автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Исследование тепловог состояния и разработка комплексной технологии испытания охлаждаемых деталей газовой турбины при конструкторско-технологической доводке

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КимйТЕТ Рй Пи ДЕЛА* КйЗКй И ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. К.3.ЦИОЛКОВСКОГО

На правах рукописи Для слухеоного пользования Экз. Н___¿6______

УДК 629.7.036.3:621

КАС7ШИН ЫЙХАИЛ ЙРЬЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ И РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ йСПа'ТАНйй ОХЛйаЛйЕк'ЫХ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ ПРИ КОНСТРьКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИч'ЕСКОЙ ДОВОДКЕ

Специальность 05.07.05. "Тепловые двигатели летательных аппаратов"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1935

Раоота выполнена в Московском государственном авиационном технологическом университете им.К.З.Циолковского.

Научный руководитель - доцент, кандидат технических наук

Попов Б.Г.

Официальные оппоненты - академик Инженерной академии РФ,

лауреат Государственной премии. профессор, доктор технических наук Ерохин Б.Тл КИП профессор, кандидат технических наук. Павлов О.

Защита диссертации состоится "20.-"1Э35 г. на заседании специализированного Совета К.063.56.Об "Тепловые двигатели летательных аппаратов" в часов в МГнТУ им.К.З.Циолковского по адресу: г.Москва, берниковская нао., 14, ауд. 216.

С диссертацией мо«но ознакомиться в оиолиотеке МГнТУ ны.К.¿.Циолковского. _

Автореферат разослан 1535 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с грифом ДСП. заверенные печатью, просим направлять по адресу: 103767. г.Москва, К-31, Петровка. ¿?. МГнТа, ученому секретари специализированного Совета И.063.56.Об.

ученый секретарь Специализированного Совета, доцент, кандидат технических наук Ковалев Ф.И.

1. ОБШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Даяьиейзее совер»енствование газотурйииная двигателей з стационарных дстановок неразрывно связано с«рззра0откоП внсово-текпературннх турбин, что требиет эффективного охлаадепяя по только рабочих'лопаток. но я статора т^бкиа.

Бользоп оклад в ревеиие данной проблеиня внесла работа ПП9 "Сосз", ВТ!!. ГНПП "ТРУД". Ш. ЯНПО, Ш. ПАЯ, МЗИ. PK5U. "Ссяз", ЩШ, ЦКТЙ и других организация.

Наиболее длительны« зтапоя создания такях деталей в иьлоа-Вее вреая п в перспектива остается пх експеркаептальнаа доводпз, причем не только по тенпературиоид состоянив. но и по технодогк-чностя, которая долгие Ьать достаточной для сериного прояззод-гтва. Пря этой в структуре критериев, определягзнх конструктср-ско-тег»ояогпческо8 созсрхенетво детали, основное кесто зашгеа-вт теплогидравлачестае хар лерастикя, потерне йз-зз сдоита вон^игарацйз каналов оялапдекия п неопределенности характера течения охлапдасгзего возддха в пия певоззогно полечить апагатп-ческн. Поатпмд в процессе доводки детали по тепловозу состоянии парааетрн граггачинх дсловка теплообяена определпвт экспериментально. Полнота и достоверность полдчаейоя в опнте ЕК^орягцла по няогои олределазтеа качсстпоя катодов исследования. Однако, сд-вествусзив нетодз контроля спстеа охлаздеияа деталей газовзх турбин не в поляоа вере удозлетворявт всея предгавляекак к етз требованиям п является в больштнетве елдчаев достаточно затратным как по трудоемкости. так п по стонностп.

Поэтовд всследоваппя,: направлению па соверсеяствозаяяа гп-спернвеитальняг пдтодов и средств контроля теплового состояния охяаядаеках при из пояетрдкторско-теяяогогпческоа дово-

дке и разработка технология ия питан®) гвляптся аятдальнЕЗЛ задачам совресЕЩюго гвнадвягателестроекяа.

Цель работа. Разработка па база акспернаевтаапо-теореткчз-ского пссдедозапяя статячсскпя ястодсз пситаягп з расплазо металла и в газовоз среде кокпяексноя технологи и оборздовашз теплового контроля строкой ноаепкяатвра охлаадагвнз деталей газовой турбгаа пра пх попстрдктэрско-техполоппгскоа доводке.

Научная позязяа. Разработан сетод вааоряавтркровгии аета-лвп в перегрвтеа везг тевйвратдра врзстаяиэацяя распгаэв сета-

лла. При зтоа иатеиатичсскл представлена основние закояоаернос-ти формирования яеталлограхна в перегретой расплаве. Выявлены основные фактора, влияние на точность калориитрических «кспе-ринеитсв, среди иоторах, нарявд с тепяофизяческиии свойстве«» Еидкокеталлаческиж теплоносителей, отмечена степень перегрева расплава, вляягааа Tasse и на скорость образованна иеталлограе-ва. Ооосиоваи выбор более девевнх. г.о сравнении с цинко* (¡00, вядкоЕетал.йческнх теплоносителей i например, цинка Ц1 ).

Разрасотгна игтсайка каяориветрянеских испнтанка в видвова-талличгскои терасстате к получена и&теватеские виравсниа из оиекки зсрентивнэсти пленочного охлавденм вленентсв дст&сез при як доводке « тепяовоа контроле. \

На йззе анализа аетодов печатаная охлаадаевая детмей при стацкт.ирнов решге е natcss газа ' й 9 «естационарнвх уейовши регулярного реЕио (íes ьие»иего оЬд^о разработана технология контроля теаператдриого состоягш детали е поводьв тепловизора.

