ЛОПАТКИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Периодические испытания на усталость

Издание официальное

Ш    Москва

[■y’Sl Стаидартииформ ^    2020

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием «Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова» (ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова»)

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 323 «Авиационная техника»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 августа 2020 г. N9 597-ст

4    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федералыюго закона от 29 июня 2015 г. N° 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

© Стандартинформ. оформление. 2020

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

II

Приложение Б (рекомендуемое)

Пример определения контрольного уровня напряжения о_к

Б.1 Испытания для оценки кривой усталости проводят не менее нем при трех амплитудах напряжений цикла, используя не менее четырех лопаток при каждой амплитуде.

Б.2 Для повышения точности оценки контрольного уровня напряжений целесообразно нижний (o_a)_Wi и верхний (о_а)д^ уровни амплитуд напряжений назначать близкими к напряжениям, соответствующим базовым числам циклов /V, = 10⁷ и N₂ = 2-10⁵ соответственно по предполагаемой средней кривой усталости. В этом случае база N_k = 2 - 10^е циклов, соответствующая контрольному уровню напряжений, будет находиться в центральной части оцененной кривой усталости. Оценка значений (o_a)_W) и (o_a)_w, может быть получена методом стуленчато-увеличи-вающейся нагрузки по результатам испытаний четырех лопаток (по две для каждого базового числа циклов). Дополнительно проводят испытания на одном или двух равноотстоящих уровнях амплитуд напряжений.

Б.З Для назначения уровней амплитуд напряжений а_к при усталостных испытаниях компрессорных лопаток из стали марки ЭИ-961 Ш проведены испытания четырех лопаток методом ступенчато увеличивающейся нагрузки (две лопатки для базового числа циклов N = 2 • 10⁵ и две лопатки для базового числа циклов N = 10⁷). Результаты испытаний представлены в таблице В.1.

Б.4 Начальный уровень напряжений:

ст₀ = 0.8 (а ,}_{2 1(})Ь ⁼ 0.8 -800 = 640 МПа —для лопаток 1 и 2,

<т₀ = 0.8 •{o_₁),₀f = 0.8 - 550 = 440 МПа — для лопаток 3 и 4.

где <o_,W ^и («-•,),о' взяты по результатам испытаний аналогичных лопаток.

Ступень напряжения До = о, -    =    40    МПа    (ступень    рекомендуется    выбирать    в    диапазоне    20—60 МПа в

зависимости от наклона кривой усталости).

Б.5 Значение (о.^д, определяется как среднее по двум лопаткам. Для каждой лопатки

,    1    Да

где а_р— разрушающее напряжение, МПа.

_    460 + 540

(о.,>2.₁₀* = 740 МПа; |о_,)₁₀’ =---- 500 МПа.

Б.6 Назначаются уровни амплитуд напряжений а_а_ для испытаний по полученной кривой усталости, равные;

=(ст.₁)₁₀; = 500МПа.

^aaj ⁼ *^a-lW ^{= 740Mna}-

500 + 740

Б.7 Для получения кривой усталости и оценки значения S|_9W проведены испытания на усталость 21-й лопатки (по семь лопаток на каждом уровне напряжений). Результаты испытаний приведены на рисунке Б.4 и в таблице Б.2.

Число испытываемых лопаток в контрольной партии п = 6. при этом а = 0,003, что соответствует рекомендуемым значениям.

Б.13 Обозначения, принятые в расчете:

Х_с = X — среднее значение независимой переменной X или 1д<т;

У_с = У — среднее значение независимой переменной У или *g/V;

S_y = Sy_pefp — среднее квадратическое отклонение (CKO) вокруг линии регрессии:

С

S_x =    —    С.К.О.    логарифма    напряжений S,^

В = Ь — показатель наклона кривой усталости;

— отношение модуля выборочного значения коэффициента уравнения В к его СКО (отношение

Стьюдента), характеризующее значимость коэффициента;

R = г_у<,у — коэффициент корреляции между У и X, характеризующий тесноту линейной связи.

