Способ испытания на прочность элемента обода лопаточного диска турбомашины

 

Изобретение относится к турбомашиностроению, в частности к способам испытания лопаточных дисков турбомашин на прочность. Способ заключается в том, что в двух соседних пазах4 элемента обода диска 1 размещают имитаторы 3 лопаток, ширина хвостовой части которых превышает длину межпазового выступа 2, при этом каждый имитатор располагают так, чтобы выступающие с обеих сторон обода его части были равны друг другу, прикладывают к выступающим хвостовым частям каждого имитатора осевое усилие, равное центробежной силе лопатки и межпазового выступа, имитируют окружающую составляющую силы газового потока путем приложения нагрузки к элементу обода диска под углом к оси межпазового выступа, причем к расположенным по одну сторону обода выступающим хвостовым частям каждого имитатора прикладывают совпадающие по направлению с соответствующими осевыми усилиями дополнительные равные по величине нагрузки , имитируя осевую составляющую силы газового потока, и одновременно осуществляют приложение к перу каждого имитатора лопатки многоцикловой вибрационной нагрузки . 1 з п.ф-лы, 5 ил. СО с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 N 3/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4779875/28 (22) 09.01.90 (46) 15.06,92. Бюл. г в 22 (71) Запорожский машиностроительный институт им.В.Я.Чубаря (72) А.Г.Сахно, В.К.Яценко, В.И.Благовещенский и С,Б,Михайлов (53) 620.178 (088.8) (56) Авторское свидетел bcTBQ. СССР

N 1114916, кл. G 01 N 3/08, 1984. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТА ОБОДА ЛОПАТОЧНОГО

ДИСКА ТУРБОМАШИНЫ (57) Изобретение относится к турбомашиностроению, в частности к способам испытания лопаточных дисков турбомашин на прочность. Способ заключается в том, что в двух соседних пазах 4 элемента обода диска

1 размещают имитаторы 3 лопаток, ширина хвостовой части которых превышает длину ме>кпазового выступа 2, при этом каждый. Ж«, 1741008 А1 имитатор располагают так, чтобы выступающие с обеих сторон обода его части были равны друг другу, прикладывают к выступающим хвостовым частям. каждого имитатора осевое усилие, равное центробежной силе лопатки и межпазового выступа, имитируют окружающую составляющую силы газового потока путем приложения нагрузки к элементу обода диска под углом к оси межпазового выступа, причем к расположенным по одну сторону обода выступающим хвостовым частям каждого имитатора прикладывают совпадающие по направлению с соответствующими осевыми усилиями дополнительные равные по величине нагрузки, имитируя осевую составля ющую сил ы газового потока, и одновременно осуществ- 3 ляют приложение к перу каждого имитатора лопатки многоцикловой вибрационной нагрузки. 1 з.п,ф-лы, 5 ил.

1741008

Изобретение относится к турбомашиностроению, в частности к способам испытания лопаточных дисков турбомашин на прочность, Известен способ испытания лопаточ- 5 ных дисков турбомашин, заключающийся s том, что к элементу обода диска или к модельному образцу прикладываются усилия, имитирующие в основании окружные напряжения во вращающемся диске за счет 10 изгиба образца через элементы передачи усилия от испытательной машины.

Однако такой способ не воспроизводит радиальных усилий и контактных напряжений в соединении. 15

Известен способ испытания лопаточных дисков турбомашин путем приложения усилий к элементу обода диска, имеющему пазы для размещения лопаток и межпазовые выступы, с помощью имитаторов хво- 20 стовиков лопаток и захватов, Однако известный способ не позволяет воспроизводить эксплуатационную нагру>кенность от действия на межпазовый выступ окружных и радиальных напряжений и 25 крутящего момента, вызванного несоосностью осей паза и вращения диска.

Наиболее близким к предлагаемому является способ испытания лопаточных дисков турбомашин на прочность путем 30 приложения усилий к элементу обода диска, имеющему пазы для размещения лопаток и межпазовые выступы, заключающийся в том, что прикладывают усилия к соседним пазам с величиной, равной центробежной 35 силе двух лопаток и межпазового выступа, и к торцам элемента обода. При этом вдиске воспроизводится необходимая величина соотношения радиальных и окружных напряжений, контактные напряжения и крутящий 40 момент.

Однако известный способ не учитывает нагрузки на межпазовый выступ от возбуждения резонансных колебаний лопаток при определенных режимах работы турбомаши- 45 ны и от действия на лопатки осевой составляющей газодинамических сил потока.