Зисперняеятааьно кссгеаовама теплообвеятл нгвдравлнчЕсю:а хпрэхтерясши ряда водолей и катцрквх дот&йгй i тдабдаиг лопаток со с£о:квщ1 сгсыаки охдаядешш ).

Практическая зпачгшасть. Разработана кбип^ексная техиилсгпа тег тового контроля строкой нозепкдатури охлаадае»!« деталей твр-банн с коявектитгаэ п поазектпвпо-пленочниа охлгядеякеы. которая позволяет снхлть традоатшиь и повашь оперативность га кояе-TPUKTOpCRO-TeXnOÍOrH4«CROá КОС,¿su.

¿53 практической геализацяй разроббчкняая тахнолтпя па базе проаязлгиаой дстакозвн "Цйяк" \ разработай исп&тательнна степд, позволяиздй определять гидравлические хараятеристикя, необходима при ковстряяторсхо-тв^пологвчесЕоа козодкс охгагдавшт детали как калоргавтрпчгскаа аэтдая. tas и с Есподьзоваигген тепловизора.

Разработаши» технология и еберуд^шш вепользовалясь при ксслсдоваява закономерностей теплоооазка в Еояелаг. вантвругзях отдеяьнпз ввзкенти тдрсящюй лопатки, в на иатщша лопатках с яоио'княровавной и попгречкой схеыов оалазденкл. Результата исследования саля ксполь'зозагш при созданий ВЕсокотеаператщтоа тд-рбкнз сзаацпокного двигателя а стацвонарпоа газотдрбпнпой вста-

ЦОВКИ.

Полученный эффект от внедрения результатов, проведенных исследовании выралаетса улучвениеи технических *арактернстик, сокращенней сроков проектирования разраоативаеяого изделия. гниг-еннем затрат на его констиуктсрско-техноЛогнческуз доводку.

йпроЬация работа проводилась на всероссийских мевреспумака-нскнх, иехдународных и отрасл шх конференциях, НТК молода* уче-нцх а специалистов: ЙСЙТК "йктуальшае проблема повыаения качества современного знергоианиностроениз, МВТУ, 1988: СНТК ХйН. Харьков. 1990; Ь он Минском челдународнои Фори«е по тепло- и нас-сообаену ЙНБ, Минск. 1992: НТК "Надегкость а васоконадрлцсть", CfcjacTonoib, 1991; РЙТК "Интенсивные технологии э производстве ЛА", МГАТЯ, 1994: 1 Меядународнои аэрокосническок конгрессе, Москва, 1994: НТК "Актуальные прблеиы авиастроение", Казань. 1934; йеадукаподноа сннпозиуке "Интенсифиацка теллосомена в знергетн-ческих чстановкая", ЙГТУ, 1995; НТК аолодих учены>, специалистов, СНТК н Гагаринсых чтеннах в МГйТУ ин. К,Э,Циолковского в 138? -1995 гг.

Публикации. Основные результата равотя осведсна в 7 статьях, получено пололительное реаенне по заявке на патент.

Структура и ооъем работы. Диссертация состоит из введения, чатн глав, основных результатов и выводов, списка литература. Содг тгнт 226 страниц кааинописного текста, 3 тайлкци, Si йибс-тцна н 81 наименование литературных источников.

2. СОДЕРОДВЕ РАБОТУ. "

& герьоа главе дан обзор литературы по теае диссертации, по ьзторола проведен анализ:

- влигнал начальных параиетров цикла ..а характеристики ГТД, показана основные пробяевн созданий охлагдаеных деталей яла высокотемпературных двигателе^;

- конструктивных ехен охлаадаемз; деталей турбины;

- основных задачи у содервания процесса констрдкторско-тех-дологической доводки охлахдаеккх деталей и, в частности, лопаток газовых турбвм;

- основная зксерцаеиталькикаетсдов доводочних тепловых кс-Езтаяиа:

- ёшшя теплсгвдравлнческих характеристик деталей на структура кратеригв их ксистрдкторско-технэлсгическогс совершенства.

В результате £шо установлено, что:

- главный отличием паз дог о нового поколешш . газотурошшх двигателе... а с развитиен анергетвческого кавшшстроешга и стацяонарних газотурбшшк установок, авл2етси все более Еясоказ текпература I аза перед турбиноа, в сваз.ч с чем ра-сзирлетса нош..;латура деталзз, требукшх кнтгнсквисго ох-лаздемха; .

- высокая коиструктиш-технзлогйчесиаа слоеностъ охдагаа-е»шх детааеа турбины опрела лает наибольгуз, по сравнешза с другими зтапааи создания, продолаытельность. временные и катериальные затрата на этапа конструкторско-техчологич-ссхой доводки детали:

- едкое кз основных проблей констрикторско-технодогкчискоа довсдк» охлахдаенкн деталей газовиз турбин является разработка оперативных и васококнфоркатквнкх кето^ов кх тепловой диагностики и контроля.

