Способ разгонных испытаний вращающихся элементов турбомашины

 

Изобретение относится к испытаниям материалов и элементов конструкций, в частности к способам разгонных испытаний вращающихся элементов (дисков) турбомашины. Целью изобретения является повышение точности путем приближения условий испытаний к условиям эксплуатации путем создания на поверхности образца дополнительных динамических напряжений, вызываемых температурным полем. Испытуемый образец в виде диска турбомашины с концентратором напряжения устанавливают в вакуумной камере, разгоняют с эксплуатационным темпом, при достижении минимальной заданной скорости вращения включают нагрев диска, непрерывно измеряя температуру и напряжения в сечении с концентратором напряжения, ступичной и ободной частях диска, изменяют распределение температур по радиусу диска до достижения максимально допустимого напряжения в сечении с концентратором напряжения, при появлении трещины на образце увеличивают скорость до предельно допустимой и проводят испытание до достижения трещиной критической длины. 1 ил.

Изобретение относится к испытаниям материалов и элементов конструкции, в частности к способам разгонных испытаний вращающихся элементов (дисков) турбомашин.

Целью изобретения является повышение точности путем приближения условий испытаний к условиям эксплуатации созданием на поверхности образца дополнительных динамических напряжений, вызываемых температурным полем.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для осуществления способа испытаний.

Устройство содержит вакуумную камеру 1 с размещенными в ней испытуемым образцом 2, индукционным нагревателем 3, блоком датчиков темпеpатуры 4, датчиком роста трещины 5 и тензометром 6, механически связанные с образцом 2 привод вращения 7 и датчик скорости вращения 8, выход которого соединен с входом блока контроля 9, другие входы которого через многоканальный токосъемник 10 соединены с блоком датчиков температуры 4, датчиком роста трещины 5 и тензометром 6. Выходы блока контроля 9 соединены соответственно с первым и вторым входами программного устройства 11, управляющего работой привода вращения 7, и управляющим входом системы индукционного нагрева 12, связанной с индукционным нагревателем 3.

Способ осуществляется следующим образом.

Испытуемый образец 2 в виде диска турбомашины с концентратором напряжения устанавливают в вакуумной камере 1, в которой создают и поддерживают необходимый уровень вакуума. Включают привод вращения 7 и разгоняют образец с эксплуатационным темпом, задаваемым программным устройством 11 в соответствии с уровнем выходного сигнала блока контроля 9, который представляет собой прибор для измерения уровня напряжений и длины трещины в зоне концентратора и сравнения их с заданными критическими значениями, прибор для измерения и запоминания частоты вращения и формирователь логических сигналов на включение и отключение системы индукционного нагрева 12 и привода вращения 7 и задающих сигналов, определяющих темп разгона образца 2.

При достижении образцом 2 минимальной заданной скорости вращения на управляющий вход системы 12 с выхода блока контроля 9 поступает разрешающий сигнал уровня логической "1", запускающий ее в работу. В систему индукционного контроля, представляющую собой установку многозвенного регулирования, вводятся данные, определяющие заданные эксплуатационные температуры ступичной и ободочной частей диска 2 и в сечении с концентратором напряжения, а также опытные или расчетные данные, определяющие заданные температуры участков вблизи исследуемого и создающие в нем температурный градиент, обеспечивающий максимально допустимый уровень напряжений в сечении с концентратором.

Нагрев диска 32 осуществляется с эксплуатационным темпом с помощью индукционного нагревателя 3. Информация о нагреве в виде непрерывных сигналов через токосъемник 10 вводится в систему 12 с блока датчиков температуры 4. С помощью тензометра 6 осуществляется контроль уровня напряжений в исследуемом сечении. При уменьшении сигнала с тензометра ниже установленного уровня производится корректировка задания температур, обеспечивающая увеличение температурного градиента в зоне концентратора, а при превышении сигнала тензометра выше допустимого уровня блок контроля 9 формирует сигнал логического "0" для проведения корректировки задания температур, что обеспечивает прекращение нагрева образца 2 и остановку привода вращения 7.

В момент появления трещин на образце 2 блок контроля 9 дает программному устройству 11 команду на увеличение темпа разгона привода вращения 7 до максимально допустимого. При этом происходит интенсивный рост трещины, длина которой непрерывно сравнивается с заданным критическим значением. При достижении критической длины трещины блок контроля 9 запоминает соответствующую ей скорость вращения диска 2 и формирует управляющие сигналы логического "0" на отключение системы индукционного нагрева 12 и остановку периода вращения 7.

Полученные в результате испытания параметры образования трещин позволяют провести оценку остаточной несущей способности диска турбомашин при наличии повреждения.

П р и м е р. В одном из отверстий диска двигателя НК-8-2У выполнен искусственный концентратор (надрез), имитирующий усталостную трещину. При испытании на предложенном стенде погрешность при определении остаточной несущей способности диска была снижена в 2,5 раза, что позволило повысить на 8-10% ресурс работы двигателя.

Формула изобретения

СПОСОБ РАЗГОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ВРАЩАЮЩИХСЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТУРБОМАШИНЫ по которому на диск турбомашины наносят концентратор напряжения, помещают его в вакуумную камеру, разгоняют до момента появления трещин, после чего осуществляют его разгон до разрушения с частотой, соответствующей стабильному значению коэффициента динамического усилия, фиксируют удлинение трещины и по достижении критической ее длины определяют частоту вращения диска, которую учитывают при определении параметров трещинообразования, отличающийся тем, что, с целью приближения условий испытаний к условиям эксплуатации путем создания на поверхности образца дополнительных динамических напряжений, вызываемых температурным полем, в процессе испытаний нагревают диск, измеряя температуру и напряжения в сечении с концентратором напряжения, ступичной и ободной частях диска, и изменяют распределение температур по радиусу диска до достижения максимально допустимого напряжения в сечении с концентратором напряжения, при этом температура в сечении с концентратором напряжений, ступичной и ободной частях диска равна эксплуатационной.

РИСУНКИ

Рисунок 1