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

6 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

3348. Краткий курс физики 430 KB
  Методические указания содержат рабочую программу разделов «Классическая механика» и «Молекулярная физика и термодинамика» дисциплины «Физика» и краткое теоретическое изложение основных вопросов этих разделов. Приведены определения физических величин...
3349. Распределения Максвелла и Больцмана. Явления переноса 377.5 KB
  Распределения Максвелла и Больцмана. Явления переноса План лекции: Закон Максвелла о распределении молекул по скоростям. Характерные скорости молекул. Распределение Больцмана. Средняя длина свободного пробега молекул. Явления...
3350. Действие магнитного поля на проводники с током и движущиеся электрические заряды 496 KB
  Действие магнитного поля на проводники с током и движущиеся электрические заряды  Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Контур с током в магнитном поле. Работа перемещения проводника с током в магнитном поле. Сила Лоренца...
3351. Методические указания к лабораторным работам по механике 408.5 KB
  В методических указаниях приведены основные теоретические сведения и практические рекомендации по выполнению лабораторных работ по механике. Законы сохранения в механике. Изучение центрального столкновения шаров Цель работы: изучение законов уп...
3352. Исследование электростатического поля 196 KB
  Исследование электростатического поля Изучение электростатического поля; экспериментальное построение эквипотенциальных линий (эквипотенциалей) и линий напряженности; вычисление напряженности поля. Теоретические основы работы Как известно, взаимодей...
3353. Электростатический вольтметр 183.5 KB
  Электростатический вольтметр Цель работы состоит в практическом изучении работы электростатического вольтметра, применении метода измерений разности потенциалов для градуирования электростатического вольтметра. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ Взаимодейс...
3354. Определение электроемкости конденсатора и диэлектрической проницаемости диэлектрика 244.5 KB
  Определение электроемкости конденсатора и диэлектрической проницаемости диэлектрика Определение электрической емкости плоского конденсатора с помощью мостовой схемы. Определение относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика. Теоретические ...
3355. Определение электродвижущей силы элемента методом компенсации 116.5 KB
  Определение электродвижущей силы элемента методом компенсации Ознакомление с одним из методов измерения электродвижущей силы (ЭДС) источника тока. Теоретические основы работы Компенсационный метод измерения основан на уравнивании измеряемого напряже...
3356. Определение сопротивления, емкости и индуктивности с помощью мостовой схемы 148.5 KB
  Определение сопротивления, емкости и индуктивности с помощью мостовой схемы Знакомство с методами измерения сопротивления резистора, емкости конденсатора и индуктивности катушки, а также приобретение практических навыков обращения с измерительными п...