Расчет турбины высокого давления двигателя Д-30

*   6  *  0.280 *  0.0250 *       0.2 *  993.6 *  130.8950000 *  791.53 *

*   7  *  0.309 *  0.0230 *       0.2 *  1007.3 *  131.8580000*  760.27 *

*   8  *  0.339 *  0.0210 *       0.2 *  1026.2 *  132.8320000 *  728.70 *

*   9  *  0.366 *  0.0190 *       0.2 *  1048.2 *  133.7050000 *  700.39 *

*  10  *  0.385 *  0.0180 *       0.2 *  1066.1 *  134.2990000 *  681.13 *

*  11  *  0.401 *  0.0170 *       0.2 *  1084.2 *  134.8240000 *  664.08 *

*  12  *  0.417 *  0.0160 *       0.2 *  1104.8 *  135.3550000 *  646.87 *

*  13  *  0.428 *  0.0200 *       0.1 *  1120.1 *  135.7150000 *  635.18 *

*  14  *  0.435 *  0.0390 *       0.1 *  1129.6 *  135.9270000 *  628.33 *

*  15  *  0.448 *  0.0390 *       0.1 *  1150.5 *  136.3630000 *  614.16 *

*  16  *  0.462 *  0.0390 *       0.1 *  1173.2 *  136.8000000 *  600.00 *

***********************************************************************

          *     РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА  ДИСКОВ НА ПРОЧНОСТЬ      *

          ***************************************************

          * Nсеч * SIT[МПа] * SIR[МПа] * SIE[МПа] *    K    *

          ***************************************************

          *   1  *   322.42 *  322.42  *  322.42  *  2.977  *

          *   2  *   297.08 *  271.13  *  297.08  *  2.969  *

          *   3  *   290.60 *  256.81  *  290.60  *  2.981  *

          *   4  *   309.47 *  327.54  *  327.54  *  2.617  *

          *   5  *   361.85 *  472.97  *  472.97  *  1.756  *

          *   6  *   398.75 *  509.31  *  509.31  *  1.554  *

          *   7  *   404.53 *  487.53  *  487.53  *  1.559  *

          *   8  *   405.58 *  463.01  *  463.01  *  1.574  *

          *   9  *   404.78 *  444.41  *  444.41  *  1.576  *

          *  10  *   403.79 *  432.80  *  432.80  *  1.574  *

          *  11  *   400.26 *  417.04  *  417.04  *  1.592  *

          *  12  *   395.90 * 400.68  *  400.68  *  1.614  *

          *  13  *   379.57 *  345.89  *  379.57  *  1.673  *

          *  14  *   340.23 *  219.41  *  340.23  *  1.847  *

          *  15  *   303.28 *  118.89  *  303.28  *  2.025  *

          *  16  *   285.69 *   85.86 *  285.69  *  2.100  *

          ***************************************************

Результаты  расчётов приведены на рисунках 3.12 и 3.13. 

Рисунок 3.12 – Зависимость тангенциального, радиального и эквивалентного напряжений от номера сечения

 

Рисунок 3.13 – Зависимость коэффициента запаса прочности диска от номера сечения

     Вывод: минимальный запас прочности K = 1,554, что входит в заданный диапазон, следовательно, соединение лопатки с диском удовлетворяет условиям прочности. Прочностная надежность соединения обеспечивается.

     3.4. Расчет вала на критические обороты 

     Расчет  осуществлялся в программе UISAPR. 

     3.4.1 Подготовка данных для расчета в программе UISAPR 

     Вал двигателя, соединяющий КВД и  ТВД,  и заменившая его эквивалентная  схема представлены на рисунке 3.14.

Рисунок 3.14 – Вал и его эквивалентная схема

     При этом массу каждого отдельного участка - находим по формуле 3.7, массовый полярный - и диаметральный - моменты инерции для эквивалентного диска по формулам 3.8 и 3.9 соответственно.

     

                                 (3.7)

     

                                            (3.8)

     

                                                   (3.9)

     Жесткость ближней опоры к ТВД принимаем 50 н/м, дальней – 50 н/м. 

