Исследование статической прочности замкового соединения керамической лопатки и металлического диска газовой турбины

Турбинные лопатки, изготовленные из керамического материала, позволят повысить КПД газотурбинного двигателя за счет  увеличения рабочей температуры газа на выходе из камеры сгорания и уменьшения потерь воздуха при охлаждении лопаток, а также существенно снизить массу деталей благодаря низкой плотности керамики, но они очень хрупкие. Исследована статическая прочность замкового соединения типа «елочка» рабочего колеса ступени турбины низкого давления с лопатками из высокопрочного нитридного горячепрессованного материала ОТМ-914; проанализированы две конструкции: с лопатками из высокопрочного нитридного горячепрессованного материала и с металлическими лопатками из серийного жаропрочного никелевого сплава. Для анализа запаса по несущей способности керамического хвостовика предложено использовать расчетный метод, основанный на математическом моделировании методом конечных элементов и критерии хрупкого разрушения. Исследования показали, что при использовании керамических лопаток необходимо проводить оптимизацию конструкции замкового соединения с целью обеспечения прочности.

Литература

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

[2] Engine design strategies to maximize turbine life and reliability. Proceedings of ASME Turbo Expo, GT2011—46784, 2011, vol. 1, pp. 505–516.

[3] Choi S.R., R?cz Z. Effects of target sige on foreign object damage in gas-turbine grade silicon nitrides by steel ball projectiles. Proceedings of ASME Turbo Expo, GT2011—46831, 2011, vol. 1, pp. 517–527.

[4] Оценка напряженно-деформированного состояния, прочности и надежности деталей из керамических материалов. Тез. докл. XXIII Всесоюз. науч. совещ. по проблемам прочности двигателей. Москва, АН СССР, 1990. 48 с.

[5] ЕлисеевЮ.С., Крымов В.В., Манушин Э.А., Суровцев И.Н. Конструирование и расчет на прочность турбомашин газотурбинных установок.Москва,Изд-воМГТУ им.Н.Э. Баумана, 2009. 519 с.

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

[7] Heinrich J.G., Aldinger F. Ceramic Materials and Components for Engines. Weinheim, Wiley-VCH Verlag GmbH, 2001. 665 p.

[8] Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 592 с.

[9] Костюк А.Г. Динамика и прочность турбомашин. Москва, изд-во МЭИ, 2007. 476 c.

[10] Richerson D.W. Historical Review of Addressing the Challenges of use of Ceramic Components in Gas Turbine Engines. Proceedings of ASME Turbo Expo, GT2006—90330, 2006, vol. 2, pp. 241–254.