WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

При ударном износе частицы пыли не успевают отклониться вместе с потоком воздуха и ударяются о рабочую поверхность лопатки: происходит снятие стружки. При износе истиранием частицы перемещаются вместе с потоком вдоль поверхности лопатки, прижимаются к ней аэродинамическими или центробежными силами и, царапая поверхность острыми кромками, изнашивают ее по всей длине.

В соответствии с методикой специальных пылевых испытаний (СПИ) разработанной ЦИАМ, размеры частиц в запылённом воздухе рекомендуется принять ограниченными в диапазоне =1-1000 мкм.

Основным химическим компонентом поверхностного слоя почв, независимо от её типа является кварц (SiO ), который характеризуется высокой твёрдостью.

Влияние угла соударения на износ обусловлено изменением как числа частиц, приходящихся на единицу поверхности (пропорционально синусу «угла соударения»), так и «угла резания» при их ударе о поверхность.

Совместное влияние этих двух факторов приводит к тому, что величина износа существенно меняется в зависимости от угла соударения.

КНД КВД КНД КВД КНД КВД КНД КВД Рисунок 2 – Характер предельного износа рабочих лопаток ГСВ по ступеням со 2-й по 8-ю слева направо (наработка 128 часов).

Скорость соударения частиц пыли с поверхностью существенно влияет на величину износа. Очевидно, что чем выше скорость частицы, тем больше будет разрушение поверхности лопатки. Увеличенный износ на периферии рабочих лопаток – это следствие одновременного увеличения скорости и концентрации пыли.

По ряду экспериментальных исследований, интенсивность ударного износа пропорциональна скорости в степени около 2,8.

В настоящее время методика СПИ предлагает считать положительными результаты, если при этом параметры двигателя остались в допустимых пределах, и не было критических отказов. К концу испытаний не должно ухудшиться качество переходных процессов. Последний фактор, газодинамическая устойчивость, может оказаться решающим в формировании нормы предельного износа.

Выполненные в работе исследования предельного состояния параметров двигателя и геометрии элементов проточной части, позволяют сформировать понятия о нормировании этих величин в эксплуатации.

Изученные модели эрозионного износа у ряда исследователей при некотором отличии в терминах опираются, в основном, на одинаковое понимание факторов, определяющих процесс, которые можно представить в виде:

Е= f(, k, с, G,, V,, V, ) (1) в p отн где: – дисперсный состав, k- коэффициент эффективности пыли, с – концентрация пыли в воздухе, G –расход воздуха через двигатель, –время в наработки в запылённой атмосфере,V – скорость частиц при соударении, p - угол при соударении,V – скорость частиц при скольжении в отн межлопаточных каналах, - коэффициент эффективности ПЗУ.

В модели эрозии Табакова – Гранта, используемой в программном комплексе ANSYS-CFX, величина эрозии Е - унос массы материала с единицы поверхности, определяется следующей зависимостью:

2 E = k1 f ( )Vp cos2 [1- RT ]+ f (VPN ) (2) и даются рекомендации для задания входящих функций и констант.

Для оценки эрозионного износа используется также модель вида Е = k1 k2 (VP sin )z (ctg - f )Qs (3) где: Q объёмный расход твёрдых частиц в единицу времени sf – коэффициент трения частиц при ударе z – константа материала, характеризующая способность материала к повторным нагружениям k k параметры, учитывающие форму и свойства частиц.

1, 2– Третья глава Третья глава Третья глава посвящена описанию объекта исследования Третья глава конвертированного авиационного ГТД.

ГСВ предназначен для эксплуатации в составе передвижной компрессорной установки, используемой для продувки, очистки и осушки магистральных газо- и нефтепроводов. ГСВ разработан в ОАО «НПП «Мотор» на базе авиационного турбореактивного двигателя Р13-(рисунок 3). Рассмотрены основные параметры и характеристики ГСВ, необходимые для последующего исследования явлений эрозии.

Рисунок 3 - Генератор сжатого воздуха ГСВ эксплуатировался в климатических условиях типа полупустыня, то есть с повышенной концентрацией частиц абразивного вещества в воздухе: в Республике Калмыкия, Краснодарском и Ставропольском краях.

Установка находилась в эксплуатации 128 часов. Прекращение эксплуатации установки произошло вследствие трёх последовательных помпажей на режиме холостого хода, когда частоты вращения n увеличилась на 7 %. Холостой ход - работа установки без отбора воздуха, был принят для анализа параметров. Для исследования используются параметры, полученные при работе ГСВ в запыленной атмосфере, по мере наработки. Сравнение этих точек с исходной дроссельной характеристикой, позволяет получить отклонения параметров в процессе работы (рисунок 4).

dn2, % dn2, % dn2, % dn2, % --0 20 40 60 80 100 t, час t, час t, час t, час Рисунок 4. - Изменение относительного отклонения частоты вращения в процессе наработки В четвертой главе В четвертой главе В четвертой главе изучена геометрическая картина износа.