Цель изобретения — приближение условий испытания лопаточных дисков турбомашин к эксплуатационным. 50

Указанная цель достигается тем, что согласно способу испытания лопаточных дисков турбомашин на прочность путем приложения усилий к элементу обода диска, имеющему пазы для размещения лопаток и 55 межпазовые выступы, заключающемуся в приложении к соседним пазам усилий с величиной, равной центробежной силе двух лопаток и межпазового выступа, в двух соседних пазах элемента обода размещают имитаторы лопаток, ширина хвостовой части которых превышает длину межпазового выступа, при этом каждый имитатор располагают так, чтобы выступающие с обеих сторон обода его части были равны одна другой, прикладывают к хвостовым частям каждого имитатора осевое усилие, равное центробежной силе лопатки и межпазового выступа, имитируют окружную составляющую силы газового потока путем приложения нагрузки к элементу обода диска под углом к оси межпазового выступа, причем к расположенным по одну сторону обода выступающим xBQGTQBI,IM частям каждого имитатора прикладывают совпадающие по направлению с соответствующими осевыми усилиями дополнительные равные по величине нагрузки, имитируя осевую составляю.щую силы газового потока, и одновременно осуществляют приложение к перу каждого имитатора лопатки многоцикловой вибрационной нагрузки, Использование имитатора лопаток с хвостовиками более широкими, чем длина межпазового выступа, позволяет имитировать равнодействующую изгибающих моментов, возникающих от воздействия осевой и окружной составляющих газодинамической силы, предусматривая независимость имитации этих составляющих, а также воспроизводить воздействие многоцикловой вибрационной нагрузки, возникающей в результате колебаний двух соседних лопаток, возбуждаемых газовым потоком, не искажая при этом формы изгибных колебаний, с частотами, близкими к действительным.

На фиг.1 показана схема нагружения элемента обода диска в осевой плоскости; на фиг.2 — сечение А-А на фиг.1 (схема нагружения элемента обода диска в диаметральной плоскости); на фиг.3 — вид Б на фиг.1 (схема появления крутящего момента на межпазовом выступе за счет действия несоосных сил); на фиг,4 — схема устройства для реализации способа; на фиг.5 — вид В на фиг,4, Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит элемент 1 обода диска с межпазовыми выступами 2 и имитаторами 3 лопаток, установленными в соседних пазах 4 элемента 1 обода диска и выступающими за его боковые поверхности (фиг.1, 2 и 3), при этом каждый имитатор 3 располагается так, чтобы выступающие с обеих сторон обода его части были равны одна другой. Элемент 1 обода диска с установленными в пазах 4 имитаторами 3 лопаток, на периферии которых крепятся пакеты

5 пластин электротехнической стали, монтируется к общей плите б с помощью планок 7

1741008

20

30

55 и 8 (фиг.4), причем установка элемента 1 обода производится со смещением оси межпазового выступа 2 в окружном направлении относительно предполагаемого центра вращения диска. Устройство также включает в себя расположенные симметрично относительно середины элемента 1 обода рычаги 9 на шарнирных опорах 10, установленные на общей плите 6, самоустанавливающиеся сегментные опоры 11 и 12, размещенные в передней части каждого из рычагов 9, соединенных шарнирными стержнями 13 через упругие элементы 14 и регулировочные гайки 15 с приводами 16 (механическими или гидравлическими) поступательного перемещения, и снабжено электромагнитами 17 с обмоткой переменного тока (фиг.5), прикрепленными к установленным на плите 6 штативным стойкам

18 и сориентированными своими торцами каждый параллельно плоскости соответствующего имитатора 3 лопатки. Кроме того, устройство содержит механизмы 19 вертикального перемещения рычагов 9 (фиг.4 и 5).

Способ испытания на прочность элемента обода лопаточного диска турбомашины осуществляется следующим образом.

