Способ эксплуатации двигателя по его техническому состоянию

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей и используется для оценки их остаточного ресурса. Способ эксплуатации двигателя по его техническому состоянию включает определение фактической наработки двигателя, сравнение ее с допустимыми значениями и определение остаточного ресурса двигателя. При эксплуатации газотурбинного двигателя фиксируют рабочий диапазон двигателя по температуре газа за турбиной и разбивают его на не менее чем два поддиапазона по значению температуры газа за турбиной при номинальном значении мощности, в каждом из которых при граничных значениях температуры газа и соответствующих этим значениям тепловым и газодинамическим нагрузкам на деталь при заданном значении ресурса на основе характеристик материала детали определяют коэффициенты запаса статической прочности K_mi с учетом предела ползучести материала, выбирают наиболее нагруженную деталь с минимальным значением K_mi, для каждого поддиапазона определяют среднее значение коэффициента K_{mi ср.}, в первом поддиапазоне от значения температуры газа за турбиной при номинальном значении мощности; среднее значение коэффициентов запаса принимают за базовое значение К_{mi ср. баз.}, затем определяют для каждого поддиапазона отношения b_i=K_{m ср. баз.}/ K_{mi ср.}, а интервал времени Т_э, в течение которого сохраняется работоспособное состояние двигателя, определяют по формуле: Т_э=Σb_i* τ_i, где τ_i - фактическая наработка двигателя при работе в каждом поддиапазоне; b_i - коэффициент пересчета фактической наработки к более нагруженным режимам. Предложенный способ позволяет увеличить ресурс и продолжительность жизненного цикла двигателя за счет учета реальной нагрузки на его детали в ходе эксплуатации. 3 табл.

 

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей и используется для оценки их остаточного ресурса.

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является способ эксплуатации двигателя по его техническому состоянию, включающий определение фактической наработки двигателя и сравнение ее с допустимыми значениями, и определение остаточного ресурса двигателя (Прототип: RU 2162213, МПК G01M 15/00, опубл. 20.01.2001 г.).

К недостаткам известного способа следует отнести то, что в нем не учитываются реальные режимы работы двигателя и его деталей, что приводит к преждевременному снятию двигателя с эксплуатации и отправки его на ремонтное обслуживание.

Задачей заявляемого способа является повышение ресурса и продолжительности жизненного цикла двигателя, за счет учета реальной нагрузки на его детали в ходе эксплуатации.

Указанная задача достигается тем, что в способе эксплуатации двигателя по его техническому состоянию включающем определение фактической наработки двигателя, сравнение ее с допустимыми значениями, и определение остаточного ресурса двигателя, согласно заявляемому решению, для газотурбинного двигателя, предварительно для, по меньшей мере, трех идентичных эксплуатируемому двигателей определяют диапазон температур газа за турбиной по статистике их наработки не менее чем за год, далее формируют рабочий диапазон температур, где за минимальное значение принимают наименьшее значение температуры газа за турбиной из статистики наработки, а за максимальное - наибольшее из значений температур газа за турбиной, заявленных для данных двигателей на номинальной мощности, затем полученный рабочий диапазон температур разбивают, по меньшей мере, на два равных поддиапазона, после чего для наиболее напряженных деталей эксплуатируемого двигателя в каждой граничной точке рабочего диапазона температур определяют их коэффициент запаса статической прочности К_mi, как отношение предела длительной прочности материала детали к ее эквивалентному напряжению с учетом свойств ползучести, далее выбирают контрольную деталь с наименьшим значением коэффициента запаса статической прочности К_mi, для которой в каждом из поддиапазонов рабочих температур определяют среднее значение коэффициента запаса статической прочности К_{mi ср}., при этом среднее значение коэффициента запаса статической прочности поддиапазона с максимальным значением температуры газа за турбиной принимают за базовое К_{m ср}. _баз., затем для каждого поддиапазона рабочих температур контрольной детали определяют коэффициент пересчета фактической наработки b_i как отношение базового коэффициента запаса статической прочности к коэффициенту запаса статической прочности соответствующего поддиапазона, после чего, в ходе эксплуатации двигателя, фиксируют его фактическую наработку τ_i в каждом из поддиапазонов рабочих температур и затем определяют итоговую наработку Т_э по формуле T₃=Σb_i* τ_i на основе которой судят о оставшемся ресурсе работы двигателя.

Выбор по меньшей мере трех идентичных эксплуатируемому двигателей, определение диапазона температур газа за турбиной по статистике их наработки не менее чем за год, формирование рабочего диапазона температур, где за минимальное значение принимают наименьшее значение температуры газа за турбиной из статистики наработки, а за максимальное наибольшее из значений температур газа за турбиной заявленных для данных двигателей на номинальной мощности позволит учесть все внешние факторы, влияющие на режимы работы двигателей в течение эксплуатации, а также учесть различия в их характеристиках, связанных с процессом производства и сборки.

Разбитие рабочего диапазона температур, по меньшей мере, на два равных поддиапазона, определение для наиболее напряженных деталей эксплуатируемого двигателя в каждой граничной точке рабочего диапазона температур их коэффициента запаса статической прочности K_mi как отношение предела длительной прочности материала детали к ее эквивалентному напряжению с учетом свойств ползучести, и выбор контрольной детали с наименьшим значением коэффициента запаса статической прочности K_mi, позволит выявить деталь с максимальным напряжением, в которой процесс разрушения при прочих равных начнется раньше, чем в остальных.