- наиболее распространенных» при пр актировании л доводке схлаадаеыих деталеа газовой туроини авлавтса статически® нет од* испитаииа, одних кз которых является калорккетриро-

вапие в видкокеталляческоа тервостзте. отако, ленд вето-пи присущ род неаостатков. ейерзявзпяяя его использование при конструкюрсио-технологической доводке «сталей, глзя-пккя яз которых явлавтея: рассказ скорость образования яе-таляограекз яа поверхности детали; сравнительно иеввссЕое качество ее поверхности даю при использовании вясохочпс-тия веталлов: влиание параметров »ксперпаеятов в начальна услоояа испытаний в крнсталлязчгдеаса иеталлз па точность определения ипяогидравляческях каратерястик детали; сравнительно неоолыпе рэзвера объектов исследования я расхаяв ох'лаадгздего воздуха. Tpebosairae високоЯ чистота расплава данка, яевоэаовиость ксслппвакм детаяеа с яокве^тя-вно-пдеяочнпз вклинен«"** я ?р.

сератявмость процесса доводка стгеавтся аэ-зэ отраслевая песткяоага прогрессу, '"-х технология а «ешоа дзэвзда, а такгз предпоптенкз какого-лпоа одного сетом дрдгта.

Исхода дз провезенного анализа соорвдхярсанз следуй« сс-юэнзв задача, реавеввв в яанноя диссертацяоияса рботе:

1. Разработать фазическуз недель в нзть ватекатячесвое спя-arree процесса переноса тепла от расплава перегретого ввсояотеп-юпрогодь.го кзталда через степяд веталя в сялапдаЕзегд воздух, ;а базе чего определять критерия а яайта рзечгтпэе зарагепяз яда цента г£?ективяостя оялзядеяяя детгхл.

г. йсслеаовать законокерностя перевода тепла от потопа ввео-отештератдркого газа через стенку детапз в омаяяавдеэу воздуху определять взагаосвазь ses*g пзрааетраяя тепдогядрзпдячеекгз роцессоз при ксгщтанмх в расплаве металла я в среда газа.

3. Разработать аотоявхя тепяоввх пепятаппп деталей с вопвея-ввтга я конвектквно-плеяочназ охладдепяга о расплаэе ваезкотео-опроводяого перегретого яетадяа и с использование:! тепдозазорз.

4. Па базе проведенного эксперйзевтальпэ-теоретпческого пс-аедоваяпя теплогвепаваяческнх гроцессоз я сестезаешпл ягтоява спататя разпботать койялевещр тегяалогга п иигу^цгрсвап^а^ бору&озаназ дяз теплового поетрода с?н вовструтгорско-тзолег-ческой доводке оялаздаешт яетздея гаэосзх тэтйкл.

5. Провеста сясперпмеятздьпуз «фобсет тепзлпгт о£ер$яэ-

Ëc Êîopen гяазе разработана теорвтачеекпэ oceobs коЕздапсйоа техкахогсл тепхеевх кегтташш oxsassaesss геталга газовкх турйкз, основанной ка Еспалэосакга кзяоркагтрнчгского теплогизяоиотго явтодов. % ' '

Прй КОНСТруХТОрсКЗ-ТвХЯОЛСГСЧЕСКОВ sosofik« все óoj5eo ЧЙСТО кспользуется котсд каяорйхетрпромияа ш&ма в сздкокетаиичгс-коз термостате..■ Главной особенность«) атого мтоха. аздяскя проз-сден;;в еспетликй пря прзктвчесхоа отсутствия пгрегрсса раепдаза сеталйа с теряостсткрукеа ваяне. Однако. в »тоя сху«» крнстм-яззеза ветавда g по&грхкостй дпаи -проасходрт в losest!« ещш-коа зовэ, ооцслогаенвоп градиентов тееяератщш в pacosase в пгсояьБой потр- чяоа крЕсталягзоцнй ееталлов степзю пгрес-хдосяепяа расплвэа g позерхкветв йетапа, составхякгга ссотестст-EEiiiio 0,5 - !,5 ÎÎ к 0.С05 - 0,008 К/о. Это с одкой сторона оп*з-дгхяет еогъзиа спорость зарогдекяв в роста крсстаисг до 50 г.у сяп. то есть спорость овразевгтаа порка ц тшерхпосте детага. в с xpurca сраэтяттно hcesccsos te качзство сз-зз калзпаяяа га отеераезз-р поверхность csT&suorpassa kpkcïûxûos метала в* ра~ спина sast п?з сспо^ъзсга:^ «Ессксчястих вгталаоз.

üpa riposssfna кахоржгтршгекот штеша б'адо устсязмгсз.' 470 при üposgiKcs garasefi в крегргтеа lia 10-15 К распхазэ сете-XXS. качество пасерхкоств егтгшггргпкз з»а«пэтедыю nosasastes г дааэ т unira каклаотмакчвгеи типгс'лосатсаа, есй елгийняз, сэ .oepwgsssa мчаствсиэдз керкз tie¡T mpcrpeca распгаза, о пгрегрэ-тоа состояла гсозеозгэт получить езтамагравзд достаточно csccî:-ого качэстсз. .

Этот çsnt «тт ыть сбгаеиеп тез. что ври saisra nsptrpssa t&TpZ Тр , текператдра расшшза езтаяла ва бос-

тат-1чпои иаагга «т воз^ряоетя дгталн;7»-р - текператвра spse-тамгзйца еэтззлэ ) градзеят resnapai да д поРеряноств детая:-, звачателгпз возрастает t ерзала IÖ-15K, 9W-T 's 0.02-0,ОЗХ/е. то есть сочтк ка порздай ьстр . soa .ips врветашз&о&э без сгрег-pesa расеггаа >, пра »тез ргзка едзаетехг &?опт кр£стм.вязацжз с Еосткгаэтса ввеоког вачес/вэ лоагрхпостк игтаглограет.