В четвертой главе Исследование эрозионного износа предполагает наличие точной геометрической картины, привязанной к той же системе координат, что и для новой, неизношенной лопатки. Необходимо точно знать, каков износ во всех точках пера лопатки. Для решения задачи используется бесконтактная система «ОПТЭЛ» для измерений геометрических параметров изделий сложной формы в производстве. При контроле лопаток автоматически измеряются координаты профиля пера -спинки и корыта, а также входных и выходных кромок.

На рабочих лопатках первых двух ступеней компрессора низкого давления износ практически отсутствует. Рабочие лопатки 3-8 ступеней имеют значительный износ в периферийной части. На последней ступени, на периферии, хорда уменьшилась практически до нуля. Износ лопаток направляющего аппарата имеет максимальную величину на некотором удалении от периферии. Характер износа объясняется наличием сепарирующего эффекта в компрессоре, когда концентрация абразивных частиц на периферии гораздо больше, чем в корневом сечении лопаток, также как и относительная скорость потока. В направляющем аппарате в пристеночном слое уменьшается скорость воздуха (и частиц), поэтому эрозия меньше.

По рабочим чертежам лопаток в CAD системе Компас-3D были построены трёхмерные твердотельные математические модели. На рисунке 5 дано трёхмерное представление пера лопатки.

а б в Рисунок 5 – Трёхмерное представление лопатки 6-й ступени КВД в системе Компас-3D. а- новое перо; б- результат наложение нового пера на изношенное; в- перо изношенной лопатки Наложением моделей новой и изношенной лопатки (рисунок 5 б) друг на друга определены качественные и количественные показатели износа пера лопатки.

Анализ дефектов и отказов ГТД показывает, что их причиной часто бывают разрушения рабочих лопаток из-за повышенных динамических напряжений. Расчет частот и форм собственных колебаний новой и изношенной рабочих лопаток КВД проведен методом конечных элементов при двух частотах вращения ротора ВД 0 и 11156 об/мин.

Таблица 1 – частоты собственных колебаний лопатки 6-й ступени Частоты собственных колебаний рабочих лопаток Форма новая изношенная колебаний 0 11156 0 f 849 996 1317 f 2949 2922 4347 f 4086 4123 4979 f 7110 6949 7599 f 7963 7820 10685 f 10321 10194 11183 f 13611 13359 12965 f 14816 14414 14609 f 17796 17458 17385 f 19853 19322 19942 Таблица 2 – Визуализация полей частот и напряжений в комплексе ANSYS Рабочая лопатка 6 ступени Форма Рабочая лопатка 6 ступени новая изношенная колеба ний перемещение напряжения перемещение напряжения f f Из анализа результатов проведённых исследований установлено, что с увеличением степени износа пера лопатки наблюдается ожидаемое возрастание частот собственных колебаний по низшим гармоникам.

Частоты собственных колебаний по высшим формам меняются незначительно, высокие уровни вибронапряжений создают предпосылки к ускоренному усталостному разрушению пера изношенной лопатки. В процессе эксплуатации ГСВ с изношенными лопатками критическое состояние наступило по признаку потери газодинамической устойчивости раньше, чем усталостное разрушение лопаток.

Пятая глава Пятая глава Пятая глава посвящена сравнению газодинамических параметров Пятая глава нового и изношенного компрессора. В связи со значительными изменениями геометрии лопаток и параметров потока по высоте, традиционный двухмерный расчёт на среднем диаметре не даёт необходимой информации о картине течения.

Проведён трёхмерный газодинамический расчёт 5-ти ступенчатого компрессора высокого давления ГСВ на основе расчётноэкспериментальных данных. С целью определения адекватности 3D модели выполнена верификация её с двухмерным расчётом для нового компрессора.

Результаты сравнения подтверждают адекватность трёхмерной модели.

Затем выполнен трёхмерный газодинамический расчёт 5-ти ступенчатого компрессора высокого давления, подвергшегося предельному эрозионному износу. Изношенный компрессор рассчитывался для тех же условий что и новый:

- неизменная физическая частота вращения ротора;

- поддерживается потребный для работы в сети уровень давления за компрессором ВД На рисунке 6 представлена расчётная сетка рабочего венца с участком входа. Расчётная область представлена двенадцатью «жидкими» доменами (fluid domain), сетка состоит из элементов типа гексаэдр.

