Куліш В. М. Особливості теплового та термонапруженого станів небезпечних зон соплових лопаток газових турбін

Об'єкт дослідження – сталі та несталі термонапружені стани моделей небезпечних зон охолоджуваних та неохолоджуваних соплових лопаток газотурбінного двигуна. Мета дослідження - встановлення часових та просторових особливостей зміни теплових та термонапружених станів небезпечних зон неохолоджуваних та охолоджуваних соплових лопаток на сталих та несталих режимах роботи газотурбінного двигуна. Методи дослідження – сучасні чисельні методи розв'язку мультифізичних задач фізики та механіки твердого тіла. Проведено аналіз кінетики температури та термічних напружень охолоджуваних соплових лопаток на несталих режимах роботи турбіни. Узагальнено вплив експлуатаційних та конструктивних чинників на зв’язок між температурою та термічними напруженнями моделі. Встановлено, що для стаціонарних режимів експлуатації залежності факторів впливу мають лінійний характер, а для визначення параметрів достатньо виконати чотири незалежних чисельних експерименти. Показано яким чином за рахунок змін умов теплообміну на внутрішній та зовнішній поверхнях лопатки можна досягти бажаної термоциклічної довговічності лопаток. Встановлено особливості впливу параметрів течії газового потоку в сопловому каналі на збурення теплових та напружених станів небезпечних зон неохолоджуваних лопаток на штатних і форсованих режимах експлуатації ГТД. Пояснено умови руйнування керамічних лопаток за їх результатами випробовувань на газодинамічному стенді Інституту проблем міцності імені Г. С. Писаренка НАН України. Для експериментального дослідження умов досягнення граничного стану матеріалу небезпечних зон лопатки запропоновано методику моделювання нестаціонарних і нерівноважних станів таких зон. Вона ґрунтується на використанні спеціальних малорозмірних моделей, що геометрично не подібні до лопатки. Контрольовані інтенсивні нагрівання-охолодження моделі викликають в її робочій зоні теплові та термонапружені стани з розрахунково-експериментальними параметрами наближення до станів лопатки. Результати досліджень використано на державному підприємстві «науково-виробничий комплекс газотурбобудування «ЗОРЯ-МАШПРОЕКТ»» при здійсненні дослідно-конструкторських робіт, пов'язаних із чисельними оцінками ресурсних показників охолоджуваних та неохолоджуваних соплових лопаток газових турбін.