С помощью механизмов 19 и регулировочных гаек 15 придают рычагам 9 положение, обеспечивающее контакт самоустанавливающихся сегментных опор

11 с краями оснований хвостовиков имитаторов 3 лопаток, выступающих за боковые поверхности элемента 1 обода диска, устанавливают рычаги 9 в горизонтальное рабочее положение и таким образом прикладывают предварительное усилие к соседним лазам 4 элеме",òà 1 обода, причем за счет установки элемента 1 обода со смещением оси межпазовог выступа в окружном направлении относительно предполагаемого цет; эа вращения диска приложение нагрузки к ементу обода происходит под углом к оси межпазового выступа, что воспроизводит имитацию окружной составляющей газодинамических сил, действующих на лопатки. Устанавливают требуемые для возбу>кдения колебаний имитаторов 3 лопаток воздушные зазоры между плоскостью пакетов 5 пластин электротехнической стали и параллельными им торцами электромагнитов 17, питаемых переменным током, частота которого изменяется звуковым генератором до совпадения с частотой собственных колебаний имитаторов 3 лопаток, Включают приводы 16 поступательного перемещения, которые воздействуют через упругие элементы 14, шарнирные старжни 13, рычаги 9 и самоустанавливающиеся сегментные опоры 12 и 11 на хвостовики имитаторов 3 лопаток и таким образом прикладывают к соседним пазам 4 усилия с величиной, равной центробежной силе двух лопаток и межпазового выступа, при этом к расположенным по одну сторону обода выступающим хвостовым частям имитаторов

3 соответствующим рычагом 9 прикладывают большее усилие, имитируя дополнительную нагрузку на межпазовый выступ от изгибающего момента, вызываемого действием на лопатки осевой составляющей газодинамических сил. Причем дополнительное усилие создают путем соответствующей настройки одного из приводов 16 поступательного перемещения, Предлагаемый способ позволяет воспроизводить в основании межпазового выступа необходимые величины радиальных и окружных напряжений от действия центробежных сил и равнодействующей изгибающих моментов, возникающих от воздействия как осевой, так и окружной составляющих газодинамической силы, дополнительные напряжения от взаимодействия совершающих колебания соседних лопаток с межпазовым выступом, контактные напряжения, действующие на контактные поверхности паза, крутящий момент М и дополнительную переменную составляющую +. Л Мк крутящего момента, возникаюшую в результате колебаний лопаток, поскольку в элементе 1 обода диска сохраняется наклонное расположение паза по отношению к боковым поверхностям элемента и на межпазовый выступ действуют постоянные F и переменные +.ЛГ несоосные усилия, вызывающие его закрутку, Величина, соотношение и периодичность усилий, прикладываемых к элементу обода диска, задаются по программе, причем соотношение фаз и частот колебаний соседних имитаторов лопаток может регулироваться смещением пакета пластин электротехнической стали вдоль имитаторов лопаток и соответствующей регулировкой электромагнитов. Испытания ведутся до появления трещины, до достижения трещиной определенной величины или до полного разрушения образца.

Использование изобретения позволит приблизить условия испытаний лопаточных дисков турбомашин к эксплуатационным, Предлагаемый способ позволяет оценивать эффективность конструктивных и технологических мероприятий, направленных на повышение сопротивления усталости элементов обода диска, частично заменить дли1741008

30

40

Рыси b по3ернуто тельные или эквивалентно-циклические испытания дисков в составе турбомашин.

Формула изобретения

1. Способ испытания на прочность элемента обода лопаточного диска турбомашины, имеющего пазы для размещения лопаток и межпазовые выступы, заключающийся в том, что размещают имитаторы ло-. паток в двух соседних пазах элемента обода, прикладывают к каждому имитатору осевое усилие, равное центробежной силе лопатки и межпазового выступа и имитируют окружную составляющую силы газового потока путем приложения нагрузки к элементу обода диска под углом к оси межпазового выступа, отличающийся тем, что, с целью приближения условий испытания к эксплуатационным путем имитации осевой составляющей силы газового потока, используют имитаторы лопаток, ширина хвостовой части которых превышает длину межпазового выступа, каждый имитатор размещают в пазу так, чтобы выступаю5 щие с обеих сторон обода его части были равны одна другой, приложение осевого усилия, равного центробежной силе лопатки и межпазового выступа, осуществляют к выступающим хвостовым частям каждого

10 имитатора и прикладывают дополнительные равные по величине нагрузки к расположенным по одну сторону обода выступающим хвостовым частям соответствующих имитаторов, а направления допол15 нительных нагрузок совпадают с направлениями соответствующих осевых усилий.

2. Способ по п,1, отличающийся .тем, что прикладывают к имитаторам лопа20 ток многоцикловую вибрационную нагрузку.

1741008

1741008

13

Саста в и тел ь А. Сахно

Редактор Л.Веселовская Техред М,Моргентал Корректор M.Êåðåöìàí

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 2080 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5