Способ испытания лопаток турбин на трещиностойкость при термоциклическом нагружении

 

СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЛОПАТОК ТУРБШ НА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ ПРИ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ, заключающийся в том, что определяют место максимального отношения растягивающих термических напряжений к пределу текучести материала лопатки, находят в зтом месте концентратор напряжений, лопатку консольно закрывают , определяют нейтральное положение ее периферийного сечения, циклически нагревают, измеряют амплитуду (JT перемещений периферийного сечения пера лопатки от нейтрального положения в направлении наибольшего изменения амплитуды, периоди- .чески измеряют приращение дпины развивающейся трещины и по скорости изменения амплитуды перемещений судят о текущей скорости распространения трещины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытания, концентратор наносят , начиная от кромки пера лопатки , в виде двух поверхностных надрезов , расположенных на спинке и корытце лопатки в одной плоскости перпендикулярно оси лопатки, по окончании циклического нагрева образец выдерживают при постоянной температуре и повторноопределяют нейтральное положение периферийного сечения, а текущую скорость рас§ пространения трещины определяют по формуле (Л йб Л 8т с N ь8т-лБ ан то Е где длина трещины; Н - число циклов нагрева; Ьо .f - приращение амплитуды перемещений перифер}1йного сечения пера лопатки за данный период испытанийJ йОто приращение остаточного прогиба оси лопатки в месте периферийного сечения пера лопатки за данный период испытанийi дЕ приращение трещины.

(19) (I I) SU

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 01 N 3/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3706319/25-28 (22) 29.02.84 (46) 15.08.85. Бюл. еее 30 (72) А.И.Петренко (71) Институт проблем прочности

АН УССР (53) 620.172 (088.8) (56) Борздыка А.И, Методы горячих механических испытаний металлов.

M., Металлургиздат, 1962, с. 460-464.

Авторское свидетельство СССР

Р 888012, кл. С 01 N 3/60, 1980 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЛОПАТОК

ТУРБИН НА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ ПРИ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ, заключающийся в том, что определяют место максимального отношения растягивающих термических напряжений к пределу текучести материала лопатки, находят в этом месте концентратор напряжений, лопатку консольно закрывают, определяют нейтральное положение ее периферийного сечения, циклически нагревают, измеряют амплитуду О перемещений периферийного сечения пера лопатки от нейтрального положения в направлении наибольшего изменения амплитуды, периоди.чески измеряют приращение длины развивающейся трещины и по скорости изменения амплитуды перемещений судят о текущей скорости распространения трещины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытания, концентратор наносят, начиная от кромки пера лопатки, в .виде двух поверхностных надрезов, расположенных на спинке и корытце лопатки в одной плоскости перпендикулярно оси лопатки, по окончании циклического нагрева обра. зец выдерживают при постоянной температуре и повторно определяют нейтральное положение периферийного сечения, а текущую скорость распространения трещины определяют по формуле де .e ee, Ж ье,-ae„ag где е, — длина трещины;

Н вЂ” число циклов нагрева, Ь - приращение амплитуды перемещений периферийного сечения пера лопатки sa данный период испытаний;

Ь ее — приращение остаточного прогиба.оси лопатки в месте периферийного сечения пера лопатки sa данный период испытаний, — приращение трещины.

1173254

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытайии лопаток турбин ,на трещиностойкость при термоцикли- ческом нагружении. 5

Цель изобретения — повышение точности испытаний.

На фиг. 1 изображена схема установки для реализации способа; на фиг.2 — сечение лопатки в месте нане-10 сения концентратора; на фиг,З вЂ” схема измерения приращения амплитуды перемещений Ь8 и остаточного прогиба h3 оси лопатки в месте периферийного сечения пера за данный 15 период испытаний.

