способ ресурсосберегающей эксплуатации газотурбинных двигателей

Формула изобретения

Способ ресурсосберегающей эксплуатации газотурбинных двигателей по техническому состоянию его проточной части в зависимости от предельно допустимой повреждаемости П_доп за ресурс Р_э.т.с., заключающийся в том, что в процессе выработки ресурса измеряют температуру Т на входе в турбину, число оборотов двигателя n, время работы на различных i режимах и проводят периодические проверки состояния газовоздушного тракта двигателя для выявления дефектов по узлам и деталям и при необходимости их замену,

отличающийся тем, что предварительно перед эксплуатацией двигателя определяют за один час работы на i режимах повреждаемость П ₁ наиболее "слабой" ресурсоопределяющей детали

где _i - время работы двигателя на i-м режиме;

_pi - предельно допустимое время работы на i-м режиме при напряжениях и температуре в ресурсоопределяющей детали, определенное по характеристике длительной прочности материала детали на i-м режиме,

а при периодической проверке состояния газовоздушного тракта двигателя определяют за период эксплуатации

суммарную повреждаемость

где К - количество режимов, на которых эксплуатировался газотурбинный двигатель,

сравнивают ее с величиной предельно допустимой повреждаемости П_доп. и при отсутствии замечаний по регламентным работам продолжают эксплуатацию, при выработке ресурса определяют суммарную повреждаемость П как сумму всех повреждаемостей, определенных во время периодических проверок, а при условии

П _доп-П П _Рмакс.,

где П _Рмакс. - наибольшее значение суммарной повреждаемости за один из периодов Р эксплуатации,

увеличивают ресурс работы на величину Р.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к области газотурбинных двигателей (ГТД), в том числе газотурбинных приводов (ГТП) газотурбинных установок (ГТУ).

Уровень техники

В связи с высокой стоимостью современных газотурбинных двигателей (ГТД), предназначенных для военной и гражданской авиации, а также газотурбинных установок (ГТУ), напряженными условиями их эксплуатации и непрерывным ростом требований к ресурсам крайне важна ресурсосберегающая эксплуатация двигателей. Эксплуатация первых поколений газотурбинных двигателей проводилась по установленному фиксированному ресурсу, после выработки которого двигатель снимался с эксплуатации (см. Н.Д.Кузнецов, В.И.Цейтлин. Эквивалентные испытания газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1976 г., стр.162). Такой способ эксплуатации являлся крайне неэффективным, т.к. во многих случаях даже при полной выработке установленного ресурса двигатель оставался работоспособным.

Более прогрессивным является способ эксплуатации в зависимости от технического состояния двигателя (см. Н.Д.Кузнецов, В.И.Цейтлин. Эквивалентные испытания газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1976 г., стр.163-169), заключающийся в том, что двигателю устанавливается ресурс по техническому состоянию (Р_э.т.с.), в процессе выработки которого выполняют периодические проверки с измерением основных параметров работы двигателя (температуры на входе в турбину, числа оборотов, времени работы на разных режимах) и осмотром газовоздушного тракта (ГВТ) двигателя для выявления дефектов по узлам и деталям и, при необходимости, их замену. При положительных результатах периодических проверок эксплуатационный ресурс продлевают на величину Р.

Периодические проверки проводятся через равные промежутки времени ( Р) до исчерпания установленного ресурса по техническому состоянию Р_э.т.с. После выработки величины Р_э.т.с. двигатель снимается с эксплуатации независимо от его технического состояния.

Однако способ эксплуатации по техническому состоянию в пределах установленного ресурса не учитывает особенностей условий эксплуатации каждого конкретного двигателя, во многом обуславливающих его остаточный ресурс, и поэтому не позволяет с достаточной достоверностью оценить ресурсные возможности двигателя, и его съем с эксплуатации после выработки установленного ресурса часто является преждевременным и поэтому экономически неэффективным.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение достоверности оценки остаточного ресурса каждого конкретного ГТД и ГТП в зависимости от реальных условий его эксплуатации и тем самым увеличение его ресурса для повышения экономической эффективности эксплуатации.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе ресурсосберегающей эксплуатации газотурбинных двигателей по техническому состоянию его проточной части в зависимости от предельно допустимой величины повреждаемости П _доп. за ресурс Р_э.т.с., заключающемся в том, что в процессе выработки ресурса измеряют температуру Т на входе в турбину, число оборотов двигателя n, время работы на различных i режимах и проводят периодические проверки состояния газовоздушного тракта двигателя для выявления дефектов по узлам и деталям и, при необходимости, их замену, согласно изобретению предварительно перед эксплуатацией двигателя определяют за один час работы на i режимах повреждаемость П ₁ наиболее "слабой" ресурсоопределяющей детали ,