3 осиосц катеизтического отганаа процесса сзлагдвагз г1 тллз э г?рггретон расплава металла полсвено уравнение теплового баланса. согласно которому:

Ос»= а»** 1 1 '

гдз:

0и>~ 1 " 'Рт - «олзчество тепла ссаагеиноз за 2рг:;з

оядагвагзеиу воздуху; Осх - - сцратаз теплота кркстазлкэгццгз, вада-

.шваасЬ пря оергговаказ корш; вотад-

«з толцкаоа ;

Оа-л1 СстФсг-^°стл- теплота, ахкуззлкрсэаннаа детгрьз к

иоаентд начала га яроя';-'-'1- гсзлухоз; Он - 1 -Тер) Ы? г'С - теп/о, подведеииоз а гргикца

раздела тзердоа » скдисз с-зэ "Г7г_г конзекцвез.

Составлена Ош« а погут йать исклзчшш а. рэссгхотрейяз, асдя.иа одинаковой релизе пропасти два последователь!::^ вспзта-пза детмв с разкыз вреаеиаа ез г.родузк.ч воздаоя. Зстгксзлгио, что вря сохранения текператури а достаточного соьека гадкого па-тедза з опатаз интенсивность коивехтнэноя теплоотдача от расплз-:а в стеи::з летал» практически кг кзвенаетса. ¿аннхп гззт был "ологга з основу гетода калорвкетрирозанкя деталей а расплагг псре~р«того змалла. согласно которому ала определенна волезаца-внтоз теплопередачи I теплоотдача ) л воздуху непользузтеа разность толгдо! образовавших.а в испытаниях иеталлограая.

Йрн зтоя погут бить рекомендована следусие приолааенкав за-сссгзоста ала определенна коа^кцзентоз теплопередача дда.плоская I 2 1 и цилиндрических I 3 ) участков поаерхностэз деталей.

ноштеэаеши в расплава перегретого авталла.

1 о*

где:

/ - Г г<<

° [ .(ъ-т,)*« ]

[ (Тф -тл) (ъ,г/и<)j

а«*.

в -

8x,'Ct-S*z г,

иаруаний радиус корки, наиорох.лноа в о^чте за вре-ия X, и ^соответственно. Расчетная схема процессов отражена на рис. 1. Установлено, что величина перегрева &ТР расплава значительно влияет на скорость фориированмя неталлогракии. которая с уве-личениеи л "Гр уыеньвается. Зто позволяет существенно расхить граница рехыиг испытаний и преш всего пь расходу охлаздавяего сетевого во-.д^а, так как варьируя лТр дахе при вольаоа интенсивности охлалженыз детали моано обеспечить при ее каЛориметриров-удосниа вреиениоа рехнв испытания, позволявший получить ис-талзограиму, тмгдена ко.^роа не превышает допустимое по уровна тспгвргстоког па ис£. то есть предел по разреваащей списооности ьалорйиетрырованиа > аля цинка - 2 - 5 им ).

Приведены результату анализа влияния тегиофизмчес их свойств »идяоаеталличш.их теплоносителей цинка, свинца, олова, алпиинмз на скорость образования веталлограимн в зависимости от интенсивности охлагдениа детали в с.епени перегрева расплава металла.

Следуе ответить, что при отсутствия перегрева расплава вад-коаеталличесваго теплоносителя вырааеиие для определения коэффн-цаента теплоотдачи к охлахдавдеку деталь воздуху ииеет следуввия

Пра это» такве псклвчается погрешность, 'вязанная с внх«.до& скстени "аетань-расплав" на реши кристаллизации.

Графически отрааеиа зависимость скорости образования корна нгталла от парааетра m для различиях веталловЧ рис. 2 ).

Б главе праведен анализ факторов. on¡ делявдих тыловое ,г гхзодииаиическое лодооке испитакив охлахдаеиых деталед в расплаве веталла в газовое среде, на основании которого газраоотана ввтоди-.а огр^елгная компонентов теплоотдачи к воздуху в дьт-

бвд

4 »

алях газовня турбин с использованием кетода регулярного ревака, позволявшая проводить зксперниентн без внеякего обтекания галоа деталей, согласно которой для определения к®зо$ициента теплоотдачи используется зависивость:

C&dcp&lj (Тг-вв-)/в-Та}{

с4=-

t 5 J.

где:

& - толщина стенки детали:

cfßH .¿с? - внутреикия ü среанеа дипкетр стек«а детали.

На основан;!:» анализа кетодоз и результат эксперииситадьно-го исследования эффективности пленочного охлагдениа деталей разработана теоретические предпосылки аетодакя фиксирования локальна* тсп"овах характеристик пленочного охяаддениа с покоаьа кетз-ллогрзакц, образуемся на тенке детали пря се яспнтаквяк в ея-дколеталлпческой териостате. При гтоа в эксперименте реаляздатся обратное направление теплового потока я для оценки тевпературно-го параметра эффективности пленочного огкагдепиа псподъзцетс« вврззеикв: „

/У _ Туу -~Тпа

Т^t а J.

Подучена расчетнне зазискзостя для определения ®с5г«твзностя охиваения дегалез с конвектквно-плояочпна охлзиеняез по резу-дьтатза кзлоркиатрпческиз яспатзшя 8 перегретой расплава:

а -Т'р ~Тг Г

Тоз ~TrL 1 t 7 ).

где:Т„в ,ТГ .Тф- тенпе^атура вдцэзогога воздуха, пот газа а кристаллизация расплава кеталла.

