close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Экспериментальные исследования расстройки параметров моделей рабочих колес газотурбинных двигателей..pdf

код для вставкиСкачать
Механика и машиностроение
УДК 534.1:539.3
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАССТРОЙКИ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛЕЙ
РАБОЧИХ КОЛЕС ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
© И.Н. Рыжиков1
Иркутский государственный технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Представлены результаты численных и экспериментальных исследований расстройки параметров моделей рабочих колес ГТД. Эксперимент проходил на базе Института механики твердого тела Дрезденского технического
университета. Численные исследования проводились с использованием программного пакета BLADIS+ и программного комплекса ANSYS. Установлено, что даже сравнительно небольшая расстройка может привести к
значительной локализации колебаний и расслоению частот. Разработаны рекомендации по порядку расположения расстроенных лопаток в колесе.
Ил. 12. Табл. 4. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: рабочее колесо; частоты и формы колебаний; расстройка параметров; локализация колебаний.
EXPERIMENTAL STUDIES OF PARAMETER MISTUNING OF GTE BLADED DISK MODELS
I.N. Ryzhikov
Irkutsk State Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article presents the results of numerical and experimental studies of parameter detuning of GTE bladed disk models.
The experiment has been conducted at the Institute of Solid Mechanics of Dresden University of Technology. Numerical
studies with the application of the software package BLADIS+ and software ANSYS show that even insignificant mistuning can cause a considerable localization of vibrations and frequency stratification. Recommendations are given on the
localization order of detuned blades on a disk.
12 figures. 4 tables. 3 sources.
Key words: bladed disk; frequencies and mode shapes; parameter mistuning; localization of vibrations.
Введение. Рабочие колеса современных турбомашин должны удовлетворять жестким требованиям к
уровням резонансных частот колебаний. Расстройка
параметров рабочих колес является одним из важных
факторов, которые могут оказывать значительное
влияние на эти уровни. Причины расстройки параметров (неидентичности секторов) рабочего колеса могут
быть разные. Чаще всего это небольшие отличия лопаток в геометрии, характеристиках материала, условиях закрепления лопаток в замках и бандаже, а также
расстройки, возникшие в процессе эксплуатации. В
большинстве случаев при анализе колебаний расстройку не учитывают, представляя рабочее колесо
как конструкцию со строгой циклической симметрией.
Однако, как показывают исследования некоторых авторов, даже 1%-ное отклонение в массе лопатки колеса может привести к увеличению динамических
напряжений при колебаниях на 20% в результате локализации колебаний [1, 2].
Натурный эксперимент является основным способом получения данных, необходимых для подтверждения достоверности результатов расчета, проверки
их точности. В связи с этим экспериментальное исследование влияния расстройки параметров различных видов на свободные колебания рабочих колес
является актуальной задачей.
Оборудование и подготовка эксперимента. С
целью установления достоверности результатов численных исследований колебаний циклически симметричных конструкций с расстройкой параметров, проведенных с помощью разработанных методов, алгоритмов и программ, описанных в [3], был подготовлен
и проведен эксперимент по анализу колебаний модельных рабочих колес с расстройкой параметров.
Эксперимент проводился в лаборатории Института
механики твердого тела Дрезденского технического
университета.
Для измерения вибрационных характеристик использовался лазерный сканирующий виброметр PSV400, принцип работы которого основан на эффекте
Доплера. Прибор измеряет сдвиг частоты отраженного
от вибрирующей поверхности лазерного луча и вычисляет мгновенные значения виброскорости и виброперемещения. Основное преимущество такого виброметра в том, что он позволяет быстро и точно измерять механические вибрации конструкции, полностью
исключая проблемы нагружения поверхности датчиками. Виброметр обладает возможностями измерений
2
как мелких (мм ), так и крупногабаритных конструкций
2
(м ) в диапазоне частот до 20 МГц и диапазоне вибро-
___________________________
1
Рыжиков Игорь Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры машиностроительных технологий и материалов,
тел.: 89500610243, e-mail: rin111@list.ru
Ryzhikov Igor, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Engineering Technologies and Materia ls,
tel.: 89500610243, e-mail: rin111@list.ru
ISSN 1814-3520
ВЕСТНИК ИрГТУ №12 (95) 2014
53
Механика и машиностроение
скоростей до 20 м/с. В состав оборудования входят:
высокочувствительная моторизованная лазерная головка, цветная видеокамера с автоматической фокусировкой и 72-кратным увеличением, новейший промышленный компьютер со специальным программным
обеспечением.