Установка для реализации способа содержит продувочную камеру 1, сое.— диненную с источником (не показан) газа с заданным диапазоном регули- 20 руемых параметров. Снаружи продувочной камеры 1 размещен захват 2 для крепления испытуемой лопатки З,перо которой размещено в камере 1. На верхней части пера лопатки 3 зак- 25 реплен удлинитель 4, связанный с датчиком 5 перемещений, который соединен через усилитель 6 с регистрирующим прибором 7. !

Способ реализуется. следующим образом.

В лопатке 3, подлежащей испытанию предварительно определяют рас пределение температурных полей для 35 различных моментов времени заданного температурного цикла. По полученным температурным полям рассчитывают нормальные к поперечным сечениям пера термические напряжения в лопатке 3. 40

По результатам расчета определяют на кромке пера лопатки 3 место максимального отношения растягивающих термических напряжений к пределу текучести материала лопатки 3. В этом 45 случае перед испытаниями, начиная от кромки пера лопатки 3, наносят концентратор напряжений в виде двух поверхностных надрезов 8 и 9, распо-. ложенных на спинке и корытце лопатки 50

3 в одной плоскости перпендикулярно оси лопатки 3. Указанное выполнение концентратора напряжений локализует место разрушения, так как в нем действуют наибольшие растягивающие 55 термические напряжения, и устраняет появление в этой зоне дополнительных термоусталостных трещин, которые могут повлиять .на величину скорости распространения исследуемой трещины.

Кроме того, такое выполнение концентратора напряжений-с самого начала способствует образованию сквозной, а не поверхностной трещины.Нанесение двух поверхностных надрезов

8 и 9, расположенных симметрично относительно средней линии профиля в области кромки, предотвращает появление изгибной составляющей напряжений, которая могла бы иметь место в случае одностороннего надреза и влиять на точность определения трещиностойкости, Затем лопатку 3 с удлинителем 4 консольно закрепляют в неподвижном захвате 2, определяют нейтральное положение. периферийного сечения лопатки 3, включают источник. газа и подвергают лопатку 3 циклическому температурному воздействию, В результате неравномерного нагрева и охлаждения, обусловленного более быстрым нагревом и охлаждением тонких кромок по сравнению с массивной средней частью, лопатка 3 периодически отклоняется то в сторону корытца, то в сторону спинки, вызывая перемещение конца удлинйтеля 4. Перемещение удлинителя 4 с помощью датчика 5 перемещений преобразуется в электрические сигналы, усиливаемые усилителем 6 и регистрируемые прибором 7 в виде диаграммы перемещеф ний. По полученным диаграммам определяют изменение амплитуды 3 перемещений периферийного сечения пера лопатки 3 в. направлении наибольшего ее изменения, зависящее от количества циклов нагрева, и определяют приращение 65 амплитуды перемещений периферийного сечения пера лопатки 3 за данный период испытаний. После циклического нагрева лопатку 3 выдерживают при постоянной температуре.

Повторно определяют нейтральное положение периферийного сечения лопатки 3 при равномерной температуре пера и наличии суммарного искривления оси лопатки .3 от всех предшествующих периодов испытаний и определяют приращение Ьц остаточного то прогиба оси лопатки 3 в месте периферийного сечения пера за данный период испытаний. Текущую скорость распространения трещины, по которой судят о трещиностойкости материала лопатки 3, определяют по формуле где 8 — длина трещины; - приращение трещины, — число циклов нагрева.

Указанная формула пригодна также для случая, когда ос— таточный термический прогиб оси лопатки 3 отсутствует . В этом случае А о = О.

1! 73254

4 д1

Соотношение позволяет учн. т 4о тцвать различные величины скоростей распространения трещины и изменения

5 амплитуды перемещений периферийного . сечения пера лопатки 3.

Изобретение позволяет повысить точность испытания за счет создания иа кромке пера лопатки напряжений, !

О близких к реальным, исключения дополнительных иэгибных напряжений и учета искривления лопатки в процессе термоциклического нагружения.

Риз.!

II73254

Составитель В. Гриненко

Редактор О. Колесникова Техред Л.Микеш Корректор В. Бутяга

Заказ 5041/40

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4