¿yv s (5/т - : s Si'Si % S;/t) : &гк « ¿Г/- St

а третьей глазе кз ескспз провеяепггх зееяедозгяпз ввтодев теплового коп*;одз в расплазз езталла а газозоз среда разработана спсцп&кьт ватекш». пологзвгаз в оспозд квшшкепоа тэхпз-логшт тепдзгах встгатанка оздавдаеыш к«тааеа тцрбякз ерз tot saa-етрязторскв-техяздогпоскея диедка. К га оггоезтез:

- ветошта калориветрирования деталей с внутренние конвективное охлавдеииев в расплаве перегретого ввве температура кристаллизации веталла, которая позволяет проводят, испытания деталей практически оез ограничения их гаоаритов и с высокой интенсивность:) охлавденяя, исюгачив при втоа погревности, связанное с выходом систенв -деталь-расплав" на рехин кристаллизации";

- методика калориветрирования деталей с пленочнйн охлахдея-вев. как в перегретой расплаве металла, так и при тенператдре его крястаяюаатш, позволявшая производить оценку эффекта вдд-ва воздуха в основной поток, влияние разницв тенператур оспов-пого я ввдуваевого потока, тенпературггея параметр пленочного охлавденяя:

- ветодвка определенна коэффициентов теплоотдачи к охлагда-сцеку деталь воздуху при е§ испытаниях без вневнего обдува с фиксированием персиенного теипературного поля поверхности во вреиеня с поиовьв тепловизора, записьв информации на вагнитнна носитель ПЗВН о програнихроваинов обработкой результатов эксперимента.

Приведена результат« оценки приборной псгревносте стенда для 'калоряяетряческвх яспвтапия деталей в расплаве веталла. При этоз дс- новлено, что для достивенвя относительной погревности пра определения коэффициента теплоотдачи к воздухд ив более 5z кеоб-ходево ooecnesm абсолатнув погревность завера толвяня неталло-грашза"0,15 вн. времени продувкн~0.7 с. Зказанные величина по ввходят за предела точности фиксирую?«) аппаратдрн и скорости срабатввания отсечннх клапанов проиввленного стенда "Цинк-.

Dps ксгштанппх охлавдае ня деталей в газовое среде ва пореви план ввдвигается задача определения тевператдрного поля поверхности двтала, которая яовет бвть ревена путев яспользоааяяя тепловизора. При втов контроль йохно проводить как в стацаонар-кзх условиях, так в ватою» регулярного теплового решена. для деталев с конвективные я коивективно-пленочнни охлавдениев.

Проведено теоретгческое и экспериментальное определенна пог-ревиостео. вяещвх ко сто' при тепловнзионноа контроле нз за веоо-ходквоста вэеть возяоиость визуального наблгденяя одпоа из дг-

талеа. находяаихси в исследуемо* пакете, через специальна вылол-ие"ние окна. При зтои измерение температуры детален с поиоаьо тепловизора связано с дополнительны** псгреонстями. присуцмнн данному методу н, преаде всего, от взаимного влияния излучения соседних деталей I лопатой ) друг на друга, так как температура поверхности, например, лопаток со стороны спинки м корита как правило различна. Кроме того, погревность эоусловлена прохлде-ниен инфракрасного излучения через смотровые окна.

Исследован спектр материалов, применяемых для изготовления с.отровах окон г. дани рском°ндацни по их использования. Разработана технология тепловизионных исследований.

Два последних, раздела главы посвадена разраоотке конструкции экспериментального универсального стенда для тепловых испытанна охлалдаемых деталей газовой туроины с конвективным и конвективно-пленочи"« охлахдениеа как с помоцъв метода калориметрирования. тан и с использованием тепловизора.

Уармрутиаа технология комплексных испытания представлена на рис. 3.

В четвертой главе проводится всесторонняя апроьациа разраво-таиных методик исследования на л.опатках газовых турокн и экспериментальных нодеаях.

^ первом разделе в качестве моделей дла квалификационных опытов в перегретом расплаве металла оыли использованы: гладкий прямоугольный яелееой ка1 .¡я с соотновением сторон 1:40 и гладкая цилиндрическая труса, длина котороа составляла"501 Дла квалификационной оценки разраоотанной методики определения Эффективности пленочного охлаждения использовалась пластина с тангенциальна цельв.

При выборе режимов испытаний учитывался диапазон характерных условия охлавдения деталей тур сини и параметру опуоликоьанных исследования внутренней теплоотдачи а пленочного ихлаядения. ^се (и:..ты проводились на универсальном стенде для тепловых испытаний. При атоа выло установлено, что в диапазоне чисел от 3000 до 350С0, плотности тепловых потоков - Ю0400 - 40ОйОй Вт/м\

- и -

отновении 1.5-2.0 ра. :овденне опытных и литературн«х

данных не превывает 10-12х.

Для определенна возмовностея метода исследование температурного состояния лопаток с поиовьв тепловизора и контроля производственная дефектов изготовления о ил и проведены испытания рабочей лопатки туроины с канальной схемой охдахдения.

Для оценки эффективности теплооизионного контроля оыли отобраны лопатки с канальное схемой охлахдениа, имеввие типичнее дефекты. возникаете в процессе их производства: заливка одного из каналов, смешение канала в теле лопатке от номинального полоха-шш, электрохимическая аррозия канала. Полученные на тепловизи-онноя установке температурные поля контролируемых лопаток выявили влияние указаниях дефектов на характер нагрева лопаток. В частности, закупоривание одного из каналов ( четвертого, счз-таа от входное кромки ) понизило температуру вкевнеа поверхности со сторона спинки и корыта вдоль дефектного кана^ примерно на 10 К. Смеден..а каналов к спинке иеняет характер поля температур на противоположных стенках, увеличивая относение температур со сторона спинки и корите и т.д. .

