RU2531203C1 - Способ определения форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток газотурбинных двигателей - Google Patents
Способ определения форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток газотурбинных двигателей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2531203C1 RU2531203C1 RU2013111283/28A RU2013111283A RU2531203C1 RU 2531203 C1 RU2531203 C1 RU 2531203C1 RU 2013111283/28 A RU2013111283/28 A RU 2013111283/28A RU 2013111283 A RU2013111283 A RU 2013111283A RU 2531203 C1 RU2531203 C1 RU 2531203C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- blades
- frequencies
- frequency
- engine
- Prior art date
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Использование: для определения форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток газотурбинных двигателей. Сущность изобретения заключается в том, что каждую окончательно изготовленную лопатку (поставляемую на двигатель) закрепляют в зажиме за хвостовик в горизонтальном положении, наносят на ее поверхность тонким слоем песок и возбуждают колебания лопатки возмущающей силой, приложенной к свободному концу лопатки, до возникновения резонансных колебаний, когда песок будет сброшен со всех вибрирующих мест, кроме неподвижных линий-узлов, что свидетельствует о совпадении частоты возбуждения с частотой собственных колебаний лопатки (fвоз=fсоб) при соответствующей форме колебаний лопатки, зафиксированной по виду песочных фигур, значение которой (fсоб) и записывают в дело двигателя, при этом для лопаток, имеющих на своей поверхности перфорационные охлаждающие отверстия, определяют экспериментальным путем формы и частоты собственных колебаний 15-20 лопаток до и после изготовления перфорационных отверстий (репрезентативная выборка), определяют для этих выборок средние и среднеквадратические отклонения частот и вычисляют поправку Δf, которую прибавляют к частоте собственных колебаний каждой лопатки, (поставляемой на двигатель), полученной до изготовления перфораций на поверхности лопатки, и записывают суммарную величину частоты в дело двигателя. Технический результат: обеспечение возможности достоверного определения форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток газотурбинных двигателей.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к авиадвигателестроению, а именно к способу определения форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток газотурбинных двигателей.
Уровень техники
В связи со сложной конструкцией современных рабочих лопаток авиационных газотурбинных двигателей определение их форм колебаний и частот собственных колебаний (ЧСК) расчетным путем не представляется возможным. Единственным точным способом определения форм и ЧСК лопаток являются экспериментальные испытания в лабораторных условиях на специальных установках, позволяющих возбудить лопатку в широком диапазоне частот.
Эти испытания проводятся для каждой лопатки, устанавливаемой на двигатель, и значения частоты записываются в дело двигателя.
Широкое распространение в заводских и опытно-конструкторских организациях получили испытания, при которых окончательно изготовленная лопатка зажимается за хвостовик, а к свободному концу прикладывается возмущающая сила, частота которой меняется в широком диапазоне. Возбуждение лопатки осуществляется электродинамическим возбудителем вибраций, широко распространенным в двигателестроении, или иным способом /С.В. Серенсен, М.Э. Гарф, В.А. Кузьменко. Динамика машин для испытаний на усталость. М.: Машиностроение, 1967 г./.
Сообщая лопатке вынужденные колебания сначала с небольшой частотой, затем повышая частоту, в определенный момент наблюдается явление резонанса - совпадение частоты возбуждающей силы (fвоз) с частотой собственных колебаний лопатки (fсоб), и соответствующая форма колебания. Зафиксированная наименьшая частота собственных колебаний лопатки называется частотой колебаний по 1-й изгибной форме (или по основному тону), при этом узловая линия располагается в корневой зоне. При дальнейшем повышении частоты возбуждающей силы будет наблюдаться явление резонанса (fвоз=fсоб) при колебаниях лопатки по 2-й изгибной форме с узловой линией в корневой и верхней части пера лопатки и т.д. /Г.С. Жирицкий, В.А. Стрункин. Конструкция и расчет на прочность деталей, паровых и газовых турбин. М.: Машиностроение, 1968 г., стр.111-113/.
Известен способ определения форм и частот собственных колебаний лопаток (определяемый для каждой лопатки, поставляемой на двигатель), включающий в себя установление лопатки в зажиме в горизонтальном положении с насыпанным на ее поверхности тонким слоем песка, возбуждение колебаний лопатки возмущающей силой, приложенной к свободному концу лопатки, до возникновения резонансных колебаний, когда песок будет сброшен со всех вибрирующих мест лопатки и оставаться на неподвижных линиях - узлах, что свидетельствует о совпадении частоты возбуждения с частотой собственных колебаний (fвоз=fсоб) при соответствующей форме колебаний лопатки, зафиксированной по виду песочных фигур, значение которой (fсоб) записывается в дело двигателя /Г.С. Скубачевский. Авиационные газотурбинные двигатели. М.: Машиностроение, 1969 г., стр.274-275/.
Однако существующий способ определения форм и частот собственных колебаний практически невозможно применить к лопаткам, имеющим на своей поверхности перфорационные охлаждающие отверстия. Такие типы лопаток, в основном рабочие лопатки турбин, все больше применяются в современных конструкциях авиационных двигателей.
