Виды колебаний лопаток в авиационных двигателях в рабочих условиях и способы их устранения

10. Способы снижения уровня вибрационных напряжений

В настоящее время для снижения уровня вибрационных напряжений применяются следующие способы:

1) Отстройка от наиболее сильных гармоник возбуждения. Достигается перепрофилированием лопатки, то есть изменением закона распределения площади сечения по высоте лопатки. Это требует значительных затрат, поэтому для быстрой отстройки в процессе

экспериментальных работ иногда подрезают один из уголков лопатки (рис. 11, а).

2) Бандажирование полками. Этот способ предполагает создание на некоторой высоте лопаток жесткого кольца из полок, выполненных как одно целое с лопатками (рис. 11, б). Такое кольцо создает дополнительную связь между лопатками и радикальным образом повышает их собственную частоту колебаний. Однако при этом создается дополнительное препятствие воздушному потоку внутри двигателя, поэтому применение полок должно закладываться заранее, на этапе газодинамических расчетов двигателя.

3) Бандажирование проволокой. Этот способ аналогичен предыдущему, с той разницей, что кольцевая связь создается из проволочных сегментов, выполненных отдельно от лопаток. Оказывает меньшее влияние на жесткость и собственную частоту колебаний лопаток, чем способ с полками. Также требует применения дополнительных деталей в проточной части двигателя. Поэтому на новых двигателях в настоящее время не применяется.

Полочное бандажирование резко увеличивает наименьшую собственную частоту колебаний, но при этом возникают некоторые особенности в поведении лопаток [2].

Наибольшие напряжения в основном возникают в надполочной части. При уменьшении длины надполочной части (например, при увеличении радиуса расположения полки), напряжения в ней уменьшаются, однако они возрастают в корневой части. Амплитуды резонансных колебаний вращающегося однородного венца (то есть венца абсолютно одинаковых лопаток) получаются одинаковыми, а фазы колебаний соседних лопаток сдвинуты по времени на .

Рис. 10. Способы снижения вибрационных напряжений в лопатках: подрезка уголка (а), бандажирование полками (б) и бандажирование проволокой (в).

В реальности из-за производственных отклонений лопатки невозможно сделать абсолютно одинаковыми, поэтому для них парциальные частоты колебаний (то есть частоты колебаний лопатки отдельно от диска) получаются различными. Вследствие этого амплитуды, а следовательно и напряжения получаются также различными. При разбросе частот всего ~10% напряжения могут отличаться в 2-3 раза. Максимальные напряжения в неоднородном колесе всегда выше, чем в однородном. Наибольший рост напряжений происходит при малых значениях разброса ~3…5%. Величина роста напряжений также зависит от расстановки лопаток в диске. Последнее утверждение справедливо не только для бандажированных, но и для консольных лопаток.

4) Демпфирование специальными демпферами. Идея этого способа заключается в поглощении части энергии колебаний силами трения. Требует введение специальных деталей.

Заключение

В данной работе были представлены сведения о частотных характеристиках и методах и средствах измерения частотных характеристик. Рассмотрены стенды и методика проведения испытаний конструкция и принцип работы оснастки, используемой при контроле частотных характеристиках рабочих лопаток ГТД.

Рассмотрены основные виды вибрационных процессов, возникающих в рабочих условиях, а так же их влияние на надежность и ресурс двигателя в процессе эксплуатации, так же способы, которые используются для уменьшения вибрационного воздействия на лопатки авиционных ГТД и стационарных ГТУ.

Была показана значимость использования вибродиагностики, так как большинство дефектов ГТД вызвано действием переменных нагрузок, резко возрастающих в условиях резонанса.

Были рассмотрены колебательные процессы в лопатках, аэроупругие процессы в двигателях и их влияние на колебания деталей турбомашин, а так же способы снижения уровня вибрационных напряжений.

Литература

1. Попов В.Г. , Насонов В.Н., Павлов Ю.И., Фишгойт А.В. Диагностика, неразрушающийся контроль и анализ разрушений. Учебное пособие. М. МАТИ, ЦИАМ, 2004г.

2. Хориков А.А., Калачев С.С. Павлов Ю.И. Прочность и динамика авиционных ГТД и стационарных ГТУ. Учебное пособие. М. ЦИАМ, 2007г.

3. http://www.lib.ua-ru.net/diss/cont/167390.html

4. Ананьев И.В., Тимофеев П.Г. Колебания упругих систем в авиационных конструкциях и их демпфирование. Машиностроение, 1965г.

5. Иванов В.П. Колебания рабочих колёс турбомашин. М. Машиностроение, 1983г.

6. http://www.new.turbinist.ru

 Скачать реферат