Analiza naprężeń termo-mechanicznych turbiny napędowej silnika przepływowego

• Autorzy: Kapłan J. , Witek L. , Wyzga B.

Warianty tytułu

EN

Thermo-mechanical stress analysis of the power turbine of turbo-engine

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca opisuje wpływ poszczególnych przypadków obciążenia na stan naprężeń powstający w turbinie silnika przepływowego. W pierwszym etapie pracy zdefiniowano model geometryczny wycinka tarczy turbiny z trzema łopatkami. Następnie model geometryczny podzielono na elementy skończone oraz określono obciążenia i warunki brzegowe. W celu właściwego przenoszenia obciążeń a łopatki na tarczę, zdefiniowano powierzchnie kontaktowe w strefie połączenia jodełkowego. W analizie uwzględniono dwa rodzaje obciążeń: mechaniczne, powstałe od wirowania turbiny oraz termiczne, powstałe od nierównomiernego pola temperatury. W pracy rozpatrywano obciążenia działające niezależnie, jak również obciążenie sumaryczne, będące superpozycją ww. obciążeń składowych. Rezultaty pracy wykazały, że dominującym obciążeniem turbiny są siły bezwładności związane z jej wirowaniem. Wartości naprężeń pochodzących od wirowania przekraczają granicę plastyczności materiału. Naprężenia termiczne nieznacznie wpływają na poziom wytężenia materiału turbiny. Dodatkowo stwierdzono, że w pewnych strefach tarczy turbiny naprężenia cieplne mogą nieznacznie obniżyć wartość naprężeń pochodzących od wirowania. W końcowej części pracy sformułowano wnioski oraz kierunki dalszych badań.

EN

This paper describes the influence of different load components on the stress state in the disc of the turbine engine. In the first part of the paper the geometrical model consisted of disc segment and three blades were created. Next the geometrical model was divided into finite elements. Moreover the loads, boundary conditions and also the contact (in fir-tree region of turbine) were defined. In an analysis the following kinds of loads were defined: the mechanical load concerned with rotation of the turbine and also the non-uniform thermal field. Mentioned loads were defined separately and also commonly in order to determine the influence of the load component on the final stress field in the turbine. Results of work showed that dominant load is the centrifugal force concerned with the turbine rotation. The stress resulting only from the rotation exceeds value of yield stress of the material. The thermal stress in the turbine has a small influence on the final stress state in the turbine working in operating conditions. The additional interesting phenomenon was observed. The thermal stress caused decrease at about 5% the main stress resulting from rotation of the disc. Finally the conclusions and directions for further research were defined.

Słowa kluczowe

PL

silnik turbinowy; turbina; naprężenie termo-mechaniczne; metoda elementów skończonych

EN

turbine engine; turbine; thermo-mechanical stress; finite element method

• Wydawca: Instytut Naukowo-Wydawniczy "TTS" Sp. z o.o
• Czasopismo: TTS Technika Transportu Szynowego
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 22, nr 12
• Strony: 767--771, CD
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Kapłan J.

• Enter Air Sp. z o.o., Al. Krakowska 106, 02-256 Warszawa

autor

Witek L.

• Katedra Samolotów i Silni-ków Lotniczych, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Politechnika Rzeszowska, 35-959 Rzeszów, Al. Powstańców Warszawy 8

autor

Wyzga B.

• Pratt & Whitney AeroPower Rzeszow, 35-078 Rzeszów, ul. Hetmańska 120

Bibliografia

• 1. Kowalski T, Mamrowicz J., Witek L., Numeryczna analiza naprężeń oraz trwałości zmęczeniowej turbiny napędowej silnika śmigłowcowego, Przegląd Mechaniczny, nr 11/2008.
• 2. Yang H., Bao R, Peng L., Zhang J., Fei B., Reliability analysis for aeroengine turbine disks. Proceedings of 3rd International Conference on Integrity, Reliability and Failure, Porto, Portugal, 2009.
• 3. Zhu J., Yang Z., Thermo-elasto-plastic stress and strain analysis and life prediction, Proceedings of International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation. Wu-han, 2010.
• 4. Witek L., Failure analysis of turbine disc of an aero engine, Engineering Failure Analysis, Vol. 13, 2006.
• 5. Mehdi Tofighi Naeem, Sayed Ali Jazayeri, Nesa Rezamahdi. „Failure Analysis of Gas Turbine Blades.” Proceedings of International Conference on Engineering & Technology, Nashville, USA, 2008.
• 6. Dokumentacja techniczna programu Ansys, http://www.ansys.com/Support/Documentation/.
• 7. Michaiov–Micheev P. B.: Sprawocznik po Metaliczeskim Matierialam Turbino i Motorostroenija. Leningrad, 1961.
• 8. Jerzy Lipka. Wytrzymałość Maszyn Wirnikowych. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1967.