Способ испытания лопаток турбин на трещиностойкость при термоциклическом нагружении

(51)4 С 01 И 3/60 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ИДЕТЕЛЬСТ АВТОРСИОМ гд ГОСУДАРстаснный НОМитЕт СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ( 7 1 ) Институт проблем прочности АН УССР( 56 ) Борздыка А . М, Методы горячих механических испытаний металлов . М. , Металлур гиздат , 1 9 6 2 , с . 4 6 0-4 6 4 .Авторское свидетельство СССР 9 8880 1 2 , кл . С 0 1 И 3 / 6 0 , 1 980 (прототип ) .( 54 ) ( 5 7 ) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЛОПАТОК ТУРБИН НА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ ПРИ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ, заключающийся в том, что определяют место максимального отношения растягивающих термических напряжений к пределу текучести материала лопатки, находят в этом месте концентратор напряжений, лопатку консольно закрывают, определяют нейтральное положение ее периферийного сечения, циклически нагревают, измеряют амплитуду б перемещений периферийного сечения пера лопатки от нейтрального положения в направлении наибольшего изменения амплитуды, периодически измеряют приращение длины развивающейся трещины и по скорости изменения амплитуды перемещений судят о текущей скорости распространения трещины, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности испытания, концентратор наносят, начиная от кромки пера лопатки, в .виде двух поверхностных надрезов, расположенных на спинке и корытце лопатки в одной плоскости перпендикулярно оси лопатки, по окончании циклического нагрева обра зец выдерживают при постоянной температуре и повторноопределяют нейтральное положение периферийного сечения, а текущую скорость распространения трещины определяют по формулеДЕ ав ав,й ьа,.аЕ 1 О аиС - длина трещины;Н - число циклов нагреваф ь 3 - приращение амплитудыперемещений периферийного сечения пера лопатки за данный период испытаний;- приращение остаточногопрогиба. оси лопатки в месте периферийного сечения пера лопатки за данный период испытаний Ь - приращение трещины.Изобретение относится к испытательной технике и может быть исполь. зовано при испытайии лопаток турбин ,на трещиностойкость при термоцикли" - ческом нагружении, 5Цель изобретения - повышение точности испытаний.На фиг. 1 изображена схема установки для реализации способа; на фиг.2 - сечение лопатки в месте нанеО сения концентратора; на фиг,З - схема измерения приращения амплитуды перемещений д 5 и остаточного прогиба Ь 3 оси лопатки в месте периферийного сечения пера за данный 15период испытаний.Установка для реализации способа содержит продувочную камеру 1, сое. - диненную с источником (не показан) газа с заданным диапазоном регули руемыхпараметров. Снаружи продувочной камеры 1 размещен захват 2 для крепления испытуемой лопатки З,перо которой размещено в камере 1. На верхней части пера лопатки 3 зак реплен удлинитель 4, связанный с 1 датчиком 5 перемещений, который соединен через усилитель 6 с регистрирующим прибором 7.130Способ реализуется. следующим образом. В лопатке 3, подлежащей испытанию предварительно определяют рас пределение температурных полей для 35 различных моментов времени заданного температурного цикла. По полученным температурным полям рассчитывают нормальные к поперечным сечениям пера термические напряжения в лопатке 3. 40 По результатам расчета определяют на кромке пера лопатки 3 место максимального отношения растягивающих термических напряжений к пределу текучести материала лопатки 3. В этом 45 случае перед испытаниями, начиная от кромки пера лопатки 3, наносят концентратор напряжений в виде двух поверхностных надрезов 8 и 9, распо-. ложенных на спинке и корытце лопатки 50 3 в одной плоскости перпендикулярно оси лопатки 3. Указанное выполнение концентратора напряжений локализует место разрушения, так как в нем действуют наибольшие растягивающие 55 термические напряжения, и устраняет появление в этой зоне дополнительных термоусталостных трещин, которые могут повлиять на величину скоростираспространения исследуемой трещины.Кроме того, такое выполнение концентратора напряжений с самого начала способствует образованию сквозной, а не поверхностной трещины.Нанесение двух поверхностных надрезов8 и 9, расположенных симметричноотносительно средней линии профиля в области кромки, предотвращаетпоявление изгибной составляющей напряжений, которая могла бы иметьместо в случае одностороннего надреза и влиять на точность определениятрещиностойкости, Затем лопатку 3с удлинителем 4 консольно закрепляютв неподвижном захвате 2, определяютнейтральное положение. периферийногосечения лопатки 3, включают источник.газа и подвергают лопатку 3 циклическому температурному воздействию,В результате неравномерного нагреваи охлаждения, обусловленного болеебыстрым нагревом и охлаждением тонких кромок по сравнению с массивнойсредней частью, лопатка 3 периодически отклоняется то в сторону корытца, то в сторону спинки, вызываяперемещение концаудлинйтеля 4. Перемещение удлинителя 4 с помощью датчика 5 перемещений преобразуется вэлектрические сигналы, усиливаемыеусилителем 6 и регистрируемые прибором 7 в виде диаграммы перемеще ний. По полученным диаграммам определяют изменение амплитуды 3 перемещений периферийного сечения пера лопатки 3 в. направлении наибольшего ее изменения, зависящее от количества циклов нагрева, и определяют приращение ь 3 амплитуды перемещений периферийного сечения пера лопатки 3 за данный период испытаний. После циклического нагрева лопатку 3 выдерживают при постоянной температуре. Повторно определяют нейтральное положение периферийного сечения лопатки 3 при равномерной температуре пера и наличии суммарного искривления оси лопатки .3 от всех предшествующих периодов испытаний и определяют приращение Ь 3 остаточноготопрогиба оси лопатки 3 в месте периферийного сечения пера за данный период испытаний. Текущую скорость распространения трещины, по которой судят о трещиностойкости материала лопатки 3, определяют по формулегде 8 - длина трещины; д - приращение трещины, - число циклов нагрева. Указанная формула пригоднатакже для случая, когда ос -таточный термический прогибоси лопатки 3 отсутствует . Вэтом случае до = О. 11732544д 1Соотношение " позволяет учндЕ,- Етцвать различные величины скоростейраспространения трещины и изменения 5 амплитуды перемещений периферийного. сечения пера лопатки 3.Изобретение позволяет повыситьточность испытания за счет созданияиа кромке пера лопатки напряжений, 1 р близких к реальным, исключения дополнительных иэгибных напряжений иучета искривления лопатки в процессетермоциклического нагружения.1173254 Составител Техред Л.Ми Редактор О. Колесников аказ 5041/4 ое Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Тираж НИИПИ Государств по делам изобре 35, Москва, ЖВ. Гриненкоеш Корректор В, Бутяг 97 Подпинного комитета СССРений и открытийРаушская наб., д. 4