Термонапряженное состояние монокристаллической охлаждаемой лопатки с учетом аксиальной ориентации кристаллографических осей
Ключові слова:
Охлаждаемая лопатка, термоупругие напряжения, кристаллографические оси, аксиальная ориентация, трехмерные модели, метод конечных элементовАнотація
Досліджується термопружний стан монокристалічної лопатки з вихровою і частково плівковою системами охолодження. Задача вирішується в тривимірній постановці з використанням методу скінченних елементів. Відомо, що орієнтація кристалографічних осей істотно впливає на розподіл полів напружень. Коли змінюється орієнтація кристалографічних осей, відбувається перерозподіл всіх напружень і зміна всієї картини напружено-деформованого стану лопатки. Дана робота є продовженням серії робіт авторів, в яких розглядається вплив відхилення азимутальної орієнтації кристалографічних осей на термопружний стан монокристалічної охолоджуваної лопатки. Тому в даній роботі проведено дослідження вплив аксіальної орієнтації кристалографічних осей на розподіл термопружних напружень в об’ємі лопатки. Чисельні дослідження дозволили показати зміну максимальних температурних напружень при повороті кристалографічних осей в площині yz навколо осі х і в площині хz навколо осі у. З міркувань забезпечення міцності лопатки доцільно обмежити просторовий поворот кристалографічної осі [001] в межах 12 - 15. Ці обмеження аналогічні необхідності забезпечення розкиду власних частот лопатки в межах 8 - 10%. Дослідження дозволило виявити вплив зміни аксіальної орієнтації кристалографічних осей на напружено-деформований стан лопатки. Виконано узагальнення результатів попередніх досліджень на обмеження відхилень кристалографічних осей. Загальна картина напружено деформованого стану циклічно повторюється при повороті кристалографічних осей на 90. Місця локалізації термопружних напружень часто збігаються з місцями локалізації вібраційних напружень, що створює додаткову небезпеку.Посилання
Nozhnitskiy YU.A., Golubovski Ye.R O prochnostnoy nadezhnosti monokristallicheskikh rabochikh lopatok vysokotemperaturnykh turbin perspektivnykh GTD. Prochnost' materialov i resurs elementov energooborudovaniya Tr. TSKTI, Sankt Petersburg: 2009. Vyp. 296. P. 74-82.
Shalin R.Ye., Svetlov I.L. at all Monokristally nikelevykh zharoprochnykh splavov. Moscow: Mashinostroyeniye,1997. 336 p.
Wolf D. S. Stress analysis of a fist turbin vane using 3-dimantional model with non-linear material behaviour subjected to transient temperatures. AIAA Pap. 1981 No 1437. 5 p.
Pridorozhnyy R.P. Raschetnoye issledovaniye ob"yemnogo napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya monokristallicheskoy okhlazhdayemoy lopatki turbiny. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, 2002. Vol. 34. P. 119-123.
Pridorozhnyy R.P., Sheremet'yev A.V. Vliyaniye kristallograficheskoy oriyentatsii na ob"yemnoye napryazhenno-deformirovannoye sostoyaniye monokristallicheskoy neokhlazhdayemoy lopatki turbiny. Vestnik dvigatelestroyeniya. 2003. Vol.1. P. 47-51.
Pridorozhnyy R.P., Sheremet'yev A.V., Zin'kovskiy A.P. Vliyaniye kristallograficheskoy oriyentatsii na spektr sobstvennykh kolebaniy i predel vynoslivosti monokristallicheskikh rabochikh lopatok turbin. Problemy prochnosti. 2008. No 5. P. 15-27.
Vorob'yev Yu.S., Ovcharova N.Yu., Zhondkovski R., Berlizova T.Yu. Napryazhenno deformirovannoye sostoyaniye okhlazhdayemoy monokristallicheskoy lopatki GTD v temperaturnom pole s uchetom vliyaniya oriyentatsii kristallograficheskikh osey. Kompressornoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. 2015. No 4. P. 15 - 19. ISSN 2413-4554.
Vorob'yev Yu.S., Ovcharova N.Yu., Zhondkovski R., Berlizova T.Yu. Vliyaniye azimutal'noy oriyentatsii kristallograficheskikh osey na termouprugoye sostoyaniye lopatki GTD s vikhrevoy sistemoy okhlazhdeniya. Problemy prochnosti. Kyyiv: 2016. No 3. P. 15-24.
Vorobiov Iu.S. at all Vibration characteristics of cooled single-crystal gas turbine blades. Journal of vibration engineering & technologies. December 2014. Vol. 2, No. 6. P. 537-541.
