Способ дефектации элементов двигателя

Способ дефектации элементов двигателя

Реферат

Изобретение относится к способам сортировки элементов двигателей различного назначения, бывших или находящихся в эксплуатации, в частности к способам дефектации партий элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления для газотурбинного двигателя и их последующей сортировки на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению.

Известен способ дефектации элементов двигателя, в основу которых положена проверка и оценка качества распыла среды (дизельного топлива) и их гидроплотности до или после эксплуатации (Евсикова А.В. и Попова В.Я. Технология производства и ремонта топливной аппаратуры дизелей. М.: Машгиз, 1958, с.222-227) /1/.

Особенностью работы элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя является то, что блоки работают в воздушной среде, а сбор воздуха после каждого из отверстий и оценка истекающих струй отверстий затруднены.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ дефектации элементов двигателя, включающий подачу под давлением рабочей жидкости на вход исследуемого элемента, изменение давления в интервале значений, характерных для работы элемента двигателя, измерение характеристик жидкости после исследуемого элемента, их сравнение с заранее установленными оптимальными величинами характеристик жидкости после исследуемого элемента и оценку элементов на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению (RU 2047455 С1. МПК В23Р 6/00. Опубл. 10.11.1995 г.) /2/.

Недостатком способа сортировки является то, что сортировку элементов на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению, производят по качеству распыла и гидроплотности жидкости после пропускания через элемент, при этом качество распыла и гидроплотность определяют визуально и на звук. Используя визуально и на звук определенные величины качества распыла жидкости и гидроплотность распыла, не представляется возможным объективно определить степень износа элементов и их остаточный ресурс. Затратным является также использование в качестве жидкости топлива (солярки).

Задача изобретения разработать эффективный способ дефектации блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя.

Ожидаемый технический результат - сокращение количества необоснованно выбракованных и необоснованно признанных годными для эксплуатации блоков сопловых лопаток, повышение надежности и качества сборки и ремонта двигателей, снижение затрат.

Технический результат достигается тем, что в известном способе дефектации элементов двигателя, включающем подачу под давлением рабочей жидкости на вход исследуемого элемента, изменение давления в интервале значений, характерных для работы элемента двигателя, измерение характеристик жидкости после исследуемого элемента, их сравнение с заранее установленными оптимальными величинами характеристик жидкости после исследуемого элемента и оценку элементов на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению, по предложению, для элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя в качестве рабочей жидкости используют воду с давлением Р_вх=1,4…1,6 кгс/см², в качестве характеристик воды до исследуемого элемента измеряют перепад давления на мерном участке, определяют расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках и рассчитывают текущие расходы G_щели; G_{отв «С»}; и G_отв.бл, а оценку элементов производят путем сравнения рассчитанных текущих расходов с заранее установленными оптимальными интервалами их значений,

где G_щели - расход воды через щель одной лопатки;

G_{отв «С»} - суммарный расход воды через все отверстия блока;

G_отв.бл - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки.

Расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках определяют с помощью прибора прямого и/или косвенного измерения, а в качестве исследуемых элементов используют новые и/или бывшие в эксплуатации элементы.

Выбор воды в качестве рабочей жидкости выполнен на основании газодинамического расчета с привлечением «теории подобия» с учетом свойств среды в рабочих условиях газотурбинного двигателя и воды как вещества заменяющего среду при испытаниях элементов. При этом установлено, что давление воды при испытаниях партии блоков сопловых лопаток турбин высокого давления должно находиться в интервале 1,4…1,6 кгс/см².

В качестве характеристик воды до исследуемого элемента используют перепад давления на мерном участке и расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках. Расход воды - легко и точно определяемая величина. Для его регистрации существуют приборы прямого действия, например: счетчики или приборы-автоматы, которые легко могут быть адаптированы в автоматических системах контроля. Расход может быть рассчитан по весу прошедшей через блок воды и времени ее прохождения.

