табличной форме:
Для того чтобы рассчитать время проведения испытаний, нужно рассчитать коэффициенты ускорения испытаний.
Коэффициенты ускорения испытаний вычисляются по формуле:
Расчет коэффициентов ускорения испытаний оформим в табличной форме:
После этого рассчитываем время проведения испытаний, по формуле:
Тогда время испытаний будет равно:
Вывод: При наработке ГТД на режиме 1,2N в течение 914 ч в рабочих лопатках ТВД произойдёт накопление повреждений такое же, как за 20 000 ч ресурсной наработки. После проведения испытаний, по состоянию РЛ 1-ой ступени ТВД можно будет сделать вывод о качестве ГТД в целом.
Для определения количества циклов до разрушения нужно выписать из справочника по выбранному материалу и температуре на режиме предел длительной прочности, коэффициент Пуассона и модуль упругости.
После этого по выписанным пределам длительной прочности рассчитывается среднее напряжение в цикле как среднее арифметическое, используя которое для каждого режима рассчитывают допустимую упругую деформацию по формуле:
Покажем это в таблице:
Рассчитанное значение допустимой упругой деформации подставляют вместе с пределами длительной прочности и среднего напряжения в цикле, в уравнение Менсона:
Решая которое получают количество циклов нагружения на каждом режиме работы ГТУ.
Оформим расчет в табличной форме:
|
Режим работы ГТУ |
Выдерживаемое количество циклов нагружения до разрушения |
|
1,2N |
34733 |
|
1,0N |
101921 |
|
0,8N |
206842 |
|
0,6N |
661894 |
Полученное количество циклов нужно сравнить с числом запусков. Число запусков определим как отношение ресурса ГТУ к наработке на 1 запуск. Тогда:
запусков.
Вывод: Поскольку количество выдерживаемых циклов нагружения на всех режимах больше количества запусков, материал лопатки выбран, верно.
Для формирования программы испытаний нужно задать следующие данные:
Количество циклов работы установки = 2000 (это количество запусков установки).
Суточное время работы стенда(ts) = 20 часов.
Время запуска установки и выхода на испытательный режим(tz) = 10 минут
Время охлаждения установки(to) = 5 мин.
После этого рассчитывается суммарное время на запуск/охлаждение за 2000 циклов, часы:
часов
Общее врем испытаний:
часов, где
- время на запуск/охлаждение
- время испытаний.
Время, затрачиваемое на один цикл испытаний:
мин.
Количество циклов за один день испытаний:
циклов
Время работы на испытательном режиме за один цикл:
мин.
Итоговое время работы стенда за период испытаний:
дня.
Вывод: В течение одного дня испытаний установка должна выводиться на режим 1,2N 28 раз и в каждом случае работать на этом режиме в течении 27,39 минуты. Кроме этого, согласно расчету для проведения всего комплекса испытаний необходима работа стенда в течение 71 дня, с учетом работы в день по 20ч.