Введение к работе
Актуальность проблемы. Практика проектирования и производства стационарных ГГУ все время ставит перед конструкторами задачи исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) ответственипк деталей, так как ввиду применения .новых конструкторских решений, пэгш-тения начальной температуры газа, изменения условий работы или технологии производства, достоверность сведений о НДС этих деталей оказывается недостаточной. В связи с этим исследование ЩР некоторых ответственных деталей крупных стационарных ГГУ и совершенствование на базе его конструкции и методов расчета на прочность является в настоящее время актуальной задачей. Конструктивные особенности некоторых деталей - наличие значительной концентрации напряжений - обуславливают актуальность исследования их напряженного состояния методом фото-упругости.
Цель работы состоит в том, чтобы на основе достоверной информации о напряженном состоянии с учетом концентрации напряжений провезти дальнейшее совершенствование конструкции и методов расчета на прочность некоторых ответственных деталей стационарных ГГУ.
Методы исследования. НДС деталей ГТУ определялось экспериментально - методом фотоупругости, и аналитически - с помощью МКЭ.
Научная новизна работы заключается в разработке методики моделирования НДС конкретных деталей ІТУ с учетом их конструктивных особенностей и условий нагружения и осуществлении исследования их напряженного состояния. При этом можно отметить следующее.
Разработана технология изготовления моделеР деталей ГТУ из оптически чувствительного материала, обеспечивающая необходимую точность моделирования. Судя по литературным данным, по-видимому, впервые разработана методика моделирования технологических допусков в замковом
'1
соединении рабочей лопатки с диском.
Для определения КИН сварного соединения с трещиной разработан новый способ создания внутренних трещин в сложных моделях из эпоксидной смолы, на который получено авторское свидетельство.
Способ "замораживания" деформаций, как наиболее элективный для изучения напряженного состояния деталей сложной формы, использовался для исследования резьбового соединения стяжного ротора и сварного со единения соединительного цилиндра.При этом предложен новый метод "замораживания" деформаций в моделях из эпоксидной смолы, на который получено авторское свидетельство.
По результатам экспериментов произведена оценка эффективности нового метода расчета резьбового соединения, основанного на применении ШЭ.
Определен КИН углового сварного шва с трещиной в зависимости от геометрических параметров трещины и местоположения ее в шве.
На основании результатов экспериментального исследования методом регрессивного анализа получены приближенные формул» для вычисления КИН.
Практическая ценность и реализация результатов исследования. Изучено напряженное состояние ряда ответственных деталей стационарных ПТУ: замкового соединения рабочей лопатки с диском турбины ПЭ-150, замкового соединения керамической рабочей лопатки с диском перспективной газовой турбины, резьбового соединения стяжного ротора и сварного шва с трещиной ребер жесткости соединительного цилиндра турбины ГТЭ-150. Даны рекомендации по совершенствовании конструкций и методов их расчета на прочность.
Все результаты внедрены. В СКВ "Турбина" Производственного объединения "Ленинградский Металлический завод" результаты исследования замкового соединения рабочей лопатки с диском ГТЭ-150 послужили обо-
1:,
снованием для изменения конструкции г-;ютікл) хвостовика, которой привело к уменьшению концентрации напряжений и повышению надежности агрегата. Данные по влиянию технологических зазоров на напряженное состояние использовались для уточненной оценки усталостной прочное ти при нестационарных режимах работы агрегата.
Результаты исследования резьбовой стяжки I Ти-153 использовались для апробирования нового расчетного метода решения контактно!5 зальчи, основанного на применении ШЪ, и позволили уточнить расчеты на малоцикловую усталость.
Результаты исследования сварного соединения с трещиной использовались для оценки хрупкой прочности соединительного цилиндра ГТС-150 и, кроме того, использовались в СКВ "Гидротурбомаш" ПО JJJ.3 при расчетах рабочих колес крупных радиально-осевых гидротурбин. Они могут быть использованы также в любой отрасли техники, в которой применяются угловые сварные швы, для прогнозирования надежности сварного соединения по результатам неразрушающего контроля.
В НИИ технологии энергомашностроения использовали результаты исследования хвостовика керамической лопатки газовой турбины - выбран наиболее прочный и технологичный вариант конструкции, показана принципиальная возможность создания составного керамического ротора.
Апробация работы. Изложенные в работе результаты доложены на 1-Й Чехословацкой конференции по механике (Прага, ІУ&7), на Всесоюзном семинаре "Интерференционно-оптические методы моханики твердого деформируемого тела и механики горных пород (Новосибирск, ІУ65), на Всесоюзных семинарах по новым поляризационным методам и приборам (Москва, lvb'J и Нссквя. I4Jb8), на Всесоюзно!! конференции по строительной механике, посвященной памяти проф.Н.К.Снитко (Ленинград, 19Л). Сделаны доклады в лаборатории газовых турбин НПО ЦКТИ им.И.ИЛ'олзу-нова, на кафедрах "Сопротивление материалов и тзорич упругости" и
"Турбиностроение" Санкт-Петербургского института машиностроения.
Публикации. Основное соедржание диссертации опубликовано в 9-ти печатных работах.
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем работы 213 страниц машинописного текста, включающего в себя 106 страниц текстовой части, 68 страниц рисунков и 15 страниц таблиц. Список использованной литературы содержит 178 наименований.