Спосіб визначання газоабразивної зносостійкості лопаток компресорів турбомашин

Способ определения газоабразивной износостойкости лопаток компрессоров тур бомашин, заключающийся в том, что на две Изобретение относится к области испытания лопаток на износостойкость и может быть использовано преимущественно для определения эрозионной прочности лопаток компрессоров турбомашин, эксплуатируемых в условиях запыленной среды, а также при обработке технологии изготовления как самих лопаток, так и при разработке их защитных покрытий. Известен способ определения эрозионной прочности (стойкости) лопаток (деталей), при котором на испытуемые и эталонные лопатки одновременно воздействуют потоком абразивных частиц, измеряют величины износа исследуемой и эталонной лопатки, а износостойкость исследуемой лопатки оп лопатки, одна из которых испытуемая, а вторая - контрольная, воздействуют струей воздуха с абразивными частицами и определяют износ лопаток, по которому судят об износостойкости, отличающийся тем, что используют третью, бывшую в эксплуатации эталонную лопатку, определяют ее износ, воздействие струей на испытуемую и контрольную лопатки осуществляют при одинаковых параметрах струи в одинаковых сечениях по высоте лопаток, при этом определяют скорость износа в каждом сечении для контрольной лопатки, а время t воздействия в каждом сечении для испытуемой лопатки определяют из условия t = x/v, где v и х - соответственно, скорость износа контрольной лопатки и износ эталонной лопатки в этом сечении. ределяют путем сравнения ее износа с износом эталонной лопатки [1]. Однако это техническое решение обладает относительно низкой точностью определения износостойкости испытуемых лопаток, поскольку способ обеспечивает равномерную подачу абразивного материала по высоте лопатки. В условиях реальной эксплуатации лопатка изнашивается неравномерно по высоте, поэтому, кроме низкой точности известный способ обладает orpaj ничейными технологическими возможностями. Известен способ определения износостойкости лопаток компрессоров турбомашин, заключающийся в поочередном воздействии на испытуемые и контролируе с > о 13731 мые лопатки жидкими и твердыми частица ми, сравнении износа испытуемых и конт рольных лопаток и оценке по результатам сравнения стойкости испытуемых лопаток [2] 5 Подачу 4 потока воздуха с абразивными частицами на испытуемую лопатку 1 производят локально - струей из трубки 2, которую пос ледовательно - дискретно - смещают по высоте L пера лопатки. Величину угла «расположения трубки 2 по отнощ ению к кромке пера принимают, исходя из угла закрутки пера и измеряют до значения /? по мере смещения трубки вдоль пера. Последовательно воздействуя струей воздуха с абразивными частицами на две лопатки, одна из которых испытуемая, а вторая - контрольная, определяют износ лопаток, по величине которого и судят об их износостойкости. Для учета фактора неравномерности износа по высоте используют третью, бывшую в эксплуатации эталонную лопатку, износ которой определяют указанным способом. Воздействие струей на испытуемую и контро льную лопатку осущ ествляют при одинаковых параметрах струи в одинаковых сечениях по высоте лопаток I - I, 11-М и т.д. (фиг.1). При этом определяют скорость износа в каждом сечении контрольной лопатки. Время t воздействия в каждом сечении для испытуемой лопатки определяют из ус ловия t = x/ v, где v и х - соответственно скорость износа контрольной лопатки и износ эталонной лопатки в данном сечении. За счет учета фактора неравномерности износа по высоте лопаток повышается достоверность определения іазоабразивной износостойкости лопаток. Конкретный пример выполнения спос оба. С целью оценки пригодности к эксплуатации рабочих лопаток 1-й ступени компрессо ра Г ТД с п ок р ыти е м сис те м ы TIN толщиной 10 мкм определяли их газоабра зивную износостойкость. Угол закрутки пеи ра лопатки а =2,8°, высота пера лопатки L = 20 мм. В качестве эталонной использовали рабочую лопатку 1-й ступени компрессора ГТД снятого с эксплуатации двигателя При . этом эта лопатка была того же типоразмера и из того же материала, что и контрольная с испытуемой. Однако и это техническое решение об ладает недостатками всех известных техни ческих решений. В реальн ых условия х эксплуатации лопатки компрессора изна шиваются по высоте неравномерно, что свя- 10 зано с осо бен нос тями ра бо ты р о тор ов сложных механических систем, работающих в условиях запыленного воздуха, например, ГТД. Известное же техническое решение предусматривает создание равномерного 15 распределения абразивного материала, по даваемого на лопатку, по высоте что во-пер вых ограничивает технические возможности спос оба, во-вторых снижает точность опре деления износостойкости испытуемых лопа- 20 ток. Актуальность повышения точности способа определения газоабразивной лопа ток компрессоров турбомашин обусловлена необходимостью повышения достоверности определения допустимого времени эксплуа - 25. тации ГТД, в условиях запыленного воздуха, повышения надежности авиационной тех ники и разработки методик определения ос та то чн ог о р есу рс а по п а ра м е тр а м технического состояния. 