Резуль.ати исследования дефектов тракта охлахдениа лопат, показали висскуэ »мективность разработанного ывтода контроля в технологического оборудования, что (шло использовано для контроля сопловой лопатки турбина с внутренний дефлектором, опиравшиеся на продольные ребра, размеаенные на внутренних поверхног-так корыта и спинки пера.

Полученные результата экспериментальных исследования в виде термограмм и кривых прогрева позволили надето выявить технологические деГ"кт«, возникавшие при изготовлении такой лопатки.

Дла апрооации нетоднки на деталях с конвективно-пленочным охлавдемпеи била исследована модель входной кройки лопатки тур-Сани. Подученные вкспериавнталъные зависимости оыли иснользова-иц дла расчета папературного состояния рабочее лопатки турбина при кпиетрувторско-тнологмческой доводке гэзотуроьнноя установки 1 ГТ9 ^ "ГТП-25" на ПО "Невские завод-.

В пятой главе проведено комплексное исследование тепловых характеристик лопаток газовых туроин в процессе их коиструкторс-ко-технологкческоя доводки.

Так, дла райочея лопатки, изготовленной литьем по зыплавла-еяым модеязм, с полупетле»оа схе»ай охлаздення проведешшэ исследования позволили с пойочьв метода калорхиетрнрсвання в лндко-иеталличе^коа термостате коли' ственно оценить влиание конс.рук-тивного изменения на тепловое состоанне лопатки. Использование теплсзкзара пра существенно волее низких материальных затратах. Пи сравнения с кетодоа аиднометаллнческой калориметрии. позволяло проводить контроль тракта охлаздениэ лопаток, в частности контролировать отклонение л номинала размера дела з продольно» песре.

Во втором разделе глава вяла исследована о.штнаа серна из семи де'лекториых лопаток, ааевэдх отклонение от ноккаальяаа геометрии внутренней полости,'которне оили ваавлена ¡¡осла проведе-иаа эксперимента путем их злектрозррозионнвя разрезки по поперечина сеченная Ьсе лопатки имел» саедение пластин дефлектора во входной кройке, дае лопатки кроме того имела пополнительная деф-акт - непропап пластин дефлектора в зоне вяходноа кромка.

Исследование лопаток в расчетных сечоняая а представленнцв графически тейпа их прогрева наглядно алистрнрузг ешшешшз отличия в схоаственнах точках исследовании* лопаток.

Базой.для сопоставительного анализа лопаток явились даникз по распределена:) плотное:,! теплового потока по развертке паток I рис. 4 ) а по'лозеннха изотерм а зависиаости от Т нагрева лопаток * рис. 5 ¡.

Используа даяние калориметрических исследований дла пааноа дефлехториоя допатхн. (¡ала определена лопатка, имевзаа номина-льнуэ геомзтриэ, а определена допустимые отклонения величала 1/ X I рас. б ). Зто позволило организовать выборочный технологически!) контроль лопаток пра их освоении в серийном производстве. I

2. основные реззльтати и вывода.

" 1. Разрао'отан нею? калорииетрмрованна охлалдавмиа деталей в порегрвтоа визе температура кристаллизации расплаве металла, в

основе которого лет повторное испытание летали на одной н том ее ревшзе при различном времени ее продувки воздухом и определим по нзме^иввейся тодцкне ветадлсграмми локально» плотности тепловых потоков и ковОДициентов теплоотдачи по пог^рхности детали.

Прм этой установлено, что:

- скорость еорнированиа на поверхности детали неталлограиаи зависит от конвективное составлявшей теплового потока <£.к , передаваемого к воздуху от расплава металла, и уиеньмаетса с увеличением степени его перегрева i л~Тр ¡ до темпера. тури, которая вuse температуры кристаллизации;

- качество поверхности иеталлограимы. ооразоваввевся в опыте иа поверхности детали дла каждого вадкометаллического теплоносителя завысит от вирини фронта кристаллизация, которая при известном температурном диапазоне кристаллизации

уменьшается с увеличением перегрева расплава¿IJ»;

- уненьвеиме сирины сронта кристаллизации под влиянием перегрева расплава неталла позволяет компенсировать его загрязненность примесями, ооеспечквая высокое качество поверхности «етадлограммк арн достаточно сольном температурной диапазоне кристаллизации, что позволило получить удовлетворительное качество металлографии при ьспользованин'вместо цинка марки Цйй цинка марки Ц1.

2. назраоотана методика калориметрических испытаний в дичко-сетадлкческ-а термостате и получены математические внравения ras сценк" »фиктивности пленочного охдаддения »демектов деталей при кх исследовании и тепдовом контроле.

При »той отмечено, что:

- Фиксирование локальных тепловых характеристик пленочного охлалдения с поиодьо металдограими. образуемыся на детали при ее испытаниях в видкометаллмческом термостате возиохно при реализации осратнога направление теплового потока, по сравнении с «еаствительним;

- ща приоливеамя водедышх ревммов испытание к натурным ые-

- 15 -

обходиио использовать перегрет»» вяве теипературы кристаллизация расплав металла.

