close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Относительное изменение термогазодинамических параметров проточной части трдфсм после ремонта по выработке ресурса..pdf

код для вставкиСкачать
Уфа : УГАТУ, 2009
Т.12, №2(31). С. 43–50
МАШИНОСТРОЕНИЕ • ТЕПЛОВЫЕ, ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЛА
УДК 629.7.036
Б. Р. АБДУЛЛИН, В. П. АЛАТОРЦЕВ, А. В. ГУМЕРОВ, Х. С. ГУМЕРОВ
ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ
ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТРДДФСМ
ПОСЛЕ РЕМОНТА ПО ВЫРАБОТКЕ РЕСУРСА
Рассматривается метод решения задачи по оценке качества отремонтированных двигателей путем сравнения соответствующих термогазодинамических параметров после отладки отремонтированных и новых двигателей. Авиационный газотурбинный двигатель ;
ремонт ; проточная часть ; зазор ; эксплуатационный дефект
Одной из целей решения проблемы безопасности полетов при эксплуатации летательных аппаратов является разработка технологий,
увеличивающих время безопасной эксплуатации.
Применительно к силовой установке летательного аппарата в связи с этим возникает необходимость определения обоснованных допустимых отклонений основных параметров от номинальных значений на различных режимах
работы, что дает возможность уточнять базовые
характеристики применительно к индивидуальным двигателям, тем самым способствуя более
точным оценкам развития повреждений проточной части двигателя. Воздушно-газовый тракт
газотурбинного двигателя характеризуется
большим количеством всевозможных размеров,
контролируемых при изготовлении, сборке и
разборке деталей и узлов. Существенная часть
этих размеров связана с лопаточными машинами (с контролем аэродинамических поверхностей всех лопаток компрессора и турбины). Естественно, что влияние всех размеров на характеристики узлов и параметры двигателя в целом
неравнозначно и, кроме того, изменение этих
размеров в процессе наработки двигателя в эксплуатации также происходит различным образом. Выбор значимых геометрических факторов
и построение аналитической модели двигателя с
учетом выработки ресурса, регламента промывок и восстановительных мероприятий возможно только на основании комплексного исследования, обобщающего теоретические расчеты,
статистические данные результатов кратковременных и длительных испытаний, прямых эксКонтактная информация: (347)273-79-54
периментов на двигателе с имитацией влияния
на характеристики двигателя достоверно установленных эксплуатационных дефектов.
Анализ проведенных к настоящему времени
многочисленных теоретических и экспериментальных исследований [1] позволяет выделить
по каждому из узлов двигателя перечень размеров, претендующих на включение в аналитическую модель двигателя. Сгруппированные по
турбокомпрессорной части ГТД это следующие
размеры:
● для осевых компрессоров:
1) радиальные зазоры по рабочим лопаткам;
2) размеры, характеризующие профили лопаток (рабочих и направляющих), такие как:
относительная толщина профиля, толщина
входной и выходной кромок, угол установки
профиля в венце, угол изгиба средней линии
профиля, распределение толщины профиля по
хорде, форма средней линии профиля;
3) диаметры по торцам рабочих лопаток;
4) диаметры и зазоры по лабиринтным уплотнениям;
5) уступ по бандажным полкам;
● для турбин:
1) радиальные зазоры по рабочим лопаткам;
2) пропускная способность аппарата закрутки охлаждающего воздуха;
3) зазор между козырьком аппарата закрутки и внутренними полками блоков лопаток;
4) размеры, характеризующие качество изготовления пера и венца (толщина выходной
кромки, угол установки профиля в решетке);
5) площадь критического сечения соплового
аппарата (или пропускная способность).
В общем случае указанные размеры в проточной части турбомашин определяют действи-
44
МАШИНОСТРОЕНИЕ • ТЕПЛОВЫЕ, ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЛА
Изменение параметров
тельные характеристики компрессоров и турбин
двигателя и положение рабочей точки для определенного режима работы на этих характеристиках, и, как следствие, основные термогазодинамические параметры двигателя (тяга, расход топлива, расход воздуха, температуры и
давления по тракту двигателя). Колебание перечисленных размеров в заданных по ТУ допусках
и является причиной рассеивания термогазодинамических параметров новых серийных двигателей, а неслучайное изменение размеров в процессе наработки в эксплуатации – причиной
тренда основных термогазодинамических параметров двигателя (рис. 1, 2).
