[go: up one dir, main page]

RU2830072C1 - Method for forced destruction of rotor shaft during tests of gas turbine engine - Google Patents

Method for forced destruction of rotor shaft during tests of gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2830072C1
RU2830072C1 RU2024110549A RU2024110549A RU2830072C1 RU 2830072 C1 RU2830072 C1 RU 2830072C1 RU 2024110549 A RU2024110549 A RU 2024110549A RU 2024110549 A RU2024110549 A RU 2024110549A RU 2830072 C1 RU2830072 C1 RU 2830072C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shaft
destruction
forced
engine
wear
Prior art date
Application number
RU2024110549A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Юрьевич Трифанов
Вадим Николаевич Заваркин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Application granted granted Critical
Publication of RU2830072C1 publication Critical patent/RU2830072C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: testing.
SUBSTANCE: invention relates to testing equipment, in particular to devices for disengagement of shafts when checking efficiency of protection system against spinning of turbine rotor in case of emergency destruction of turbine rotor shaft. Novelty in the invention is that a wear-resistant element is installed on the forced action element on the shaft of the shaft forced destruction device, which is in contact with the shaft surface at the moment of the engine operation in the mode required for the experiment, wherein shaft destruction is performed by its local heating, which reduces strength properties of shaft material at the point of friction of wear-resistant element of shaft forced destruction device with shaft surface. In order to reduce the time required for the shaft heating by the proposed method to its destruction temperature, before the tests, the shaft is weakened to the minimum acceptable strength margins by means of its mechanical reworking in the planned place of destruction.
EFFECT: allows to eliminate uncertainty with respect to operating mode of turbine (engine), and moment of time, at which it is required to ensure destruction of shaft.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам рассоединения валов при проверке эффективности системы защиты от раскрутки ротора турбины в случае аварийного разрушения вала ротора турбины.The invention relates to testing equipment, in particular to devices for disconnecting shafts when checking the effectiveness of a system for protecting against the spinning of a turbine rotor in the event of an emergency failure of the turbine rotor shaft.

Проверка и подтверждение основных конструктивных и технических решений, проверка надежности работоспособности систем и узлов, определение высотно-скоростных, эксплуатационных и прочностных характеристик проводятся на специально изготовленном двигателе-демонстраторе. По результатам испытаний двигателя, при необходимости, проводится корректировка отдельных параметров его узлов и деталей путем введения изменений в конструкцию, после чего испытания повторяются.The verification and confirmation of the main design and technical solutions, the verification of the reliability of the operability of systems and units, the determination of altitude-speed, operational and strength characteristics are carried out on a specially manufactured demonstrator engine. Based on the results of engine testing, if necessary, individual parameters of its units and parts are adjusted by introducing changes to the design, after which the tests are repeated.

При аварийном разрушении вала, соединяющего компрессор низкого давления с турбиной низкого давления в двухконтурном турбореактивном двигателе, совершаемая турбиной низкого давления работа и, соответственно, развиваемая турбиной низкого давления мощность не может более передаваться на компрессор низкого давления, из-за чего произойдет увеличение частоты вращения ротора турбины низкого давления. При этом частота вращения ротора турбины может достигнуть значения, предельного для прочности одного из его дисков, вследствие чего этот диск разрушится. Разлет обладающих высокой энергией частей разрушившегося диска, как правило, приводит к нелокализованному повреждению двигателя, что недопустимо. Поэтому, исходя из требований безопасности, конструкция двигателя должна исключать возможность разрушения дисков турбины в случае разрушения вала ее ротора, для чего после разрушения вала должно быть обеспечено первоначальное разрушение рабочих лопаток этой турбины и максимально быстрое прекращение подачи топлива в камеру сгорания. Это предотвратит разрушение диска, так как первоначальное разрушение рабочих лопаток приведет к ограничению возможности передачи энергии газа на вращение ротора, а, следовательно, и к ограничению возможности дальнейшего увеличения его частоты вращения (раскрутки), что также обеспечит и возможность своевременного отключения двигателя.In the event of an emergency failure of the shaft connecting the low-pressure compressor to the low-pressure turbine in a dual-circuit turbojet engine, the work performed by the low-pressure turbine and, accordingly, the power developed by the low-pressure turbine can no longer be transmitted to the low-pressure compressor, which will cause an increase in the rotational speed of the low-pressure turbine rotor. In this case, the rotational speed of the turbine rotor may reach a value that is the ultimate strength of one of its disks, as a result of which this disk will fail. The scattering of high-energy parts of the failed disk, as a rule, leads to non-localized damage to the engine, which is unacceptable. Therefore, based on safety requirements, the engine design must exclude the possibility of failure of the turbine disks in the event of failure of its rotor shaft, for which, after the failure of the shaft, the initial failure of the working blades of this turbine and the fastest possible cessation of fuel supply to the combustion chamber must be ensured. This will prevent the destruction of the disk, since the initial destruction of the working blades will limit the possibility of transferring gas energy to the rotation of the rotor, and, consequently, limit the possibility of further increasing its rotation frequency (spin-up), which will also ensure the possibility of timely shutdown of the engine.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ для принудительного разрушения вала ротора турбины низкого давления, позволяющее смоделировать в процессе работы двигателя внештатную аварийную ситуацию.Based on the above, the present invention is based on the task of developing a method for the forced destruction of a low-pressure turbine rotor shaft, which makes it possible to simulate an emergency situation during engine operation.

Во время проведения испытаний двигателя, связанных с проверкой работоспособности системы защиты от раскрутки ротора турбины низкого давления, имитируют разрушение вала этого ротора. Наиболее вероятным местом разрушения вала ротора турбины низкого давления является зона, расположенная за шлицевым соединением данного вала с валом компрессора низкого давления.During engine tests related to the operability check of the low-pressure turbine rotor overspeed protection system, the shaft of this rotor is simulated to be destroyed. The most probable place for the shaft of the low-pressure turbine rotor to be destroyed is the area located behind the splined connection of this shaft with the shaft of the low-pressure compressor.

Известен способ для режуще - деформирующей обработки вала (патент на изобретение №12693889, дата подачи 14.03.1985 г., опубликовано 20.12.1995 г., МПК В24В 39/04) содержащий режущие и деформирующие элементы.A method is known for cutting and deforming processing of a shaft (patent for invention No. 12693889, filing date 03/14/1985, published 12/20/1995, IPC B24B 39/04) containing cutting and deforming elements.

Недостатком данного устройства является то, что его невозможно использовать в конструкции газотурбинного двигателя для разрушения (рассоединения) валов ротора при проведении испытаний по причине отсутствия возможности обеспечения необходимой жесткости узлов крепления резцов и узлов их подачи к валу, а также по причине больших габаритов устройства.The disadvantage of this device is that it cannot be used in the design of a gas turbine engine to destroy (disconnect) the rotor shafts during testing due to the lack of the ability to ensure the necessary rigidity of the cutting attachment units and the units for feeding them to the shaft, as well as due to the large dimensions of the device.

Известен способ отсоединения вентилятора (патент на изобретение №2681392, F01D 21/04 дата подачи заявки 17.06.2015 г, опубликовано 25.07.2018 бюл. №21), содержащее устройство, которое включает в себя конструктивный элемент, типа «слабое звено», который разрушается в случае превышения предельной величины передаваемого через него момента вращения.A method for disconnecting a fan is known (patent for invention No. 2681392, F01D 21/04, application date 17.06.2015, published 25.07.2018, bulletin No. 21), containing a device that includes a structural element of the “weak link” type, which is destroyed if the maximum value of the torque transmitted through it is exceeded.

Недостатком известного устройства является то, что разъединение представляет собой событие, предусмотренное в качестве реакции на превышение определенного момента сопротивления, действующего со стороны редукторного устройства на вал турбины. Это означает наличие высокой степени неопределенности в отношении режима работы турбины, на котором произойдет срабатывание устройства при испытании, что обусловлено сложностью точного обеспечения конкретных прочностных свойств «слабого звена» устройства.The disadvantage of the known device is that the disconnection is an event provided as a reaction to the excess of a certain moment of resistance acting from the gearbox on the turbine shaft. This means that there is a high degree of uncertainty regarding the turbine operating mode at which the device will be triggered during testing, which is due to the difficulty of accurately ensuring specific strength properties of the "weak link" of the device.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании способа принудительного разрушения вала ротора при проведении испытаний газотурбинного двигателя, позволяющего устранить неопределенность в отношении режима работы турбины (двигателя), и момента времени, при которых требуется обеспечить разрушение вала.The technical result that the invention is aimed at achieving consists in creating a method for forced destruction of a rotor shaft during testing of a gas turbine engine, which makes it possible to eliminate uncertainty regarding the operating mode of the turbine (engine) and the moment in time at which it is necessary to ensure destruction of the shaft.

Технический результат достигается тем, что способ принудительного разрушения вала ротора при испытаниях газотурбинного двигателя, содержит устройство принудительного разрушения вала.The technical result is achieved in that the method for forced destruction of the rotor shaft during testing of a gas turbine engine contains a device for forced destruction of the shaft.

Новым в изобретении является то, что на элемент принудительного воздействия на вал устройства принудительного разрушения вала, устанавливают износостойкий элемент, контактирующий с поверхностью вала в момент работы двигателя на требуемом для эксперимента режиме, при этом разрушение вала осуществляют его локальным нагревом, приводящим к снижению прочностных свойств материала вала в месте трения износостойкого элемента устройства принудительного разрушения вала с поверхностью вала.What is new in the invention is that a wear-resistant element is installed on the element of forced action on the shaft of the device for forced destruction of the shaft, which contacts the surface of the shaft at the moment of engine operation in the mode required for the experiment, while the destruction of the shaft is carried out by its local heating, leading to a decrease in the strength properties of the shaft material at the point of friction of the wear-resistant element of the device for forced destruction of the shaft with the surface of the shaft.

Для уменьшения времени, необходимого для нагрева вала предлагаемым способом до температуры его разрушения, перед проведением испытаний проводят ослабление вала до минимально приемлемых запасов прочности путем его механической доработки в планируемом месте разрушения.In order to reduce the time required to heat the shaft using the proposed method to its destruction temperature, before testing, the shaft is weakened to the minimum acceptable strength margins by mechanically finishing it at the planned destruction point.

Предложенный способ поясняется изображением устройства принудительного разрушения вала ротора при испытаниях газотурбинного двигателя.The proposed method is illustrated by an image of a device for forced destruction of a rotor shaft during testing of a gas turbine engine.

Позициями на фигуре 1 обозначены:The positions in figure 1 indicate:

1 - устройство принудительного разрушения вала;1 - device for forced shaft destruction;

2 - вал ротора;2 - rotor shaft;

3 - элемент принудительного воздействия;3 - element of forced influence;

4 - износостойкий элемент.4 - wear-resistant element.

Способ принудительного разрушения вала ротора при испытаниях газотурбинного двигателя работает следующим образом.The method of forced destruction of the rotor shaft during testing of a gas turbine engine works as follows.

При сборке двигателя для проведения испытания устройство 1 принудительного разрушения вала 2 ротора монтируют внутри промежуточного корпуса двигателя.When assembling the engine for testing, the device 1 for forced destruction of the rotor shaft 2 is mounted inside the intermediate casing of the engine.

Во время нормальной работы двигателя элемент принудительного воздействия 3 устройства 1 принудительного разрушения вала 2 на вал максимально смещен в направлении от оси двигателя, при этом износостойкий элемент 4 не касается поверхности вала 2 ротора турбины низкого давления.During normal operation of the engine, the element of forced action 3 of the device 1 for forced destruction of the shaft 2 on the shaft is maximally displaced in the direction from the engine axis, while the wear-resistant element 4 does not touch the surface of the shaft 2 of the low-pressure turbine rotor.

Во время работы двигателя на требуемом для эксперимента режиме элемент 3 принудительного воздействия на вал 2 с усилием прижимается износостойким элементом 4 к стенке вала 2 ротора турбины низкого давления.During engine operation in the mode required for the experiment, element 3 of forced action on shaft 2 is pressed with force by wear-resistant element 4 against the wall of shaft 2 of the low-pressure turbine rotor.

В зоне трения износостойкого элемента 4 и поверхности вала 2 происходит повышение температуры, под действием которой происходит снижение прочностных свойств вала 2, вследствие чего вал 2 разрушается. Разрушение вала 2 происходит при достижении в зоне трения температуры выше предельного значения конструктивной прочности при заданных нагрузках.In the friction zone of wear-resistant element 4 and the surface of shaft 2, the temperature increases, which causes a decrease in the strength properties of shaft 2, as a result of which shaft 2 is destroyed. Shaft 2 is destroyed when the temperature in the friction zone reaches a value higher than the limit value of structural strength under specified loads.

Перед проведением испытаний для ослабления вала возможно осуществить механическую доработку планируемого места разрушения. Механической доработкой уменьшают сечение вала в планируемом месте разрушения. Это выполнено для уменьшения времени, необходимого для нагрева вала предлагаемым способом до температуры его разрушения.Before testing, it is possible to perform mechanical reworking of the planned fracture site to weaken the shaft. Mechanical reworking reduces the shaft cross-section at the planned fracture site. This is done to reduce the time required to heat the shaft to its fracture temperature using the proposed method.

При этом предел прочности материала от температуры определяют по формуле:In this case, the strength limit of the material from temperature is determined by the formula:

гдеWhere

- предел прочности материала от температуры; - material strength limit depending on temperature;

Мкр - крутящий момент;M kr - torque;

Wкp - момент сопротивления кручению.W кp - moment of resistance to torsion.

Пример реализации способа.Example of implementation of the method.

Были проведены испытания вала из материала ВКС-180 с внутренним диаметром dвн=69,5 мм, и наружным диаметром dнap=81 мм,Tests were carried out on a shaft made of VKS-180 material with an internal diameter d int = 69.5 mm and an external diameter d nar = 81 mm.

турбины низкого давления при условиях соответствующих взлетному режиму. Рабочая температура материала вала при работе двигателя составила 150°С, температура вала в зоне трения при проведении испытаний составила 500°С.low-pressure turbines under conditions corresponding to the takeoff mode. The operating temperature of the shaft material during engine operation was 150°C, the shaft temperature in the friction zone during testing was 500°C.

При этом предел прочности материала ВКС-180 при достижении температуры выше 350° С резко снижается.At the same time, the strength limit of the VKS-180 material decreases sharply when the temperature reaches above 350°C.

Система от раскрутки вала сработала через 2 минуты после прижатия износостойкого элемента к стенке вала ротора турбины низкого давления.The anti-spin system was triggered 2 minutes after the wear-resistant element was pressed against the wall of the low-pressure turbine rotor shaft.

Таким образом, предлагаемый способ принудительного разрушения вала ротора при проведении испытаний газотурбинного двигателя позволяет осуществить принудительное разрушение вала ротора при проведении испытаний газотурбинного двигателя, позволяющее устранить неопределенность в отношении момента разрушения вала.Thus, the proposed method of forced destruction of the rotor shaft during testing of a gas turbine engine allows for forced destruction of the rotor shaft during testing of a gas turbine engine, which allows for eliminating uncertainty regarding the moment of shaft destruction.

Claims (2)

1. Способ принудительного разрушения вала ротора при испытаниях газотурбинного двигателя, содержащий устройство принудительного разрушения вала, отличающийся тем, что на элемент принудительного воздействия на вал устройства принудительного разрушения вала устанавливают износостойкий элемент, контактирующий с поверхностью вала в момент работы двигателя на требуемом для эксперимента режиме, при этом разрушение вала осуществляют его локальным нагревом, приводящим к снижению прочностных свойств материала вала в месте трения износостойкого элемента устройства принудительного разрушения вала с поверхностью вала.1. A method for the forced destruction of a rotor shaft during testing of a gas turbine engine, comprising a forced destruction device for the shaft, characterized in that a wear-resistant element is installed on the element of forced action on the shaft of the forced destruction device, which contacts the surface of the shaft at the time of engine operation in the mode required for the experiment, and the destruction of the shaft is carried out by local heating thereof, leading to a decrease in the strength properties of the shaft material at the point of friction of the wear-resistant element of the forced destruction device with the surface of the shaft. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед проведением испытаний производят ослабление вала путем его механической доработки в планируемом месте разрушения.2. The method according to paragraph 1, characterized in that before conducting the tests, the shaft is weakened by mechanical processing at the planned location of destruction.
RU2024110549A 2024-04-17 Method for forced destruction of rotor shaft during tests of gas turbine engine RU2830072C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2830072C1 true RU2830072C1 (en) 2024-11-12

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61265569A (en) * 1985-05-20 1986-11-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for non-destructive forecasting of life of turbine
RU1269389C (en) * 1985-03-14 1995-12-20 Г.М. Азаревич Device for straining machining of shafts
RU65310U1 (en) * 2007-04-11 2007-07-27 Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" ROTOR MECHANICAL TESTING PLANT
RU2347309C2 (en) * 2007-04-11 2009-02-20 Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" Rotor mechanical test installation
CN205820533U (en) * 2016-07-28 2016-12-21 国网山东省电力公司电力科学研究院 A kind of special take-up of thermal test
RU2607145C1 (en) * 2015-07-28 2017-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method of housing certification tests for impenetrability at gte starter rotor disc destruction
RU2702951C2 (en) * 2017-12-28 2019-10-14 Акционерное общество "Московское машиностроительное предприятие имени В.В. Чернышёва" Method of determining maximum allowable values of vibratory signals of gas turbine engine housing with disk with crack

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1269389C (en) * 1985-03-14 1995-12-20 Г.М. Азаревич Device for straining machining of shafts
JPS61265569A (en) * 1985-05-20 1986-11-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method for non-destructive forecasting of life of turbine
RU65310U1 (en) * 2007-04-11 2007-07-27 Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" ROTOR MECHANICAL TESTING PLANT
RU2347309C2 (en) * 2007-04-11 2009-02-20 Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" Rotor mechanical test installation
RU2607145C1 (en) * 2015-07-28 2017-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method of housing certification tests for impenetrability at gte starter rotor disc destruction
CN205820533U (en) * 2016-07-28 2016-12-21 国网山东省电力公司电力科学研究院 A kind of special take-up of thermal test
RU2702951C2 (en) * 2017-12-28 2019-10-14 Акционерное общество "Московское машиностроительное предприятие имени В.В. Чернышёва" Method of determining maximum allowable values of vibratory signals of gas turbine engine housing with disk with crack

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5108446B2 (en) Method and system for testing an overspeed protection system during a turbomachine shutdown sequence
EP3263846A1 (en) Rotor blade damage detection
RU2681392C2 (en) Turbomachine comprising means of fan disconnecting
CA2748093C (en) Clutch for a turbine engine
RU2418965C2 (en) Method and device for rotor rotation deceleration in case of gte turbine shaft destruction
US20120090329A1 (en) Systems and methods involving multiple torque paths for gas turbine engines
EP2372112B1 (en) Method for determining when to perform a test of an overspeed protection system of a powerplant machine
US20160363001A1 (en) Emergency Shut-Down Detection System For A Gas Turbine
EP2489858A2 (en) Gas turbine engine generator system with torsional damping coupling
EP3152409B1 (en) Method for managing a gas turbine assembly at low speed and corresponding gas turbine assembly
EP1281846B1 (en) Control strategy for gas turbine engine
US11965424B2 (en) Electronic overspeed protection system and method
US9206859B2 (en) Mechanical protection device
EP2369142B1 (en) Method and system for testing an overspeed protection system of a powerplant
RU2830072C1 (en) Method for forced destruction of rotor shaft during tests of gas turbine engine
CA3019301C (en) Shaft shear detection for gas turbine engines
RU2374460C2 (en) Device to detect gas turbine shaft failure and gas turbine
EP3690195B1 (en) Gas turbine engine shaft break mitigation
CN114837749B (en) Aero-engine
US12209540B2 (en) Bowed-rotor mitigation system for a gas turbine
CN213598075U (en) Turbine engine and shaft failure detection system thereof
RU2830073C1 (en) Device for forced destruction of rotor shaft during tests of gas turbine engine
RU2730565C1 (en) Double-flow turbine jet engine
CN114961880B (en) Aero-engine
CN118565834A (en) Turboshaft engine blade containment test device and method