Проектирование замкового соединения керамической лопатки и металлического диска газовой турбины

Разработка перспективных конструкций газовых турбин с использованием керамических лопаток — актуальная задача, над которой работают многие двигателестроительные фирмы в России и за рубежом. Как показала практика, одной из главных проблем при создании ротора с работающими на растяжение под действием центробежных сил керамическими лопатками является обеспечение прочности замкового соединения. Рассмотрены два варианта модификации конструкции замкового соединения типа «ласточкин хвост» в высоконагруженной газовой турбине. Предложен способ оценки прочностной надежности подобных конструкций. Проведено исследование контактной области металлической и керамической деталей. Показано, что при уменьшении разброса свойств керамического материала обеспечивается статическая прочность конструкции. В качестве материала лопаток использовался горячепрессованный нитрид кремния ОТМ-914.

Литература

[1] Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели. Пермь, Авиадвигатель, 2006. 1204 с.

[2] Ceramic Gas Turbine Component Development and Characterization. Ed. Ferber M., Richerson D., Roode M. New York: ASME PRESS, 2003. 425 p.

[3] Nozhnitsky Y.A., Fedina Y.A., Rekin A.D., Petrov N.I. Development and Investigation of Ceramic Parts for Gas Turbine Engines. Proceedings of ASME Turbo Expo, 1997. 97-GT-157.

[4] Lin H.-T., Ferber M.K. Development of Silicon Nitride Ceramic Components for Advanced Turbine and Microturbine Systems. IX Conference and Exhibition of the European Ceramic Society, 19-23, 2005, Portorož, Slovenia.

[5] Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. Москва, Машиностроение, 1993. 640 c.

[6] Ермаков С.М. Метод Монте-Карло в вычислительной математике. Санкт-Петербург, Невский Диалект, 2009. 192 c.

[7] Серветник А.Н. Моделирование несущей способности диска турбины АГТД. Справочник. Инженерный журнал, 2012, № 10, с. 44–49.

[8] Каримбаев К.Д., Стародубцев В.В. К верификации расчетов несущей способности дисков. Тез. докл. VI Междунар. науч. конф. Прочность и разрушение материалов и конструкций. Оренбург, ОГУ, 2010, с. 207–212.

[9] Басов К.А. Ansys в примерах и задачах. Москва, Компьютерпресс, 2002. 224 с.

[10] Johnson K.L. Contact Mechanics. Cambridge, Cambridge University Press, 1987. 452 p.

[11] Price J.R., Jimenez O., Parthasarathy V. Miriyala N. Ceramic Stationary Gas Turbine Development Program — Sixth Annual Summary. Proceedings of ASME Turbo Expo, 1999. 99-GT-351.