     3.4.2 Расчет вала на критические обороты в программе UISAPR

***********************************************************************

*           ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА  ВАЛОВ НА КОЛЕБАНИЯ            *

***********************************************************************

* Количество сечений  вала                                *    13.00000*

* Признак наличия  конических участков (0 - нет, 1 - есть)*     0.00000*

* Модуль упругости [ *10e-5МПа ]                         *     0.20000*

***********************************************************************

*   *                 Параметры по сечениям вала                      *

*   *******************************************************************

* N *   L   * DH1 * DH2 * DB1 * DB2 *   M   *   JP   *   JD   *  CB   *

***********************************************************************

*  1*0.04907*0.156*0.156*0.141*0.141* 0.7410*0.000000*0.000000*  0.000*

*  2*0.01431*0.154*0.154*0.141*0.141* 0.9290*0.000000*0.000000* 50.000*

*  3*0.03249*0.155*0.155*0.141*0.141* 0.6240*0.000000*0.000000*  0.000*

*  4*0.02121*0.155*0.155*0.147*0.147* 0.6020*0.000000*0.000000*  0.000*

*  5*0.03054*0.151*0.151*0.139*0.139* 0.4920*0.000000*0.000000*  0.000*

*  6*0.03039*0.154*0.154*0.139*0.139* 0.7590*0.000000*0.000000*  0.000*

*  7*0.02993*0.157*0.157*0.142*0.142* 0.8490*0.000000*0.000000*  0.000*

*  8*0.09086*0.156*0.156*0.143*0.143* 1.5240*0.000000*0.000000*  0.000*

*  9*0.08935*0.156*0.156*0.143*0.143* 2.2370*0.000000*0.000000*  0.000*

* 10*0.08246*0.160*0.160*0.143*0.143* 2.5320*0.000000*0.000000* 50.000*

* 11*0.05049*0.161*0.161*0.143*0.143*69.9500*0.270000*0.540066*  0.000*

* 12*0.02990*0.160*0.160*0.143*0.143* 1.4260*0.000000*0.000000* 0.000*

* 13*0.03260*0.162*0.162*0.147*0.147*65.4140*0.270000*0.540066*  0.000*

* 14*       *     *     *     *     * 0.5100*0.000000*0.000000*  0.000*

***********************************************************************

* L   - длина  участка вала [ м ];                                     *

* DH1 - наружный диаметр  начала участка вала [ м ];                   *

* DH2 - наружный диаметр  конца участка вала [ м ];                    *

* DB1 - внутренний  диаметр начала участка вала [ м ];                 *

* DB2 - внутренний  диаметр конца участка вала [ м  ];                  *

* M   - масса  участка вала [ кг ];                                    *

* JP  - полярный  момент инерции [ кг*м2 ];                            *

* JD  - диаметральный  момент инерции [ кг*м2 ];                       *

* CB  - жесткость  опоры вала [ МН/м ];                                *

***********************************************************************

*                 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ВАЛА НА  КОЛЕБАНИЯ                *

***********************************************************************

* Критическая частота  1  [ рад/с ]                       *  1953.90104*

* Критическая частота  2  [ рад/с ]                       *     0.00000*

* Критическая частота  3  [ рад/с ]                       *     0.00000*

***********************************************************************

     Вывод: при частоте вращения вала ω = 1953,90104 рад/сек наступает резонансный режим, что выше частоты вращения на режиме работы двигателя максимал ω = 844,5669 рад/сек, следовательно, данную частоту считаем неопасной. 

4. ПАТЕНТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОБАРЬЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ЛОПАТОК ТУРБИН
1. Краткое описание патентов

      Тематика  представленных патентов относится  к термобарьерным (теплозащитным) покрытиям для лопаток турбин.  

