2.2 Вимоги до матеріалів деталей ГТУ

Аналіз напруженого стану деталей ГТУ і умов їх експлуатації дозволяє встановити комплекс вимог до матеріалів цих деталей. Най­краща працездатність навантажених деталей забезпечується за умови високих показників границі плинності, тривалої міцності і високої де­формаційної спроможності (пластичності) матеріалу. Проте, таке спо­лучення не може бути досягнуто. У кожному випадку встановлюється мінімально припустимий рівень пластичності, що гарантує надійну роботу деталі в машині.

Основними вимогами до конструктивних елементів газової тур­біни є висока жароміцність та жаростійкість.

Для забезпечення надійної роботи полотна диска матеріал пови­нний протистояти дії теплозмін, мати визначену термостійкість. Зна­чення його границь тривалої міцності і повзучості повинні бути таки­ми, щоб не припустити руйнування диска і появи надмірної деформа­ції. При тривалому терміні служби диски потребують стабільності структури і забезпечення достатнього рівня властивостей у всьому ін­тервалі робочих температур. При виборі матеріалу враховують техно­логічність і вартість [1].

Вибір матеріалу робочих лопаток роблять за характеристиками границі тривалої міцності при робочій температурі металу, це повинно забезпечувати необхідний запас міцності відносно максимального розтягуючого зусилля. У охолоджуваних лопатках не вдається істотно знизити температуру кромок, тому, крім жароміцності, висувається вимога високої жаростійкості в продуктах згорання палива при темпе­ратурі, що дорівнює температурі газу. Ця ж вимога висувається до ма­теріалу неохолоджуваних лопаток.

Для забезпечення високої міцності замкової частини потрібно, щоб при високій тривалій міцності матеріал мав високу тривалу плас­тичність, що дозволяє попередити крихке руйнування.

Матеріал направляючих лопаток повинен мати високу жароміц­ність, термостійкість, тривалу міцність, опір повзучості, забезпечувати працездатність при робочих напруженнях протягом усього терміну служби при температурах, що іноді істотно перевищують середню те­мпературу газу (при нерівномірності теплового потоку).

До матеріалу камер згорання висуваються вимоги: висока жаро­стійкість, термостійкість, зварюваність і технологічна пластичність, висока теплопровідність і низький коефіцієнт лінійного розширення, високий рівень границі плинності і опір повзучості, щоб термічні на­пруження, що виникають, не призводили до значних пластичних де­формацій. Матеріал не повинен окрихчуватися в процесі експлуатації, та не має бути чутливим до надрізу, як у вихідному стані так і після витримки при температурі експлуатації. Висока теплопровідність за­безпечується застосуванням нікельових сплавів із жаростійкими по­криттями.

Для з'єднання між собою різноманітних деталей турбін, що пра­цюють при високих температурах, застосовують болти і шпильки, що виготовляються з високоміцних і жароміцних сплавів. У деяких конс­трукціях диски турбін з' єднуються між собою стяжними болтами, спрямовуючі апарати кріпляться до статора за допомогою болтів. Де­талі кріплення в процесі експлуатації зазнають дію змінних темпера­тур і навантажень. Для забезпечення працездатності деталей кріплен­ня їх матеріал повинний мати:

- релаксаційну стійкість (для зберігання необхідного натягу в з'єднанні);

- структурну стабільність під час експлуатації;

- тривалу міцність;

- малу чутливість до надрізу і високу тривалу пластичність, що попереджують руйнування за різьбленням;

- опір вібраційним навантаженням.

Головною вимогою до матеріалів регенераторів є висока техно­логічність, що забезпечує можливість прокатування листів і тонко­стінних труб, зварюваність і штамповність. Матеріали регенераторів повинні мати високу корозійну стійкість в умовах робочих і спокійних режимів у середовищі повітря і продуктів згорання палива. Метал ре­генератора повинен бути термостійким, у тому числі й у зварних з' єднаннях.

На лопатки осьових і відцентрових компресорів діють значні ві­браційні навантаження. Основною вимогою до них є висока стійкість до втоми матеріалу і його спроможність до демпфування коливань. У хромистих сталей логарифмічний декремент коливань при високих температурах, підвищеному рівні вібраційних і розтягуючих напру­жень є максимальним. Для лопаток І ступені компресора при роботі в холодних умовах потрібна низька температура переходу від в' язкого до крихкого руйнування.