Приложение В (рекомендуемое)

Определение расчетного значения количества лопаток для испытания на усталость

В.1 Для случая, когда в контролируемой выборке из л лопаток не должно содержаться ни одной дефектной лопатки, используется биномиальное распределение числа дефектных деталей выборки для построения оперативной характеристики.

В.2 Значения а, Р₂ при заданных значениях Р, следует выбирать по таблице В.1. Для всех п принято р = 0,1. Таблица В.1

В.З На основании анализа предшествующего контроля лопаток на усталость рекомендуется выбирать значения:

Р, = 0,0035...0.0100; а = 0.02...0,06; р * 0,1; л = 6.

УДК 629.7.036.3-226.2:620.178.32.006.354    ОКС    03.100.01

Ключевые слова: газотурбинные двигатели, лопатки, периодические испытания, усталость

БЗ 11—2020

Редактор Л. В. Коретникова Технический редактор В.Н. Прусакова Корректор М.В. Бучная Компьютерная верстка Е.О. Асташина

Сдано и набор 29 09 2020. Подписано о печать 07.10 2020 Формат в0»е4¹'₈. Гарнитура Ариал

Уел. леч. л. 1.86 Уч.-иад. л. 1.68.

Подготовлено на основе электронной версии, предоставленной разработчиком стандарта

Создано в единичном исполнении во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМо для комплектования Федерального информационного Фонда

стандартов, 117418 Москва. Нахимовский пр-т. д. 31. к. 2 www.gostinro.ru info@gostinfo.ru

Содержание

1    Область применения....................................................................................................................................1

2    Нормативные ссылки....................................................................................................................................1

3    Термины, определения, обозначения и    сокращения.................................................................................1

4    Общие положения......................................................................................................................

5    Отбор лопаток для периодических испытаний..........................................................................

6    Подготовка и проведение периодических испытаний...............................................................

7    Обработка результатов периодических испытаний..................................................................

Приложение А (рекомендуемое) Номограммы для определения напряжения о*....................

Приложение Б (рекомендуемое) Пример определения контрольного уровня напряжения а_к Приложение В (рекомендуемое) Определение расчетного значения количества лопаток

для испытания на усталость...............................................................................

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЛОПАТКИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Пориодическио испытания на усталость

Gas turbine engine btades. Periodic fatigue testing

Дата введения — 2021—01—01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает правила проведения периодических испытаний на усталость профильной части и ножки хвостовика лопаток.

Стандарт предназначен для контроля сопротивления усталости с целью подтверждения стабильности технологии по обеспечению требуемого сопротивления усталости окончательно изготовленных лопаток.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ 23207 Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения, обозначения и сокращения

3.1    В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 23207.

3.2    В настоящем стандарте использованы следующие обозначения и сокращения: а — напряжение. МПа;

а_к — напряжение, при котором проводят контрольное испытание: (контрольный уровень напряжения). МПа;

(<*-1)2 го⁵- (0-1)210*. (o.ife-io⁷ — пределы выносливости на базах, соответственно. 2 • 10^б, 2 • 10^е, 2 10⁷ циклов нагружения для вероятности разрушения 0.5. МПа;

(^a-ib ю^{7 — п}Р^еД^ел выносливости на базе 2 10⁷ циклов, определенный по шести и более нераз-рушившимся лопаткам. МПа;

Издание официальное

N — число циклов до разрушения, или экспериментальная долговечность;

N_k — базовое число циклов нагружения или контрольная долговечность; п* — число лопаток в партии, шт.;

п — число испытываемых лопаток или объем выборки из партии, шт.;

т — параметр для левой или правой ветви кривой усталости;

^stgw — среднее квадратическое отклонение (СКО) логарифма чисел циклов;

Р— доля статистически дефектных лопаток партии (вероятность); n_d— число дефектных лопаток в выборке, шт.;

п_с — приемочное число дефектных лопаток в контрольной выборке (допустимое значение n_d < п_с), шт.; Р. — доля статистически дефектных лопаток в партии при нормальном ходе производства (вероятность);

2_Р, — квантиль, соответствующий вероятности Р,;

Р₂ — доля статистически дефектных лопаток в партии, допустимая для работы изделия (вероятность); а — риск изготовителя или вероятность забраковать годную партию;

3    — риск заказчика или вероятность принять негодную продукцию; j— обозначение у'-й лопатки на /*м уровне напряжений о,:

п_t — число лопаток, испытанных на /-м уровне напряжений а_г шт.:

ОТК — отдел технического контроля.