30 В основу изобретения поставлена задача создания способа определения эрозионно й пр оч нос ти лоп а ток к ом пр ессо р ов турбомашин, расширяющего технические возможности и повышающ его точность оп - 35 ределения эрозионной износостойкости. Для этого в способе газоабразивной из носостойкости лопаток компрессоров турбо машин, заключающ емся в том, что на две лопатки, одна из которых испытуемая, а вто- 40 рая - контрольная, воздействуют струей воздуха с а бр аз ив н ы м и ч ас т и ца м и определяют износ лопаток, по которому судят об износостойкости, используют третью, бывшую в эксплуатации эталонную лопатку, 45 определяют ее износ, воздействие струей на испытуемую и контрольную лопатки, осуществляют при одинаковых параметрах струи в одинаковых сечениях по высоте лопаток , при этом определяют скорость износа в 50 каждом Для воздействия на лопатки 1 (испытуесечении для контрольной лопатки, а время т. воздействия в каждом сечении для испытуемой мую и контрольную) использовали разгонную трубу 2, в которую подавали воздух под лопатки определяют из условия давлением и твердые частицы - пылевидный где v и х - соответственно скорость износа 55 кварц КЦ-3, диаметр частиц d = 70 мкм. Концентрация пыли в разгонной трубе составиконтрольной лопатки и износ эталонной ло3 ла 0,156 г/м . патки в этом сечении. На фиг.1 представлена схема, поясняющая способ в плоскости пера лопатки , на фиг.2 - вид А на фиг.1. I 13731 Условия испытаний контрольной и испытуемой лопаток поддерживали одинаковыми (концентрация пыли, давление воздуха, температура, дисперсность d частиц и т.п.) Диаметр струи двухфазного потока Д - 5 мм. Угол /? установки разгонной трубы принимали в соответствии с чертежом лопатки р =25°. Концентрацию пыли по сечению струи 10 принимали одинаковой. Количество стационарных положений разгонной трубы - 4 (сечения 1-І, 11-11, HI-III. IV-IV) выбирали с учетом диаметра струи через каждые 5 мм, причем первое стационарное положение оси трубы приняли на 15 расстоянии 2,5 мм от сечения 1-І лопатки. Характе р (величины) износа эталон ной лопатки по высоте определили со стороны корыта в сечениях , соответствующих положениям оси разгонной трубы по высо- 20 те лопатки. Полученные результаты представлены в таблице (по износостойкости колонка 3). Определяли скорость эрозии материала со стороны корыта пера контрольной лопат- 25 ки, изготовленной, как и эталонная, из титанов ого сп лав а В Т- 8. Ск ор ос ть эр оз ии составила 0,511 мкм/мин. Требуемое время «агружения испытуемой лопатки в каждом стационарном поло- 30 жении разгонной трубы, исходя из условия имитации реального распределения износа по высоте лопатки в эксплуатационных условиях, определили по формуле 35 t-x/v. где t - время подачи потока воздуха с абря зивом на лопатку, х - износ соответствующего участка эта лонной лопатки, v - скорость эрозии контрольной лопатки. Результаты определения времени износа в каждом положении трубы представлены в колонке 4 таблицы. Затем устанавливали испытуемую лопатку на стенд и производили ее локальное нагружение с помощью трубы, расположенной на расстоянии 12 мм ог нее под углом 18°. В каждом стациона рном положении трубки 2 время подачи воздуха с абразивом задавали пропорциональным соответствующему износу вдоль высоты эталонной лопатки и скор ос ти э роз и и на ко н тро ль н ой лопатке, т.е. по формуле " t = x/v. После испытания определяли износ по высоте испытуемой лопатки в тех же сечениях, что и эталонной. Результаты измерений представлены в колонке 5 таблицы. Затем сравнивали величины износов по высоте (по сечениям) эталонной и исследуемой лопаток, оценива ли эрозионную износостойкость испытываемой лопатки и делали вывод о пригодности к эксплуатации лопаток с указанным покрытием. Это позволило повысить достоверность определения газоабразивной износостойкости компрессорных лопаток данного типа. Результа ты испытаний на эрозионную стойкость рабочих лопа ток 1-й ступени компрес сора ГТД из ти танового сплава ВТ-3. Номер положе Высота располо Величина износа Время подачи Величина износа ния разгонной женния сечения эталонной лопат потока воздуха с исследуемой ло трубы на эталонной ло ки, мкм абразивом, мин патки, мкм патке от основаS ния, мм 1 2.5 21.5 42,07 4,92 2 7,5 38.5 75.34 8,81 3 12.5 67.5 132,09 33,82 4 17.5 91,0 178,08 77,17 13731 Упорядник Замовлення 4121 Техред М.Моргентал Коректор М. Керецман Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101