3. Разработанные нетодолоппеские приеав и полученнве результата исследования бнлп половина в основу комплексной технология теплового контроля охлахдаемах де.алея туроннв в вядковетал-ляческоа тераостатв. предуснатривашпея испятапия как в перегретом. тах я в крнсталлизув^евся расплаве веталла. деталей с кеп-вектпвняа и пленочнна охлахденяем. Проведения оценка погрешностей таких пспзтаний показала, что при использовании приемного обеспечения сучествуваих лендов для проведения калориаетрячес-¡ras яспатаяия для характерна в турбине значения интенсивности охлаадения деталей относительная погревность в ее определенна из превн0ает~5х.

4. Ra базе анализа методов испытания охлаадаеанх деталей прз стацлонарноа рехиае а потопе газа и в нестационарная условиях регулярного реяииа без вневнего обдува разработана технология коптроля тевпературпого состояния детали с поморье тепловизора.

При втоа установлено, что:

- осповюти источяикааи погревностея при определения теюте-ратура поверхности детали. обдраеиоЗ потокоа газа, гаялэ-fes материал оптических стекол окон газоподводядего капала, а "чкзе groa установки окна к оптяческоа оси тепловизора;

- наиболее приеалепввя патеряалаяя оптических стекол окоп капала яэляатся сапфир я лавсая, Яла которая погревиоетъ прп определенна тевпературн практически пв з««всчт от теи-пературв нагревателя я пе превэтает~Ш:

- ггаттавальноя.влияние угла установка окна в оптической ota тепловизора отпечено g canfRpa не более 12Z. более значительная погреввостъ характерна для sascan. g которого в диапазоне толзия окна от 0,3 до 5 ва ens не ггревстает 20z;

- учитывая ввеокув точность воспропзведеная геояетрвчестгах характеристик детали а производстве освоении параветров прп сопоставительной опенке »©§екттшоетв охлавдепяз доводочная вариантов детали в контроле стзбшъяостя технологического процесса ев азготозлешш воввт являтса тгеп кзгрв-

ва детали в цсяовиах регулярного ^евима вез вне«него оодц-ва газов.

5. &яя практической реализации созданиях технология тепловая испытанна охяавдаеыах деталей, на вазе 'проиыменнсй установки длс калорииетрячасккх испытаний "Цинк" разработан универсаль-ввй испытательный стенд, позволассиа определять тепяогидпавлнче-ские характеристики, неооходииие при конструкторско-технологнчг-ской доводке деталей кзк калориметрическим методов, так к с использованием тепловизора.

6. Разработанная комплексная технология испытания к резуль-татв теоретических исследования били экспериментально апробиро-вапа к подтвервд^ив при исследований теплоотдачи в типовых влек-«птах г. на натурная образцах охлавдаеиня деталей гозовоп турбины.

При этом было установлено, что:"

- о калоркаетричеекоа зксперпментс с течением вреиенв происходит н? только изменение толщшк ееталлограи^а, но в заметное изменение скорости со образован::!!, которая в фу-вкцяк вровеня длз щшка киеет практически линейный харап-тср в вирокси диапазоне перегрева расплава от 5 до 30 К;

- величина перегрева расплава практически т влияет п отношение взиененкя скорости образования изтвлдограыш в взвенеикв разпостк ее телдхн. опроделсйнкх с одинаковой кнтерга..е вревсяи:

- отклоните обобщении результатов епцтов в раепдгео перегретого «йнка от опубликованных ' даннцх по теплоотдаче в ! гладккх каналах круглого и прямоугольного сечений г вире- , кои диапазоне чясвл Ке не превышает 10-12г; при тангенциальной ввдае па плоскуз стенки накнашьвоо отлячиэ зк-сперкментальвих значения от опубликовавши результатов аналогичных яспвтанка не превышает 202;

- в условиях регулярного ревкыа яспатаивв с' повосьо тепдов-взора вошо падссно выявлять технологические дсоеата изг-отог.ленка ехдавдазетх ^Еталай, теккг па» з&шка ива екз-сегаи, »лектрохвнвчеекая »ррозвя каяиа размеров до 0.3 в 6,5 св. вепзспв* м««втора;

- ссследоваиме 8£$ектагностм конвектмзио-пленочнога оуаа-данаа детали «елесоооразно проводить методом регулярного регмма. при котором значения чисел Ни ча гладко» канала езэ перфорации с точностьа до~12z совпадает с даннама датературиих асточииков; пра атоа дла захаатиога расположения пер$орацаон1шх каналов в гладкой труое, гматнругзеа B2t¿Hya крснку лопатка, значения Hu пра тея ае часла„ Йь. do cpasnetóB с гладки» каналом, увеличивайся в, средней в 2,5 раза, однако, с увеличение» Re рост катеисавиоста та-плоотдача по отношении и гладкому каналу уаеньаается;

- совиествоз кспользоваиие калориметрического метода щ тев-лозззора позволяет >роазводмть с вмимаалышма затратам» Ев тользо сценку вяианаа на тепловое состояние отдельных вонструзтазннх азаененма. но а отклонение размера спроектированного канала от номинала;

Результата тепловых испмтанма воделеа а иатурш..< деталей вала кспользозанн «ра прсрктнрованма газовоа туромни авмацаонаога двагатела а стационарное газотуроаиноа установка.

Основами полоаеш.а дассертацма опуЬликозаиа э слвдукаах рантах:

1. Мастузт« M.D.. Ькаулгш О.. ümtbmhkob &.П. Разработка лк-спераментального нагревательного участка яла калориметрического стенда "Цина". Со. тезйсов ÏLIi СНТК МйТИ. й.. 1986.

