Роль напружено-деформованого стану металевих деталів газотурбінних двигунів у прогнозуванні їхнього безпечного ресурсу
З. А. Дурягіна$^{1,2}$, В. В. Кулик$^1$, О. С. Філімонов$^1$, А. М. Тростянчин$^1$, Н. Б. Сокульська$^3$
$^1$Національний університет «Львівська політехніка», вул. Степана Бандери, 12, 79013 Львів, Україна
$^2$Люблінський католицький університет Яна Павла II, Ал. Рацлавіцкє 14, 20950 Люблін, Польща
$^3$Національна академія сухопутних військ імені гетьмана Петра Сагайдачного, вул. Героїв Майдану, 32, 79012 Львів, Україна
Отримано 14.06.2021; остаточна версія — 15.11.2021 Завантажити PDF
Анотація
Проаналізовано та систематизовано вплив різних чинників на роботоздатність металевих деталів газотурбінних двигунів (ГТД). Показано, що лопатки компресора виходять з ладу в результаті пошкоджень сторонніми предметами, газової корозії й ерозії. Хвостовики лопаток компресора частіше руйнуються від фретинґового зношування під дією вібрацій, в той час як ялинкоподібні виступи дисків турбін зазнають ушкоджень за малоциклової втоми (LCF) та плазучости. Збільшення радіальних зазорів між ротором і статором турбіни понижує силу тяги та змінює газодинамічні навантаження на елементи двигуна. Додаткове окиснення металевих деталів спостерігається під впливом гарячих газів у камері згоряння. Описано принципи вибору матеріалів для виготовлення лопаток і дисків турбін, концепції леґування жароміцних стопів, сучасні методи інженерії поверхні для нанесення захисних жаротривких покриттів, зокрема, хімічне осадження з парової фази (CDV), фізичне осадження з парової фази (PVD), повітряно-плазмове напорошення (APS) тощо. Для прогнозування довговічности дисків турбін запропоновано використовувати модифіковану Уокерову модель і Майнерове правило, а метод скінченних елементів — для встановлення часу до руйнування металевих лопаток турбін. Для моніторинґу деформацій робочих поверхонь ГТД рекомендовано використовувати оптико-цифрові методи.
Ключові слова: матеріали газових турбін, втома, довговічність, пошкоджуваність, захисні покриття, метод скінченних елементів
Citation: Z. A. Duriagina, V. V. Kulyk, O. S. Filimonov, A. M. Trostianchyn, and N. B. Sokulska, The Role of Stress–Strain State of Gas Turbine Engine Metal Parts in Predicting Their Safe Life, Progress in Physics of Metals, 22, No. 4: 643–677 (2021); doi: 10.15407/ufm.22.04.643