Научный журнал Байкальского государственного университета
System Analysis &
Mathematical Modeling
Издается с 2019 года
Menu
РусскийEnglish

Информация о статье

Название статьи:

Разработка математических моделей и исследование прочности деталей турбомашин с эксплуатационными дефектами

Авторы:
Репецкий О.В., доктор технических наук, профессор, проректор по международным связям, Иркутский государственный аграрный университетимени А.А. Ежевского, п. Молодежный, Иркутский район, Российская Федерация, repetckii@igsha.ru,

Ким Х.И., аспирант, кафедра электрооборудования и физики, Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского, п. Молодежный, Иркутский район, Российская Федерация, khonir@mail.ru
Для цитирования:
Репецкий О.В. Разработка математических моделей и исследование прочности деталей турбомашин с эксплуатационными дефектами / О.В. Репецкий, Ким Хон Ир. — DOI 10.17150/2713-1734.2025.7(4).523-538. — EDN ZCFMVU // System Analysis & Mathematical Modeling. — 2025. — Т. 7, № 4. — С. 523–538.
В рубрике:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Год: 2025 Том: 7 Номер журнала: 4
Страницы: 523-538
Тип статьи: Научная статья
УДК: 519-7
DOI: 10.17150/2713-1734.2025.7(4).523-538
Аннотация:
В реальных условиях эксплуатации рабочие лопатки турбомашин(РЛТ) всегда работают под высоким давлением, температурой, центробежными нагрузками и в условиях высокой вибрационной чувствительности, вызванной переменными напряжениями. Расстройка параметров, возникающая из-за отклонений в процессе изготовления, износа, изменения физических свойств материала или воздействия внешних факторов, существенно влияет на напряжённо-деформированное состояние (НДС) и долговечность конструкции. Поэтому анализ прочностных характеристик высоконагруженных элементов роторов турбомашин с учетом различных форм повреждений, включая трещины в параметрах, является одной из актуальных и ключевых задач при создании энергетических и транспортных двигателей. Причиной расстройки параметров является разнообразие геометрических форм лопаток, которое возникает в конструкциях из-за отклонения технологии изготовления и износа при эксплуатации и других факторов. В этой связи для основного исследования характерно учитывать влияние существующей случайной расстройки роторов турбомашин в виде конструктивных геометрических дисбалансов и механических свойств лопаток. В данной статье проведён обзор видов влияния дефектов на турбомашины и численный анализ моделей машин с дефектами в виде трещин и других геометрических изменений.
Ключевые слова: математическая модель, численный анализ, повреждение, турбомашина, дефекты, рабочая лопатка
Финансирование: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда, проект № 24-29-00135, https://rscf/ru/project/24-29-00135.
Информация о статье: Дата поступления: 30 мая 2025 г.; дата принятия к публикации: 15 декабря 2025 г.; дата онлайн-размещения: 26 декабря 2025 г.
Скачать полный текст статьи
Список цитируемой литературы:
  • Исследование развития дефектов лопаток направляющего аппарата гэс после длительной эксплуатации / А.Л. Руденко, А.А. Миронов, В.В. Мишакин, А.В. Гончар. - EDN TUBRNT // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. - 2015. - № 1(108). - C. 228-236.
  • Труханов В.М. Статистический метод оценки стабильности параметров рабочих лопаток паровых турбин тепловых электростанций при изготовлении и испытаниях / В.М. Труханов, М.М. Султанов, М.П. Кухтик. - DOI 10.24223/1999-5555-2019-12-2-135-143. - EDN ISKFSK // Надежность и безопасность энергетики. - 2019. - Т. 12, № 2 - С. 135-143.
  • Репецкий О.В. Исследование способов повышения ресурсных характеристик радиальных турбомашин с помощью расстройки геометрических и механических параметров / О.В. Репецкий, Д.К. Хоанг. - DOI 10.15593/2224-9982/2024.76.02. - EDN WICWYJ // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. - 2024. - № 76. - С. 15-29.
  • Костюк А.Г. Динамика и прочность турбомашин : учебник / А.Г. Костюк. - Москва : Машиностроение, 1982. - 264 с.
  • Shlyannikov V.N. Fatigue of Steam Turbine Blades With Damage on the Leading Edge / V.N. Shlyannikov, R.R. Yarullin, A.P. Zakharov // Procedia Materials Science. - 2014. - No. 3. - P. 1792-1797.
  • Chen L. Power-Exponent Function Model for Low-Cycle Fatigue Life Prediction and its Applications - Part II: Life Prediction of Turbine Blades under Creep-Fatigue Interaction / L. Chen, Y. Liu, L. Xie // International Journal of Fatigue. - 2007. - No. 29. - P. 10-19.
  • Shen H. Probabilistic Model on Stochastic Fatigue Damage / H. Shen, J. Lin, E. Mu // International Journal of Fatigue. - 2000. - No. 22. - P. 569-572.
  • Rao J.S. Blade Life: a Comparison by Cumulative Damage Theories / J.S. Rao, A. Pathak, A. Chawla // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. -2001. - No. 123(4). - P. 886-892.
  • Surface Flaw Behavior under Tension, Bending and Biaxial Cyclic Loading / V.N. Shlyannikov, A.V. Tumanov, A.P.Zakharov, A.A. Gerasimenko // International Journal of Fatigue. - 2016. - Vol. 92, no. 2. - P. 557-576.
  • Surface Crack Growth Subjected to Bending and Biaxial Tension-Compression / V.N. Shlyannikov, A.V. Tumanov, A.P. Zakharov, A.A. Gerasimenko // Frattura ed Integrita Strutturale. - 2016. - Vol. 35. - P. 257-267.
  • Богомолова Т.В. Применение ANSYS-FLUENT для прочностных расчетов рабочих лопаток последних ступеней турбин / Т.В.Богомолова, О.В. Мельников // Электронный журнал «Труды МАИ». - 2012. - № 66. - C. 1-10.
  • Репецкий О.В. Численный анализ влияния расстройки параметров на вынужденные колебания системы диск-лопатки турбомашин на основе модели уменьшенного порядка / О.В. Репецкий, До Мань Тунг. - EDN RBYCMN // Вестник ИрГСХА. - 2013. - № 55. - С. 120-126.
  • Репецкий О.В. Математическое моделирование и численный анализ влияния толщины радиальных рабочих лопаток на долговечность энергетических турбомашин / О.В. Репецкий, Д.К. Хоанг. - DOI 10.38028/ESI.2023.29.1.004 // Информационные и математические технологии в науке и управлении. - 2023. - № 1 (29). - С. 44-53.
  • Rahimi J. Stress Analysis of a Second Stage Gas Turbine Blade Under Asymmetric Thermal Gradient / J. Rahimi, E. Poursaeidi, E. Khavasi // Mechanics and Industry. - 2019. - Vol. 20, № 607. - P. 1-10.
  • Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. - Москва : Мир, 1975. - 541 с.
  • Нестационарный тепловые процессы в энергетических установках летательных аппаратов / Н.Д. Коваленко, А.А. Шмукин, М.И. Гужва, В.В. Махин. - Киев : Наук. Думка, 1988. - 224 с.
  • Репецкий О.В. Компьютерный анализ динамики и прочности турбомашин / О.В. Репецкий. - Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 1999. - 301 с. - EDN TTNLQR.
  • Смоленский А.Н. Конструкция и расчет деталей паровых турбин / А.Н. Смоленский. - Москва : Машиностроение, 1964. - 462 с.
  • Рассеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов / ред. В.И. Мяченков. - Москва : Машиностроение, 1989. - 520 с.
  • Mashiachidi M.H. Fatigue Life Prediction of Mistuned Steam Turbine Blades Subjected to Deviations in Blade Geometry / M.H. Mashiachidi, D.A. Desai // Science, Engineering and Technology. - 2023. - Vol. 3, no. 2. - P. 24-35.
  • Application of Support Vector Regression on Mechanical Properties of Austenitic Stainless Steel 304 at Elevated Temperatures / L. Kanumuri, M. Srishuka, A.K. Gupta, S.K. Singh // Materials Today: Proceedings. - 2015. - No. 4. - C. 1479-1486.
  • Experimental and Numerical Investigation of Fatigue of Thin Tensile Specimen / J.A.R. Bomidi, N. Weinzapfel, C.P. Wang, F. Sadeghi // International Journal of Fatigue. - 2012. - No. 44. - P. 116-130.
  • Simmons H.R. Impulse Testing and Blade Load Simulation Tools to Estimate Cyclic Stress Life in Blades and Impellers / H.R. Simmons, T.C. Allison // ASME Turbo Expo. - 2010. - P. 777-787.
  • Rani P. Fatigue Life Evaluation of a Low Pressure Stage Steam Turbine Blade / P. Rani, A.K. Agrawal // Journal of Vibration Engineering Technologies. - 2023. - No. 12. - P. 5431-5443.
  • Numerical Methods for Calculating Component Modes for Geometric Mistuning Reduced-Order Models / J.A. Beck, J.M. Brown, A.A. Kaszynski, L.G. Daniel // ASME Turbo Expo. - 2021. - Vol. 9B. - P. V09BT29A016.
  • Зайдес С.А. Оценка усталостной долговечности осевого рабочего колеса турбомашин c учетом преднамеренной расстройки / С.А. Зайдес. - DOI: 10.18324/2077-5415-2022-1-57-62. - EDN UXUXYQ // Системы. Методы. Технологии. - 2022. - No. 1(53). - C. 57-62.
  • Жужукин А.И. Применение спекл-интерферометрии для экспериментального исследования колебаний рабочих колёс турбомашин с расстройкой параметров / А.И. Жужукин, К.Г. Непеин. - DOI 10.18287/2409-4579-2023-9-1-21-32. - EDN ESNZYI // Динамика и виброакустика. - 2023. - Т. 9, № 1. - С. 21-32.
  • Forced Response Reduction of a Blisk by Means of Intentional Mistuning / B. Beirow, A. Kuehhorn, F. Figashevsky [et al.]. - DOI 10.1115/1.4040715. - EDN RQRYSA // Journal of Engineering for Gas Turbine and Power. - 2019. - Vol. 141, no. 1. - P. 011008.
  • Ермаков А.И. Формирование разброса резонансных напряжений в рабочих колёсах с неидентичными лопатками и слабой связанностью колебаний / А.И. Ермаков, А.В. Урлапкин, Д.Г. Федорченко. - EDN UGKQWZ // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва. - 2014. - № 5. - C. 9-13.
  • Репецкий О.В. Прогнозирование усталостной прочности рабочих лопаток турбомашин / О.В. Репецкий, Буй Мань Кыонг. - Palmarium Academic Publishing, 2012. - 105 c.
  • Irretier H. Vibration and Life Estimation of Rotor Structures / H. Irretier, O. Repetski. - EDN GGEAAN // Fifth International Conference on Rotor Dynamics. Darmstadt, 07-10 сент. 1998 г. - Darmstadt, 1998. - P. 456-464.
  • Репецкий О.В. Разработка математических моделей для оценки накопления повреждений и предсказания ресурса лопаточных венцов турбомашин / О.В. Репецкий. - EDN DZDPOV // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 1995. - № 1-3. - С. 45-53.
  • Репецкий О.В. Анализ тепловых полей и термонапряженного состояния деталей турбин / О.В. Репецкий, И.Н. Рыжиков. - EDN KKKICZ // Вестник стипендиатов DAAD. - 2001. - № 1. - С. 89-98.
  • Repetskii O.V. Use of the FEM to Solve the Thermoelasticity Problem of Turbine Blades / O.V. Repetskii. - DOI 10.1007/BF00769137. - EDN XOJDLQ // Strength of Materials. - 1990. - Vol. 22, no. 12. - P. 1848-1854.
  • Repetski O. Numerical Analysis of Rotating Flexible Blade-Disk-Shaft Systems / O. Repetski, I. Rygikov, H. Springer. - DOI 10.1115/99-GT-317. - EDN UEUOAB // Proceedings of the ASME Turbo Expo, Indianapolis, IN, 07-10 июня 1999 г. - Indianapolis, 1999. - Vol. 4. - P. 317.