Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДЕФЕКТАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ДВИГАТЕЛЯ

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.