49231

Разработка программы ускоренных эквивалентных испытаний для подтверждения назначенного ресурса газотурбинных установок

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Обоснование применения выбранного метода испытаний ГТУ. Расчет коэффициентов ускорения испытаний и времени испытаний. Программа испытаний на малоцикловую усталость.

Русский

2013-12-23

70.86 KB

7 чел.

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

Оглавление

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. Задание и исходные данные.

1.1. Задание.

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.

1.2.  Исходные данные.


варианта

Мощность
ГТД, МВт

Назначенный
ресурс, ч

Средняя
наработка
на 1 запуск, ч

Напряжения

в РЛ 1-й

ступени ТВД, МПа

Температура
РЛ   ТВД в среднем
сечении,
0С

1

1, 2N  -12
1,0
N – 10

0, 8N  -8
0,6
N – 6

20 000
из них:

1,2N -500

1,0N -5 000  
0,8
N – 10 000
0,6
N  и ниже - остальное

10

1, 2N  -160
1,0
N – 150

0, 8N  -140
0,6
N – 120

1, 2N  - 880
1,0
N – 830

0, 8N  - 780
0,6
N – 720



1. Обоснование применения выбранного метода испытаний ГТУ.

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.

2. Выбор материала рабочей лопатки.

2.1. Выбор материала.

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

2.2. Получение зависимости Ларсена-Миллера и расчет времени разрушений материала на различных режимах работы ГТУ.

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:

3. Расчет коэффициентов ускорения испытаний и времени испытаний.

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.

4. Программа испытаний на малоцикловую усталость.

4.1. Определение количества циклов до разрушения.

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.

5. Формирование программы испытаний.

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.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36031. Классификация видов экономического анализа. Особенности в содержании, информационной базе и организации отдельных видов экономического анализа 34 KB
  Классификация видов экономического анализа. Особенности в содержании информационной базе и организации отдельных видов экономического анализа По времени: 1. Ретроспективный исторический посмертный анализ; 2. Оперативный ситуационный анализ; 3.
36032. Происхождение РЯ и основные этапы его становления 31 KB
  В своем историческом развитии русский язык прошел несколько этапов: 1 выделение восточнославянских племен предков русских украинцев и белорусов из общеславянского единства и образование древнерусского языка VI XIV вв. 2 распад древнерусского языка и возникновение языка русской народности XIV XVII вв. и 3 формирование и развитие национального русского языка 2я половина XVII XX в. Первый этап формирования будущего русского языка связан с Киевской Русью феодальным государством восточнославянских племен диалекты которых...
36033. Предмет изучения стилистики 33.5 KB
  Существуют стилистика языка и стилистика речи лингвостилистика и литературоведческая стилистика стилистика от автора и стилистика восприятия стилистика декодирования и др. Стилистика языка исследует с одной стороны специфику языковых подсистем называемых функциональными стилями и подъязыками и характеризующихся своеобразием словаря фразеологии и синтаксиса и с другой стороны экспрессивные эмоциональные и оценочные свойства различных языковых средств. Стилистика речи изучает отдельные реальные тексты рассматривая каким образом...
36034. Глобальные экологические проблемы современности. Пути их преодоления. Концепция устойчивого развития 33 KB
  Концепция устойчивого развития 1 Утилизация радиоактивных отходов Решение:Новые ядерные технологии сконструированны таким системным научным методом согласованного взаимодействия единства противоположностей процессов синтезараспада становятся управляемыми и безотходными. Концепция устойчивого развития основывается на пяти основных принципах. Триединая концепция устойчивого развития объединение 3х основных точек зрения экономическая социальная экологическая. развития у недоминирующих культур.
36036. Политическая мысль эпохи Возрождения. Н. Макиавелли 31.5 KB
  Идеал 2х направлений: национально независимое суверенное госво в форме республики. В борьбе двух зарождавшихся идеологий либерализма и коммунизма победил либерализм и стал господствующей идеологией в 20 в. Он вводит понятие для определения госва stto госво это пол оргя обва а политика умение управлять. Определил предмет п науки учреждение государств сохранение и управление им создание армии ведение войны.
36037. ассортименту. Под номенклатурой понимается укрупненный перечень изделий предусмотренный планом к выполнен. 33.5 KB
  В начале строится таблица где весь V продукции структурирован по группам видам изделий. Шапка: вид продукции изделие А Б Объем продукции в оптимальных стабильных ценах в к плану единицы измерения оптимальной цены за ед. выпуск продукции в натуральном выражении план и факт выпуск продукции в стоим. 1 Кср =  объемов продукции которая пошла в зачет по номенклатуре  продукции по плану.
36038. Строение и функции клеточного ядра. Деление клеток эукариот. Митоз и мейоз 33 KB
  ДНК спирализуется передделением клетки для более точного распределения генетического материала при делении. Хранение генетической информации и передача ее дочернимклеткам в процессе деления. Митоз тип клеточного деления в результате которого дочерние клетки получают генетический материал идентичный тому который содержался в материнской клетке. Хромосомы спирализуются центриоли у животных клеток расходятся к полюсам клетки распадается ядерная оболочка исчезают ядрышки и начинает формироваться веретено деления.
36039. Формы изменчивости живых организмов. Рекомбинации и мутации 33 KB
  Хромосомные мутации возникают на основе хромосомных перестроек аберраций. Различают внутрихромосомные нехватки дупликации инверсии и межхромосомные транслокации обмен участками негомологичных хромосом иди фрагментов; геномные изменения чисел хромосомгаплоидия полиплоидия анеуплоидия; плазмовые изменения цитоплазматических наследственных структур. Комбинативная; причинами служат все виды скрещивания и гибридизации а также кроссинговер обмен генетическим материалом между гомологичными хромосомами родителей во время...