Влияние малых изменений каждого из размеров на характеристики турбомашин и параметры изделия в целом достаточно сложно по
физической природе и математическому описанию и, кроме того, неравноценно по количест-
венной величине. Например, выступание и утопание замков лопаток компрессора относительно трактовой поверхности и размеры, характеризующие качество профиля лопаток, по физическому влиянию имеют аналогию с производственными допусками на аэродинамические поверхности самолета (волнистость обшивки, уступы и зазоры).
Согласно [2] для одновального ТВД Т-56
фирмы Allison типичными эксплуатационными
дефектами, влияющими на характеристики узлов и двигателя в целом, являются: эрозия соплового аппарата первой ступени турбины; отрицательная крутка рабочих лопаток первой
ступени турбины; износ лабиринтных уплотнений компрессора; увеличение радиального зазора в лопатках первой и второй ступеней компрессора.
Циклы промывок
Загрязненный
тракт
Эффект
от очистки/
промывки
До ремонта
После ремонта
Изменение
Капитальный ремонт
Время эксплуатации
Рис. 1. Типичное изменение параметров двигателя в процессе эксплуатации
n2протн, %
97,5
97,4
97,3
97,2
97,1
97,0
96,9
96,8
96,7
96,6
96,5
96,4
96,3
96,2
96,1
96,0
95,9
95,8
95,7
95,6
95,5
600
Режим Муб
= 0,1
S0 = 96,38%, α
982 ч
922 ч
981 г
844 г
700
n2протн, %
800
900
1000
Сглаженные значения
1100
1200
1300
Запуск
Рис. 2. Изменение параметров двигателя при длительных испытаниях
Б . Р . А б д у л л и н , В . П . А л а т о р ц е в , А . В . Г у м е р о в , Х. С . Г у м е р о в • Относительное изменение…
R, кгс
7850
R, кгс
7850
Режим М
Режим М
7800
7800
1
2
1
7750
7750
7700
7700
7650
7650
2
7600
7600
3
4
3
4
7550
7550
7500
96,5
97,0
97,5
98,0
98,5
99,0
Ремонтный (средний по 4 дв.)
R, кгс
7850
7500
98,5
99,5
n1, %
99,0
99,5
100,0
100,5
101,0
n2, %
Ремонтный (средний по 4 дв.)
R, кгс
7850
Режим М
Режим М
7800
7800
2
1
2
1
7750
7750
7700
7700
7650
7650
7600
7600
3
7550
7500
1560
1580
1570
1600
1590
1620
1610
1640
1630
R, кгс
7850
7550
7500
111,0
1660
1650
111,5
112,0
112,5
113,0
R, кгс
7850
Режим М
7800
113,5
114,0
Gв, кг/c
Ремонтный (средний по 4 дв.)
Т*г, К
Ремонтный (средний по 4 дв.)
4
3
4
Режим М
7800
1
2
7750
7750
7700
7700
7650
7650
7600
1
2
3
4
7600
3
4
7550
7550
7500
6,85
6,90
6,95
7,00
7,05
7,10
7,15
Ремонтный (средний по 4 дв.)
7,20
7,25
7500
0,720
R, кгс
7850
0,725
0,730
0,735
Ремонтный (средний по 4 дв.)
*т
0,740
0,745
0,750
0,755
Режим М
7800
1
2
3
4
7750
7700
7650
7600
7550
7500
1010
1020
1030
Ремонтный (средний по 4 дв.)
1040
1050
1060
1070
0,760
CR , кг/кгс ·ч
1080
t* твг, К
Рис. 3. Соотношение новых и отремонтированных двигателей на максимальном режиме
45
46
МАШИНОСТРОЕНИЕ • ТЕПЛОВЫЕ, ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЛА
R, кгс
12650
Режим ПФ
R, кгс
12650
12600
Режим ПФ
12600
1
2
2
1
12550
12550
12500
12500
12450
12450
12400
12400
3
12350
96,5
3
4
97,0
97,5
98,0
98,5
99,0
Ремонтный (средний по 4 дв.)
R, кгс
12650
12350
98,8
99,5
4
99,0
99,2
99,4
99,6
99,8
100,0
100,2
Ремонтный (средний по 4 дв.)
n1, %
R, кгс
12650
Режим ПФ
12600
100,4
n2, %
Режим ПФ
12600
2
1
12550
12550
12500
12500
12450
12450
12400
1
2
3
4
12400
3
12350
1580
4
1590
1600
1610
1620
1630
1640
1650
1660
1670
111,5
112,0
112,5
113,0
113,5
Ремонтный (средний по 4 дв.)
Т*г, К
Ремонтный (средний по 4 дв.)