Схема измерения параметров вибрации показана
на рис.1. Модели рабочих колес представляли собой
плоские крыльчатки с центральным отверстием, вырезанные на высокоточной лазерной установке из листа
стали толщиной 2 мм. Модели имели четное (6) и нечетное (7) количество лопаток. Были изготовлены 4
вида моделей с разной длиной лопаток (рис. 2). Для
чистоты эксперимента было изготовлено по 5 экземпляров каждой модели, каждый экземпляр был тща-
тельно измерен с помощью электронного штангенциркуля (рис. 3, табл. 1, 2).
Проведено 2 вида измерений с разными способами возбуждения колебаний модели: с помощью электромагнитного шейкера и однократным выведением
модели из равновесия (легким ударом) с помощью
специального молотка (modal hammer).
При возбуждении колебаний с помощью электромагнитного шейкера модель крепилась по внутреннему отверстию с помощью толстых алюминиевых шайб
на шейкере (рис. 4). Электронный блок (рис. 5) генерировал сигнал в диапазоне 0–100 Гц, сигнал передавался на шейкер, подвижная часть которого оказывала воздействие на модель с переменной силой, возбуждая ее колебания с частотой сигнала.
Рис. 1. Схема измерения параметров вибрации
Рис. 2. Модели рабочих колес
54
ВЕСТНИК ИрГТУ №12 (95) 2014
ISSN 1814-3520
Механика и машиностроение
Расстройка вводилась путем присоединения к периферийной части лопаток отрезков магнитной ленты
с разной массой (рис. 11). Масса каждого отрезка измерялась на электронных весах с точностью до 0,001
г.
Рис. 3. Измеряемые параметры
Таблица 1
Модель
1
2
3
4
5
Модель с 6-ю лопатками
a, мм
b, мм
34,39…34,43 12,70…12,72
34,39…34,45 12,67…12,71
34,43…34,45 12,67…12,74
34,40…34,45 12,69…12,71
34,40…34,45 12,67…12,74
Модель
1
2
3
4
5
Модель с 7-ю лопатками
a, мм
b, мм
34,41…34,44 12,64…12,73
34,40…34,46 12,64…12,75
34,41…34,46 12,63…12,72
34,41…34,46 12,65…12,70
34,39…34,44 12,66…12,73
d, мм
1,97…1,99
1,98…1,99
1,98…1,99
1,99
1,97…1,99
Рис. 4. Электромагнитный шейкер
Таблица 2
d, мм
1,94…1,99
1,95…1,98
1,96…1,98
1,97…1,99
1,94…1,98
При возбуждении колебаний с помощью молотка
(рис. 6) модель была закреплена по внутреннему отверстию на жестком основании.
Лазерная головка виброметра фиксировала
виброскорости и виброперемещения точек колеблющейся модели (рис. 7). При помощи специального программного обеспечения на мониторе компьютера
можно наблюдать формы колебаний модели (в виде
изолиний, цветных полей в сочетании с анимацией),
соответствующие определенным собственным частотам (рис. 8).
Проведение эксперимента. Первым шагом было
измерение моделей без расстройки. Проведенные
измерения показали, что погрешности изготовления и
закрепления моделей повлияли на их колебания незначительно и модели практически симметричны
(рис. 9).
Результаты эксперимента хорошо согласуются с
результатами расчетов в программах ANSYS и
BLADIS+ (табл. 3, рис. 10). Следовательно, мы можем
утверждать, что данные модели можно использовать
для анализа влияния расстройки параметров на колебания.
ISSN 1814-3520
Рис. 5. Электронный блок
Рис. 6. Молоток modal hammer
ВЕСТНИК ИрГТУ №12 (95) 2014
55
Механика и машиностроение
Рис. 9. Модель без расстройки
Рис. 7. Лазерный виброметр
Рис. 8. Результат измерения
Вначале дополнительная масса присоединялась
только к одной из лопаток колеса. Результаты измерений показали, что даже небольшая масса (менее 0,2
г) вносит заметные изменения в спектр частот и формы колебаний модели. Например, на 2-й форме
наблюдается значительная локализация колебаний,
когда колеблется только одна лопатка, а остальные
практически неподвижны (рис. 12).
