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

5 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

67002. ПИСЬМО СРОЧНОЙ БУКВЫ -К-, СЛОГОВ И СЛОВ К НЕЙ 77.14 KB
  Написание строчной буквы -к-. - от начала первой строчки до середины напишем два элемента буквы. от середины до конца строчки. все элементы буквы. ( , к) - поменяйтесь прописями и найдите красавицу. 2) письмо слогов с буквой -к-. - карлсону очень хочется стать помощником капитана.
67003. Буква Щ, щ, позначення нею звукосполучення «шч». Бесіда на тему «Наша Батьківщина» 64.5 KB
  Ознайомити учнів з буквою «ща», яка позначає не один звук, а звукосполучення [шч], удосконалювати вміння виконувати звуко-буквений аналіз слів: вчити читати склади і слова з буквою «ща», збагачувати словник словами з цією буквою виховувати любов до рідного краю, своєї Батьківщини.
67004. Звуки «з'» «з». Буква З з (с использованием заданий на развитие логического мышления) 122 KB
  Цели: 1. Познакомить учащихся со звуками [ з'] [ з ], буквами З з ; 2. Продолжить работу над звуковым анализом слов; 3. Учить читать слоги, слова с буквой "зэ"; 4. Развивать фонематический слух, речь, мышление, обогащать словарный запас, прививать любовь и уважение к родной природе.
67005. Письмо великої букви С, складів та слів із нею. Складання і записування речень 33 KB
  Оголошення теми і мети уроку Перегляд уривка мультфільму Вкрадений місяць Чи сподобався вам мультфільм Хто бачив цей мультфільм Що таке місяць Навіщо він потрібний На що або на кого схожий місяць Інтерактивна технологія Мікрофон Які ще предмети схожі на букву С Якы предмети можна перетворити на букву С Як Доведіть думку.
67006. Гриби 296.5 KB
  Формувати уявлення про різноманітність грибів у природі про значення грибів у природі і цінність для людей їх охорону; формувати поняття їстівні гриби отруйні гриби; вміння розрізняти їстівні та отруйні гриби узагальнювати висловлювати судження і перевіряти їх правильність...
67007. Подорож картою України 52 KB
  Мета: продовжити формувати уявлення учнів про географічне розміщення України її кордони сусідство з іншими країнами; ознайомити з найбільшими містами України горами водоймами тваринами рослинами; детальніше познайомити із столицею України містом Києвом; викликати позитивні емоції виховувати почуття любові...
67008. Правила поведения в экстремальной ситуации 63.5 KB
  Вводная часть: актуализация опорных знаний. - Что на свете всего дороже. - Как понимаете это слово. Что с ним связано? Что влияет на наше здоровье? (Питание, спорт, профилактика вредных привычек соблюдение правил безопасности, правильный отдых) - Что такое опасная ситуация? - Какое отношение имеют эти слова к здоровью?
67009. Текст. Признаки текста. Виды связи в тексте. Цепная связь. Способы передачи цепной связи. Параллельная связь. Присоединительная связь 102.5 KB
  Текст можно определить как объединенную смысловой и грамматической связью последовательность речевых единиц: высказываний, сложных синтаксических целых, фрагментов, разделов и.т.д. Основными признаками текста являются: 1) завершённость, смысловая законченность, которая проявляется в полном...
67010. Тема текста. Содержание текста. Коммуникативная задача текста. Части текста. Микротемы текста 38.5 KB
  Цели: 1. Углубить понятие о смысловом делении текста. 2. Продолжить работу над синтаксическими конструкциями для выражения характера, образа действия. 3. Добиться осознания студентами тесной взаимосвязи языка и общества, основных функций языка в обществе, которые будут способствовать правильному стилистическому использованию изученных конструкций в речи.