СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК Советский патент 1968 года по МПК F01D5/16 

Предлагаемый сиособ оиределения частотных характеристик рабочих лоиаток с бандажными связями для турбомашин рекомендуется для расчета лопаток последних ступеней мощных турбоагрегатов тепловых электростанций.

Известны способы определения частотных характеристик рабочих лопаток с припаянными бандажными связями путем возбуждения колебаний лопаток на неработающей турбине и измерения спектра частот, например, с помощью пьезощупа и осциллографа. Лопатки последних ступеней мощных турбин обычно прощивают бандажными связями, которые не припаиваются к лопаткам. В зависимости от соотнощения возмущающего усилия потока, которое не поддается расчету, и центробежных сил бандажных связей лопатки могут проскальзывать относительно бандажей. При этом демпфирование колебаний должно оказаться больщим, а вибрационное напряжение лопаток сравнительно малым, и отстройка лопаток от резонанса не имеет существенного значения. Если величина возмущающего усилия недостаточна или бандажи заедает в отверстиях лопаток, проскальзывание не происходит. Тогда демпфирование колебаний лопаточного аппарата сравнительно невелико, и единственный способ повышения его надежности заключается в отстройке лопаток от

резонанса. Поскольку частотная характеристика лопаток может изменяться во времени и не исключено их попадание в резонанс при неблагоприятной форме вибраций, необходимо регулярно определять частотные характеристики этих лопаток.

Предлагаемый способ позволяет определять частотные характеристики для лопаток с незакрепленными связями на неработающей турбине.

Его особенность заключается в том, что связи прижи: 1ают к стенкам лопаток в местах прохода их через отверстия в лопатках при помощи струбцин с переменной массой и измеряют частоту колебаний системы лопаток с бандажами и струбцин1ами для не менее двух значений массы струбцин. Затем строят зависимость частот от функции радиуса-вектора и массы указанной системы и линейной экстраполяцией находят искомую частоту колебаний системы при массе струбин, равной нулю.

Описываемый способ снятия частотных характеристик базируется на следующих соображениях.

Обычно лопатки с незакрепленными связями имеют щахматное или кольцевое располол ение. Это позволяет в первом приближении представить лопаточный аппарат в виде кругового кольца, изгибные колебания которого зависят от его массы, радиуса-вектора центра тяжести, момента инерции и числа узловых диаметров. (т, л Z/, О, где /-частота колебаний, т-масса, г-радиус-вектор, у-момент инерции, i-число узловых диаметров. Центробежными силами бандажи отжимаются в отверстии, тогда как при неподвижном положении ротора они могут провисать. При помощи струбцин, стягивающих бандал и между собой, создают условия, идентичные условиям прижатия центробежными силами. Но в этом случае искажается конфигурация лопаточного аппарата и может существенно измениться частота колебаний. Поэтому должны быть приняты меры, при которых бандалш были бы , а дополнительная масса стяжки была бы равна нулю. Исходя из структуры выражения для частоты изгибных колебаний кольца, можно уравнение (1) представить в виде: -, г, У где m-масса системы, состоящей из лопатки, бандажей, струбцины и дополнительных грузов, обеспечивающих переменность массы струбцин. Если допустить, что изменение моментов инерции системы при переходе от одной серии опытов к другой и по сравнению с моментом инерции системы, состоящей из лопаток и бандажей, несущественное, то в уравнении (2) останутся лищь две независимые переменные Для одного и того же числа узловых диаметровДля удобства вместо уравнения (4) можно воспользоваться следующим выражением: где G-вес рассматриваемой системы. Зависимость (5) имеет линейный характер, если в качестве переменной величины принять 1/чг . Частоту колебаний лопаточного аппарата с прижатыми к лопатке бандажными связями, но при нулевом дополнительном грузе, можно определить путем надежной экстраполяции уравнения (5) до значения частоты f при значениях г и G, соответствующих колебаниям лопаток с бандажными связями без струбцин. Линейная экстраполяция уравнения (5) является наиболее надельной, причем линейность сохраняется во всем диапазоне рабочих частот колебаний. Это свидетельствует о том, что изменение моментов инерции лопаточного ап парата с добавочными грузами и без них существенно не меняет частоты колебания системы. На фиг. 1 схематически изображена струбцина для прижатия бандажей к лопаткам; на фиг. 2 - зависимость чистоты колебаний системы лопаток, бандажей и струбцин от велич, l/r2G для различных з1Н:а,чений числа узловых диаметров i, рассчитанная опытным путем. Струбцина состоит из болта 1, загнутого на одном конце для захвата внутреннего бандажа 2 и имеющего нарезку на другом конце, ленты 3 для захвата наружного бандажа 4, гайки 5 для затяжки бандажей и груза 6, изменяющего массу струбцины и фиксируемого на ней гайками 7. Поскольку частота колебаний в зависимости от усилия затяжки возрастает лищь до определенного предела, то последовательными затял ками гаек добиваются независимости частоты колебаний от величины затяжки. После этого определяют спектр частот колебаний. По окончании этой серии измерений на болт / насал ;ивают груз 6, выполненный, например, в виде щайбы, и вторично определяют спектр частот колебаний. Аналогично можно провести третью серию измерений, для чего на болт 1 насаживают два груза 6. Результаты измерений обрабатывают. Опыты были проведены на экспериментальной установке и на турбине типа ПВК-200. Были применены аналогичные струбцины, установленные между каждыми двумя лопатками. Таким образом, число струбцин было равно числу лопаток. Вес струбцины составил 7,5о/о от веса активной части лопатки. Кроме того, опыты были проведены с одним и с двумя дополнительными грузами. Вес струбцины с этими грузами составил соответственно 14 и 210/0. Из графика (см. фиг. 2) видно, что искомая зависимость при различных числах узловых диаметров является линейной. Таким образом, очевидно, что момент инерции системы мало изменяется при наличии указанных добавочных грузов. Это предположение тем более правомерно, чем меньщую долю от общей массы лопатки составляет добавочный груз. Таким образом, частота колебаний лопаток с прижатыми бандал ами найдется на пересечении прямых с ординатой при соответствующей весу лопатки с бандажами на длине, равной щагу и радиусу-вектору этих элементов. Предмет изобретения

для турбомашин путем возбуждения колебаний лопаток на неработающей турбине и измерения спектра частот, например, с помощью пьезошупа и осциллографа, отличающийся тем, что, с пелью снятия частотных характеристик для лопаток с незакрепленными свя.зями, последние прижимают к стенкам лопаток в местах прохода их через предусмотрен:ные в лопатках отверстия при помощи струбцпн с переменной массой, измеряют значение частот колебаний системы лопаток с бандажами и струбцинами для не менее двух значений массы струбцин, строят зависимость частот от функции радиуса-вектора и массы указанной системы, а затем линейной экстраполяцией находят искомую частоту колебаний лопаток с незакрепленными бандажами при массе струбцин, равной нулю.

, 1

Риг