Разработка дифференцированных норм допустимых повреждений лопаток направляющих аппаратов КНД с двусторонним креплением пера
Назначение дифференцированных норм допустимых повреждений лопаток компрессоров регламентировано. При этом используются специальные способы усталостных испытаний. В связи с тем, что в эксплуатации повреждаются главным образом рабочие лопатки КНД, то указанные нормы были разработаны авторами преимущественно для них. Однако встречающиеся случаи усталостного разрушения лопаток направляющих аппаратов двигателей при наличии на них повреждений потребовали уточнение ранее назначенных допусков.
Отличительные особенности данной работы и ее новизна: впервые разработаны способы испытаний лопаток с двусторонним креплением пера; впервые произведена реальная оценка динамической нагруженности этих лопаток на потенциально опасных формах колебаний; определены нормы допустимых повреждений лопаток НА с учетом найденных распределений напряжений на кромках пера.
Подробно методика проведенных исследований и результаты изложены в. Определение спектров собственных форм и частот производилось при помощи пьезоэлектрического вибратора контактного типа, а также электродинамического вибростенда типа ВЭДС040. Для установки лопаток было создано специальное приспособление, обеспечивающее условия закрепления, тождественные при работе на двигателе.
Оценка уровней вибронапряжений производилась по данным тендометрирования двигателей в стендовых и летных условиях. Это позволило выявить с учетом проведенных экспериментов потенциально опасные формы колебаний лопаток данного типа.
Типовая схема препарирования лопаток для определения распределений напряжений дана на рис. 3. Аналогичные схемы использовались для всех лопаток НА КНД данного двигателя. Распределение напряжений при колебаниях лопатки НА на одной из опасных форм колебаний изображены на рис. 4. Суммарная эпюра нагруженности лопатки при колебаниях по потенциально опасным формам показана на рис. 5. С учетом ранее проведенных исследований далее рассчитывались распределения местных запасов прочности на кромках лопаток . Следующим этапом была оценка допустимых размеров повреждений в различных зонах на пере с учетом его нагруженности .
Из приведенных результатов видно, что изза сложного характера распределений напряжений и их весьма высокого общего уровня существенно расширить нормы допусков, как это было сделано для работы лопаток, не представляется возможным. Особенно уязвимыми являются зоны вблизи заделок. В связи с этим для эксплуатации следует рекомендовать проведение более тщательных осмотров проточной части двигателей в указанных местах и контроль размеров полученных повреждений.
При превышении указанных допусков забоин двигатель должен быть снят и отправлен в ремонт. Конструкция двигателя, для которого производилось нормирование допустимых повреждений лопаток НА КНД такова, что позволяет провести в эксплуатации осмотр только кромок лопаток I ступени НА. Последующие лопатки НА осмотрены быть не могут, т.к. отсутствует в настоящее время методика такого контроля. Однако при разработке специальных средств доставки гибких эндоскопов соответствующей длины осмотр кромок лопаток НА может быть проведен через лючки.
Такого рода диагностика весьма трудоемка и требует наличия приборов, оснастки и квалифицированных специалистов, владеющих надлежащей технологией. В целом полученные результаты объективно подтверждают данные эксплуатации об указанных лопатках, как весьма слабых с точки зрения усталостной прочности при повреждении их посторонними предметами. Увеличение размера цапфы лопаток НА позволило практически закрыть дефекты, связанные с образованием усталостных трещин в этой зоне, однако проблемы повышения надежности поврежденных лопаток сохранились. Выходом может быть применение титановых сплавов для изготовления лопаток НА.