 
 
 
 

     Изобретение относится к области машиностроения, а именно к теплозащитным покрытиям  и способам их получения на рабочих  и направляющих лопатках энергетических и транспортных турбин, и, в особенности, газовых турбин авиадвигателей. Способ включает формирование на защищаемой поверхности лопатки металлического подслоя из жаростойкого сплава, переходного металлокерамического слоя и внешнего керамического слоя из ZrO2, стабилизированного Y2O3. Сначала наносят металлический подслой. На него наносят слой высокотемпературного припоя, на который наносят керамический слой. После этого выполняют диффузионный отжиг при температуре, обеспечивающей получение жидкой фазы металла подслоя. Формируют переходный металлокерамический слой за счет смачивания керамического слоя металлом нижележащего высокотемпературного припоя на глубину, равную толщине переходного слоя. В результате повышается эксплуатационная прочность сцепления на границе переходный слой - внешний керамический слой при одновременном повышении выносливости и циклической прочности деталей с защитными покрытиями.

     Техническим результатом заявляемого способа  является повышение

эксплуатационная  прочность сцепления на границе  «переходный слой - внешний

керамический  слой» при одновременном повышении  выносливости и циклической прочности деталей с защитными покрытиями.

     Технический результат достигается тем, что  в способе получения теплозащитного покрытия, на рабочих поверхностях лопаток из никелевых или кобальтовых  жаропрочных сплавов турбин газотурбинных  двигателей и энергетических установок, включающем формирование на защищаемой поверхности лопатки металлического подслоя из жаростойкого сплава, переходного металлокерамического слоя и внешнего керамического слоя из ZrO2, стабилизированного Y2O3, в отличие от прототипа, на защищаемую поверхность лопатки сначала наносят металлический подслой, на него наносят слой высокотемпературного припоя, на который наносят керамический слой, после чего выполняют диффузионный отжиг при температуре, обеспечивающей получение жидкой фазы металла подслоя, и формируют переходный

металлокерамический слой за счет смачивания керамического  слоя металлом

высокотемпературного  припоя на глубину, равную толщине переходного  слоя, при этом, как вариант, в  качестве высокотемпературного припоя используют сплав системы никель-хром-кремний.

     Технический результат достигается также  тем, что в способе получения

теплозащитного  покрытия перед нанесением металлического подслоя проводят ионно-плазменную подготовку поверхности лопатки  и ее ионно-имплантационную обработку ионами Nb, Pt, Yb, Y, La, Hf, Cr, Si или их сочетанием.

     Технический результат достигается также  тем, что в способе получения

теплозащитного  покрытия перед нанесением металлического подслоя на поверхность лопатки дополнительно наносят слой из Nb, Pt, Cr или их сочетания толщиной от 0,1 мкм до 2,0 мкм.

     Технический результат достигается также  тем, что в способе получения

теплозащитного  покрытия нанесение металлических слоев покрытия осуществляют шликерным или газотермическим, или вакуумными ионно-плазме- нными методами или магнетронными методами или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме, а керамического слоя проводят газотермическим или вакуумными ионно-плазменными методами или магнетронными методами, или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме.

     Технический результат достигается также  тем, что в способе получения

теплозащитного  покрытия в качестве материала металлического подслоя используют жаростойкий сплав состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Ni - остальное или состава: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Co - от 16% до 30%; Ni - остальное, или состава: Si - от 4,0% до 12,0%; Y - от 1,0 до 2,0%; Al - остальное, при этом толщина жаростойкого слоя составляет от 10 до 60 мкм, причем на жаростойкий слой наносят слой высокотемпературного припоя толщиной от 3 мкм до 40 мкм.

     Технический результат достигается также  тем, что в способе получения

теплозащитного покрытия после нанесения покрытия производят его диффузионный отжиг в вакууме или среде защитного газа, выбирая

температуру в диапазоне от 800°С до 1300°С.

     Технический результат достигается также  тем, что в теплозащитном покрытии на рабочих поверхностях лопаток из никелевых или кобальтовых жаропрочных сплавов турбин газотурбинных двигателей и энергетических установок, состоящем из нанесенного на защищаемую поверхность лопатки металлического подслоя из жаростойкого сплава, переходного металлического слоя из ZrO2, стабилизированного Y2O3, в отличие от прототипа, переходный металлокерамический слой получен смачиванием керамического слоя металлом высокотемпературного припоя на глубину, равную толщине переходного слоя.