4    Общие положения

4.1    Периодические испытания на усталость профильных частей и ножек хвостовиков лопаток, проводимые по настоящему стандарту, характеризуют стабильность производственного процесса по величине предела выносливости с определенной вероятностью его соответствия норме контролируемой характеристики, без выполнения статистических вычислений и графических операций в процессе контроля.

4.2    При периодических испытаниях на усталость согласно настоящему стандарту используются контрольные нормативы, представляющие собой контрольный уровень напряжения о_к. базовое число циклов нагружения N_k и число испытываемых лопаток л.

Контрольный уровень напряжения о_А, значения N_k и п определяют к началу серийного производства и применяют на протяжении периода установившегося состояния производства. При изменении предела выносливости лопаток более чем на 20 % в связи с конструктивными или технологическими мероприятиями необходимо пересматривать контрольный уровень напряжения а_к.

4.3    Назначение контрольных нормативов при периодических испытаниях на усталость лопаток из анизотропных материалов (монокристаллов, композитных материалов и др.) должно соответствовать методам оценки предела выносливости.

4.4    Для обеспечения соответствия лопаток служебным функциям изделия (двигателя) и принятому методу производства при назначении контрольных нормативов учитывают действующие системы определения надежности через запасы прочности, имеющиеся случаи разрушения лопаток при доводке и эксплуатации серийной компоновки изделия, особенности технологии изготовления лопаток.

5    Отбор лопаток для периодических испытаний

5.1    В технической документации на лопатки должны быть указаны объем партии, номера ступеней. подвергаемых испытаниям, периодичность испытаний на усталость, порядок отбора лопаток с учетом требований по 4.3.

5.2    Для периодических испытаний на усталость отбирают лопатки, признанные годными по поверяемой части ОТК и принятые представителем заказчика.

6    Подготовка и проведение периодических испытаний

6.1 Контрольный уровень напряжения а_к определяют исходя из:

-    уравнения кривой усталости

а^т N - const:    (1)

-    среднего квадратического отклонения S^_N;

-доли статистически дефектных лопаток в партии Р, при нормальном ходе производства;

-    базового числа циклов нагружения N_k при проведении периодических испытаний.

6.1.1    Определение параметров уравнения кривой усталости

6.1.1.1    Параметр т уравнения (1) кривой усталости лопаток определяют, используя стандартный метод испытания на усталость.

6.1.1.2    Если на лредприятии-изготовителе выполняются испытания на усталость и накопленные результаты позволяют построить кривую усталости и определить параметры уравнения (1). их используют для соответствующей ступени двигателя для выбора уровня напряжений на базе N = 2 10⁶ циклов. Результаты накопленных испытаний должны быть получены при напряжениях, соответствующих базам N = 2 • 10⁵ и N = 10⁷ циклов.

6.1.2    Определение среднего квадратического отклонения

6.1.2.1    Среднее квадратическое отклонение логарифма долговечности S,_0W рекомендуется определять ло результатам испытаний не менее 20 лопаток на уровне напряжений, соответствующем среднему значению предела выносливости для базы N = 2 10^е циклов по уравнению (1).

Допускается определят S_IgW с помощью регрессионного анализа результатов усталостных испытаний согласно приложению Б.

6.1.2.2    Если для определения S_|gW не представляется возможным провести испытания на усталость лопаток, то следует использовать имеющиеся данные по определению S^_w для лопаток из того же материала, отличающихся по размерам не более чем в два раза и изготовленных по одинаковой технологии.

