Способ испытаний лопаток турбин на трещиностойкость Советский патент 1981 года по МПК G01N3/60 

(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ЛОПАТОК ТУРБИН НА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ

I

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании лопаток турбин на трещиностойкость.

Известен способ испытания лопаток турбин на трещиностойкость, заключающийся в том, что испытуемую лопатку закрепляют, подвергают циклическому температурному воздействию и по количеству циклов до появления трещины судят о трещиностойкости 1.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ испытаний лопаток турбин на грещиностойкость, заключающийся в том, что испытуемую лопатку консольно закрепляют, подвергают циклическому температурному воздействию, измеряют от нейтрального положения амплитуд ST перемещений периферийного сечения пера лопатки, периодически прерывают температурное воздействие и измеряют длину трещины, по скорости распространения которой судят о трещиностойкости 2.

Общим недостатком этих способов является низкая точность испытаний, обусловленная невозможностью учета изменения текущей скорости распространения трещины.

Цель изобретения - повышение точности испытаний.

Цель достигается тем, что перед испытаниями наносят трещину заданных размеров на кромку пера лопатки в месте максимального отнощения растягивающих термических напряжений к пределу текучести материала лопатки, амплитуду 8. измеряют в направлении наибольщего ее изменения, а скорость распространения трещины определяют по формуле:

dt / / dN dN

гд.е1-длина трещины;

N - число циклов температурного воздействия.

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - график зависимости изменения амплитуды бу от количества температурных воздействий; на фиг. 3 - график зависимости изменения длины трещины от амплитуды S -Устройство для реализации способа содержит продувочную камеру 1, соединенную с источником горячего газа (не показан), внутри которой размещены подвижный и неподвижный захваты 2 и 3 для крепления испытуемой лоПатки 4. Подвижный захват 2 связан через тягу 5 с рычагом 6, один конец которого закреплен с помощью щарнира 7, а другой конец связан с датчиком 8 перемещений, соединенным через усилитель 9 с регистрирующим прибором 10. Способ реализуют следующим образом. В лопатке 4, подлежащей испытанию, предварительно определяют распределение температурных полей для различных моментов времени цикла температурного воздействия в условиях заданного циклического режима испытаний. По полученным температурным полям, используя известные методики, рассчитывают нормальные к поперечным сечениям пера термические напряжения в лопатке 4. По результатам расчета определяют на кромке пера место, где имеется максимальное отнощение растягивающих термических напряжений к пределу текучести материала лопатки. В этом месте перед испытаниями наносят трещину заданных размеров, локализуя тем самым место разрушения и устраняя появление в этой зоне дополнительных термоусталостных трещин, которые могут повлиять на величину скорости распространения исследуемой трещины. Затем лопатку 4 консольно закрепляют в неподвижном захкао J, те 3, соединяют периферийное сечение лопатки 4 с подвижным захватом 2 и подвергают циклическому температурному воздействию, в результате чего из-за неравномерного нагрева и охлаждения, обусловленчё Л™Гя гГя Г ;о „°й;аГ„Гположения то в сторону ее спинки, то в сторону корыта, перемещая за собой рычаг 6. Перемещения рычага 6 преобразуются с помощь,ю датчика 8 в электрические сигналы, усиливаемые усилителем 9 и регистрируемые прибором 10 в виде диаграмм изменения амплитуды & перемещений периферийного сечения лопаток 4 от количества циклов температурных воздействий. По диаграмме определяют амплитуду б перемещений в направлении ее наибольшего изменения, что позволяет с больщей точностью судить о текущей скорости распространения трещины, поскольку в одном случае при стесненном температурном удлинении кромок лопатки берега трещины смыкаются на протяжении части температурного цикла, препятствуя существенному изменению величины амплитуды перемещений, а в другом случае таких препятствий не будет, берега трещины расходятся, и амплитуда Sj перемещений изменяется быстрее с ростом трещины. Скорость распространения трещины определяют по формуле: de , dN где i - длина трещины; N - число циклов температурного воздействия. Из этой формулы видно, что при постоянной величине амплитуды 5т- перемещений скорость распространения трещины равна нулю, т. е. - 0 (фиг. 2, участок 1). Зависимость изменения амплитуды 8 перемещений от числа N циклов температурных воздействий дифференцируют по числу циклов, определяя величину скорости распространения трещины в расчетный момент времени. Способ позволяет повысить точность испытаний за счет определения истинной скорости роста и трещины. Формула изобретения Способ испытаний лопаток турбин на трещиностойкость, заключающийся в том, что испытуемую лопатку консольно закрепляют, подвергают циклическому температурному воздействию, измеряют от нейтрального положения амплитуду 5т перемещений периферийного сечения пера лопатки, периодически прерывают температурное воз .. деиствие и измеряют длину трещины, по скорости распространения которой судят о трещиностойкости, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности испытаний, перед испытаниями наносят трещину задан Р--Р° - -Р -« месте максимального отношения растягивающих термических напряжений к пределу текучести и материала лопатки, амплитуду 5 измеряют в направлении наибольшего ее изменения, а скорость распространения трещины определяют по формуле: dt / d&j I dN / dN I где{-длина трещины; N - число циклов температурного воздействия. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Третьяченко Г. Н., Кравчук Л. В., Куриат Р. И. и др. Несущая способность лопаток газовых турбин при нестационарноМ тепловом и силовом воздействии. Киев, «Наукова думка, 1975, с. 80-83. 2. «Проблемы прочности, 1976, № 6, стр. 100-105 (прототип).

фуг./

yyffff/77ff/f

Фг/г.г