Способ вибрационных испытаний крупногабаритных деталей турбомашины Российский патент 2017 года по МПК G01M13/00 

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к способам воздействия вибрацией на элементы турбомашин, в частности для определения предела усталостной выносливости лопаток моноколеса компрессора турбомашины.

В качестве наиболее близкого аналога выбран способ вибрационных испытаний крупногабаритной детали, включающий подготовку детали и установку ее на вибростенд, регулирование возбуждающей частоты вибрации вибростенда до ее совпадения с собственной частотой колебания детали, воздействие на деталь вибрацией с резонансной частотой.

/SU 1315255, А1 МПК В24В 31/06, 07.06.1987/ - прототип.

Известный способ позволяет подвергнуть вибрации с резонансной частотой только отдельно взятое рабочее колесо турбомашины с установленными лопатками, в этом случае при обработке возможно разрушение сразу всех лопаток рабочего колеса.

Задачей заявленного изобретения является создание способа вибрации крупногабаритной детали, позволяющего исследовать предел усталостной выносливости конкретной лопатки или нескольких лопаток, установленных на колесе.

Ожидаемый технический результат - расширение возможностей по исследованию свойств крупногабаритных деталей при воздействии вибрации и снижение затрат на последующий ремонт и испытания.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что способ вибрационных испытаний крупногабаритных деталей турбомашины, включающий подготовку детали и установку ее на вибростенд, регулирование возбуждающей частоты вибрации вибростенда до ее совпадения с собственной частотой колебания детали, воздействие на деталь вибрацией с резонансной частотой, по предложению, для определения предела усталостной выносливости лопаток моноколеса компрессора турбомашины, при подготовке моноколеса и установке на вибростенд регулируют частоту собственных колебаний, по меньшей мере, одной его лопатки и возбуждающую частоту вибрации вибростенда до их совпадения, а воздействие на лопатку вибрацией с резонансной частотой производят при нагрузке, обеспечивающей в лопатке без разрушения, переменные, близкие к предельным, динамические напряжения в течение N-циклов нагружения, соответствующих материалу изготовления моноколеса. Совпадение частоты собственных колебаний, по меньшей мере, одной его лопатки и возбуждающей частоты вибростенда дополнительно обеспечивают путем демпфирования лопаток и/или нагружения грузами.

Такая реализация способа позволяет за счет предварительной подготовки крупногабаритной детали, в частности, моноколеса турбомашины при определении предела усталостной выносливости, довести до разрушения меньшее число лопаток и тем самым снизить затраты на ремонт, сохранив работоспособность большей части конструкции. При подготовке моноколеса турбомашины изменяют физические свойства лопаток такие, как массу или способность свободно колебаться под воздействием вибрации. При воздействии в течение N циклов нагружения, соответствующих материалу моноколеса, вибрацией минимум в одной лопатке обеспечиваются динамические напряжения, близкие к предельным.

Сущность настоящего изобретения поясняется фигурами 1-5.

На фиг. 1 представлено демпфирование всех лопаток моноколеса бандажной лентой, кроме одной, в которой при воздействии вибрации реализуются динамические напряжения, близкие к предельным.

На фиг. 2 представлено изменение массы всех лопаток моноколеса при помощи снабжения последних грузами, кроме одной, в которой при воздействии вибрации реализуются динамические напряжения, близкие к предельным.

На фиг. 3 представлено изменение массы одной лопатки моноколеса путем снабжения ее грузом для реализации в ней при воздействии вибрацией динамических напряжений, близких к предельным.

На фиг. 4 представлено демпфирование бандажной лентой и снабжение грузами всех лопаток моноколеса, кроме одной, в которой при воздействии вибрации реализуются динамические напряжения, близкие к предельным.

На фиг. 5 представлено демпфирование всех лопаток моноколеса бандажной лентой, кроме одной, которую снабжают грузом и в которой при воздействии вибрации реализуются динамические напряжения, близкие к предельным.