Используя установленный перепад давления на мерном участке и измеренные расходы воды через щель, отверстия в блоке и лопатках, рассчитывают текущие расходы: G_щели - расход воды через щель одной лопатки; G_{отв «С»} - суммарный расход воды через все отверстия блока и G_отв.бл - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки.

Сравнивают приведенные в сопроводительных документах партии блоков интервалы оптимальных значений указанных расходов с рассчитанными текущими расходами. Если хотя бы один из текущих расходов из отверстий блока выходит за пределы оптимальных значений указанных расходов, то данный блок признается непригодным к эксплуатации. В качестве исследуемых блоков могут использоваться новые блоки.

Пример

Необходимо провести дефектацию блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя, поступивших после эксплуатации.

Испытуемый блок например 11Г61, монтируют на испытательном стенде.

К блоку крепят приспособление, которое через штуцер соединено с трубопроводом подвода воды. Проливают выходную щель каждой лопатки блока при давлении Р_вх=1,5^±0,05 кгс/см². Регистрируют вес Q_щели=8,215 кг прошедшей воды через щель каждой лопатки и время проливки t_щели=49,67 с. Проливают отверстия «С» в каждой лопатке блока. Регистрируют вес Q_отв=1,370 кг прошедшей воды через отверстие каждой лопатки и время проливки t_отв=18,87 с.

Заменяют приспособление.

Проливают отверстия блока и регистрируют по дифманометру падение давления. Например: ΔР_бл=0,51 кгс/см².

Отсоединяют приспособление от блока и демонтируют испытуемый блок с испытательного стенда.

Аналогично проводят испытания с каждым блоком партии.

Результаты расчетов и сравнений с оптимальными значениями параметров приведены в таблице.

Анализ результатов и дефектация блоков

1. G_щели=(Q_щели/t_щели)*1000=(8,215/49,67)*1000=165,39 г/с

2. G_отв=(Q_отв/t_отв)*1000=(1,370/18,87)*1000=72,603 г/с

3. G_{отв «С»} G_отв 1+G_отв 2+G_отв 3=72,603+73,786+79,64=226,029 г/с

4. G_бл=(0,045516+(5,916728*(√ΔР_бл)))*1000=4270,9 г/с

5. G_отв.бл=(G_бл-G_{отв «С»})/3=1348,29 г/с.

где

G_щели - расход воды через щель одной лопатки;

G_отв - расход воды через отверстия блока под одной лопаткой;

G_{отв <<С>>} - суммарный расход воды через все отверстия блока;

G_бл - расход воды через все отверстия блока и лопаток;

G_отв.бл - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки;

ΔР_бл - перепад давления воды на мерном участке;

0,045516 - коэффициент мерного участка;

5,916728 - коэффициент мерного участка.

Оптимальные значения расходов

G_щели=160±20 г/с; G_{отв <<C>>}=230±25 г/с; G_отв.бл=1550±150 г/с;

Формулы расчета в Excel

G_щели=ОКРУГЛВВЕРХ(С3/D3*1000;3)

G_отв=ОКРУГЛВВЕРХ(F3/G3*1000;3)

G_{отв «С»}=СУММ(Н3; Н4; Н5)

G_бл=(0,045516+(5,916728*(КОРЕНЬ(J4))))*1000

G_отв.бл=ОКРУГЛВВЕРХ(((К4-I4)/3);3)

G_щели=ЕСЛИ(ABS(E3-160)<=20;"+";"-")

G_{отв «С»}=ЕСЛИ(ABS(I4-230)<=25;"+";"-")

G_отв.бл=ЕСЛИ(ABS(L4-1550)<=150;"+";"-")

Из приведенной таблицы следует, что все блоки серии имеют отклонения за пределы оптимальных значений сравниваемых параметров, не один из блоков серии не может быть рекомендован к дальнейшей эксплуатации. Аналогично можно проводить исследования блоков ранее не эксплуатируемых.

Применение предложенного способа дефектации, позволяет сократить ошибки вычислений, сократить количество необоснованно выбракованных и необоснованно признанных годными для эксплуатации блоков сопловых лопаток, повысить надежность и качество сборки и ремонта газотурбинных двигателей, снизить затраты.