R, кгс
12650
12350
111,0
R, кгс
12650
Режим ПФ
114,0
Gв, кг/c
Режим ПФ
12600
12600
2
1
2
1
12550
12550
12500
12500
12450
12450
12400
12400
3
3
12350
6,75
4
4
6,80
6,85
6,90
6,95
7,00
7,05
7,10
7,15
Ремонтный (средний по 4 дв.)
7,20
12350
1,80
7,25
1,84
1,86
Ремонтный (средний по 4 дв.)
*т
R, кгс
12650
1,82
1,88
1,90
1,92
1,94
1,96
1,98
Режим ПФ
12600
2
1
12550
12500
12450
12400
3
12350
1030
4
1040
1050
Ремонтный (средний по 4 дв.)
1060
1070
1080
2,00
CR , кг/кгс ·ч
1090
t* твг, К
Рис. 4. Соотношение новых и отремонтированных двигателей на режиме полного форсирования
Б . Р . А б д у л л и н , В . П . А л а т о р ц е в , А . В . Г у м е р о в , Х. С . Г у м е р о в • Относительное изменение…
n1, %
98,7
n2, %
100
Режим М
98,6
99,9
98,5
99,7
98,3
99,6
98,2
99,5
98
99,78
99,8
98,43
98,4
98,1
Режим М
99,63
99,4
98,01
99,3
97,9
99,2
97,8
99,1
97,7
99
Новые
R, кгс
7700
1
После ремонта
Новые
СR, кг/кгс·ч
0,76
Режим М
1
После ремонта
Режим М
7690
7680
7670
0,755
7668
0,750
0,75
7660
7650
0,745
7640
0,74
7630
0,740
7618
7620
0,735
7610
7600
0,73
Новые
*
Т г, К
1650
1
Новые
После ремонта
Gв, кг/с
113
Режим М
После ремонта
Режим М
112,9
1636
1640
1
112,8
112,7
1630
112,6
1620
112,5
1610
112,5
112,4
1610
112,3
112,2
112,2
1600
112,1
1590
112
Новые
π
*
1
После ремонта
Режим М
тΣ
Новые
t
7,1
*
твг, К
1060
1
Режим М
7,05
7,05
1056
1055
7
6,95
6,95
После ремонта
1050
1045
1041
6,9
1040
6,85
1035
6,8
1030
6,75
Новые
1
После ремонта
Новые
1
После ремонта
Рис. 5. Сравнительные термогазодинамические параметры новых и ремонтных двигателей
на максимальном режиме
47
48
МАШИНОСТРОЕНИЕ • ТЕПЛОВЫЕ, ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЛА
n1, %
98,7
n2, %
100
Режим ПФ
98,6
99,9
98,48
98,5
99,8
98,4
99,7
98,3
99,6
98,2
98,18
99,61
99,54
99,5
98,1
99,4
98
99,3
97,9
99,2
97,8
99,1
97,7
99
Новые
R, кгс
12500
Режим ПФ
1
После ремонта
Новые
СR, кг/кгс·ч
1,95
Режим ПФ
12487
1
После ремонта
Режим ПФ
12480
1,94
12460
12440
1,936
12424
1,93
12420
12400
12380
1,92
12360
12340
1,913
1,91
12320
12300
1,9
Новые
*
Т г, К
1650
1
Режим ПФ
Новые
После ремонта
1647
Gв, кг/с
113
1
После ремонта
Режим ПФ
112,9
1640
1630
112,8
112,7
1625
112,6
112,5
112,5
1620
112,4
1610
112,3
112,3
112,2
1600
112,1
1590
112
Новые
*
π тΣ
7,1
7,05
1
После ремонта
Новые
t
Режим ПФ
*
твг, К
1080
1
После ремонта
Режим ПФ
1075
7,01
1071
7
1070
6,95
1065
6,9
6,87
1060
6,85
1055
6,8
1050
1058
1045
6,75
Новые
1
После ремонта
Новые
1
После ремонта
Рис. 6. Сравнительные термогазодинамические параметры новых и ремонтных двигателей
на режиме полного форсажа
49
Б . Р . А б д у л л и н , В . П . А л а т о р ц е в , А . В . Г у м е р о в , Х. С . Г у м е р о в • Относительное изменение…
Для двигателей JT9D и CF6-6D определены
типичные эксплуатационные дефекты, влияющие на топливную экономичность [3] (программа NASA: ACEE – Aircraft Energy Efficiency). В
холодной части двигателя (одноступенчатый
вентилятор и многоступенчатый компрессор)
основным дефектом является нарушение качества поверхностей профилей лопаток – эрозия,
шероховатость. В горячей части преобладающим дефектом является термическая деформация, вызывающая искривление лопаток турбины. Увеличение радиального зазора по концам
лопаток турбомашин вследствие истирания наружного корпуса также связано с деформацией.
