RU2025702C1

RU2025702C1 - Method of overspeed tests of rotating members of turbomachine

Info

Publication number: RU2025702C1
Authority: RU
Inventors: В.Г. Брук; В.И. Крупник; Г.С. Кулаков
Original assignee: Научно-испытательный центр Центрального института авиационного моторостроения
Priority date: 1989-10-26
Filing date: 1989-10-26
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: machine engineering. SUBSTANCE: tested sample in form of turbomachine disk with stress concentrator is installed in the vacuum chamber. It is accelerated at operating rate and on reaching the minimal predetermined speed of rotation the disk is started to heat varying continuously the temperature and stresses in the section with stress concentrator, hub and rim parts of the disk. Distribution of the temperatures over the disk radius is also varied up to reaching maximal permissible stress in the section with stress concentrator. When the crack appears on the sample, the speed increases to limit permissible one and the test is conducted up to reaching the critical length of the crack. EFFECT: enhanced accuracy of test. 1 dwg

Description

Изобретение относится к испытаниям материалов и элементов конструкции, в частности к способам разгонных испытаний вращающихся элементов (дисков) турбомашин. The invention relates to tests of materials and structural elements, in particular to methods for booster testing of rotating elements (disks) of turbomachines.

Целью изобретения является повышение точности путем приближения условий испытаний к условиям эксплуатации созданием на поверхности образца дополнительных динамических напряжений, вызываемых температурным полем. The aim of the invention is to improve accuracy by approximating test conditions to operating conditions by creating additional dynamic stresses caused by the temperature field on the surface of the sample.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для осуществления способа испытаний. The drawing shows a functional diagram of a device for implementing the test method.

Устройство содержит вакуумную камеру 1 с размещенными в ней испытуемым образцом 2, индукционным нагревателем 3, блоком датчиков темпеpатуры 4, датчиком роста трещины 5 и тензометром 6, механически связанные с образцом 2 привод вращения 7 и датчик скорости вращения 8, выход которого соединен с входом блока контроля 9, другие входы которого через многоканальный токосъемник 10 соединены с блоком датчиков температуры 4, датчиком роста трещины 5 и тензометром 6. Выходы блока контроля 9 соединены соответственно с первым и вторым входами программного устройства 11, управляющего работой привода вращения 7, и управляющим входом системы индукционного нагрева 12, связанной с индукционным нагревателем 3. The device comprises a vacuum chamber 1 with a test sample 2 placed therein, an induction heater 3, a temperature sensor block 4, a crack growth sensor 5 and a tensometer 6, a rotation drive 7 and a rotation speed sensor 8, the output of which is connected to the input of the block, are mechanically connected to the sample 2 control 9, the other inputs of which through a multi-channel current collector 10 are connected to a block of temperature sensors 4, a crack growth sensor 5 and a tensometer 6. The outputs of the control unit 9 are connected respectively to the first and second inputs of the software trinity 11, which controls the operation of the rotation drive 7, and the control input of the induction heating system 12 associated with the induction heater 3.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Испытуемый образец 2 в виде диска турбомашины с концентратором напряжения устанавливают в вакуумной камере 1, в которой создают и поддерживают необходимый уровень вакуума. Включают привод вращения 7 и разгоняют образец с эксплуатационным темпом, задаваемым программным устройством 11 в соответствии с уровнем выходного сигнала блока контроля 9, который представляет собой прибор для измерения уровня напряжений и длины трещины в зоне концентратора и сравнения их с заданными критическими значениями, прибор для измерения и запоминания частоты вращения и формирователь логических сигналов на включение и отключение системы индукционного нагрева 12 и привода вращения 7 и задающих сигналов, определяющих темп разгона образца 2. The test sample 2 in the form of a turbomachine disk with a voltage concentrator is installed in a vacuum chamber 1, in which the required vacuum level is created and maintained. The rotation drive 7 is turned on and the sample is accelerated at the operating rate set by the software device 11 in accordance with the output level of the control unit 9, which is a device for measuring the stress level and crack length in the concentrator zone and comparing them with predetermined critical values, a device for measuring and remembering the rotation frequency and the shaper of logical signals to enable and disable the induction heating system 12 and the rotation drive 7 and the driving signals that determine the acceleration rate Sample 2.