При насыпании сухого песка на поверхность лопатки и ее возбуждении забиваются мелкие перфорационные отверстия, что приводит к нарушению системы охлаждения и невозможности использовать лопатки в эксплуатации.
Удаление песка (после определения форм и ЧСК) сжатым воздухом, промывкой или иным способом является чрезвычайно трудоемким процессом и требует повторного определения расходных характеристик каждой лопатки, чтобы убедиться в восстановлении системы охлаждения в полной мере. Эти технологические процедуры не всегда приводят к положительному результату (песок остается в системе охлаждения лопатки). В серийном производстве ~20% лопаток бракуется.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является достоверное определение форм и частот собственных колебаний лопаток, имеющих перфорационные охлаждающие отверстия на поверхности лопатки, при сокращении материальных затрат путем использования существующих лабораторных установок.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе экспериментального определения форм и частот собственных колебаний посыпается мелким песком поверхность лопатки до изготовления перфорационных охлаждающих отверстий, после чего лопатка возбуждается в горизонтальном положении, фиксируется по виду песочных фигур форма колебаний, определяется частота ее собственных колебаний, к которой вводится поправка на величину Δf.
Известно, что частота собственных колебаний обратно пропорциональна массе лопатки
Поэтому после изготовления отверстий в связи с уменьшением массы действительное значение частоты, которое записывается в дело двигателя, должно быть несколько больше (в зависимости от диаметра отверстий и их количества). Следовательно, полученную поправку Δf надо прибавлять к частоте лопатки без перфорации.
Поскольку экспериментальное определение частот лопаток имеет статистический разброс, величину поправки Δf необходимо определять в вероятностно статистическом аспекте.
С этой целью один раз для одинаковой конструкции лопатки по репрезентативной выборке (обычно 15-20 лопаток) перфорированных лопаток и лопаток без перфорации определяются средние значения частоты собственных колебаний и среднеквадратические отклонения, по которым вычисляются максимально возможные значения по каждой выборке:
Вычитая из уравнения (2) уравнение (3), получим
где Δf - максимально возможная разница между частотой собственных колебаний любой лопатки одинаковой конструкции с перфорацией и без перфорации,
Δfсред - разница в средних значениях частот собственных колебаний выборки лопаток с перфорацией и без перфорации,
Δσ - разница в среднеквадратических отклонениях частот собственных колебаний выборки лопаток с перфорацией и без перфорации.
Известно, что вероятность попадания случайной величины в интервал 3σ составляет 99,7%, поэтому достоверность определения поправки очень высока и полученные значения поправки Δf можно распространить на всю генеральную совокупность изготовляемых лопаток одинаковой конструкции.
Пример конкретного выполнения
Выборка частот собственных колебаний (ЧСК) по 20 рабочим лопаткам турбины с перфорационными охлаждающими отверстиями имела следующие значения:
σпер = 22 Гц - среднеквадратическое отклонение.
До изготовления охлаждающих отверстий эти же лопатки имели следующие значения:
σбез пер = 14 Гц - среднеквадратическое отклонение.
Тогда, согласно (4), величина поправки будет равна:
Δf=11+3·8=35 Гц.
Таким образом, чтобы получить действительное значение ЧСК окончательно изготовленной перфорированной лопатки и записать его в дело двигателя, к каждому полученному значению ЧСК лопатки без перфорации необходимо прибавлять 35 Гц.
Технико-экономическая или иная эффективность
Использование предлагаемого способа позволяет исключить отбраковку лопаток с перфорацией после определения их форм колебаний и частот собственных колебаний, проводить испытания на имеющемся на предприятиях оборудовании, что тем самым приводит к экономии материальных затрат.
