автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Разработка рекомендации по уменьшению вибрационных напряжений в лопатках осевых компрессоров на основе расчетного и экспериментального исследования

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи НДК 021.515-220.3.001.2-752

Савинов Александр Викторович

РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО НМЕНИЕНИВ ВИБРАЦИОННЫХ НАПРЯКЕНШ В ЛОПАТКАХ ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ НА ОСНОВЕ РАСЧЕТНОГО И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Специальность 05.04.12 - Тщзбомашинн

Автореферат диссертации на соискание дченой степени кандидата технических наук

Ленинград 1991

Работа выполнена в производственной обьединении "Кировский за;

Научный руководитель;

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А.С.Ласкин,

доктор технических наук К.Н.Бориианский; кандидат технических наук А.П.Тарабрин.

Ведущее предприятие:

ПО "Невский завод" им. В.И.Лен

Защита состоится Л - МРлДл 1ЯЯ1 г. в ч

на заседании специализированного Совета К 063.38.23 Ленинградском государственном техническом университете по адр 195251, Ленинград, ул. Политехническая, 29, Главное здание

ауд

С диссертацией ыоано ознакомиться э фундаментальной биолис

ЛГТУ.

Автореферат разослан - У/ "

Учений секретарь специализированного Совета, доктор технических наук, профессор

.1931,

.П.Фад!

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Осевые компрессоры (ОК) в составе' газотурбинных двигателей и турбоагрегатов широко приненявтея з проыывленностн, энергетике, на транспорте. Ваанейиим требованием, предъявляемым к этин изделиак. кашиностроения, является высокая надекность.

Наиболее напряженными деталями ОК являвтея лопатки. Обеспечение вибрационной прочности лопаточного аппарата и в настоящее вреая остается одной из главных проблем создания, этих турбовапин, По данник Н.К." Кузнецова 70 - ВО '/. отказов н дефектов, выявляемых при доводке и эксплуатации газотурбинных двигателей, вызваны переменными нагрузками.

В связи с этин вазное значение имеет соверненствование нетодов расчетных оценок вибрационных напрякений в лопатках, а такяе учет зависимости их уровня от основных характеристик и парааетров ступеней в рекомендациях по проектировании турбоиавин и т.д.

Теиа настоящей работы непосредственно связана с'задачами проектирования и вибрационной доводки лопаточного аппарата осевых компрессоров , является составной частьп программы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по повызеннз надежности изделий ПО "Кировский завод". »

Цель работы и.задачи исследования. Основной цельп диссертационной . работы является разработка практических рекоиендаций по реньзениа налряаений в лопатках ОК на основе выяснения закономерностей и особенностей их вибронапряаенного состояния в нирокон диапазоне режимов работы. .• :

Это потребовало решения следующих задач:'

1. Исследования влияния на вибронаприпвнное состояние лопаток основных характеристик ступени, используемых при,проектировании компрессора - номинальных газодинайичеси«х вараи&тров, относительного радиуса втулки, а также радиальной закружи потша;

2. Исследования вибронапряз-енного состояния лопаток при моделировании ступени, а такае при ее «о-йкфккацйи подрезкой лопаток и изменением их числа;

3. Исследования влияния на йереиеянне -иапрлве'ния в рабочих лапатлах изменения плотности газа, занены материала лопаток, изменения угла установки лопаток входного направлявшего аппарата;

4. Разработки методики расчета вибронапрязений в лопатках ступени компрессора,

Методика исследований. Расчетное исследование выполнялось на основе квазистационарного, подхода к определенна аэродинамического

возбуждения и демпфирования колебаний лопаток с учетом пространстве ней организации течения в ступени дозвукового компрессора механического демпфирования колебаний лопаток.

В работе использованы результаты экспериментального исследован вибрационных напряжений в лопатках компрессоров изделий ПО "Кировск завод".

Научная новизна.