Рисунок 6 – Расчётная сетка рабочей лопатки с входным каналом Таблица 3 - Параметры лопаточных венцов компрессора 277000- трёхмерный расчёт в ANSYS-CFX нового компрессора 281540- трёхмерный расчёт в ANSYS-CFX изношенного компрессора № P * Па P * Па * T * К 1 2 ст ст 4 355190 437353 460670 578978 1,285 1.25 438,4 420.5 456310 546191 561820 668653 1,215 1.17 474,7 471.6 554250 637620 661130 719413 1,173 1.07 506,7 506.7 649930 684463 794620 760062 1,204 1.09 534,5 532.8 782690 743931 929070 807567 1,175 1.06 568,6 565.L Дж С м/с C м/с C м/с ст u1 a1 a4 39570 50409 125,6 70.56 210,9 116.49 217,9 145.5 32130 35626 93,6 80.59 218,6 175.88 222,3 219.6 28640 25856 98,4 101.61 221,1 236.52 220,2 247.7 34340 33244 88,1 102.53 223,6 229.91 217,4 229.8 30970 15685 67,6 79.07 218,7 212.64 218,7 223.1 1 59°12` 58°42` 42°54` 31°0` 45°54` 24°30` 66°18` 61°48` 5 66°12` 67°42` 48°42` 50°42` 42°42` 36°18` 57°48` 53°42` 6 65°06` 66°42` 49°24` 54°54` 43°36` 36°06` 57°18` 47°42` 7 67°48` 64°24` 47°48` 51°12` 43°12` 42°54` 59°18` 54°42` 8 72°12` 68°54` 52°18` 55°48` 40°24` 41°24` 53°42` 51°36` Рисунок 7а Поле давления заторможенного потока в меридиональном сечении Рисунок 7б Относительная скорость потока на высоте 50% (span 0,5) в линиях тока Рисунок 7в Относительная скорость потока на высоте 90% (span 0,9) в линиях тока Снижение приведенного расхода воздуха в КВД принято по результатам моделирования в ПК DVIG. Рабочая точка компрессора низкого давления, при таких условиях, неизбежно смещается в сторону границы помпажа. Падение степени повышения давления КВД по результатам трёхмерного расчёта с =2,59 до =1,81 превышает оценку, полученную моделированием в ПК DVIG.

Поле давления заторможенного потока в меридиональном сечении (рис. 7а) иллюстрирует приведённое выше снижения за счёт отсутствия сжатия на периферии канала. Значительное уменьшение профиля лопаток выше среднего сечения (от span 0,5 к span 0,9 рис. 7б и 7в) приводит к возникновению мощных вихревых и обратных течений. Установленная в работе картина течения (изменение скоростей и углов набегания потока на профиль) создаёт предпосылки для объяснения характера эрозионного износа лопаток компрессора Средствами ПК DVIG исследовано влияние изменения характеристик отдельных ступеней на характеристики всего компрессора как изолированного, так и в системе двигателя.

Рисунок 8 –Смещение точек рабочих режимов по мере износа (условно в поле характеристик неизношенного компрессора ВД) При эрозионном износе характеристики КНД и КВД изменяются в направлении снижения производительности, степени повышения давления и КПД. Величина изменения параметров возрастает от ступени к ступени.

Выполнено моделирование влияния изменения характеристик КВД.

Ухудшение характеристики КВД уже в пределах 20% приводит к потере газодинамической устойчивости непосредственно в компрессоре ВД (рис. 8), тем более что при этом будет происходить снижение границы помпажа. Одновременно резко снижается запас устойчивости КНД.

Моделирование описывает характер изменений, которые, вероятно, произошли в реальных условиях после наступления предельного износа компрессора.

Для упрощённого расчёта двухфазных течений с целью определения концентраций и скоростей движения твёрдых частиц, задаются усреднённые характеристики потока:

- концентрация и фракционный состав пыли;

- средняя по проточной части всего компрессора окружная скорость;

- средняя по проточной части всего компрессора осевая скорость;

- радиус кривизны и высота канала.

Путем моделирования в ПК ANSYS-CFX изучен характер течения двухфазного потока при изменении ряда факторов.

Установлено, что при течении в канале пылевых частиц различной крупности наиболее мелкие частицы, под воздействием вязких сил, примерно следуют за потоком, изнашивая стенки канала по механизму истирания. Более крупные частицы, размером свыше 15 мкм, движутся, в большей части, под воздействием инерционных сил, ударяются о стенки канала в соответствии с направлением их скорости, вызывая ударную эрозию (рисунок 9б).

а б Рисунок 9– Распределение скоростей а -чистого воздуха, б- частиц крупной пыли.

Форма пылевой частицы также влияет на направление и величину скорости движения частицы в канале. Частицы неправильной формы (множество острых граней) при движении несут с собой большой объём «присоединённого» воздуха. Исследовано влияние присоединённого объёма на характер сепарации пыли. Для частиц размером 20 мкм присоединённый объём от 2 до 4 не влияет на интенсивность разделения пыли, при объёме сепарация заканчивается позднее, а при объёме 10 пыль движется под преимущественным воздействием сил вязкого трения, вместе с потоком и поэтому сепарация в канале не происходит.

Усталостные, эрозионные и коррозионные испытания рабочих лопаток ротора компрессора низкого давления с различными покрытиями показали, что среднее значение предела выносливости лопаток с испытуемыми покрытиями выше значений пределов выносливости вновь изготовленных лопаток с никель-кадмиевым покрытием на 7,5-9 % 15 мм Рисунок 10 – Схематическое расположение трещин на лопатках после усталостных испытаний Эрозионные испытания лопаток проводились с помощью специального приспособления на установке струйно-эжекторного типа 12Г-53. Унос массы за 8 с (время полного абразивного изнашивания покрытия со входной кромки) в условиях испытаний составил для лопаток №1 и №2 0,00184-0,00203 гр. соответственно.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.