Таблица
Тип	№ лопатки	Q (кг)	t (c)	Gщели (r/c)	Q (кг)	t (c)	Gотв (г/с)	Gотв"С" (г/с)	ΔРбл кгс/см2	Gбл (г/с)	Gотв.бл (г/с)	Сравнение с оптимальными (*)
Gщели 160(±20)	Gотв"С" 230(±25)	Gотв.бл 1550 (±150)
	1	8,215	49,67	165,39	1,370	18,87	72,603					+
11Г61	2	8,365	51,77	161,58	1,185	16,06	73,786	226,03	0,51	4270,9	1348,3	+	+	_
	3	8,305	49,43	168,02	1,150	14,44	79,64					+
	1	8,245	48,16	171,2	1,105	16,14	68,464					+
11Г88	2	8,310	49,84	166,73	1,110	14,55	76,289	219,67	0,51	4270,9	1350,4	+	+	_
	3	8,215	48,89	168,03	1,105	14,75	74,916					+
	1	8,235	46,53	176,98	1,090	16,40	66,464					+
11Г69	2	8,290	46,74	177,37	1,105	15,15	72,938	218,39	0,53	4353	1378,2	+	+	_
	3	8,185	48,98	167,11	1,165	14,75	78,984					+
	1	8,145	47,59	171,15	1,075	17,98	59,789					+
11Г15	2	8,200	49,3	166,33	1,135	16,00	70,938	212,21	0,52	4312,1	1366,6	+	+	-
	3	8,230	49,42	166,53	1,135	13,93	81,479					+
	1	8,215	49,06	167,45	1,080	17,08	63,232					+
11Г1 11	2	8,200	49,28	166,4	1,125	15,08	74,603	222,01	0,53	4353	1377	+	+	-
	3	8,215	48,31	170,05	1,165	13,84	84,177					+
	1	8,165	50,91	160,38	1,085	17,07	63,562					+
11Г31	2	8,230	48,64	169,2	1,140	15,2	75	216,1	0,52	4312,1	1365,3	+	+	_
	3	8,280	51,44	160,97	1,125	14,51	77,533					+
	1	8,265	46,93	176,11	1,075	17,26	62,283					+
11Г109	2	8,295	46,82	177,17	1,185	15,48	76,551	213,7	0,54	4393,4	1393,2	+	+	-
	3	8,205	46,95	174,76	1,105	14,76	74,865					+
	1	8,250	49,93	165,23	1,100	16,91	65,051					+
11Г92	2	8,240	48,32	170,53	1,125	14,68	76,635	217,2	0,54	4393,4	1392,1	+	+	-
	3	8,260	48,04	171,94	1,110	14,70	75,511					+
	1	8,270	48,22	171,51	1,090	16,53	65,941					+
11Ж24	2	8,290	46,05	180,02	1,155	14,84	77,831	224,26	0,52	4312,1	1362,6	-	+	-
	3	8,300	46,98	176,67	1,200	14,91	80,483					+
	1	8,210	50,08	163,94	1,100	15,94	69,009					+
11Г91	2	8,285	49,38	167,78	1,130	14,99	75,384	225,8	0,50	4229,3	1334,5	+	+	-
	3	8,210	49,83	164,76	1,160	14,25	81,404					+
	1	8,210	49,96	164,33	1,190	18,47	64,429					+
11Г102	2	8,280	48,51	170,69	1,175	15,66	75,032	211,89	0,52	4312,1	1366,7	+	+	-
	3	8,320	48,57	171,3	1,140	15,74	72,427					+
	1	8,280	49,89	165,97	1,115	18,69	59,658					+
11Г62	2	8,285	48,87	169,53	1,155	16,41	70,384	200,93	0,52	4312,1	1370,4	+	-	-
	3	8,225	49,04	167,72	1,120	15,80	70,887					+
	1	8,300	48,15	172,38	1,095	17,11	63,998					+
11Г46	2	8,265	48,60	170,06	1,235	15,83	78,017	222,45	0,54	4393,4	1390,3	+	+	-
	3	8,245	48,87	168,71	1,225	15,23	80,434					+
	1	8,325	48,25	172,54	1,080	18,27	59,114					+
10Г237	2	8,190	50,55	162,02	1,095	16,04	68,267	195,34	0,47	4101,8	1302,2	+	-	-
	3	8,245	49,44	166,77	1,090	16,04	67,956					+
	1	8,325	48,25	172,54	1,080	18,27	59,114					+
11Г109	2	8,190	50,55	162,02	1,095	16,04	68,267	195,34	0,47	4101,8	1302,2	+	-	-
	3	8,245	49,44	166,77	1,090	16,04	67,956					+
	1	8,325	48,25	172,54	1,080	18,27	59,114					+
11Г92	2	8,190	50,55	162,02	1,095	16,04	68,267	195,34	0,47	4101,8	1302,2	+	-	-
	3	8,245	49,44	166,77	1,090	16,04	67,956					+
	1	8,325	48,25	172,54	1,080	18,27	59,114					+
11Ж24	2	8,190	50,55	162,02	1,095	16,04	68,267	195,34	0,47	4101,8	1302,2	+	-	-
	3	8,245	49,44	166,77	1,090	16,04	67,956					+
	1	8,325	48,25	172,54	1,080	18,27	59,114					+
ИГ91	2	8,190	50,55	162,02	1,095	16,04	68,267	195,34	0,47	4101,8	1302,2	+	-	-
	3	8,245	49,44	166,77	1,090	16,04	67,956					+
	1	8,325	48,25	172,54	1,080	18,27	59,114					+
11Г102	2	8,190	50,55	162,02	1,095	16,04	68,267	195,34	0,47	4101,8	1302,2	+	-	-
	3	8,245	49,44	166,77	1,090	16,04	67,956					+
	1	8,325	48,25	172,54	1,080	18,27	59,114					+
11Г62	2	8,190	50,55	162,02	1,095	16,04	68,267	195,34	0,47	4101,8	1302,2	+	-	-
	3	8,245	49,44	166,77	1,090	16,04	67,956					+
	1	8,325	48,25	172,54	1,080	18,27	59,114					+
11Г46	2	8,190	50,55	162,02	1,095	16,04	68,267	195,34	0,47	4101,8	1302,2	+	-	-
	3	8,245	49,44	166,77	1,090	16,04	67,956					+
	1	8,325	48,25	172,54	1,080	18,27	59,114					+
10Г237	2	8,190	50,55	162,02	1,095	16,04	68,267	195,34	0,47	4101,8	1302,2	+	-	-
	3	8,245	49,44	166,77	1,090	16,04	67,956					+
(*)→(+) - текущие расходы находятся в заданном оптимальном интервале; (-) - текущие расходы находятся за пределами заданного оптимального интервала.

1. Способ дефектации элементов двигателя, включающий подачу под давлением рабочей жидкости на вход исследуемого элемента, изменение давления в интервале значений характерных для работы элемента двигателя, измерение характеристик жидкости после исследуемого элемента, их сравнение с заранее установленными оптимальными величинами характеристик жидкости после исследуемого элемента и оценку элементов на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению, отличающийся тем, что для элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления газотурбинного двигателя в качестве рабочей жидкости используют воду с давлением Р_вх=1,4…1,6 кгс/см², в качестве характеристик воды после исследуемого элемента измеряют перепад давления на мерном участке, определяют расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках и рассчитывают текущие расходы G_щели, G_{отв «С»} и G_отв.бл, а оценку элементов производят путем сравнения рассчитанных величин с заранее установленными оптимальными интервалами их значений,где G_щели - расход воды через щель одной лопатки;G_{отв «С»} - суммарный расход воды через все отверстия блока;G_отв.бл - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки.

2. Способ дефектации элементов двигателя по п.1, отличающийся тем, что расход воды через щель, отверстия в блоке и лопатках определяют с помощью прибора прямого и/или косвенного измерения

3. Способ дефектации элементов двигателя по п.1, отличающийся тем, что в качестве исследуемых элементов используют новые и/или бывшие в эксплуатации элементы.