1. Выяснено влияние номинальных газодинамических параметров ст пени, радиальной закрутки потока, моделирования и модификации ступея изменения плотности газа и замены материала лопаток на их вибронапр венное состояние и факторы, его определяющие;

2. Даны практические рекомендации по уменьшении вибрациом напряжений в'лопатках компрессоров;

3. Разработана палузмпирическая методика расчета, . позволяй« достоверно оценивать переменные напряжения в лопатках в ииро} диапазоне режимов работы ступени.

Практическая ценность работы определяется следующими основы положениями:

- выполнение при. проектировании предложенных рекомендаций д; возможность обеспечить необходиыуп устойчивость лопаток к автокоде! нняи и допустимЬй уровень их вибронапряненного состояния;

- предложенная методика расчета позволяет с достаточной точное оценивать при проектировании вибрационные напряжения в лопатк учитывая основные параметры и характеристики, режимы работы и ые ыодификации ступени, переменные параметры потока и механичес демпфирование колебаний лопаток;

- расчет аэродинамического декремента колебаний на основе пред аенной методики позволяет анализировать устойчивость лопато автоколебаниям по изгибной форме и определять номинальные газодина ческие параметры ступени, в которой условия возбуждения автоколеба лопаток отецтетвувт или маловероятны;

- выполнение при проектировании компрессора предложенных реком даций с учетом результатов расчетной оценки переменных напряжений ляется реальным условием сокращения сроков и затрат на вибрациоь доводку лопаточного аппарата или исключения ее необходимости.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссерте онной работы использовани в ПО "Кировский завод" для выяснения ос> них факторов вибронапряженного состояния лопаток и оценки эффектив! ти конструктивных мероприятий по повышении динамической прочж лопаточного аппарата изделий.

Рлробация работа, Ссно?ныг пзлогвнк» диссорт&иовноА работа докладывались и обсуядались на семинаре НТО ив. акад. П.Я.Кпнлоел "ПроЗ-сззеряенстловаииз элементов сикозах и трзиспортннк энергетически;-: «становой (Ленинград, 1339 г.-), Всесоюзной нац<гао-т-:кк1!чес:-:ой конференции "Актуальные проблени технического прогресса судовых тур-биннкх установок" (Ленинград, 1533 г.), II Всесоюзной кадчно-т,'»ш:чвс-коЛ конференции Тидрсупругость л долговечность конструкций энергетического оборудования" (Каунас, 1330 г.). Полояения, виносизые на защитц:

1. Результаты расчетного исследования влияния коыинйльннх газодинамических параметров ступени, радиальной закрутки потока, моделирования ступени и подрезки, лопаток на их вибронапрязеннов состояние и устойчивость к автоколебаниям;

2. Результаты расчетного исследования влияния па перенешше нзп-рязения в рабочих лопатках изменения плотности газа, замени «атериала лопаток, изменения числа их и угла установки ' лопаток входного направляющего аппарата;

3. Методика расчета вибронапрявений з лопатках ступени осевого компрессора.

Публикации. Основные содсрвание диссертации изложено в нести публикациях, вклечэя авторское свидетельство на изобретение.

Структура и обьен работн. Диссертация состоит кз введения, четырех глав, заклвчения; списка литературы из 110 нанненований, справки о практической использовании результатов работы, содержит 124 страницы машинописного текста, .40 рисунков и Б таблиц,

СОДЕРЖАНИЕ РЙ00ТН Зо введения сформулирована актуальность, тэйы работы, В первой главе проведен обзор основных половений, связанных с те-иой работы. Приведены сведения, свидетельствующие о многообразии и словности нестационарных азроупругих процессов в турбоиаиинах, являп-дихся причиной колебаний лопаток. Отмечено значение исследований- этих процессов, выполненных в Щ1АИ, МЭИ, КПП АН УССР, НПО ЦКТЙ, ЯГТУ,других научно-исследовательских организациях и предприятиях турбшшетроениа.

Дан- обзор методов теоретической и экспериментальной оценки переменных аэродинамических сил (ПАС), действующих на лопатки в нестационарной потоке. Приведены сведения о зависимости ПАС от параметров течения и характеристик решеток, о влиянии аэродинамических и механических факторов на демпфирование колебаний лопаток.