При определении предела усталостной выносливости лопаток моноколеса турбомашины, состоящего из выполненных зацело блиска и лопаток, проводят предварительную подготовку. Различные варианты подготовки моноколеса представлены на фиг. 1-5. Она заключается в изменении физических свойств минимум одной лопатки. Это осуществляется, например, снабжением одной лопатки грузом (фиг. 3), что изменяет ее собственную частоту колебаний относительно оставшихся, которые могут быть дополнительно задемпфированы, например, бандажной лентой (фиг. 5). Подготовленное моноколесо устанавливают на вибростенд. Производят регулировку вибростенда до совпадения возбуждающей частоты с частотой лопатки, на которую установлен груз, таким образом, чтобы максимальные динамические напряжения в ней были близки к предельным. Замер напряжений может осуществляться, например, при помощи тензодатчиков. Ожидаемые предельные динамические напряжения могут быть определены заранее, например, на образцах из материала моноколеса. Далее производят воздействие вибрацией на моноколесо в течение N циклов нагружения. Например, для сплавов на никелевой основе N=2⋅10⁷. При этом в лопатке, снабженной грузом, реализуются максимальные динамические напряжения, а в оставшихся - в несколько раз меньшие. В случае разрушения лопатки до реализации N циклов нагружения снабжают грузом другую лопатку, производят регулировку вибростенда, чтобы в ней реализовались меньшие максимальные динамические напряжения, чем в разрушенной, например, на 1 кгс/мм². После чего повторяют воздействие вибрацией на моноколесо в течение N циклов нагружения. При достижении N циклов нагружения останавливают испытания.

В случае достижения N циклов нагружения в первом испытании снабжают грузом другую лопатку, производят регулировку вибростенда, чтобы в ней реализовались большие максимальные динамические напряжения, чем в предыдущей, например, на 1 кгс/мм². Повторяют испытания до разрушения лопатки при количестве циклов нагружения менее N.

Для подтверждения полученного значения предела усталостной выносливости повторяют испытания еще для нескольких лопаток.

Реализация способа описанным выше образом позволяет определить предел усталостной выносливости лопаток на одном моноколесе, после воздействия вибрацией сохранить работоспособность большей его части и проводить восстановление или замену некондиционных лопаток (разрушившихся или подвергшихся воздействию максимальных динамических напряжений) по существующим ремонтным технологиям, например, сварка трением. После ремонта моноколесо может быть допущено для проведения дальнейших испытаний автономно или в составе турбомашины, что существенно снижает затраты на испытания.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к способам воздействия вибрацией на элементы турбомашин, в частности для определения предела усталостной выносливости лопаток моноколеса компрессора турбомашины. Способ включает подготовку детали и установку ее на вибростенд, регулирование возбуждающей частоты вибрации вибростенда до ее совпадения с собственной частотой колебания детали, воздействие на деталь вибрацией с резонансной частотой. При этом для определения предела усталостной выносливости лопаток моноколеса компрессора турбомашины, при подготовке моноколеса и установке на вибростенд, регулируют частоту собственных колебаний, по меньшей мере, одной его лопатки и возбуждающую частоту вибрации вибростенда до их совпадения. Воздействие на лопатку вибрацией с резонансной частотой производят при нагрузке, обеспечивающей в лопатке без разрушения переменные, близкие к предельным, динамические напряжения в течение N-циклов нагружения, соответствующих материалу изготовления моноколеса. Совпадение частоты собственных колебаний, по меньшей мере, одной его лопатки и возбуждающей частоты вибростенда дополнительно обеспечивают путем демпфирования лопаток и/или нагружения грузами. Технический результат заключается в сокращении подвергаемых разрушению числа лопаток и сохранении работоспособности большей части конструкции. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ вибрационных испытаний крупногабаритных деталей турбомашины, включающий подготовку детали и установку ее на вибростенд, регулирование возбуждающей частоты вибрации вибростенда до ее совпадения с собственной частотой колебания детали, воздействие на деталь вибрацией с резонансной частотой, отличающийся тем, что для определения предела усталостной выносливости лопаток моноколеса компрессора турбомашины, при подготовке моноколеса и установке на вибростенд, регулируют частоту собственных колебаний, по меньшей мере, одной его лопатки и возбуждающую частоту вибрации вибростенда до их совпадения, а воздействие на лопатку вибрацией с резонансной частотой производят при нагрузке, обеспечивающей в лопатке без разрушения переменные, близкие к предельным, динамические напряжения в течение N-циклов нагружения, соответствующих материалу изготовления моноколеса.

2. Способ вибрационных испытаний крупногабаритных деталей турбомашины по п. 1, отличающийся тем, что совпадение частоты собственных колебаний, по меньшей мере, одной его лопатки и возбуждающей частоты вибростенда дополнительно обеспечивают путем демпфирования лопаток и/или нагружения их грузами.