СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ ПО ЕГО ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ
ENGINE OPERATION METHOD AS PER TECHNICAL STATE THEREOF

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей и используется для оценки их остаточного ресурса.
Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является способ эксплуатации двигателя по его техническому состоянию, включающий определение фактической наработки двигателя и сравнение ее с допустимыми значениями, и определение остаточного ресурса двигателя (Прототип: RU 2162213, МПК G01M 15/00, опубл. 20.01.2001 г.).
К недостаткам известного способа следует отнести то, что в нем не учитываются реальные режимы работы двигателя и его деталей, что приводит к преждевременному снятию двигателя с эксплуатации и отправки его на ремонтное обслуживание.
Задачей заявляемого способа является повышение ресурса и продолжительности жизненного цикла двигателя, за счет учета реальной нагрузки на его детали в ходе эксплуатации.
mi
mi
mi ср
m
ср
баз
i
i
э
3
i
i
Указанная задача достигается тем, что в способе эксплуатации двигателя по его техническому состоянию включающем определение фактической наработки двигателя, сравнение ее с допустимыми значениями, и определение остаточного ресурса двигателя, согласно заявляемому решению, для газотурбинного двигателя, предварительно для, по меньшей мере, трех идентичных эксплуатируемому двигателей определяют диапазон температур газа за турбиной по статистике их наработки не менее чем за год, далее формируют рабочий диапазон температур, где за минимальное значение принимают наименьшее значение температуры газа за турбиной из статистики наработки, а за максимальное - наибольшее из значений температур газа за турбиной, заявленных для данных двигателей на номинальной мощности, затем полученный рабочий диапазон температур разбивают, по меньшей мере, на два равных поддиапазона, после чего для наиболее напряженных деталей эксплуатируемого двигателя в каждой граничной точке рабочего диапазона температур определяют их коэффициент запаса статической прочности К, как отношение предела длительной прочности материала детали к ее эквивалентному напряжению с учетом свойств ползучести, далее выбирают контрольную деталь с наименьшим значением коэффициента запаса статической прочности К, для которой в каждом из поддиапазонов рабочих температур определяют среднее значение коэффициента запаса статической прочности К., при этом среднее значение коэффициента запаса статической прочности поддиапазона с максимальным значением температуры газа за турбиной принимают за базовое К. ., затем для каждого поддиапазона рабочих температур контрольной детали определяют коэффициент пересчета фактической наработки b как отношение базового коэффициента запаса статической прочности к коэффициенту запаса статической прочности соответствующего поддиапазона, после чего, в ходе эксплуатации двигателя, фиксируют его фактическую наработку τ в каждом из поддиапазонов рабочих температур и затем определяют итоговую наработку Т по формуле T=Σb* τ на основе которой судят о оставшемся ресурсе работы двигателя.
Выбор по меньшей мере трех идентичных эксплуатируемому двигателей, определение диапазона температур газа за турбиной по статистике их наработки не менее чем за год, формирование рабочего диапазона температур, где за минимальное значение принимают наименьшее значение температуры газа за турбиной из статистики наработки, а за максимальное наибольшее из значений температур газа за турбиной заявленных для данных двигателей на номинальной мощности позволит учесть все внешние факторы, влияющие на режимы работы двигателей в течение эксплуатации, а также учесть различия в их характеристиках, связанных с процессом производства и сборки.
mi
mi
Разбитие рабочего диапазона температур, по меньшей мере, на два равных поддиапазона, определение для наиболее напряженных деталей эксплуатируемого двигателя в каждой граничной точке рабочего диапазона температур их коэффициента запаса статической прочности K как отношение предела длительной прочности материала детали к ее эквивалентному напряжению с учетом свойств ползучести, и выбор контрольной детали с наименьшим значением коэффициента запаса статической прочности K, позволит выявить деталь с максимальным напряжением, в которой процесс разрушения при прочих равных начнется раньше, чем в остальных.
mi ср.
m
ср
баз.
i
Определение для контрольной детали в каждом из поддиапазонов рабочих температур среднего значения коэффициента запаса статической прочности К, принятие среднего значение коэффициента запаса статической прочности поддиапазона с максимальным значением температуры газа за турбиной за базовое К. , и определение для каждого поддиапазона рабочих температур контрольной детали коэффициента пересчета фактической наработки b, как отношение базового коэффициента запаса статической прочности к коэффициенту запаса статической прочности соответствующего поддиапазона, позволит для каждого поддиапазона определять время наработки двигателя с учетом температурного режима его эксплуатации, при этом разбитие рабочего диапазона температур более, чем на два поддиапазона, позволит повышать точность предложенного способа.
i
э
э
i
i
Фиксация в ходе эксплуатации двигателя его фактической наработки τ в каждом из поддиапазонов рабочих температур и определение итоговой наработки Т по формуле T=Σb* τ, на основе которой судят о оставшемся ресурсе работы двигателя, позволит определить точное время наработки и установить реальный оставшийся ресурс двигателя.
Пример реализации заявленного способа.
т
По результатам эксплуатации трех газотурбинных двигателей за год определяют диапазон температур газа за турбиной Т на номинальной мощности с учетом заявленной температуры для соответствующего двигателя.
т
т
min
т mах
В результате получают рабочий диапазон по температуре газа за турбиной Т, где за минимальное значение принимают наименьшее значение температуры газа за турбиной из статистики наработки Т=635°С, а за максимальное наибольшее из значений температур газа за турбиной, заявленных для данных двигателей на номинальной мощности Т=765°С.
mi
qni
eqvi
Затем полученный рабочий диапазон температур разбивают на два равных поддиапазона: диапазон 1 - 765…700°С, диапазон 2 - 700…635°С, и для наиболее напряженных деталей двигателя в каждой граничной точке определяют коэффициент запаса статической прочности К, как отношение предела длительной прочности материала детали δ к ее эквивалентному напряжению с учетом свойств ползучести δ.
Из полученных значений видно, что деталью с наименьшим запасом статической прочности является лопатка турбины, и соответственно ее выбирают как контрольную деталь.
mi ср
Далее для контрольной детали в каждом из поддиапазонов рабочих температур определяют среднее значение коэффициента запаса статической прочности К.
m ср
баз
т
m
ср
баз
m1cp
При этом среднее значение коэффициента запаса статической прочности поддиапазона с максимальным значением температуры газа за турбиной принимают за базовое К.. В данном случае максимальное значение температуры Т=765°С и соответственно за К.  принимают K=1,47.
i
Затем для каждого поддиапазона рабочих температур лопатки турбины (контрольной детали) определяют коэффициент пересчета фактической наработки b, как отношение базового коэффициента запаса статической прочности к коэффициенту запаса статической прочности соответствующего поддиапазона.
i
После этого оценивают наработку τ эксплуатируемого двигателя в каждом из поддиапазонов рабочих температур газа за турбиной:
1
τ=1730 часов
2
τ=2806 часов,
э
и затем определяют итоговую наработку Т следующим образом:
1
1
2
2
Тэ=b* τ+b* τ=1*1730+0,84*2806=4087 часов
Получив реальное значение итоговой наработки, можно судить об оставшемся ресурсе эксплуатируемого двигателя, сравнив полученное значение итоговой наработки с заявленным предельно допустимым.
Таким образом, учет реальной нагрузки на детали газотурбинного двигателя в ходе эксплуатации позволит более точно оценить его итоговую наработку, тем самым повысив ресурс и продолжительность жизненного цикла газотурбинного двигателя.