Claims (1)
- Способ определения форм и частот собственных колебаний (ЧСК) рабочих лопаток газотурбинных двигателей, заключающийся в том, что каждую окончательно изготовленную лопатку (поставляемую на двигатель) закрепляют в зажиме за хвостовик в горизонтальном положении, наносят на ее поверхность тонким слоем песок и возбуждают колебания лопатки возмущающей силой, приложенной к свободному концу лопатки, до возникновения резонансных колебаний, когда песок будет сброшен со всех вибрирующих мест, кроме неподвижных линий-узлов, что свидетельствует о совпадении частоты возбуждения с частотой собственных колебаний лопатки (fвоз=fсоб) при соответствующей форме колебаний лопатки, зафиксированной по виду песочных фигур, значение которой (fсоб) и записывают в дело двигателя, отличающийся тем, что для лопаток, имеющих на своей поверхности перфорационные охлаждающие отверстия, определяют экспериментальным путем формы и частоты собственных колебаний 15-20 лопаток до и после изготовления перфорационных отверстий (репрезентативная выборка), определяют для этих выборок средние и среднеквадратические отклонения частот и вычисляют поправку Δf,
Δf=Δfсред+3·Δσ,
где
Δfcред - разница между средними значениями частот выборки лопаток после и до изготовления перфораций,
Δσ - разница между среднеквадратическими отклонениями частот выборки лопаток после и до изготовления перфораций,
которую прибавляют к частоте собственных колебаний каждой лопатки, (поставляемой на двигатель), полученной до изготовления перфораций на поверхности лопатки, и записывают суммарную величину частоты в дело двигателя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013111283/28A RU2531203C1 (ru) | 2013-03-14 | 2013-03-14 | Способ определения форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток газотурбинных двигателей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013111283/28A RU2531203C1 (ru) | 2013-03-14 | 2013-03-14 | Способ определения форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток газотурбинных двигателей |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013111283A RU2013111283A (ru) | 2014-09-20 |
RU2531203C1 true RU2531203C1 (ru) | 2014-10-20 |
Family
ID=51583524
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013111283/28A RU2531203C1 (ru) | 2013-03-14 | 2013-03-14 | Способ определения форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток газотурбинных двигателей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2531203C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4422333A (en) * | 1982-04-29 | 1983-12-27 | The Franklin Institute | Method and apparatus for detecting and identifying excessively vibrating blades of a turbomachine |
RU2240526C1 (ru) * | 2003-04-22 | 2004-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторострения им. П.И. Баранова" | Способ возбуждения и определения параметров колебаний лопаток турбомашин |
RU2402751C1 (ru) * | 2009-06-11 | 2010-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Способ диагностики вида аэроупругих колебаний рабочих лопаток осевой турбомашины |
RU108607U1 (ru) * | 2011-02-14 | 2011-09-20 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" | Установка для определения частот собственных колебаний лопаток турбины |
-
2013
- 2013-03-14 RU RU2013111283/28A patent/RU2531203C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4422333A (en) * | 1982-04-29 | 1983-12-27 | The Franklin Institute | Method and apparatus for detecting and identifying excessively vibrating blades of a turbomachine |
RU2240526C1 (ru) * | 2003-04-22 | 2004-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторострения им. П.И. Баранова" | Способ возбуждения и определения параметров колебаний лопаток турбомашин |
RU2402751C1 (ru) * | 2009-06-11 | 2010-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Способ диагностики вида аэроупругих колебаний рабочих лопаток осевой турбомашины |
RU108607U1 (ru) * | 2011-02-14 | 2011-09-20 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" | Установка для определения частот собственных колебаний лопаток турбины |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Г.С. Жирицкий, В.А. Стрункин, Конструкция и расчет на прочность деталей, паровых и газовых турбин, М., Машиностроение, 1968, стр. 111-113. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013111283A (ru) | 2014-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2566528T3 (es) | Procedimiento y sistema de caracterización de álabes de turbina | |
EP2476033B1 (de) | Modellbasiertes verfahren zur zustandsüberwachung von rotorblättern | |
CA2627788C (en) | Method for determining blade mistuning on integrally manufactured rotor wheels | |
EP2090886A2 (de) | Verfahren zur Optimierung der Spannungsverteilung bei Anwendungen akustischer Thermographie | |
CN113686489A (zh) | 一种半球谐振子质量不平衡缺陷的检测装置及方法 | |
RU2531203C1 (ru) | Способ определения форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток газотурбинных двигателей | |
JP6021790B2 (ja) | タービンロータの検査方法 | |
Ireneusz et al. | Preliminary signal filtering in Self-Excited Acoustical System for stress change measurement | |
Gillich et al. | Assessing corrosion damage from the natural frequency changes | |
Shinde et al. | Vibration analysis of cantilever beam with single crack using experimental method | |
RU2308687C2 (ru) | Способ определения собственных форм колебаний упругой конструкции | |
Di Maio et al. | A study of mechanical impedance in mechanical test rigs performing endurance testing using electromagnetic shakers | |
JP2002188955A (ja) | 不確定外力を利用した構造物の強度劣化検出法 | |
Gillaugh et al. | Strain gage ramifications on mistuning in as-manufactured models and experimental testing | |
RU2714535C1 (ru) | Способ вибрационных испытаний крупногабаритных деталей турбомашины | |
SU1048344A1 (ru) | Способ исследовани аэродинамической св зности колебаний лопаток плоской решетки в аэродинамическом потоке | |
Ratolikar et al. | Crack Detection for Various Loading Conditions in Beam Using Hilbert–Huang Transform | |
Bednarz et al. | Operational Modal Analysis method in the study of a bridge dynamics | |
Patil et al. | Experimental Investigation and Analysis of Circular Tile Cutter Using FEA and FFT | |
SU1758490A1 (ru) | Способ определени усталостной характеристики материала | |
RU2303774C1 (ru) | Способ обнаружения дефектов в материале упругой конструкции | |
KR20150033334A (ko) | 세라믹 쉘에 결합된 세라믹 코어의 결함검사방법 및 검사장치 | |
Kashivishvanathan et al. | Developing a Novel Approach for Crack detection through frequency analysis | |
RU2111485C1 (ru) | Способ контроля дефектности изделия | |
Jovanović et al. | Experimental determination of damaged location on thin plate using frequency measurement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210315 |