2. Настилки О. а др. 1!ыенси$нкацна теплообмена в целевом канале. Салазгсов SIÖ, Гагарннскак чтеааа, ШШ, М., 1383.

S. Еевченко Н.В.. S'jсиа С.à.. Мастуакин U.S. Исследование влаа-ййз перфорации на теплоотдачу к охлааДасдеау воздуху. Со.тв-зиссз Ш iагарийская чтемяз. МТМ. St.. 19Э0.

4. Curca С.Г,, Ьастуокаи V.S. Исследование вахощшх кромок сопловых лопаток ГТД. Со.те'исов.Ш Гагармнсках чтенаа, äljjä, M.. 1330.

5. Галкин 'H.H.. Donos В.Г.. Иасту»кка М.9.Ковав Метод ы техно" югаз ycsopsKüoa доводка по'тетшвоау состозкаэ охлаждаемых

- iü - ' f fiftcatos гвзош Сблтсег 2-ro Ьаского игадаарад

toro форе» во кшю- в K&cceocss&g, Ушк, ÍS32.

С. Гсхдтл И.Н.. Попов Ь.Г.. UictL'JKUJ K.D. líatoa uccjeE&taaa тегмоги5раЕ£2ЧЕСЕ22 характеристик 02£Л&»3eBUX CPtCCTCJ. Cd тезиссз НТК "Ездтесть в еасезонадеьиссгь". Сеьастегшь. 12ÜI.

1. Г&гхза В.В.. йзпсв 1.Г.. ЁгсткбШ! О. Os^Küa техг.олсгьч::з сте схлаадаш;х дсвзтоз ГТД сатеа их вссхадсзасш 'теркокахэ-ристрвчгска ESteaoa. СС.тезассз ИШ Геггршсккх чтений, в., 1332.

t, Еояь-з Б.Г., tCeetuessa К.С. Опергтювзз дозедва во те^нмаг-вчиоста ехвггдокзх доаш assansousas ГТЛ. Солезсссв £Х Ш "Гегедесвгз чтенв;-. IT6TS. tí., 1SS4.

5. Еввоз С.Г.. ьзстчзяея -'¿.3. Раэ^аоатиа тсхаояогическса toséis дсвздка вилгхаеаго сыивсзз /.encirj азкацуоаиого ГТЦ. Ct.msccs PST8 "Езтезсегваа твгяодот: в вроазвоастс« £2". ыт. У.. 1S54.

10. fcptr С.Б., tiastoushkúis О. Tío resoarcb and desisü-tecb-aolejlcal brtnjmg te períectioa oí ths psiír-plect сааНсз ¿síulc ir. circraít tnd spacicrsít sjstess. Intematioaaí ftsrC3J>-M Cin£P8SS, У. 1554.

И. F'cyco V.6.. MastoashfeíGí И.О. ТЬз techados? ead equipatet ícr thi brineins ta perfcction of coolioo gas turbina sys-t«as. lnternsticrul Écrospüce Congross. B. i934.

12. Клстускии lí.B., líotusoa H.B. Технологи и оворудосаш^е для й'-одка охшвдаеезх аокатсн resoass тдроин. Сй.тезн'-оз НТВ "ÉsTgiEbKas про&хшэ евшетрэеюз". Казань, 1934.

13. Пенса й.Г.. Ваетутш 1.Ю. Разработка тездшогиа а оооридо-савш дкя опйратхвного теплового контроля тепхоооаешикоз. to.тезисов Ш ИНК 'Гегаршсшзе чтения". СГпТУ. У., Ш5.

14. Usase Ь.Г., Цастцтзя М.В.. ¿одесьеа К.В. Ессхздооажга сss-елва лзтьезых де©»*тсз из тепхоеоо еосшшгз внутренних ш.-дата охдахдаошх детые» гвергоссиови нстаасвов. Со.тез-вссв Ш МНК."Гвгарсаскиз чтеишг, ЁГ&ТЗ, В.. I9а5.

15. P(t,<av V.b., KastouskkiD» И.О., faroslavtscv fi.l. títthoao-

I«32 ai calcri35tric s225Hreaents oí S33 tcrbiru cîaîtnj

plast dîtails in overheated seit of bigîi-lhsrral ceíí;ííIi»3 cite!. Сб. расгарекяга тезяссз вваддягрвеяего ckkoîe-ïsj "Пятвгсг.Тззаззя тгпяооб'^епз о »Езрг®тэтгс?.:я зетгяяяая". 1ТТЗ. 2., ткл 1035. 3. 7.5.. ?33ts35hïin3 3.3., V'îroîlcïts^ 3.1. ГЬз iecífn-lO fer Газ brtnjinj Ъ pcrír-tlcü oí colin? s:í taiJlM ïjsiî^s. Cö. pscra?erra* твягссз квядзягрзгяггв erzzzts&a "Пзтвпсг^гчзз rec285ô?îns i îasprsTirsscCT зетегггзд»"«

•TT3. en 8333. }

го -

Ркс.1. Сяе»а передача тг(шз от г-срегретого расплава иеталяа чврез с тку ягтагя к оыадаваеад воздулд.

Рас. 2. Завкскиость скорости образованна корки металла V* от гп .

¿не. 3. Иарирнтная тех^лыия тепловнх испытаний при конструкторско-технологическои доводке охлавдаекых деталей газовых туроин.

Рас. 4. Распределен«? платности теплового потока & по разввртяа лопаток.

20 45 НО ^ О 5 10 *0

Рис. б. Зависимость 4/х по развертке пера лопаток.