6.1.3 Определение контрольного уровня напряжения при периодических испытаниях на усталость

6.1.3.1    Контрольный уровень напряжения а_к определяют по номограммам, приведенным в приложении А. или расчетом по зависимости, приведенной в приложении Б.

6.2    Контрольный норматив по числу испытываемых лопаток п от партии определяют по приложению В по совокупности значений, заданных в нормативно-технической документации на продукцию:

-    доли статистически дефектных изделий в партии при нормальном ходе производства Р,;

-доли статистически дефектных лопаток в партии, допустимой для работы изделия Р₂:

-    риска изготовителя а:

-    риска заказчика р.

6.3    Значение N_k для лопаток выбирается равным 2 10⁶ циклов.

6.4    Испытания всех л лопаток выборки проводят при контрольном уровне напряжения а_к до базового числа циклов нагружения N_k или до разрушения.

6.5    После испытания на усталость все лопатки подлежат контролю по принятой при производстве лопаток технологии обнаружения дефектов (трещин).

6.6    Разрушение лопаток по хвостовику (месту крепления) при испытаниях на усталость профильной части и/или ножки хвостовика не учитывается. Результат считается удовлетворительным, если лопатка прошла базу N_k. В случае разрушения места крепления до прохождения базы N_k требуется повторение испытания на дополнительном экземпляре лопатки.

6.7    При отсутствии левой ветки кривой усталости и рассчитанного контрольного напряжения допускается проводить периодический контроль на базе N = 2 10⁷ циклов при напряжении a_k = a

где коэффициент а (51.0) выбирается по результатам сравнения запаса по вибронапряжениям K_v и нормируемого значения K_v.

7 Обработка результатов периодических испытаний

7.1    Результаты периодических испытаний считаются удовлетворительными, если все л лопаток не были разрушены на контрольном уровне напряжения а_к и базовом числе циклов нагружения N_k. При положительных результатах испытаний должно быть принято согласованное с заказчиком решение о годности проверяемой партии. В случае разрушения хотя бы одной лопатки проводят испытания с удвоенным количеством лопаток той же партии, при тех же значениях контрольных нормативов а_к и N_k.

7.2    При неудовлетворительных результатах повторных испытаний должна быть выявлена причина уменьшения сопротивления усталости, и принято решение о введении мероприятий по увеличению сопротивления усталости с определением предела выносливости и пересмотром контрольного уровня напряжения а_к.

Одновременно должно быть принято согласованное с заказчиком решение о годности проверяемой партии.

7.3    Если в процессе эксплуатации и работы на стенде в течение двух-пяти лет не наблюдалось дефектов лопаток контролируемой ступени, а результаты периодических испытаний в течение последнего года удовлетворительны, то разрешается увеличить межконтрольный период до одного года.

В случае появления дефектов на лопатках контролируемой ступени при годичном межконтрольном периоде, в зависимости от результатов исследования таких лопаток, принимается решение о необходимости изменения контрольного периода.

7.4    Накопленные результаты периодических испытаний необходимо использовать для поддержания стабильности технологии, обеспечивающей требуемое сопротивление усталости лопаток, и обоснования необходимой частоты контроля.

Приложение А (рекомендуемое)

Номограммы для определения напряжения

А.1 Определение контрольного уровня напряжения а_к проводят по известным кривым усталости с показателем степени т и S^_N по уровням напряжений. Задав долю Р, и контрольную долговечность N_k. определяют контрольный уровень напряжения а_к, при котором с вероятностью (1 - Р,) не должно произойти разрушения.

А.2 Номограмма для определения контрольного уровня напряжения а_к строится по параметру показателя степени т при заданных значениях Р, и N_k.

А.З Номограмма определения контрольного уровня напряжения а_к для Р₁ = 0.005: N_k = 2 ■ 10^е приведена на рисунке А.1.

А.5 Номограмма определения контрольного уровня напряжения я_к для Я, = 0.020: N_k = 2 • 10⁶ приведена на рисунке А.З.