СПОСОБ ДЕФЕКТАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ДВИГАТЕЛЯ
FLAW DETECTION OF ENGINE COMPONENTS

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.
вх
щели
отв «С»
отв.бл
2
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=1,4…1,6 кгс/см, 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; G; и G, а оценку элементов производят путем сравнения рассчитанных текущих расходов с заранее установленными оптимальными интервалами их значений,
щели
где G - расход воды через щель одной лопатки;
отв «С»
G - суммарный расход воды через все отверстия блока;
отв.бл
G - 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.
2
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/см.
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.
щели
отв «С»
отв.бл
Используя установленный перепад давления на мерном участке и измеренные расходы воды через щель, отверстия в блоке и лопатках, рассчитывают текущие расходы: G - расход воды через щель одной лопатки; G - суммарный расход воды через все отверстия блока и G - 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.
вх
щели
щели
отв
отв
±0,05
2
К блоку крепят приспособление, которое через штуцер соединено с трубопроводом подвода воды. Проливают выходную щель каждой лопатки блока при давлении Р=1,5 кгс/см. Регистрируют вес Q=8,215 кг прошедшей воды через щель каждой лопатки и время проливки t=49,67 с. Проливают отверстия «С» в каждой лопатке блока. Регистрируют вес Q=1,370 кг прошедшей воды через отверстие каждой лопатки и время проливки t=18,87 с.
Заменяют приспособление.
бл
2
Проливают отверстия блока и регистрируют по дифманометру падение давления. Например: ΔР=0,51 кгс/см.
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
щели
щели
щели
1. G=(Q/t)*1000=(8,215/49,67)*1000=165,39 г/с
отв
отв
отв
2. G=(Q/t)*1000=(1,370/18,87)*1000=72,603 г/с
отв «С»
отв
отв
отв
3. G G 1+G 2+G 3=72,603+73,786+79,64=226,029 г/с
бл
бл
4. G=(0,045516+(5,916728*(√ΔР)))*1000=4270,9 г/с
отв.бл
бл
отв «С»
5. G=(G-G)/3=1348,29 г/с.
где
щели
G - расход воды через щель одной лопатки;
отв
G - расход воды через отверстия блока под одной лопаткой;
отв <<С>>
G - суммарный расход воды через все отверстия блока;
бл
G - расход воды через все отверстия блока и лопаток;
отв.бл
G - среднеарифметический расход воды через отверстия одной лопатки;
бл
ΔР - перепад давления воды на мерном участке;
0,045516 - коэффициент мерного участка;
5,916728 - коэффициент мерного участка.
Оптимальные значения расходов
щели
отв <<C>>
отв.бл
G=160±20 г/с; G=230±25 г/с; G=1550±150 г/с;
Формулы расчета в Excel
щели
G=ОКРУГЛВВЕРХ(С3/D3*1000;3)
отв
G=ОКРУГЛВВЕРХ(F3/G3*1000;3)
отв «С»
G=СУММ(Н3; Н4; Н5)
бл
G=(0,045516+(5,916728*(КОРЕНЬ(J4))))*1000
отв.бл
G=ОКРУГЛВВЕРХ(((К4-I4)/3);3)
щели
G=ЕСЛИ(ABS(E3-160)<=20;"+";"-")
отв «С»
G=ЕСЛИ(ABS(I4-230)<=25;"+";"-")
отв.бл
G=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.
Таблица
Тип
№ лопатки
Q (кг)
t (c)
G<sub>щели</sub> (r/c)
Q (кг)
t (c)
G<sub>отв</sub> (г/с)
G<sub>отв"С"</sub> (г/с)
ΔР<sub>бл</sub> кгс/см<sup>2</sup>
G<sub>бл</sub> (г/с)
G<sub>отв.бл</sub> (г/с)
Сравнение с оптимальными (*)
G<sub>щели</sub> 160(±20)
G<sub>отв"С"</sub> 230(±25)
G<sub>отв.бл</sub> 1550 (±150)
1
8,215
49,67
165,39
1,370
18,87
72,603
+
11Г61
2
8,365
51,77
161,58
1,185
16,06
73,786
226,03
0,51
4270,9
1348,3
+
+
_
3
8,305
49,43
168,02
1,150
14,44
79,64
+
1
8,245
48,16
171,2
1,105
16,14
68,464
+
11Г88
2
8,310
49,84
166,73
1,110
14,55
76,289
219,67
