Устройство для измерения связи потоком колебаний лопаток турбомашины Советский патент 1985 года по МПК G01M9/00 

Изобретение относится к испытаниям турбомашин, в частности к устройствам измерения связи потоком колебаний профилей лопаток в составе решетки турбомашины.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема блока поддержания амплитуд колебаний лопаток (ПАКЛ); на фиг. 4 - изменение аэродинамического декремента крутильных колебаний опорной лопатки от сдвига фаз совместных колебаний лопаток в решетке.

Устройство для измерения связи потоком колебаний лопаток содержит плоскую решетку из семи профилей лопаток 1, три тензодатчика 2, наклеенные на цилиндрических основаниях трех лопаток 1, установленных в центре решетки. Цилиндрические основания выполнены за одно целое с телами трех лопаток 1. Остальные лопатки (первая, вторая и шестая, седьмая) жестко закреплены своими торцами в поверхностях плоской решетки. Тензодатчики 2 подключены через усилители 3 (четырехканальную тензос.танцию) к регистратору 4 колебаний (осциллографу светолучевому двенадцатиканальному). Плоская решетка лопаток 1 расположена в рабочей части аэродинамической трубы, снаружи которой по обе стороны торцов плоской решетки установлены на виброизолированных опорах индивидуальные электромагнитные вибровозбудители 5 крутильных колебаний лопаток 1 (с третьей по пятую). Электромагнитные вибровозбудители 5, являющиеся последним звеном в каждой из цепей возбуждения колебаний лопаток 1, подключены параллельно к генератору 6 через цепи возбуждения последовательно включенных фазовращателей 7 и усилителей 8 мощности. Три индивидуальных регулятора 9 амплитуд колебаний лопаток 1 подсоединены к входам усилителей 8 мощности, а цепи управления регуляторов 9 - к выходам усилителей 3, соответствующим колеблющимся в решетке лопаткам 1.

В аэродинамической трубе 10 установлена решетка лопаток с торцовыми поверхностями 11. Вибровозбудители 5 имеют виброизолированные опоры 12. Вибровозбудитель центральной лопатки и вибровозбудители двух соседних лопаток расположены на противоположных торцах решетки. Каждый регулятор 9 амплитуд колебаний содержит (фиг. 4) регулирующие транзисторы 13 и последовательно им включенную микросхему 14 управления эмиттерным током транзисторов, а также регистрь 15 и конденсатор 16, включенные в базовую цепь транзисторов, резисторы 17 и конденсатор 18, включенные в коллекторную цепь транзисторов.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально возбуждают без подачи потока одновременные колебания трех центральных лопаток 1 с произвольно задаваемым, но одинаковым от лопатки к лопатке сдвигом фаз и одинаковыми амплитудами угловых перемещений. Для этого с выхода генератора 6 с частотой, отличной от собственных частот крутильных колебаний лопаток 1 (не более 0,1 Гц), подают переменное напряжение на входы трех фазовращателей 7, на выходе которых оно приобретает задаваемый одинаковый сдвиг фаз. Далее переменное напряжение, минуя транзитом невключенные регуляторы 9, попадает на входы усилителей 8 мощности, а с их выходов - на индивидуальные электромагнитные вибровозбудители 5, приводя лопатки 1 в одновременные, не связанные потоком колебания с заданным сдвигом фаз. Амплитуду угловых перемещений одновременных колебаний трех лопаток 1 при заданном сдвиге фаз замеряют по сигналам тензодатчиков 2, проходящим усиление в усилителях 3, регистратором 4 - светолучевым осциллографом, прошедшим предварительную тарировку отклонения светового луча от значения углового перемещения лопатки. Амплитуды угловых перемещений одновременных колебаний лопаток 1 доводят до одинакового уровня путем регулирования выходных напряжений на усилителях 8. Производят включение регуляторов 9 подачей постоянного напряжения Е от внешнего источника питания. При этом напряжения Uoc обратной связи с выходных каналов усилителей 3 через регуляторы устанавливают эмиттерный ток транзисторов 13, соответствующий колебаниям лопаток 1 с одинаковыми амплитудами.

Подают воздух. Он попадает в рабочую часть аэродинамической трубы 10 по направлениям, указанным на фиг. 2 и 3 с неизменными параметрами по фронту и высоте плоской решетки профилей, обтекая равномерно лопатки 1. Колеблющиеся лопатки 1 при этом упруго нагружаются потоком. Возникшая связь потоком колеблющихся лопаток 1 приводит к аэроупругому энергообмену между лопатками 1, стремящемуся создать разноамплитудность их одновременных колебаний. Этому препятствуют регуляторы 9 путем подачи напряжений UQC обратной связи, изменяющих эмиттерный ток транзисторов и тем самым напряжения эмиттерных возбуждений колебаний лопаток 1.