При достижении образцом 2 минимальной заданной скорости вращения на управляющий вход системы 12 с выхода блока контроля 9 поступает разрешающий сигнал уровня логической "1", запускающий ее в работу. В систему индукционного контроля, представляющую собой установку многозвенного регулирования, вводятся данные, определяющие заданные эксплуатационные температуры ступичной и ободочной частей диска 2 и в сечении с концентратором напряжения, а также опытные или расчетные данные, определяющие заданные температуры участков вблизи исследуемого и создающие в нем температурный градиент, обеспечивающий максимально допустимый уровень напряжений в сечении с концентратором. When sample 2 reaches the minimum specified rotation speed, the control input of system 12 receives an enable signal of the logic level “1” from the output of control unit 9, which starts it up. In the induction control system, which is a multi-link control unit, data are entered that determine the specified operating temperatures of the hub and rim of the disk 2 and in cross section with a voltage concentrator, as well as experimental or calculated data that determine the specified temperatures of the areas near the test and create a temperature gradient in it providing the maximum allowable stress level in the section with the concentrator.

Нагрев диска 32 осуществляется с эксплуатационным темпом с помощью индукционного нагревателя 3. Информация о нагреве в виде непрерывных сигналов через токосъемник 10 вводится в систему 12 с блока датчиков температуры 4. С помощью тензометра 6 осуществляется контроль уровня напряжений в исследуемом сечении. При уменьшении сигнала с тензометра ниже установленного уровня производится корректировка задания температур, обеспечивающая увеличение температурного градиента в зоне концентратора, а при превышении сигнала тензометра выше допустимого уровня блок контроля 9 формирует сигнал логического "0" для проведения корректировки задания температур, что обеспечивает прекращение нагрева образца 2 и остановку привода вращения 7. The disk 32 is heated at an operating rate using an induction heater 3. Information about heating in the form of continuous signals through a current collector 10 is input into the system 12 from a block of temperature sensors 4. A strain gauge 6 monitors the voltage level in the studied section. When the signal from the strain gauge decreases below the set level, the temperature setting is adjusted to increase the temperature gradient in the concentrator zone, and when the strain gauge signal is higher than the allowable level, the control unit 9 generates a logical "0" signal for adjusting the temperature setting, which stops the heating of sample 2 and stopping the rotation drive 7.

В момент появления трещин на образце 2 блок контроля 9 дает программному устройству 11 команду на увеличение темпа разгона привода вращения 7 до максимально допустимого. При этом происходит интенсивный рост трещины, длина которой непрерывно сравнивается с заданным критическим значением. При достижении критической длины трещины блок контроля 9 запоминает соответствующую ей скорость вращения диска 2 и формирует управляющие сигналы логического "0" на отключение системы индукционного нагрева 12 и остановку периода вращения 7. At the time of cracks in the sample 2, the control unit 9 instructs the software device 11 to increase the acceleration rate of the rotation drive 7 to the maximum allowable. In this case, an intensive growth of the crack occurs, the length of which is continuously compared with a given critical value. Upon reaching the critical crack length, the control unit 9 remembers the corresponding rotation speed of the disk 2 and generates control signals of a logical "0" to turn off the induction heating system 12 and stop the rotation period 7.

Полученные в результате испытания параметры образования трещин позволяют провести оценку остаточной несущей способности диска турбомашин при наличии повреждения. The cracking parameters obtained as a result of the test allow an assessment of the residual bearing capacity of the turbomachine disk in the presence of damage.

П р и м е р. В одном из отверстий диска двигателя НК-8-2У выполнен искусственный концентратор (надрез), имитирующий усталостную трещину. При испытании на предложенном стенде погрешность при определении остаточной несущей способности диска была снижена в 2,5 раза, что позволило повысить на 8-10% ресурс работы двигателя. PRI me R. An artificial hub (notch) imitating a fatigue crack was made in one of the openings of the NK-8-2U engine disk. When testing on the proposed stand, the error in determining the residual bearing capacity of the disk was reduced by 2.5 times, which allowed to increase the life of the engine by 8-10%.

Claims

METHOD OF ACCELERATING TESTS OF ROTATING ELEMENTS OF A TURBO MACHINE on which a stress concentrator is applied to a turbomachine disk, placed in a vacuum chamber, accelerated until cracks appear, then it is accelerated to failure with a frequency corresponding to a stable value of the dynamic stress coefficient, and the crack extension is fixed and the elongation of the crack is fixed and its critical length is determined by the frequency of rotation of the disk, which is taken into account when determining the parameters of crack formation, characterized in that, with the aim of approximating According to the test conditions, to the operating conditions by creating additional dynamic stresses caused by the temperature field on the sample surface, the disk is heated during the tests, measuring temperature and stresses in cross section with the stress concentrator, the hub and rim parts of the disk, and the temperature distribution along the disk radius is changed until the maximum allowable voltage in the cross section with the stress concentrator, while the temperature in the cross section with the stress concentrator, the hub and rim parts of the disk is operational.