0,51
4270,9
1350,4
+
+
_
3
8,215
48,89
168,03
1,105
14,75
74,916
+
1
8,235
46,53
176,98
1,090
16,40
66,464
+
11Г69
2
8,290
46,74
177,37
1,105
15,15
72,938
218,39
0,53
4353
1378,2
+
+
_
3
8,185
48,98
167,11
1,165
14,75
78,984
+
1
8,145
47,59
171,15
1,075
17,98
59,789
+
11Г15
2
8,200
49,3
166,33
1,135
16,00
70,938
212,21
0,52
4312,1
1366,6
+
+
-
3
8,230
49,42
166,53
1,135
13,93
81,479
+
1
8,215
49,06
167,45
1,080
17,08
63,232
+
11Г1 11
2
8,200
49,28
166,4
1,125
15,08
74,603
222,01
0,53
4353
1377
+
+
-
3
8,215
48,31
170,05
1,165
13,84
84,177
+
1
8,165
50,91
160,38
1,085
17,07
63,562
+
11Г31
2
8,230
48,64
169,2
1,140
15,2
75
216,1
0,52
4312,1
1365,3
+
+
_
3
8,280
51,44
160,97
1,125
14,51
77,533
+
1
8,265
46,93
176,11
1,075
17,26
62,283
+
11Г109
2
8,295
46,82
177,17
1,185
15,48
76,551
213,7
0,54
4393,4
1393,2
+
+
-
3
8,205
46,95
174,76
1,105
14,76
74,865
+
1
8,250
49,93
165,23
1,100
16,91
65,051
+
11Г92
2
8,240
48,32
170,53
1,125
14,68
76,635
217,2
0,54
4393,4
1392,1
+
+
-
3
8,260
48,04
171,94
1,110
14,70
75,511
+
1
8,270
48,22
171,51
1,090
16,53
65,941
+
11Ж24
2
8,290
46,05
180,02
1,155
14,84
77,831
224,26
0,52
4312,1
1362,6
-
+
-
3
8,300
46,98
176,67
1,200
14,91
80,483
+
1
8,210
50,08
163,94
1,100
15,94
69,009
+
11Г91
2
8,285
49,38
167,78
1,130
14,99
75,384
225,8
0,50
4229,3
1334,5
+
+
-
3
8,210
49,83
164,76
1,160
14,25
81,404
+
1
8,210
49,96
164,33
1,190
18,47
64,429
+
11Г102
2
8,280
48,51
170,69
1,175
15,66
75,032
211,89
0,52
4312,1
1366,7
+
+
-
3
8,320
48,57
171,3
1,140
15,74
72,427
+
1
8,280
49,89
165,97
1,115
18,69
59,658
+
11Г62
2
8,285
48,87
169,53
1,155
16,41
70,384
200,93
0,52
4312,1
1370,4
+
-
-
3
8,225
49,04
167,72
1,120
15,80
70,887
+
1
8,300
48,15
172,38
1,095
17,11
63,998
+
11Г46
2
8,265
48,60
170,06
1,235
15,83
78,017
222,45
0,54
4393,4
1390,3
+
+
-
3
8,245
48,87
168,71
1,225
15,23
80,434
+
1
8,325
48,25
172,54
1,080
18,27
59,114
+
10Г237
2
8,190
50,55
162,02
1,095
16,04
68,267
195,34
0,47
4101,8
1302,2
+
-
-
3
8,245
49,44
166,77
1,090
16,04
67,956
+
1
8,325
48,25
172,54
1,080
18,27
59,114
+
11Г109
2
8,190
50,55
162,02
1,095
16,04
68,267
195,34
0,47
4101,8
1302,2
+
-
-
3
8,245
49,44
166,77
1,090
16,04
67,956
+
1
8,325
48,25
172,54
1,080
18,27
59,114
+
11Г92
2
8,190
50,55
162,02
1,095
16,04
68,267
195,34
0,47
4101,8
1302,2
+
-
-
3
8,245
49,44
166,77
1,090
16,04
67,956
+
1
8,325
48,25
172,54
1,080
18,27
59,114
+
11Ж24
2
8,190
50,55
162,02
1,095
16,04
68,267
195,34
0,47
4101,8
1302,2
+
-
-
3
8,245
49,44
166,77
1,090
16,04
67,956
+
1
8,325
48,25
172,54
1,080
18,27
59,114
+
ИГ91
2
8,190
50,55
162,02
1,095
16,04
68,267
195,34
0,47
4101,8
1302,2
+
-
-
3
8,245
49,44
166,77
1,090
16,04
67,956
+
1
8,325
48,25
172,54
1,080
18,27
59,114
+
11Г102
2
8,190
50,55
162,02
1,095
16,04
68,267
195,34
0,47
4101,8
1302,2
+
-
-
3
8,245
49,44
166,77
1,090
16,04
67,956
+
1
8,325
48,25
172,54
1,080
18,27
59,114
+
11Г62
2
8,190
50,55
162,02
1,095
16,04
68,267
195,34
0,47
4101,8
1302,2
+
-
-
3
8,245
49,44
166,77
1,090
16,04
67,956
+
1
8,325
48,25
172,54
1,080
18,27
59,114
+
11Г46
2
8,190
50,55
162,02
1,095
16,04
68,267
195,34
0,47
4101,8
1302,2
+
-
-
3
8,245
49,44
166,77
1,090
16,04
67,956
+
1
8,325
48,25
172,54
1,080
18,27
59,114
+
10Г237
2
8,190
50,55
162,02
1,095
16,04
68,267
195,34
0,47
4101,8
1302,2
+
-
-
3
8,245
49,44
166,77
1,090
16,04
67,956
+
(*)→(+) - текущие расходы находятся в заданном оптимальном интервале; (-) - текущие расходы находятся за пределами заданного оптимального интервала.