Испытания турбины

В процессе доводки двигателя должны быть обеспечены значения газодинамической эффективности всех элементов турбины (сопловых и рабочих решеток, уплотнений и т.п.), а также узла в целом на всех расчетных режимах и обеспечено расчетное тепловое состояние всех горячих элементов на стационарных и переходных режимах.

1. Принятая в расчете характеристик газодинамическая эффективность элементов турбины и узла в целом обеспечивается выполнением требований к двигателю по НТД, а также следующими дополнительными мероприятиями:

а) расчетным анализом газодинамической эффективности элементов турбины и узла в целом по методикам ЦИАМ или методикам разработчика двигателя, а также экспериментальной отработкой элементов на стадии предварительного проектирования, продувкой решеток на пакетных и модельных установках с обязательным исследованием модификаций, принятых к реализации на турбине двигателя, на всех эксплуатационных режимах; экспериментальной проверкой не менее, чем на двух экземплярах ГГ основных параметров турбины с замером статических давлений по венцам на внутреннем и наружном радиусах, полей полных давлений и температуры газа в контрольных сечениях.

Предпочтительно, снятие характеристик турбин, принятых к реализации на специальном тормозном стенде;

б) проверкой основных параметров турбин при специальных стендовых испытаниях с измерениями перепадов давлений газа по венцам и температурных полей не менее чем на двух экземплярах двигателей.

Препарирование производится по специальным ТУ с обязательным измерением радиальных зазоров на основных режимах. Достаточность доводочных работ по газодинамическому совершенству турбин определяется подтверждением расчетных значений КПД узла на основных режимах работы не менее, чем на двух экземплярах двигателя. Совпадение значения увязочного значения КПД с расчетным должно быть в пределах ±0,5%.

2. Принятое в расчете на прочность и надежность тепловое состояние горячих элементов турбины обеспечивается соблюдением требований всей НТД, а также следующими дополнительными мероприятиями:

- отрабатывается тепловое состояние охлаждаемых венцов на пакетной установке в газовом потоке;

- измеряется температура охлаждаемых лопаток на пакетной установке не менее чем на трех радиусах по высоте и не менее четырех точек по профилям с обязательным термометрированием входных и выходных кромок;

- термометрируются не менее двух пакетов каждого венца. Отклонения расчетного значения безразмерной величины охлаждения

q =

должны находится в пределах ±0,03, а замеренные значения температуры во всех точках измерения не должны отличаться более чем на ±10ºС. При этих экспериментах отрабатывается допуск на внутреннее сопротивление в системе охлаждения лопаток

в пределах ±10% а также на величину давления охлаждающего воздуха перед РЛ турбины высокого давления;

- проводятся стендовые испытания ГГ, в ходе которых отрабатывается температурное поле газа на входе или выходе из турбины. Доведенность поля проверяется совпадением его с принятым в расчете на прочность элементов и узлов турбины и стабильностью поддержания поля Тг по режимам не менее, чем на двух экземплярах ГГ. На пяти радиусах по высоте лопатки измеренные значения q не должны отличаться от принятых в расчете в пределах допуска от +0,03 до –0,05. Для оценки подмешивания воздуха в сопловых аппаратах 1 и 2 ступеней на температурное поле газа на ГГ замеряются относительные температуры на входе в РЛ 1 и 2 ступеней не менее, чем в четырех сечениях по высоте лопаток.

Одновременно замеряется температура охлаждающего РЛ воздуха под подошвой лопаток и температуры тела лопаток. По полученным температурам вычисляется эффективность охлаждения РЛ;

- в ходе доводочных работах на основании результатов измерения расходов, давлений и температур охлаждающего воздуха при стендовых испытаниях ГГ доводят систему охлаждения и тракт отбора охлаждающего воздуха. Система охлаждения считается доведенной, если подтверждаются измерениями на двух ГГ расчетные параметры охлаждающего воздуха на входе в сопловые и рабочие лопатки всех охлаждаемых венцов (в пределах ±5% от измеряемой величины);

- при стендовых испытаниях на двигателях и ГГ измеряются радиальные зазоры. Система регулирования зазоров считается доведенной, если на основных стационарных режимах работы двигателя обеспечивается поддержание расчетного значения зазоров в пределах ±15%;

- оцениваются утечки охлаждающего воздуха в уплотнениях по результатам измерения давления в соответствующих полостях и не должны отличаться от расчетных в турбинах двигателя ±10% (после выработки ресурса до +50% от расчетных);

- тепловое состояние узлов турбины и отдельных деталей ротора определяется при стендовых испытаниях ГГ по нормативным требованиям.

Доведенность теплового состояния элементов подтверждается совпадением не менее, чем на двух ГГ расчетных и замерных температур в сходственных точках и режимах в пределах ±15ºС;

- при доводочных испытаниях на ГГ отрабатывается методика измерения температур роторных и корпусных (стационарных) деталей посредством применения термопар, красок, пирометра, облученных кристаллов;

- при испытаниях ГГ оценивается влияние высотности на температуру лопатки турбины и расход охлаждающего воздуха;

- при доводочных испытаниях двигателя на стенде проверяется и отрабатывается поле температур газа на входе или на выходе из турбины по аналогичным измерениям, как и при испытаниях в ГГ.

Достаточностью доводочных работ является совпадение замеренных на изделии и вычисленных по qл температур лопаток с принятыми в расчете на прочность с точностью от +5 до -20ºС. При термометрировании сопловых лопаток вычисляется условная эффективность охлаждения

q = ,

наименьшая величина которой служит для определения максимальной температуры элемента лопаток при других режимах работы.

Также подтверждается надежность работы системы охлаждения измерениями температур, давлений и расходов охлаждающего воздуха в контрольных сечениях, подтверждаются основные параметры охлаждающего воздуха (совпадение с математической моделью двигателя в начале ресурса ±10% по параметрам). После выработки ресурса допускается увеличение утечки охлаждающего воздуха до +50% по сравнению с расходом в начале ресурса).

Увеличение температуры деталей ротора и статора после выработки ресурса в сходственных точках прорабатывается и просчитывается особо с точки зрения допустимости в сравнении с расчетными запасами; во время доводочных испытаний на установившихся и переходных режимах наиболее напряженных в тепловом отношении, производится термометрирование основных роторных и статорных деталей и в обязательном порядке сопловых и рабочих лопаток согласно НТД.

Измерения температур рабочих лопаток желательно выполнять с помощью средств и методов, обеспечивающих максимально возможную точность и достоверность (например перископическим пирометром, пленочными термопарами и т.п.) на трех радиусах.

Достаточностью доводочных работ является совпадение замеренных на двух двигателях температур лопаток с принятыми в расчетах на прочность

с точностью допуска от +5ºС до -20ºС (на установившихся режимах), а также определением методом металлургического анализа максимального значения температур лопаток после разборки двигателя. Т*w не должны отличаться от расчетных более чем на ±15ºС.