Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Тепловые двигатели

Диссертационная работа:

Гумеров, Александр Витальевич. Предельное состояние осевого компрессора ГТД в условиях эксплуатации в запыленной атмосфере : диссертация ... кандидата технических наук : 05.07.05 / Гумеров Александр Витальевич; [Место защиты: Уфим. гос. авиац.-техн. ун-т].- Уфа, 2011.- 146 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/1523

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы

Газотурбинные двигатели (ГТД) являются основным типом двигателей в гражданской и военной авиации, используются как энергоустановки в судостроении, энергетике и газовой промышленности. Диссертация посвящена описанию и оценке состояния осевого компрессора конвертированного ГТД в процессе эксплуатации в сильно запыленной атмосфере. Оценка технического состояния в процессе эксплуатации и нормирование его параметров на основе сопоставления с их предельными значениями необходимы для решения задач по повышению ресурса и поддержания высокого уровня эксплуатационной надёжности. При достижении двигателем предельного состояния дальнейшая его эксплуатация становится невозможной (обрыв лопаток, разрушение подшипника, прогар стенок камеры сгорания, потеря газодинамической устойчивости и т.д.).

Прогнозирование текущих и предельных (критических) состояний позволяет своевременно проводить мероприятия по техническому обслуживанию двигателя. Углубленный анализ процессов пылевой эрозии лопаток позволяет разрабатывать адекватные и достаточно эффективные способы защиты деталей двигателя от эрозии.

Актуальность темы диссертационной работы обусловлена потребностью существенного, на порядки, увеличения ресурса конвертированных энергетических установок, включая наиболее полное использование потенциальных возможностей базовых авиационных двигателей. С другой стороны, в процессе реконверсии могут быть использованы решения, полученные на конвертированных двигателях путем исследований на них недопустимых и недоступных в авиации режимов и условий. Для малоразмерных ГТД вертолетного и танкового применения остро стоит вопрос пылевой эрозии, поэтому, например, выполняется разработка программы специальных стендовых пылевых испытаний вертолётных двигателей ФГУП «ЦИАМ имени П. И. Баранова»

Цель работы. Описание и анализ фактической картины, оценка предельного эрозионного износа лопаток компрессора, характеризующегося такими показателями как:

геометрические размеры;

термо-газодинамические параметры;

- параметры динамического нагружения (собственные частоты
колебаний и деформации).

Исходя из цели работы, для её реализации решались следующие задачи:

1. Исследование динамики изменения параметров рабочего процесса газотурбинного двигателя в процессе интенсивного эрозионного износа элементов проточной части с целью обеспечения контроля его состояния вплоть до критического. Обоснование качественных и количественных критериев допустимого снижения газодинамических характеристик

изношенного компрессора при эксплуатации в условиях запылённой атмосферы.

2. Определение геометрических параметров проточной части
компрессора, подвергшегося предельному эрозионному износу.

3. Исследование влияния различных факторов на эрозионный износ
лопаток компрессора для разработки методики теоретического и
экспериментального исследования с целью решения задач повышения их
эрозионной стойкости. Экспериментальное исследование эрозионной
стойкости лопаток компрессора.

Методы исследования и аппаратура. Полученные автором результаты основываются на расчётно-экспериментальных методах. Исследование проводилось на базе:

- реальных данных эксплуатации конкретного ГТД в условиях,
характеризующихся высокой степенью запылённости атмосферного воздуха;

- результатов приёмо - сдаточных испытаний;

- результатов разборки и дефектации двигателя после выработки
ресурса;

- оптико- электронных измерений геометрии лопаток компрессора;

трёхмерного моделирования конструкции многоступенчатого компрессора;

термогазодинамического моделирования рабочего процесса двигателя;

моделирования течения двухфазных сред;

- экспериментального исследования эрозионно-стойких покрытий
лопаток компрессора.

В процессе исследования также использованы результаты испытаний вертолетных и танковых ГТД, теория воздушно-реактивных двигателей, методы испытаний двигателей, а также технические условия, программы испытаний и исследований авиационных газотурбинных двигателей.

Научная новизна

  1. Для ГТД наземного применения впервые выявлены количественные закономерности распределения величин предельного эрозионного износа компрессора на основе сравнительного анализа созданных 3-х мерных твердотельных моделей новых и изношенных лопаток. Полученные результаты являются основой для создания уточненных моделей эрозионного износа лопаток.

  2. Выявлены закономерности изменения параметров газотурбинного двигателя в процессе работы в запыленной атмосфере, приведшие его к помпажу. Определены критерии предельно допустимого состояния ГТД в эксплуатации.

3. Разработана методология исследования закономерностей изменения концентрации пылевых частиц двухфазной среды, что позволяет воспроизвести реальные условия эксплуатации и формировать модели эрозионного износа лопаток компрессора.

4. Обоснована методика и проведены экспериментальные исследования
эрозионного износа лопаток компрессора с учётом реальных

эксплуатационных факторов.

Основные результаты исследования, выносимые на защиту

1. Выявленные количественные закономерности распределения
величин эрозионного износа рабочих лопаток компрессора на основе
сопоставления созданных 3-х мерных твердотельных моделей новых и
изношенных лопаток Полученные данные служат основой создания
моделей эрозионного износа лопаток турбомашин.

2. Выявленные закономерности изменения параметров ГТД при работе
в запыленной атмосфере, приведшей к помпажу, позволяющие уточнить
критерии оценки их технического состояния.

3. Разработанные методы анализа и закономерности изменения
концентрации пылевых частиц для 2-х фазных сред (воздух-пыль),
позволившие воспроизвести реальные условия эксплуатации.

  1. Результаты исследования эрозионного износа лопаток компрессора из титановых и стальных сплавов с использованием реальных эксплуатационных условий и полученных методических подходов.

  2. Результаты исследования по изменению в процессе эрозии частот собственных колебаний лопаток, как критерия по оценке технического состояния двигателя в эксплуатации.

Обоснованность и достоверность результатов исследования

Достоверность результатов работы обеспечивается:

- верификацией результатов выполненных анализов на основе данных
испытаний установки;

- использованием современных гибких программных комплексов и
созданием на их основе математических моделей рабочих процессов
двигателей, моделей течения двухфазных сред, прямого трёхмерного
(Навье- Стокса) расчёта течения в компрессоре в исходном и изношенном
состояниях;

- использованием современной высокоточной системы измерения профилей
лопаток, привязанных к конструкторским базам

Практическая значимость и реализация результатов работы

Проведённые исследования позволили воспроизвести действительную картину явления - эрозионного износа элементов турбомашин, как научно-методической основы повышения надежности ГТД в реальных условиях эксплуатации

Апробация работы Основные результаты работы докладывались и

обсуждались на научно-технических конференциях:

«Интеллектуальные системы управления и обработки информации» Всероссийская Молодежная НТК. Уфа УГАТУ 2003;

Всероссийской научно-технической конференции. - Пермь: ПГТУ, 2006;

- IV РНТК молодых специалистов, инженеров и техников,
посвященной годовщине образования ОАО "УМПО", Уфа, УМПО, 2009 г.

- Результаты отдельных этапов и работы в целом обсуждались на НТС кафедры «Авиационные двигатели» УГАТУ.

Публикации По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 1 статья в издании из списка ВАК.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав основного материала, библиографического списка из 72 наименований, изложенных на 146 страницах, 89 иллюстраций и одного приложения.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net