где _i - время работы двигателя на i-ом режиме,

_pi - предельно допустимое время работы на i-ом режиме при напряжениях и температуре в ресурсоопределяющей детали, определенное по характеристике длительной прочности материала детали на i-ом режиме,

а при периодической проверке состояния газовоздушного тракта двигателя определяют за период эксплуатации суммарную повреждаемость ,

где К - количество режимов, на которых эксплуатировался газотурбинный двигатель,

сравнивают ее с величиной предельно допустимой повреждаемости П_доп, и при отсутствии замечаний по регламентным работам продолжают эксплуатацию, при выработке ресурса определяют суммарную повреждаемость П , как сумму всех повреждаемостей, определенных во время периодических проверок, а при условии П _доп-П П _Рмакс.,

где П _Рмакс. - наибольшее значение суммарной повреждаемости за один из периодов Р эксплуатации,

увеличивают ресурс работы на величину Р.

Осуществление изобретения

Способ ресурсосберегающей эксплуатации газотурбинных двигателей по техническому состоянию его проточной части в зависимости от предельно допустимой повреждаемости П_доп за ресурс Р_э.т.с. заключается в том, что в процессе выработки ресурса измеряют температуру Т на входе в турбину, число оборотов двигателя n, время работы на различных i режимах и проводят периодические проверки состояния газовоздушного тракта двигателя для выявления дефектов по узлам и деталям и при необходимости их замену. Предварительно перед эксплуатацией двигателя определяют за один час работы на i режимах повреждаемость П₁ наиболее "слабой" ресурсоопределяющей детали ,

где _i - время работы двигателя на i-ом режиме,

_pi - предельно допустимое время работы на i-ом режиме при напряжениях и температуре в ресурсоопределяющей детали, определенное по характеристике длительной прочности материала детали на i-ом режиме.

При периодической проверке состояния газовоздушного тракта двигателя определяют за период эксплуатации суммарную повреждаемость

где К - количество режимов, на которых эксплуатировался газотурбинный двигатель.

Сравнивают ее с величиной предельно допустимой повреждаемости П_доп. При отсутствии замечаний по регламентным работам продолжают эксплуатацию, при выработке ресурса определяют суммарную повреждаемость П , как сумму всех повреждаемостей, определенных во время периодических проверок. При условии П_доп -П П _Рмакс.,

где П _Рмакс. - наибольшее значение суммарной повреждаемости за один из периодов Р эксплуатации,

увеличивают ресурс работы на величину Р.

Пример конкретного выполнения

Наиболее "слабой" ресурсоопределяющей деталью двухконтурного двухвального двигателя 4-го поколения является рабочая лопатка турбины высокого давления (ТВД). Для нее заранее была определена повреждаемость за 1 час эксплуатации (П₁) на i-ых режимах эксплуатации:

Ресурс по техническому состоянию установлен: Р_э.т.с.=400 ч. Предельно допустимая величина повреждаемости за ресурс 400 ч равна: П_доп =0,258. Периодические проверки проводятся через 200 ч.

При эксплуатации двигателя проводилось измерение температуры на входе (Т_ВХ) и оборотов (n), определяющих режим эксплуатации, а также фиксировалось время работы на этих режимах ( ). Через период эксплуатации Р=200 часов суммарная повреждаемость составила:

(50 часов двигатель эксплуатировался на режимах, повреждаемость рабочей лопатки ТВД на которых 0).

Поскольку замечаний по регламентным работам не было и величина П =0,0893<П_доп.=0,258, было разрешено эксплуатировать двигатель еще 200 часов.

За последующие Р=200 часов эксплуатации суммарная повреждаемость составила (П ) _P=0,0757, а за суммарный эксплуатационный ресурс 400 часов накопленная повреждаемость составила П =0,165. Проведенные периодические работы не выявили замечаний, препятствующих эксплуатации. Поскольку условие П <П_доп выполнялось (0,165<0,258) двигатель не был снят с эксплуатации. Ему было разрешено продлить эксплуатацию еще на 200 часов, т.е. до ресурса 600 ч.

После завершения эксплуатации 600 ч суммарная повреждаемость составила П =0,242. Дальнейшая эксплуатация была прекращена, т.к. полученное значение разницы между допустимой величиной повреждаемости и суммарной накопленной за ресурс 600 ч меньше, чем наибольшее значение за один из периодов эксплуатации:

0,258-0,242=0,016<0,0893.

Таким образом по предложенному способу эксплуатации ресурс двигателя был увеличен по сравнению с установленным Р _э.т.с. на 200 ч (в 1.5 раза).

Технико-экономическая или иная эффективность

Использование предлагаемого способа позволяет учесть реальные условия эксплуатации каждого конкретного двигателя и, следовательно, повысить достоверность оценки его технического состояния, что дает возможность увеличить ресурс и тем самым сэкономить материальные затраты.