В.настоящее время проектирование . 0К ведется, как правило, на

-е- •

основе использования экспериментально отработанных модельных ступеней и компрессоров-прототипов, их моделирования и модификации подрезкой и изменением числа лопаток. Выбор ступеней осуществляется по основным характеристикам на основе разработанных рекомендаций. Наиболее ванными характеристиками являвтся .номинальные газодинамические параметр» и закон радиальной закрутки, Однако в рекомендациях по проектировании не приводятся сведения о влиянии основных параметров и характеристик ступени на уровень вибронапряненного состояния лопаток. Четкое представление о таком влиянии отсутствует.

Прочностная доводка лопаточного аппарата ОН представляет собой сложный и длительный процесс, требующий значительных материальных затрат. Вибрационные напряжения в лопатках определяются экспериментальным путем. Достоверность расчетных оценок уровня переменных напряжений недостаточна, т.к. в известных методиках не учтены существенные факторы, такие как изменение по радиусу параметров ступени и геометрии лопаток вследствие радиальной закрутки потока, влияние механического демпфирования и др.

Проведенный обзор позволил сформулировать цель работы", а такие задачи, которые необходимо решить для ее достижения. В работе исследуется виРронапряженное состояние лопаток компрессоров при низкочастотных колебаниях,- обусловленных крупномаситабнсй неравномерность!) скорости потока, наиболее характерных для турбомавин этого типа.

Во второй главе изложена методика"расчета вибрационных напряжений в лопатках ступени ОК.

Рассматривается ступень, работающая на установиввемся режиме. Свойства ^ступени характеризуются коэффициентом теоретического напора Ч'т. степеньв реактивности , коэффициентом расхода Ч* (значения, приведенные к среднему радиусу, соответствующие номинальному ре«иму работы с максимальным коэффициентом полезного действия £ ) и законом радиальной закрутки потока. Режим работы зависит • от частоты вращения и расхода газа через ступень и характеризуется параметром ^ = * ^

Лопатки совержавт колебания по основной изгибной форме. Састаедявжие ПЙС, действующей на лопатку, обусловлены следующими факторами:

П окружной неравномерностью скорости газа Са на входе в ступень;

2) изменением скоростей, окружной и и Са, вследствие колебаний лопатки:

другими причинами - флуктуациямн.

Возбуждение лопаток, связанное с флуктуациями. обусловлено пуль-

сацилни потока, несинфазностьв колебаний лопаток и другими причинами нестациоипрности взаимодействия потока с лопатиаии.

Оценирлтса напряжения з корневом сечении консольно закрепленной лопатки в зависимости от прогиба .при колебаниях, определяемого из условия равенства работ ПАС (возбувдашщих и демпфирушцих состав-л л -з м и х1 на всей длине лопатки и рассеяния энергии вследствие нйхкнического демпфирования за цикл колебаний,

Риределматся напряжения двух уровней: резонансные, возбуадаекне з сеззи с крупномасштабной окружной нер-авноиерностъи скорости С0НС)-к Флуктуациями потока, а также нерезоланснне, ' связанные только с флуктуациями потока. Первый характеризует вибронапряненное состояние лопаток при розонансах с гармониками окрузной неравнонерности.

Задача реиается в линейной постановке. Для определения составлявших переменной силы,' связанных с ОНС и обусловленных изменением скиристей вследствие колебаний лопатки, использован подход, основанной . на квазистационарнои прибликении, изловенный в работах В,А.Кулагиной (ЦШП.

Составляющая, -обусловленная флуктуациями потока, приближенно определяется на основе допущения о пропорциональности ее величины стационарной аэродинамической силе, б'соответствии с выявленной законо-«ерностыа одинакового характера изменения стационарных и нерезонансных переменных напряжений в лопатках от этих сил при изменении резина работы ступени.