Связь потоком крутильных колебаний лопаток 1 в составе плоской решетки оценивают количественно с помощью декремента колебаний, определяемого после мгновенного срыва напряжения электромагнитного возбуждения на усилителе 8 в цепи опорной лопатки, по записи на фотобумагу регистратора 4 - светолучевого осциллографа виброграммы затухающих колебаний опорной лопатки 1 от начального значения амплитуды, которое одинаково для всех трех колеблющихся лопаток. Регуляторы 9 поддерживают неизменными амплитуды колебаний соседних лопаток по отношению к опорной при записи виброграммы затухания на последней во всем диапазоне задаваемых сдвигов фаз совместных колебаний лопаток 1 рещетки от О до . Декрементом колебаний лопатки при потоке оценивают аэроупругую связь с учетом всех видов рассеяния энергии (аэродинамического, в конструкционных сочленениях, в материале) , а разностью декрементов колебаний опорной лопатки 1 в потоке и без потока - связь только потоком колебаний лопаток 1 турбомашины в составе плоской решетки. При этом регуляторы 9 поддерживают одинаковыми амплитуды колебаний трех лопаток до срыва электромагнитного возбуждения опорной лопатки как в потоке, так и без потока.

На фиг. 4 приняты следующие обозначения: А - измеренные аэродинамические декременты SQ., полученные при колебаниях трех лопаток с разноамплитудностью 2%, Б - трех лопаток с разноамплитудностью колебаний 35%, В - двух лопаток с разноамплитудностью 20%, Г - двух лопаток с разноамплитудностью 2%.

В связи с интенсивным энергообменом между лопатками в плоской рещетке турбо-мащины при их одновременном колебании в потоке .изменение амплитуды колебаний одной из лопаток влечет за собой изменение амплитуд колебаний соседних лопаток и, в частности, той опорной, по вибропрограмме которой определяется декремент колебаний - энергетическая характеристика связи потоком совместных колебаний лопаток. Использование индивидуальных регуляторов 9 в,цепях возбуждения колебаний лопаток таким образом, что каждый усилитель 8 мощности управляется сигналом, поступающим с выхода усилителя 3 в цепь возбуждения от соответствующих упруго колеблющихся в- потоке лопаток, позволяет поддерживать неизменным уровень амплцтуд колебаний неустойчивой в потоке системы из трех лопаток до мгновенного срыва колебаний на опорной лопатке, а также определять аэродинамический декремент после срыва колебаний на центральной опорной лопатке при неизменном уровне амплитуд

О колебаний двух соседних лопаток решетки. Это повышает точность измерения связи потоком колебаний лопаток турбомашины. При этом большая точность измерений достигается в устройстве при наличии 7 решетг ки турбомашины свойств автоколебаний лопаток, например, типа решеточный флаттер.

Отрицательное аэродемпфирование (режим решеточного флаттера, соответствующий наибольшей вибронапряженности лопаток) можно получить и измерить в компрессорной решетке при сдвиге фаз в диапазоне 1/6-2/3. лишь при первоначальной разноамплитудности (перед срывом электромагнитного возбуждения опорной лопатки) всех колеблющихся лопаток до 5-7%, что обеспечивается применением индивидуальных блоков ПАКЛ к системе трех центральных колеблющихся лопаток рещетки. В силу сравнительно слабой связи потоком крутильных колебаний лопаток решетки

0 (аэродинамический декремент крутильных колебаний лопаток компрессорной решетки в 4-10 раз меньше аэродинамического декремента изгибных или тангенциальных колебаний лопаток той же решетки) оптимальное число крутильно колеблющихся лопаток

в устройстве, работающем по предлагаемому способу измерения, равно 3. При наличии трех одновременно колеблющихся лопаток, имеющих слабую связь потоком колебаний, в устройстве принято двухстороннее расположение индивидуальных электромагнитов (индивидуальный электромагнит опорной лопатки установлен с верхнего торца решетки, а двух соседних лопаток с нижнего торца решетки), что позволяет свести до минимума взаимные электромагнитные наводки, влияющие на точность измерения.

A-A

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СВЯЗИ ПОТОКОМ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТОК ТУРБрМАШИНЫ, содержащее плоскую решетку лопаток, установленную в потоке, тензодатчики, закрепленные на цилиндрических основаниях лопаток, подключенные через усилительные преобразователи сигналов датчиков к регистратору колебаний, и вибровозбудители крутильных колебаний каждой лопатки, подключенные к генератору колебаний через фазоврашате.ш и усилители мощности, отличающееся тем, что. с целью новыщения точн()сти, оно снабжено регуляторами амплитуд колебаний по крайней мере трех центральных лопаток решетки, управляющие в.ходы которых подключены к выходам усилительных преобразователей сигналов соответствхющих датчиков, причем фазовращатели, рсм-уляторы амплитуд и усилители мощности соединены последовательио. i 2., Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вибровозбудитель центральной лопатки (Л и вибровозбудители двух соседних лопаток расположены на противоположных торп.ах решетки. со О5

17/7 i5

15

иг.2

E

-o