Экспериментальные оценки продолжительности прогрева рабочих лопаток турбины высокого давления перед запуском ТРДД для снижения в них термических напряжений

Уменьшение стоимости жизненного цикла изделия авиационной техники – задача, решаемая на стадии проектирования либо влекущая за собой значительные доработки конструкции. Предварительный подогрев турбины газотурбинного двигателя (ГТД) позволяет уменьшить термонапряженность рабочих лопаток (РЛ) при запуске двигателя без внесения конструктивных изменений, а лишь за счет внедрения технологии подогрева двигателя в эксплуатационный процесс. Значения термических напряжений на РЛ турбины высокого давления (ТВД) турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД) с применением подогрева и без него позволяют определить изменение суммарной степени повреждаемости РЛ ТВД. В концепции предварительного подогрева ГТД перед запуском для составления технологии подогрева необходимо знать время, за которое РЛ нагреется до необходимой температуры. Таким образом, задача исследования, излагаемого в статье, заключается в эмпирическом определении времени прогрева РЛ ТВД при помощи термопар и пирометров на натурном объекте в зависимости от способов подачи воздуха для подогрева и вращения ротора. Отличительной особенностью проделанной работы является применение эмпирического подхода в определении времени прогрева РЛ ТВД для оценки целесообразности применения самой технологии предварительного подогрева ГТД перед запуском и выбора наиболее эффективного способа прогрева по критерию времени. Рассмотрены несколько способов подогрева двигателя перед запуском с применением различного набора оборудования и способа подачи горячего воздуха на турбину. Результаты измерений времени прогрева РЛ позволили установить способ прогрева с минимальными затратами времени перед запуском двигателя.

1. Вьюнов С.А., Гусев Ю.И., Карпов А.В. и др. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей / Под общ. ред. Д.В. Хронина. М.: Машиностроение, 1989. 368 с.

2. Копелев С.З., Тихонов Н.Д. Расчет турбин авиационных двигателей. (Газодинамический расчет. Профилирование лопаток). М.: Машиностроение, 1974. 268 с.

3. Смирнов Н.Н. Техническая эксплуатация летательных аппаратов: учебник для вузов. М.: Транспорт, 1990. 423 с.

4. Бадамшин И.Х. Способ повышения ресурса газотурбинного двигателя по числу запусков. Патент № RU 2627490 C1, МПК F02C 7/00: опубл. 08.08.2017. 6 с.

5. Гогаев Г.П. Совершенствование методов контроля выработки ресурса основных деталей ГТД / Г.П. Гогаев, Е.Ю. Марчуков, М.А. Богданов, И.А. Шубин // Вестник УГАТУ. 2019. Т. 23, № 2 (84). С. 10–16.

6. Кочеров Е.П., Виноградов А.С. Расчет показателей надежности деталей турбины авиационного ГТД: учеб. пособие. Самара: Изд-во СГАУ, 2010. 35 с.

7. Бадамшин И.Х. Оценка ресурса лопатки турбины с учетом влияния статического и термоциклического нагружения // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2018. Т. 17, № 3. С. 27–35. DOI: 10.18287/2541-7533-2018-17-3-27-35

8. Акимов В.М. Основы надежности газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1981. 207 с.

9. Кузнецов Н.Д., Цейтнин В.И. Эквивалентные испытания газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1975. 216 с.

10. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ / Пер. с англ. Р.Г. Имамутдиновой, Н.А. Ореховой, М.Р. Сант-Аметова. 3-е изд. М.: Диалектика, 2017. 912 c.

11. Карлберг К. Регрессионный анализ в Microsoft Excel / Пер. с англ. А.Г. Гузикевича. М.: Вильямс, 2017. 400 c.

12. Васильев Б.Е., Маггеррамова Л.А. Формирование уравнений ползучести сплавов для расчетов кинетики напряженно-деформированного состояния высокотемпературных лопаток турбин // Вестник МАИ. 2012. Т. 19, № 4. С. 100–108.