Способ определения сопротивления усталости колеса центробежного вентилятора

 

Использование: способы исследования сопротивления усталости центробежных турбомашин, в частности способы определения сопротивления усталости центробежных вентиляторов. Сущность изобретения: для испытаний лопатки в пакеты подбирают так, чтобы уровни дефектов их изготовления по пакетам распределялись равномерно, далее осуществляют усталостные испытания пакетов при симметричном цикле нагружения, находят по результатам испытаний среднее значение и дисперсию предела выносливости пакетов и определяют по ним параметры статистического распределения предела выносливости центробежного вентиляторного колеса. 5 ил.

Изобретение относится к способам исследования сопротивления усталости центробежных турбомашин, в частности к способам определения сопротивления усталости центробежных вентиляторов.

Известен способ определения сопротивления усталости лопаток, при котором в испытываемой лопатке создаются предварительные статические напряжения, например, за счет разности шага по верхним стыкующимся полкам и хвостовикам лопаток, собранным в пакет, а затем возбуждаются изгибные колебания. Такое асимметричное нагружение приближает условия испытаний к реальным условиям работы лопаток турбомашин.

Недостаток известного способа состоит в следующем. Не учитывается, что величина асимметрии цикла нагружения в реальной конструкции носит случайный характер. Например, на лопатках центробежных вентиляторов, приклепываемых к несущему и покрывному дискам, статические нагружения могут быть вызваны разностью по длине рядом расположенных лопаток, перекосом их отбуртовок и другими случайными дефектами изготовления. Причем влияние статических (сборочных) напряжений на предел выносливости центробежного вентиляторного колеса начинается с некоторого уровня этих напряжений σ_min. Поэтому статистическое распределение сборочных напряжений следует рассматривать как усеченное на интервале [σ_min, σ_max] . При определении предела выносливости конструкции необходимо учитывать плотность распределения сборочных напряжений в интервале [σ_min, σ_max] и вероятность попадания части лопаток в этот интервал. От этих факторов зависят значения предела выносливости конструкции и параметры его статистического распределения.

Целью изобретения является приближение условий испытания лопаток в пакетах к реальным условиям асимметричного нагружения лопаток в колесе.

Цель достигается тем, что в способе определения сопротивления усталости колеса центробежного вентилятора, заключающемся в испытаниях собранных в пакеты лопаток, на которых предварительно создают статические напряжения, а затем возбуждают симметричные изгибные колебания и по результатам испытаний определяют предел выносливости колес, лопатки для испытаний подбирают в пакеты с равновероятным распределением уровней дефектов их изготовления и по результатам испытаний определяют средние значение и дисперсию предела выносливости пакетов и по ним находят параметры статистического распределения предела выносливости центробежного вентиляторного колеса.

На фиг. 1 изображен пакет лопаток центробежного вентиляторного колеса; на фиг. 2 изображена лопатка центробежного вентиляторного колеса; на фиг. 3 изображен график плотности вероятностей распределения сборочных напряжений на центробежном вентиляторном колесе; на фиг. 4 изображен график плотности вероятности распределения сборочных напряжений на пакет лопаток центробежного вентиляторного колеса; на фиг. 5 изображен график плотности вероятности распределения предела выносливости лопаток центробежного вентиляторного колеса.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Собирается пакет из нескольких лопаток 1 (см. фиг. 1), причем средняя лопатка отличается от остальных по длине l₁ (см. фиг. 2) и по перекосу отбуртовок t= l₂-l₁. Как и на вентиляторном колесе, лопатки 1 пакета приклепываются к несущей 2 и покрывной 3 планкам заклепками 4. Пакет устанавливается на вибростенде 5 и подвергается изгибным колебаниям с амплитудой напряжений σ_a.

Сборочные напряжения на лопатках колеса σ_m^k имеют нормальное статистическое распределение со средним а₁ и дисперсией S₁², усеченное (фиг. 3) на интервале [σ_min, σ_max] .

Предел выносливости лопаток при симметричном цикле нагружения σ_-1имеет (фиг. 5) нормальное распределение со средним значением а₃ и дисперсией S₃².

По результатам испытаний пакетов определяются средние значения <σ_aⁿ> и дисперсия S предельных амплитуд пакетов, по которым подсчитываются параметры статистического распределения предела выносливости вентиляторных колес при случайной асимметрии цикла напряжений: средние значения <σ_a^k>= <σ_aⁿ> + Ψ (C - B) S₁ μS₃, где S₁²= (S -S²₃ )/ D, дисперсия S = λ S²₃+ Ψ²t₁S₁², где индексами К и П обозначены параметры, относящиеся к колесу и пакету; В, C, D, μ, λ, t₁ - коэффициенты, определяемые по имеющимся в литературе таблицам в зависимости от вероятного количества лопаток, на которых сборочные напряжения попадают в интервал [σ_min, σ_max] ; Ψ - коэффициент влияния асимметрии цикла.

Заявленный способ реализован при исследовании сопротивления усталости центробежных вентиляторных колес 2ТЭ10Л. Была изготовлена партия пакетов, содержавших по пять лопаток, средняя из которых имела дефект: разницу по длине с рядом расположенными лопатками или перекос отбуртовки t. Было подобрано равномерное распределение уровней дефекта по пакетам в диапазоне h= 0,4. . . 0,7 мм, t= 0,2. . . 0,7 мм. Усталостные испытания проведены на вибростенде ВЭДС-200 при амплитудах колебаний 0,6. . . 1,1 мм. Получено среднее значение предела выносливости в амплитудах колебаний 0,53 мм и среднее квадратическое отклонение 0,05 мм. Определены по приведенным зависимостям параметры статистического распределения предела выносливости вентиляторного колеса при случайной асимметрии цикла нагружения: σ_а^к= 0,532 мм, S= 0,074; 95% вероятные интервалы значений этих параметров соответственно 0,49. . . 0,57 и 0,053. . . 0,139. Для проверки достоверности полученных результатов были проведены испытания партии вентиляторных колес в сборе. Получены значения <σ_а^к>= 0,58; S= 0,071 при 95% вероятных интервалах 0,51. . . 0,65 и 0,045. . . 0,165. Хорошая сходимость результатов свидетельствует о точности и достоверности заявляемого способа.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВЕНТИЛЯТОРА, заключающийся в испытаниях собранных в пакеты лопаток, на которых предварительно создают статические напряжения, а затем возбуждают симметричные изгибные колебания и по результатам испытаний определяют предел выносливости колес, отличающийся тем, что, с целью приближения условий испытания лопаток в пакетах к реальным условиям асимметричного нагружения лопаток в колесе, лопатки для испытаний подбирают в пакеты с равновероятным распределением уровней дефектов изготовления, по результатам испытаний определяют среднее значение и дисперсию предела выносливости пакетов и по ним находят параметры статистического распределения предела выносливости центробежного вентиляторного колеса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5