Принятие ограничения влияния сжимаемости и вязкости течения, а тс1К«е упрощащяе решение ' задачи условия типичны для использованного подхода к определении ПАС, " '■

3 отличие ог известных решений задачи учтены следующие факторы:

1) изменение кинематики течения в реиетках и газодинамических параметров по радиусу ступени вследствие радиальной закрутки потока к при изменении ренина работы;

2) изменение по длине лопатки направления перемещений ее сечений при колебаниях.

На ренинах работы, отличавшихся от номинального, газодинамические параметры в сечениях ступени определяются с -учетоы углов течения в реаетка:-:, ' Для этого используются обобщенные характеристики плоских реиеток. Направление перемещений сечений лопатки при колебаниях опре-дкляйТСа! по номинальным газодинамическим параметрам на соответствующем радиусе ступени с учетом принятого допущенния", что перемещения направлены по нормали к хорде.

й.чшжтуда перемещения (прогиб) периферийного сечения лопатки

при колебаниях вычисляется по формуле _

л _ ил(1Св<1л^аяд|>)

где 11п - окружная скорость на периферийном радиусе ступени Яп, & Гд- масса и частота колвбаний лопатки, I - количество лопаток в венце р - плотность газа. Св£, Свз - коэффициенты, зависящие о

параметров Ч'т», У*. Кат» и закона радиальной закрутки потока Эти коэффициенты характеризует работу соответствующих составлявших ПА при колебаниях лопатки. & формуле (1) дМ* и ДР - относительны параметры ПйС, §м - механический декремент колебаний лопатки задаваемые величины на основании экспериментальных данных, опре делается величиной амплитуды гармоник окруаной неравномерное? скорости Са. дР - коэффициент пропорциональности кеяду стационарно силой и ПйС, характеризует величину флуктуаций.

Определяется аэродинамический декремент колебаний лопатки

' 2 т*л- '

Приводятся формулы расчета газодинамических, геометрических и вш рационных характеристик ступени при моделировании и подрезке лопаток В третьей главе приведены оценки степени достоверности и погре! ности результатов расчета вибронапрягений по разработанной методик Для этого последние сопоставлялись с результатами экспериментально исследования вибрационных напряжений в рабочих и направляв!? (консольных) лопатках первой ступени трех компрессоров (основн параметры ступеней в табл. 1), Режимы исследования практичес полностьв охватывали область устойчивой работы на характеристи компрессор* Григ.П. _

Величина параметров $М и принимались на осиоье зкеперкао тальных данных других авторов о демпфирующих свойствах лопаточне , материала (хромистая сталь), демпфировании в однотипных замков соединениях лопаток, и данных о величине гармоник ОНС на входе в ст пень, известных по результатам аэродинамических продувок моде входного патрубка исследованиях компрессоров. Параметр йР оценивал средней величиной маевтабного коэффициента между относипльш величинами расчетных нерезонакеннх нагсрягений б- лопатках соответствующими экспериментальными значениями.

Расчетные и экспериментальные результата удовлетворительно соб! давт, что свидетельствует о достоверности расчетного анализа вкброн.

ряяенного состояния лопаточного аппарата исследованных компрессоров в широком диапазоне ренинов работы, при изменении частоты вращения и

дросселировании (рис_. 2 и 3)._ При уточненных значениях

параметров ПЯС ( д1? = 0,003, дР = 0.003 ) и §м среднее квадратическое значение погревностей расчетной оценки составило 15 У. , что не превышает уровень погрешности экспериментального определения вибронапрявений.

Оценены величины аэродинамического декремента колебаний лопаток исследованных компрессоров. Выяснено, что принятое в методике условие постоянства механического декремента независимо от уровня переменных напряжений в лопатке оправдано при 0, т.е. при условии аэродемп-

фирования колебаний. При отрицательных значениях аэродинамического декремента (условие автоколебаний лопаток) необходимо учитывать увеличение (рис. 4 ). Увеличение механического декремента

вследствие нелинейных эффектов при автоколебаниях лопаток отмечено в ряде публикаций. Для учета таких эффектов при расчете напрянений в лопатках принята зависимость величины от §а

Выявлена связь негду изменением соотноиения энергий возбувдения и демпфирования колебаний лопаток (параметр = §а/£м ) , характеризующего устойчивость к автоколебаниям, и изменением отноиения коэффициентов Свз /Св^ , входящих в формулу (1), см? рис. 4, Уменьшение " последнего свидетельствует об уиеньвении устойчивости. Отношение этих коэффициентов использовано в качестве критерия оценки устойчивости лопаток к автоколебаниям по номинальным газодинамическим параметрам ступени.

В четвертой главе приведены: результаты расчетного исследования влияния характеристик ступени, ее моделирования и модификации, а такие конструктивных факторов на вибронапрявенное состояние лопаток.

Исследование показало, что в ступенях с различными номинальными газодинамическими параметрами и законом радиальной закрутки (прочие параметры одинаковы), возбувдение колебаний лопаток, а такве их резонансные напряжения :на рекииах работы, близких к номинальному, практически одинаковы при прочих равных условиях (рис. 5 ', Ц>- 1). Различие возбуждения нерезонансных колебаний не является принципиальным ввиду невысокого уровня соответствунщих напрянений.

Значительно отличается переменные напрякения в лопатках на реви-мах работы ступеней, существенно отличающихся от номинального (при уменьшении частоты вращения и расхода газа, 4 0.8, си, рис. 5 ). На этих режимах проявляется механизм автоколебаний лопаток ( §а ^.0). Последнее является общей закономерностьв компрессорных ступеней.

Соответствующее вибронапрявенное состояние лопаток определяется интенсивностъа возбуждения, обновленного изменением скоростей потока вследствие колебаний.

Существенная зависимость переменных напряжений . в лопатках при автоколебаниях от (см. рис. 5 ) свидетельствует, что их

уровень ниве б ступенях, коэффициент теоретического напора которых выэе (при прочих одинаковых параметрах). Вибронапряненное состояние лопаточного аппарата менее существенно зависит от^^и , напряжения сравнительно кала уменьшаются при уменьшении величины этих параметров ступени. Последнее свидетельствует, в частности, что отличие ступеней по направлению закрутки потока на входе в рабочее колесо не является принципиальным фактором при сравнении уровня динамических напрявений в лопатках.

Расчетный анализ вибронапрявенного состояния лопаток при автоколебаниях и параметра Свз/Св2 показал , что условия их возбукдения возмовны при значениях параметра больше нуля. Аэроупругая устойчивость лопаток отсутствует при условии Сву/Свг.-** 0, возрастает - при увеличении этого параметра. Условия возбуждения автоколебаний лопаток отсутствуют при Свз/Свг < 0.

—

В частности, для ступени с параметрами Ивт - 0,6, = 0,7, ^ " 0.0.9 условия автоколебаний рабочих лопаток на резинах работы, соответствующих параметру Ц> не менее 0.7, отсутствуют при 0.4 Сздесь^Рт - 2Нт/и ). Последнее не противоречит условиям, приводимым С.И.Гинзбургом, Е.Армстронгом и й.Стивенсоном, При 0.8 вероятность потери азроупругой устойчивости лопаток

существенно уменьшается. Уменьшается и уровень переменных напряжений в лопатках при автоколебаниях (см. рис. 5 ).

Влияние радиальной закрутки на устойчивость к изгибным автоколебаниям связано главным образом с переменной по длине геометрией лопаток и определяется направлением перемещения их периферийного сечения. При одинаковых параметрах на среднем радиусе ступени устойчивость рабочих лопаток наименьвая при радиальной закрутке потока по закону постоянства циркуляции и напора, более высокая - при постоянной по радиусу степени реактивности, наибольшая - при закрутке по закону "твердого тела".

Возрастание плотности рабочего газа обусловливает увеличение с коэффициентом пропорциональности 0.75 вибронапряяений в лопатках при вынунденных колебаниях. При автоколебаниях возрастание напряаений более существенное.Чрис. 6). К обратному результату приводит замена материала лопаток, связанная с уменьшением модуля упругости и плотное-

ти. При вынугденных колебаниях уровень вибронапряженного состояния лопаток из титанового и алвминиевого сплавов ниже чем стальных вследствие более высокого аэродемпфирования, а при автоколебаниях визе вследствие более низкой аэроупругой устойчивости лопаток из зтих сплавов.

При моделировании компрессора уровень вибронапряжений лопаточного аппарата не изменяется, если сохраняются конструкции входного патрубка и крепления лопаток, а также соблвдается подобие отношения плотностей рабочего газа и лопаток. Этот аналитический результат подтвержден экспериментальными данными.-

В результате модификации ступени подрезкой лопаток динамические напряжения в последних уменьиавтся, при удалении периферийных сечений' более существенно, чем при удалении втулочных. Расчетная оценка вибрационных напряжений в лопатках компрессора при подрезке подтверждена результатами эксперимента (таблица 2).

При уменьшении относительного радиуса втулки ступени напряжения в лопатках возрастают вследствие проявления механизма автоколебаний (увеличение при RgT £ 0.8, рис. 7 ), При увеличении этого

радиуса соответствующее изменение резонансных напрянений связано с возрастанием возбувдения, обусловленного ОНС, и уменьшением азродемпфирования колебаний лопаток.

Увеличение числа лопаток рабочего колеса первой ступени компрессора N 2с 31 до 43 (число лопаток в компрессорах N i и N 3) по эффекту уменьшения уровня вибронапряаенного состояния лопаток при автоколебаниях аналогично увеличении механического декремента (рис, 8). Соответствующие напряжения уменьиавтся в два раза при изменении угла установки лопаток входного направлявшего аппарата ВНй поворотом в сторону уменьиения угла выхода потока -Лл на 20 У. (в направлении вращения) по отношении к величине угла на периферийном радиусе ступени (Рис. Э),

' ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1, Номинальные газодинамические параметры, относительный радиус втулки ступени и закон радиальной закрутки потока существенно влияют на устойчивость к автоколебаниям и вибронапряаенное состояние лопаток на режимам работы ступени_, значительно отличавшихся от номинального, при значениях параметра 9 менее 0,8 . Влияние газодинамических параметров связано главным образом с коэффициентом теоретического напора. Наиболее подвержены автоколебаниям рабочие лопатки ступеней с параметрами ^т" и Яат в диапазоне 0.4 ... 0.6 (характерном для первых

ступеней компрессоров), с радиальной закруткой потока по закону постоянства циркуляции и напора. Наименее вероятии автоколебания лопаток при Ц^ 0,8 , при радиальной закрутке потока по закону "твердого тела". Высоконапоркые ступени с коэффициентом теоретического напора не ыенее О.Б целесообразно использовать в первых ступенях компрессоров для уменьшения вибрационных напряаений в лопатках.

2. Моделирование компрессоров без изменения конструктивной формы входного патрубка и крепления лопаток обеспечивает сохранение уровня вибронапряаений в лопаточном аппарате. В результате иодификации ступени подрезкой втулочных или периферийных сечений лопаток вибрационные напрянения в последних уменьшаются. При увеличении числа лопаток венца возрастает азроупругая устойчивость их к автоколебаниям, уровень вибронапрявенного состояния уменьшается.

3. Влияние на вибронапрявенное состояние лопаток замени их материала и изменения плотности газа проявляется при условии изменения отношения их плотностей. При изменении параметра газа вибрационные напряжения в лопатках при вынувденннх колебаниях изменяется с коэффициентом пропорциональности 0.75 . Выявленное соотношение монет быть использовано для соответствующего прогнозирования.

4. Замена материала лопаток, связанная с уменьшением плотности, приводит при одинаковой •уровне допустимых переменных напрякений к увеличении запаса прочности, а в случае автоколебаний лопаток - к увеличении их вибронапрявенного состояния.

5. Уровень аэродемпфирования колебаний одинаковых лопаток из титанового и алюминиевого сплавов выше чем стальных, но низе азроупругал устойчивость при автоколебаниях (при одинаковой плотности газа). Для достоверного прогнозирования реаимов автоколебаний стальных лопаток и их вибронапрявенного состояния по результатам испытаний модельного компрессора с лопатками из алкшиниевого сплава (метод, используемый в практике) необходимо соответствующее дросселирование газа на входе в компрессор, ооеспечиваваее подобие отношения плотностей газа и лопаток натуры и модели.

6. Уменьшение угла установки лопаток В НА, осуществляемое поворотом выходной кромки в направлении врацениа, обеспечивает уменьшение вибронапрямений в рабочих лопатках на рекимах возбуждения их автоколебаний. Рекомендуется применять поворотный ВНА для умень:з"-ния вибрационных напрямений в лопатках на нерасчетных ренимдх работы, особенно в первых ступенях компрессоров с Чт - О-"'1 ••• 0.6. Прн использовании ВНй с неподвинными лопатками рекомендуется приникать ч:-;ело лопаток рабочего колеса. обеспечивающее допустимый уровень переменных

- 13 - _ 1

напразений, нэ менее 40. i

1. Разработанная методика расчета вибрационных напряяений в ;

лопатках позволяет достоверно оценивать их уровень и изменение в j

■лирокон диапазоне регимов работы ступени с погрешностью, не |

превышавшей уровня погрешности' экспериментального определения J

зибронапрязений. Предложенную методику рекомендуется использовать j для оценки уровня динамических напрааений в лопаточном аппарате и

анализа устойчивости к изгибннм автоколебаниям рабочих и направляю- I

щих консольных лопаток первых ступеней дозвуковых компрессоров. '

3. Результаты настоящего исследования использованы для выяснения факторов, определяющих вибронапряженное состояние лопаток компрессоров

изделий ПО "Кировский завод" ТНЙЗН, ТНЙ4, ТШ, ГТН20, ГТН42. I

Разработаны рекомендации по уменьшению уровня динамических напряжений !

в лопатках компрессора агрегата ТНЙЗ, i

По теме диссертации опубликована следущие работы:

1. Борискин B.C., Савинов fi.B. Турбонаддувочный агрегат прогивообледенительного устройства ледоколов. - Судостроение, 1990, N И, с. 12 - 15.

2. Пельц Й.Ф., Савинов ft.В. Исследование влияния газодинамических параметров компрессорной ступени на вынужденные колебания лопаток.- -Тезисы докладов на II Всесоизной научно-технической конференции "Гидроупругость и долговечность конструкций энергетического оборудования". - Каунас: ИФТЛЭ, 1990, с. 243 - 244.

3. Пельц fl,3>,, Савинов А,В, Конструкционное уменьшение аэродинамического возбуждения лопаток осевого компрессора. - Тезисы докладов на Всесоззнвй научно-технической конференции "йктуалъние проблемы технического прогресса судовых турбинных установок", - Л.: Судостроение, 1989, с. 82 - 83.

4. Пельц й.Ф,, Савинов А,В. Основные результаты решения задач вибрационной надежности лопаточного аппарата компрессора Тйй П09, -В сб.: Совериенствование судовых турбинных установок. Вып. 487, - Л.: Судостроение, 1990, с. 84 - 72.

5. Пельц й.Ф,, Савинов Й.З. " Сравнительная оценка аэродинамического возбуждения лопаток осевых компрессоров. - 8 сб.: Судовое энергомашиностроение. - Николаев, НКИ, 1390, с. 68 - 76.

0. Осевой компрессор/ Савинов Й.В. и др. - Решение о выдаче авторского свидетельства на изобретение от 30,08.1989 г. по заявке :! 4471577/25-00 от 17.00.1938 г.

Характеристика и режимы исследования компрессора

I - 6 - режимы исследования, 7 - граница помпажа 5 = ^акс

ЙЮ. ?

Наярякения а рабочие лопатках при изменении частота вращения компрессора й I

I - ггерезогганснне, • 2 - при резонансе с гарггЬншгтш.-ЛНТ;

--расчет; е - эксперимент; а,б,в - ренпмы исследования

1,2,3 (см. ряс. I ) ; $и = 0,012.. .0,015

Рас. 2 ■

- 16 - •■".-'•."'" . ' '

Еаярянанпя(3 рабочих лопатках при изменении частоты врацэния компрессора №2

Влбронапряхеняость, декременты колебаний и характеристика устой"ЧЕвоста лопаток к автоколебаниям при изменение частоты вращения ксихгоессора .'5 2

Зависимости впбрашошшх капрянен;тй в лопатках и аэродинамического декремента ох номинальных газодинаглгчеснях параметров стукето

SoflO-

0.4 0.6 0.8 1.0 Yf 0.4 0.6 0.8 ^Ç

б ,Ша

20

10

О

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Q"

б',¡.Па 20

10

3

I - н"= 0.7 , 2 - п~ = 0.8 , 3 - a 1.0 Rrc. 5

Зависимость отношение виброяалряженкй и модуля упругости лопатон от отношения плотностей рабочего газа и яолаточного материала

6Г/Е-104

2

I

10

—I—

15

20 р/рл »10=

Компрессор:--й 2?----й 3;

I - "п - 0.7; 2 - п - 1.0;

О сталь , ( $о. ) ^ © - титановый сплав, > р = 0-6 О - алшингевый сплав)

Взс.6

~ ¿и

ппсилоста р^зокансгшх напряжений з лопаткггс. аэродянаикчзского декремента от относительного родпуса втулки ступени

£ ,121а

20

1-2 1 7 1 / I

\ 1 / /

\ 3 , V ./г /

Ее/ю2

0.4 0.6 0.8 К

ВТ

0.4 0.6 0.8 {\ В'

Ф

= 0.7 , 2 ~ ^ = 0.8 , 3 - ^ - 1-0 Р1ГС. 7

Зависалость переменных напряжений в лопатках при автоколебаш от величины механического декремента и количества лопаток, в рабочем Еенпо

0,:Я1а 200

100

р

V

О ,МПа

200

100

\ §м = п = 0.024 3.6

\

\

2.4 2.8 3.2 5м«1(Г I - а = 0.6 , 2 = 0.8

30 36 42 Ир

Рас. 8

Зависимость переменных напряжений в рабочих лопаткам _при автоколебаниях от угла поворота лопаток ВНА. » (Кшпрзссор № 2)

Параметры режима: п = 0,55 , ^ = 0.65 Рге. 9

Таблица I

Параметра первой ступени исследованных компрессоров

Численное значение

Наименование Номер компрессора

I 2 3

Периферийный радиус Re, и 0.313 0.364 0.38."

Относетольныё радиус втулки Rbt 0.74 0.55 0.6

Количество рабочих лопаток ?р, шт 43 31 43

Количество направляющи: лопаток7н, шт 38 4S •60

Коэффициент теоретического напора 4V 0.72 0.55 I.I

Степень роактивности ^ 0.5 0.5 0.7

Коэффициент расхода 0.53 0.55 0.68

Коэффициент полезного действия 0.91 0.89 0.92

Окружная скорость на периферийном радиусе при максимальной частоте вращения tin, и/с 266 310 244

Пршэ чаннэ. I. Приведенные газодинамические параметры относя? Е среднему радиусу ступени.

2. Параметры, помеченные знаком (#) относятся к номинальному режиму работы ступени.

3. Н^т = 2 Нт / а2 .

Таблица 2

Вибрационные напряжения при резонансе лопаток

компрессоров .. исходного № 3 п с подрезанными лопатками № 5, МПа

Номер Км Кратность Метод определения

коетрессора резонанса расчет эксперимент

5 13.5 II

3 '• 1.0 6 10 8

7 8 10

5 16.5 ■ 15

5 0.95 6 II 10

7 8 10

Примечание. Коэффициент Км характеризует величину подрезк лопаток.

Подпасако к печата 30.09.91 г. Отпечатало га ротапржгтз.

"Тираж 100 эжз.