Установлено косвенное влияние дефектов камеры сгорания. Так, нарушение заданных радиальной или окружной эпюр температурного поля могут вызвать перегрев и коробление корпуса и изменение радиального зазора лопаток турбины.
Статистическая информация по двигателям,
прошедшим ремонт, и последующие испытания
позволяют оценить качество отремонтированных двигателей сравнением соответствующих
термогазодинамических параметров после отладки отремонтированных и новых двигателей.
На рис. 3 и 4 приведены эллипсы рассеивания
параметров новых двигателей на двух режимах
работы (максимальном и полного форсирования), на фоне которых изображены средние параметры двигателей, прошедших ремонт по
действующей технологии. Как видно из рис. 3 и
4, большинство параметров ремонтных двигателей находится в секторе эллипса рассеивания,
логично отражающего ухудшение параметров и
целенаправленное изменение отладочных параметров n1 и π*т. На рис. 5 и 6 приведены сравнительные характеристики основных термогазодинамических параметров для двух статистических выборок (новых и отремонтированных)
двигателей. На рис. 7–10 приведены результаты
контроля значимых геометрических размеров
одного из двигателей, прошедших ремонт, в сопоставлении с полем допуска.
Радиальный зазор по РЛ ТВД и ТНД
ТНД
ТВД
0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3
мм
Рис. 8. Радиальный зазор по рабочим лопаткам
ТВД и ТНД
В9
В8
В7
В6
В5
В4
В3
В2
В1
0,9
1,1
1,0
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
Рис. 9. Радиальный зазор по КВД
Замеры радиальных зазоров К1-К8, распределения и средние
VIII ст К8
VII ст К7
VI ст К6
V ст К5
III ст К3
IV ст К4
II ст К2
I ст К1
1,1 1,2
1,3
1,4 1,5
1,6 1,7
1,8
1,9 2,0
2,1
2,2 2,3
2,4 2,5
2,6
2,7 2,8
мм
Средний зазор по РЛ ТВД и ТНД
Рис. 10. Замеры радиальных зазоров К1-К8,
распределения зазоров и их средние значения
ТНД
ВЫВОДЫ
ТВД
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4
мм
Рис. 7. Средний зазор по рабочим лопаткам
ТВД и ТНД
2,5
2,0
мм
Приведенные результаты контроля значимых геометрических размеров (рис. 7–10) позволяют предположить, что основной причиной
отмеченного изменения термогазодинамических
параметров двигателей после ремонта является
50
МАШИНОСТРОЕНИЕ • ТЕПЛОВЫЕ, ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЛА
состояние профиля лопаток турбомашин, в том
числе радиальных зазоров.
ОБ АВТОРАХ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Magnus, G. Theory for Turbomachinery Degradation and Monitoring Tools. Licentiate Thesis / G.
Magnus
[Электронный
ресурс]
(http://
www.scirus.com/publications)
2. Организация эксплуатационного обслуживания и восстановительного ремонта ТРДД // Экспресс-информация. Поршневые и газотурбинные
двигатели. М. : ВИНИТИ, 1982. № 36. С. 12–17.
3. Эксплуатационные дефекты двигателей самолетов гражданских авиалиний // Экспрессинформация. Поршневые и газотурбинные двигатели. М. : ВИНИТИ, 1982. № 8. С. 15–20.
Абдуллин Булат Ринатович,
ассист. каф. авиац. двигателей.
Дипл. магистр техники и технологии (УГАТУ, 2000). Иссл. в
обл. проектир. и доводки авиац.
двигателей.
Алаторцев Владимир Петрович, доц. каф. авиац. двигателей.
Дипл. инж.-мех. по авиац. двигателям (УАИ, 1964), канд. техн.
наук по тепловым двигателям
ЛА (УАИ, 1971). Иссл. в обл.
проектир. и доводки авиац. двигателей.
Гумеров Александр Витальевич, асп. каф. авиац. двигателей.
Дипл. инженер по авиац. двигателям
и
энергоустановкам
(УГАТУ, 2006). Иссл. в обл.
проектир. и доводки авиац. двигателей.
Гумеров Хайдар Сагитович,
проф. каф. авиац. двигателей.
Дипл. инж.-мех. (УАИ, 1958).
Д-р техн. наук по тепловым двигателям ЛА (УАИ, 1988), заслуж. деятель науки и техники
РБ. Иссл. в обл. проектир. и доводки авиац. двигателей.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа