Виды ресурса ГТД и методы их установления

Технический ресурс характеризует долговечность ГТД. Его следует понимать как наработку от начала эксплуатации (или ее возобновления после ремонта) до наступления предельного состояния.

По характеру предельного состояния и способу отсчета наработки различают полный ресурс и ресурсы, связанные с ремонтами, - доремонтный, межремонтный и послеремонтный.

Полный ресурс ( назначенный до списания) включает несколько ремонтных (до трех) и для современных ГТД достигает 20-30 тысяч часов.

Ремонтные ресурсы часто называют гарантийными, так как в их пределах предприятие-изготовитель (ремонтное предприятие) гарантирует обусловленный уровень безотказности двигателей по конструктивно-технологическим причинам.

Ресурс можно понимать как наработку, в течение которой допустимо и целесообразно использовать двигатель в заданных условиях эксплуатации. Допустимость и целесообразность определяются, с одной стороны, требованиями к обеспечению функционирования двигателя с необходимым по условиям безопасности полетов уровнем безотказности, а с другой,- максимальным экономическим эффектом в эксплуатации. Таким образом, при назначении ресурса возникают существенные противоречия между категориями экономичности и надежности.

По способу установления различают две разновидности ресурса:

- фиксированный и

- дифференцированный.

Фиксированный ресурс принимают для парка двигателей равным ресурсу наиболее слабого в прочностном отношении элемента конструкции (например, рабочей лопатки или диска I ступени турбины). Ремонт двигателя выполняют при этом через фиксированные значения наработки независимо от его фактического состояния. Такой способ используют на ранних этапах эксплуатации при небольшой суммарной наработке парка ГТД, когда многие характерные для них неисправности еще не успевают проявиться, но при ремонте могут быть легко обнаружены. В экономическом отношении фиксированный ресурс не является оптимальным, однако этой ценой позволяет сохранить приемлемую безотказность новых двигателей в эксплуатации.

Дифференцированный ресурс назначают различным для отдельных наиболее ответственных элементов двигателя (диски, рабочие лопатки, жаровые трубы и т.п.) в зависимости от их фактических запасов работоспособности, определяемых для некоторых типичных условий эксплуатации. При модульной конструкции ГТД такой способ позволяет достаточно полно использовать ресурсные возможности деталей и узлов.

Дифференцирование ресурса целесообразно выполнять не только по элементам двигателя, но и по условиям эксплуатации. Поэтому наивыгоднейшей формой использования двигателя следует признать установление ресурса основным узлам по их фактическому состоянию. Эта форма может быть достигнута при эксплуатации ГТД по состоянию с индивидуальными сроками ремонтов каждого конкретного двигателя и его модулей, обоснованными с помощью достоверных методов технической диагностики.

Назначение ресурса по состоянию обеспечивает максимально возможное использование заложенных в конструкцию ГТД запасов работоспособности и наибольший экономический эффект при сохранении высокой безотказности двигателя в эксплуатации.

Для первых этапов эксплуатации двигателя назначают фиксированный ресурс, составляющий несколько сотен часов. Проверку их надежности в пределах этого ресурса выполняют путем длительных стендовых испытаний по программе, воспроизводящей в натуральном масштабе времени режимы работы и нагрузки на элементы конструкции, близкие к эксплуатационным. Окончательное решение о назначении первоначального ресурса принимают на основании летных испытаний двигателя, которые проводят с превышением наработки по отношению к ресурсу на 200-300 часов.

После отработки двигателем в серийной эксплуатации заданного первоначального ресурса производят последовательное ступенчатое его увеличение (по 200-300 часов),опираясь на опыт эксплуатации. При больших наработках в эксплуатации возможен переход к дифференцированному ресурсу, а для ГТД, обладающих достаточной контролепригодностью – к ресурсу по состоянию.

По современным требованиям величины ресурсов ГТД должны достигать многих тысяч и даже десятков тысяч часов, при которых ресурсные испытания в натуральном масштабе времени теряют практический смысл, так как требуют чрезвычайно больших затрат времени и будут задерживать ввод двигателя в эксплуатацию. Поэтому для проверки надежности высокоресурсных двигателей в настоящее время применяют ускоренные эквивалентные испытания, обеспечивающие расходование запасов работоспособности деталей и узлов такое же, как в эксплуатационных условиях за предполагаемый ресурс, но при существенном сокращении времени (в 5-10 раз) по сравнению с длительными ресурсными испытаниями. Время таких испытаний сокращают главным образом за счет эквивалентной по повреждаемости элементов ГТД замены длительных эксплуатационных режимов, мало влияющих на выработку ресурса, более тяжелыми, но значительно менее продолжительными эксплуатационными режимами.

Если при ускоренных испытаниях все эксплуатационные режимы нагружения заменить одним, эквивалентным по повреждаемости максимальным режимом, то наработка на этом режиме при испытаниях составит не более 6-12% от проверяемого ресурса.

Для проверки работоспособности дисков компрессора и турбины применяют ускоренные циклические испытания, при которых воспроизводят циклы малой продолжительности (10-20 минут), но наиболее жесткие. Число циклов при испытаниях увеличивают в 2-3 раза по сравнению с числом полетных циклов за предполагаемый ресурс, что обеспечивает проверку запасов работоспособности дисков, необходимых для сохранения их надежности в эксплуатации. Несмотря на увеличение числа циклов, их малая продолжительность позволяет существенно сократить время испытаний.

Циклические испытания ГТД широко распространены в английской и американской авиапромышленности. В отечественном двигателестроении получили применение ускоренные эквивалентно-циклические испытания.