Установка для динамических испытаний рабочих колес турбомашин Советский патент 1982 года по МПК G01M13/00 

,(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ РАБОЧИХ КОЛЕС ТУРБОМАШИН

12

Изобретение относится к машиностроению и, в частности, к установкам для испытания рабочих колес турбомашин на прочность.

Известна установка для динамических испытаний колес турбомашин, содержащая рабочую камеру и привод,, соединенный с колесом. Камера соединена с магистралью подвода воздуха и с атмосферой Однако при таком выполнении испытания на прочность достаточно трудоемки и не достигается высокая точность полученных результатов.

Известна также установка для динамических испытаний рабочих колес турбомашин, содержащая теплоизолированную рабочую камеру с впускным и выпускным патрубками, последний из которых расположен в периферийной зоне камеры и снабжен дроссельной заслонкой, и остановленное в камепе испытуемое..оабочее колесо с диском и расположенными на нем лопатками 2.

Однако установка недостаточно полно обеспечивает необходимые условия испытания для всего рабочего колеса турбомашины в целом, т.е. для диска и рабочих лопаток одновременно. В реальных условиях, например.

в турбине газотурбинного двигателя рабочие лопатки имеют температуру на 100-200С большую, чем температура обода диска. В известной установке достижение требуемой температуры рабочих лопаток обязательно приведет к перегреву обода диска и исчерпанию им несущей способности вследствие перегрева.

Целью изобретения является приближение условий испытания к натурным,

Указанная цель достигается тем, что по обе .-стороны колеса у периферии диска установлены уплотнения, разделяющие рабочую камеру на центральную и кольцевую периферийную секции, а впускной патрубок размещен в зоне периферийной секции и снабжен дроссельной заслонкой.

На (Ъиг. 1 схематично представлена установка для динамических испытаний колес турбомашины, на фиг. 2 - график кривых распределения температуры в рабочем колесе по радиусу для трех случаев.

Установка содержит теплоизолированную рабочую камеру 1 с впускным и выпускным патрубками 2 и 3, последний из которых расположен в периферийной зоне камеры 1 и снабжен дроссельной заслонкой 4. В камере 1 установлено испытуемое рабочее колесо 5с диском б и расположенными на нем лопатками 7. По обе стороны испы туемого колеса 5 у периферии диска 6 установлены уплотнения 8 и 9, разделяющие рабочую камеру 1 на центральнуюи кольцевую периферийную секции 10и 11, а впускной патрубок 2 раз мещен в зоне периферийной секции 11 и снабжен дроссельной заслонкой 12. По обе стороны рабочего колеса 5 установлены на общем валу 13 привод (не показан) вспомогательные диски 14 и 15, совместно с уплотнениями 8 и 9 изолирующие периферийную секцию 11от центральной секции 10., Установка работает следующим образом. При испытании рабочее колесо 5 вращают с заданной частотой вращения при закрытых дроссельных заслон ках 4 и 12. При этом воздух, находя щийся в секции 11 при атмосферном давлении, увлекается во вращение ло патками 7 колеса 5 и разогревается от трения о лопатки 7 колеса 5 и стенки периферийной секции 11 рабочей камеры 1. Воздух в центральной секции 10 камеры 1 почти не нагревается, ввид изоляции ее от периферийной секции. Рабочее колесо 5 также нагревает ся. Так как .нагреваются в основном только лопатки 7 колеса 5, расположенные в периферийной секции 11 камеры 1, то диск б нагревается путем контактной теплопроводности от нагретых лопаток 7 через их хвостовики. При этом между периферией диска 6и хвостовиками лопаток 7 устанавливается температурный перепад, характерный для реальных условий рабо ты рабочего колеса 5 в турбомашине. При испытании рабочего колеса 5 (фиг. 2) в предлагаемой установке температура (сплошная линия) лопато гораздо ближе к реальной температуре (штрих-пунктирная линия), чем в установке без разделения камеры 1 (прерывистая линия) при одинаковой температуре диска. Изменение температуры диска 6 и лопаток 7 при данной частоте вращения производится путем открытия,, дроссельных заслонок 4 и 12. При их открытии холодный воздух поступает в периферийную секцию 11 камеры 1 через впускной патрубок 2, а горячи воздух выходит через впускной патру бок 3, Поток холодного воздуха охлажлает лопатки 7. При этом уменьшается соответственно и температура периферии диска 6, так как охлаждаются и хвостовики лопаток 1. Изменяя величину открытия дроссельных заслонок 4 и 12, можно изменять температуру лопаток 7 и диска 6 рабочего колеса 5 в широких пределах, вплоть до полного их охлаждения. Таким образом, установка позволяет проводить прочностные испытания (латурных рабочих колес осевых ком- прессоров и турбин газотурбинных двигателей (ГТД) в поле центробежных сил при температурах, максимально приближенных к реальным на работающем двигателе. При этом диск и лопатки рабочего колеса имеют близкие к реальным температуры одновременно, что особенно важно при проведении циклических испытаний рабочих колес, так как при этом воспроизводится близкое к реальному напряженно-деформированное состояние замковых соединений лопаток с диском. Установка позволяет также проводить исследования статической и динамической прочности рабочих лопаток турбины ГТД в различных экстремальных условиях механического и термического нагружения без перегрева замкового соединения в ободе диска, что, в свою очередь, позволяет значительно увеличить время испытаний. Формула изобретения Установка для динамических испытаний рабочих колес турбомашин, содержащая теплоизолированную рабочую камеру с впускным и выпускным патрубками, последний из которых расположен в периферийной зоне камеры и снабжен дроссельной заслонкой, и установленное в камере испытуемое рабочее колесо с диском и расположенными на нем лопатками, отличающаяся тем, что, с целью приближения условий испытания к натурным, по обе стороны испытуемого колеса у периферии диска установлены уплотнения, разделяющие рабочую камеру на центральную и кольцевую периферийную секции, а впускной патрубок размещен в зоне периферийной секции и снабжен дроссельной заслонкой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 165332, кл. G 01 М 13/00, 1955. 2.Авторское свидетельство СССР № 800768, кл. G 01 М 13/00, 1979.

V7

500

7dff т

ffffff

иг.г