Способ испытания турбомашин Советский патент 1980 года по МПК G01M15/00 

(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ТУРБОМАШИН

.. I

Изобретение относится к способам испытаний турбомашин, в частности к исследованию их вибраций.

Известны способы испытания турбомашин путем определения возмущающих аэродинамических сил, основанные на измерениях пульсаций газового потока til. При этом интенсивность, частота и фаза возмущающей аэродинамической силы , определяются методами спектрального j анализа (например, разложением в ряд Фурье). Поскольку процесс изменения возмущающей силы носит Полигармоническкй ха,р актер, то определение прежде Bcefo фазы ее изменения осуществляется ,5 с невысокой точностью.

Известен также способ испытания турбомашин путем бесконтактного определения амплитуды резонансных колебаний о лопаток при изменении скорости вращения ротора с помощью по крайней мере одного импульсного датчика, размещенного на корпусе турбомашины 2.

Однако этот способ позволяет измерять только амплитуду резонансных копебаний лопатсж, вызванных возмущающей силой с частотой, кратной частоте вращения ротора турбомашины, а не параметры возмущающей сильт.

Цель изобретения - обеспечение возможности определения расположения источников возмущающей силы колебаний лопаток.

Поставленная цель достигается тем, что импульсный датчик перемещают на корпусе по окружности в плоскости, перпендикулярной оси турбомашины, и фиксируют его положение в местах максимального отклонения концов рабочих лопаток.

На фиг. 1 показана зависимость амплитуды А лопатки от скорости вращения и) ротора; на фиг. 2 - изменение сдвига фаз Ч по Ц); на фиг. 3 - смйц& ние лопатки от нейтрального положения в зависимости .от угла поворота (Х ; на фиг. 4 - зависимость возм тнающей силы Р от угла ( ; на фиг. 5 - зависимость.

И зменения временного интервала t конца попаток от иО,

В бопыцинстве случаев резонансные колебания лопаток возбуждаются внешними периодическими силами, источниками которых Являются пульсации потока, вызываемые лопатками неподвижных аппаратов (спрямляющих, направляющих, сопловых) или различными препятствиями в газовоздушном тракте (стойками, спи- JQ цами, стабилизаторами, трубопроводами и т. д.).

Одной из основных особенностей резонансных колебаний является равенство частоты собственных колебаний произве- jj дению частоты вращения ротора на число источников возмущения. При этом сдвиг фаз между перемещением и возмущ&ющей силой в момент резонанса равен точно 9О®

Отсюда ясно, что если известен закон 20 изменения перемещений лопатки, совершающей вынужденные резонансные колебания, то в этом случае может быть определено и изменение возмущающей силы по окружности корпуса и найдено расположение 25 источников возмущения. Очевидно, что источники возмущения колебаний лопаток будут располагаться в точках, где мгновенная амплитуда колебаний лопатки в момент резонанса равна нулю, или точно посере- 30 дине между положениями лопатки, в которых мгновенная амплитуда достигает своих экстремальных значений.

Пусть лопатка совершает гармонические вынужденные колебания, зависимость jj амплитуды А которых по скорости вращения ротора UU приведена на фиг. 1. В момент резонанса, т. е. при uj величина сдвига фаз М равна ,4-. В общем случае положение этой кривой (т. е.. на- Q чало отсчета угла сХ ) неизвестно, но при резонансе по окружности укладывается число волн, в точности равное числу источников возмущения этих колебаний. Поскольку при резонансных, колебаниях45

сдвиг фаз между воз лущающей силой и перемешением раЬен я то величина основной гармоники возмущающей силы Р, вызвавшей данные колебания лопатки, меняется по закону, графически приведен- Q ному на фиг. 4. Источник же возмущаю. щей силы будет располагаться в радиальной плоскости, проходящей через дочку 1 на окружности рабочего колеса.

Для определения положения точки 155

необходимо зафиксировать точки 2 и 3 по окружности рабочего колеса. Очевидно, точка 1 расположена точно посередине между точками 2 и 3. Из графика, представле.нного на фшч 2 ясно, что именно в точках 2 и 3 величина смещения конца лопатки при колебаниях достигает своих экстремалылых значений.

Если расположить первоначально на окружности корпуса рабочего колеса в произвольной точке 4 импульсный дат чик и производить измерения перемещени конца лопатки при изменении оборотов ротора турбомашины, то зависимость изменения временного интервала, характеризующего перемещения конца лопатки, будет иметь вид кривой 6, приведенной на фиг. 5. Перемещая при следующих измерениях датчик по окружности, получим в положениях датчика, характеризуемых точками 2 и 3, кривые 6 и 7, где перемещения в момент резонанса достигают своих максимально возможных значений.

Таким образом,,последовательность операций при использовании предлагаемого способа сводится к следующему:

-при прохождении резонансного режима работы измеряются максимальные значения временных интервалов, характеризующих перемещения конца лопатки при различных положениях импульсного датчика, расположенного на окружности корпуса турбомашины;

-фиксируются положения датчика, при которых достигаются экстремальные значения перемещений конца лопатки

-угол между этими положениями делится пополам и полученная точка задает положение радиальной плоскости, в которой расположен источник возмущения.

Изобретение применимо для определения расположения источников возмущающей силы колебаний лопаток турбомашин. Экспериментальные исследования показали возможность выявления источников возмущения..

Изобретение позволяет упростить процесс испытания турбомашин.

Формула изобретения

Способ исглтания турбомашин путем бесконтактного определения амплитуды резонансных колебаний лопаток при изменении скорости вращения ротора с помощью по крайней мере одного импульсного датчика, размещенного на корпусе турбомашины, отлич ающ и и с я тем, что, с иелью обеспечения возможности определения расположения источников возмутцаюшей силы кол баний попаток, импульсный датчик перемещают на корпусе по окружности в плоскости, перпендикулярной оси турбомашины, и фиксируют его положение в местах максимального отклонения концов рабочих лопаток.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Самойлович Г. С. Нестационарное обтекание и аэроупругие колебания решеток турбомашин. .М., Наука, 1975,

с. 355.

2.Забпоикий И. Е. и др. Бесконтактные измерения колебаний лопаток Турбомашин. М.; Машиностроение 1977,

с. 1бО.

CnocoS определении параметров сипы