Определение для контрольной детали в каждом из поддиапазонов рабочих температур среднего значения коэффициента запаса статической прочности К_{mi ср.}, принятие среднего значение коэффициента запаса статической прочности поддиапазона с максимальным значением температуры газа за турбиной за базовое К_{m ср}. _баз., и определение для каждого поддиапазона рабочих температур контрольной детали коэффициента пересчета фактической наработки b_i, как отношение базового коэффициента запаса статической прочности к коэффициенту запаса статической прочности соответствующего поддиапазона, позволит для каждого поддиапазона определять время наработки двигателя с учетом температурного режима его эксплуатации, при этом разбитие рабочего диапазона температур более, чем на два поддиапазона, позволит повышать точность предложенного способа.

Фиксация в ходе эксплуатации двигателя его фактической наработки τ_i в каждом из поддиапазонов рабочих температур и определение итоговой наработки Т_э по формуле T_э=Σb_i* τ_i, на основе которой судят о оставшемся ресурсе работы двигателя, позволит определить точное время наработки и установить реальный оставшийся ресурс двигателя.

Пример реализации заявленного способа.

По результатам эксплуатации трех газотурбинных двигателей за год определяют диапазон температур газа за турбиной Т_т на номинальной мощности с учетом заявленной температуры для соответствующего двигателя.

В результате получают рабочий диапазон по температуре газа за турбиной Т_т, где за минимальное значение принимают наименьшее значение температуры газа за турбиной из статистики наработки Т_{т min}=635°С, а за максимальное наибольшее из значений температур газа за турбиной, заявленных для данных двигателей на номинальной мощности Т_{т mах}=765°С.

Затем полученный рабочий диапазон температур разбивают на два равных поддиапазона: диапазон 1 - 765…700°С, диапазон 2 - 700…635°С, и для наиболее напряженных деталей двигателя в каждой граничной точке определяют коэффициент запаса статической прочности К_mi, как отношение предела длительной прочности материала детали δ_qni к ее эквивалентному напряжению с учетом свойств ползучести δ_eqvi.

Из полученных значений видно, что деталью с наименьшим запасом статической прочности является лопатка турбины, и соответственно ее выбирают как контрольную деталь.

Далее для контрольной детали в каждом из поддиапазонов рабочих температур определяют среднее значение коэффициента запаса статической прочности К_{mi ср}.

При этом среднее значение коэффициента запаса статической прочности поддиапазона с максимальным значением температуры газа за турбиной принимают за базовое К_{m ср}. _баз. В данном случае максимальное значение температуры Т_т=765°С и соответственно за К_{m ср}. _баз принимают K_m1cp=1,47.

Затем для каждого поддиапазона рабочих температур лопатки турбины (контрольной детали) определяют коэффициент пересчета фактической наработки b_i, как отношение базового коэффициента запаса статической прочности к коэффициенту запаса статической прочности соответствующего поддиапазона.

После этого оценивают наработку τ_i эксплуатируемого двигателя в каждом из поддиапазонов рабочих температур газа за турбиной:

τ₁=1730 часов

τ₂=2806 часов,

и затем определяют итоговую наработку Т_э следующим образом:

Тэ=b₁* τ₁+b₂* τ₂=1*1730+0,84*2806=4087 часов

Получив реальное значение итоговой наработки, можно судить об оставшемся ресурсе эксплуатируемого двигателя, сравнив полученное значение итоговой наработки с заявленным предельно допустимым.

Таким образом, учет реальной нагрузки на детали газотурбинного двигателя в ходе эксплуатации позволит более точно оценить его итоговую наработку, тем самым повысив ресурс и продолжительность жизненного цикла газотурбинного двигателя.

Способ эксплуатации двигателя по его техническому состоянию, включающий определение фактической наработки двигателя, сравнение ее с допустимыми значениями и определение остаточного ресурса двигателя, отличающийся тем, что для газотурбинного двигателя, предварительно для, по меньшей мере, трех идентичных эксплуатируемому двигателей определяют диапазон температур газа за турбиной по статистике их наработки не менее чем за год, далее формируют рабочий диапазон температур, где за минимальное значение принимают наименьшее значение температуры газа за турбиной из статистики наработки, а за максимальное - наибольшее из значений температур газа за турбиной, заявленных для данных двигателей на номинальной мощности, затем полученный рабочий диапазон температур разбивают по меньшей мере на два равных поддиапазона, после чего для наиболее напряженных деталей эксплуатируемого двигателя в каждой граничной точке рабочего диапазона температур определяют их коэффициент запаса статической прочности К_mi как отношение предела длительной прочности материала детали к ее эквивалентному напряжению с учетом свойств ползучести, далее выбирают контрольную деталь с наименьшим значением коэффициента запаса статической прочности К_mi, для которой в каждом из поддиапазонов рабочих температур определяют среднее значение коэффициента запаса статической прочности К_{mi ср.}, при этом среднее значение коэффициента запаса статической прочности поддиапазона с максимальным значением температуры газа за турбиной принимают за базовое К_{m ср. баз.}, затем для каждого поддиапазона рабочих температур контрольной детали определяют коэффициент пересчета фактической наработки b_i как отношение базового коэффициента запаса статической прочности к коэффициенту запаса статической прочности соответствующего поддиапазона, после чего в ходе эксплуатации двигателя фиксируют его фактическую наработку τ_i в каждом из поддиапазонов рабочих температур и затем определяют итоговую наработку Т_э по формуле T_э=Σb_i* τ_i, на основе которой судят о оставшемся ресурсе работы двигателя.