Форма
f1
f2
’
f2
f3
’
f3
Таблица 3
Собственные частоты колебаний одной из моделей с 6-ю лопатками
Эксперимент, Гц
ANSYS, Гц
BLADIS+, Гц
85,219
88,220
86,710
86,975
88,274
86,726
87,250
88,274
86,726
92,375
90,268
89,007
92,094
90,268
89,007
f1
56
Также были исследованы 2 случая, когда дополнительная масса присоединялась ко всем 7-и лопаткам колеса. В первом случае величина дополнительной массы равномерно увеличивалась от 0 до 1,2 г в
окружном направлении от лопатки к лопатке (0-0,2-0,40,6-0,8-1,0-1,2). Во втором случае масса в окружном
направлении менялась «пилообразно» (0-0,2-1,0-0,61,2-0,4-0,8). Сравнение результатов показало, что в
первом случае наблюдается значительная локализация колебаний в отличие от второго случая. Также для
первого случая различие в частоте для парных форм
колебаний более значительное, чем для второго
(табл. 4).
Выводы. Анализ результатов проведенных экспериментальных исследований позволяет сделать
следующие выводы:
1. Даже незначительная расстройка может существенно изменить спектр частот колебаний рабочего колеса, привести к значительному «расслоению»
частот парных форм.
f2 = f3
Рис. 10. Результаты расчета в ANSYS
ВЕСТНИК ИрГТУ №12 (95) 2014
ISSN 1814-3520
Механика и машиностроение
Рис. 11. Введение расстройки в модель
Рис. 12. Локализация колебаний на 2-й форме
Таблица 4
Формы колебаний модельного рабочего колеса
Форма
Вариант 1
Вариант 2
f1
79,844
80,031
f2
81,75
82,032
’
f2
83,0625
82,344
f3
88,7188
89,219
’
f3
90,313
90,094
f4
96,719
96,6875
’
f4
98,938
98,9375
2. Даже незначительная расстройка приводит к
значительному изменению форм колебаний и появлению локализации, когда значительно увеличивается
амплитуда колебаний только одной лопатки при неподвижных остальных.
3. Для уменьшения вредного влияния расстройки целесообразно подбирать лопатки колеса по весу
таким образом, чтобы их масса в окружном направлении менялась по «пилообразному» закону.
Статья поступила 24.11.2014 г.
Библиографический список
1. Ewins, D.J. Bladed Disc Vibration – A Review of Techon Vibrations in Rotating Machinery, 12–14 September, 2000.
niques and Characteristics. Proc. Inst. Mech. Engineers., Inter3. Нгуен Динь Дыонг, Рыжиков В.И. Исследование влияния
national Conference of Recent Advances in Structural Dynamрасстройки параметров рабочих колес турбомашин на их
ics, Southampton, UK, 1980. Р. 187–210.
свободные колебания // Вестник Иркутского государственно2. Petrov, E.P. and Ewins, D.J. Optimal Search for Worst
го технического университета, Иркутск: Изд-во ИрГТУ. №4
(44). 2010. С. 22–26.
Mistuning Patterns in Mistuned Bladed Discs Based on Largescale Finite Element Models. Seventh International Conference
УДК 621.923.1
ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ АБРАЗИВНЫМ КРУГОМ
NORTON VITRIUM ПО КРИТЕРИЮ ШЕРОХОВАТОСТИ
© Я.И. Солер1, В.К. Нгуен2
Иркутский государственный технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрен процесс чистового шлифования плоских деталей из инструментальных сталей кругом NORTON
VITRIUM, критерием качества изготовления которых принята шероховатость. Режущие способности абразивных
кругов не представляется возможным охарактеризовать детерминированной величиной. В связи с этим анализ
работы круга и шлифуемости быстрорежущих пластин, пуансонов и матриц холодной штамповки проведен с
привлечением непараметрического метода статистики, который в условиях нарушений гомоскедастичности и
нормальности распределений повысил точность прогнозирования мер положения и рассеяния шероховатости.
___________________________
1
Солер Яков Иосифович, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения, тел.: (3952) 405459,
e-mail: solera@istu.irk.ru
Soler Yakov, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology, tel .:
(3952) 405459, e-mail: solera@istu.irk.ru
2
Нгуен Ван Кань, аспирант, тел.: 89642218129, e-mail: nguyenvancanh.istu.vn@mail.ru
Nguyen Van Canh, Postgraduate, tel.: 89642218129, e-mail: nguyenvancanh.istu.vn@mail.ru
ISSN 1814-3520
ВЕСТНИК ИрГТУ №12 (95) 2014
57
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
3 294 Кб
Теги
экспериментальной, колесо, двигателей, рабочий, pdf, расстройки, моделей, исследование, газотурбинные, параметры
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа