Введение к работе
Актуальность. Обеспечение высоких характеристик современных и перспективных ГТД невозможно без существенного повышения температуры газа перед турбиной, что накладывает дополнительные требования по надежности рабочих лопаток турбины. В связи с этим все большее значение приобретает литье турбинных лопаток направленной кристаллизации, которое позволяет обеспечить максимальный уровень свойств материала и высокую эффективность производства.
Применение литья методом направленной кристаллизации позволяет на традиционных сплавах типа ЖС повысить основные рабочие характеристики за счет исключения поперечных границ зерен и определенной ориентации его кристаллической решетки относительно главных действующих напряжений. В случае, если заготовка получается состоящей из 2 или более макрозерен, появляется необходимость контроля выхода границ кристаллитов на кромки пера.
В настоящее время существующие методы неразрушающего контроля для определения структурных дефектов, а также внутренних, нераскрытых или малораскрытых трещин заготовок турбинных лопаток направленной кристаллизации характеризуются высокой трудо- и энергоемкостью, большим количеством ручных операций, субъективностью принятия решения и экологической вредностью. Поэтому разработка и применение более совершенных и экологически безвредных методов технического контроля, наряду с применяемыми в производстве методами, позволит улучшить качество производимой продукции и повысить надежность авиационных двигателей.
Цель исследований. Целью является исследование акустических характеристик заготовок турбинных лопаток направленной кристаллизации для контроля их технического состояния. Цель достигается решением следующих задач: 1. Провести теоретические исследования влияния механических и структурных дефектов на характеристики вынужденных колебаний заготовок лопаток.
-
Провести теоретические исследования по определению диапазона частот резонансных колебаний заготовок лопаток, в котором наиболее сильно проявляется влияние дефектов разного рода на характеристики колебательного процесса.
-
Разработать и изготовить экспериментальную установку для проведения экспериментальных исследований.
-
Провести экспериментальные исследования акустических характеристик бездефектных и дефектных заготовок лопаток направленной кристаллизации.
-
Разработать способ определения дефектов методом колебаний.
-
Разработать методику диагностики заготовок турбинных лопаток, полученных литьем направленной кристаллизации.
Метод исследований. Теоретическая часть работы выполнена с использованием теории колебаний упругих систем. Расчеты проводились методом конечных элементов при условии сложения форм колебаний с учетом статически присоединенной нагрузки. В основе экспериментальной части лежат акустические измерения. Для анализа результатов измерений применялись методы робастной обработки сигналов, спектрального анализа и математической статистики с использованием ЭВМ.
Научная новизна работы заключается в том, что:
получены результаты численных расчетов акустических характеристик вынужденных колебаний заготовок лопаток направленной кристаллизации с учетом статически приложенной нагрузки, определено влияние дефектов разного рода на характеристики вынужденных колебаний на различных частотах;
разработан перспективный способ определения различных дефектов путем анализа амплитудных характеристик вынужденных колебаний;
разработана методика диагностики заготовок турбинных лопаток ГТД, полученных литьем направленной кристаллизации;
разработаны экспериментальные установки и автоматизированный акустический диагностический комплекс.
- 5 -Практическая ценность полученных результатов состоит в том, что разработанная методика диагностики методом анализа форм колебаний и автоматизированный диагностический комплекс позволяют на стадии производства выявлять в заготовках лопаток, полученных литьем направленной кристаллизации:
- выход границ макрозерен на входную и выходную кромки пера;
-раковины диаметром до 1 мм и глубиной до 0,5 мм на внешней и
внутренней поверхностях пера;
трещины длиной до 1 мм на кромках пера;
нарушение геометрии пера лопатки.
Реализация. Результаты работы были использованы на кон-структорско - производственном государственном предприятии "Авиамотор". Акт реализации результатов исследований приведен в приложении к диссертации. Величина экономической эффективности будет установлена в процессе применения методики диагностики методом колебаний при производстве и эксплуатации авиадвигателей.
Апробация. Материалы по результатам работы доложены на Международной конференции по экологии в 1997 г, Казань, на 11 Поволжской конференции по неразрушающему контролю и технической диагностике в 1994 г, Самара, на Всероссийском постоянно действующем семинаре Саратовского ВВКИУ РВ, на научных конференциях и семинарах Казанского ВАКИУ в 1994 - 1998 гг., на технических семинарах Казанского моторостроительного объединения в 1995 - 1997 гг:, на научно-технической конференции Казанской инженерной строительной академии в 1997 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ. Из них 3 статьи, 10 тезисов докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация с приложениями изложена на 139 листах машинописного текста, в том числе основной текст на 118 листах. Она состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 117 наименований и 4 приложений. В диссертации содержится 37 рисунков и 9 таблиц.
