Способ определения частотных характеристик

 

220985

ОПИСАН И Е

ИЗОБР ЕТЕ НИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

1Яс,,.... „ тткт;=:;

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 14.Vill.1965 (№ 1029049/24-6) Кл. 14с, 11/03

421, 21/01 с присоединением заявки №

Приоритет

МПК F 01d

G 01пп йомитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 620.178.53:621. .165-253.5 (088.8) Опубликовано 01 Vll.1968. Вюллепень № 21

Дата опубл иковасвия описания 10.IX.1968

Автор изобретения

Заявитель

Р. Л. Зайдельман

Всесоюзный теплотехнический научно-исследовательский институт им. Ф. Э. Дзержинского

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

РАБОЧИХ ЛОПАТОК С БАНДАЖНЫМИ СВЯЗЯМИ

ДЛЯ ТУРБОМАШИН

Предлагаемый способ определения частотных характеристик рабочих лопаток с бандажными связями для турбомашин рекомендуется для расчета лопаток последних ступеней мощных турбоагрегатов тепловых электростанций.

Известны способы определения частотных характеристик рабочих лопаток с припаянными бандажными связями путем возбуждения колебаний лопаток на неработающей турбине и измерения спектра частот, например, с помощью пьезощупа и осциллографа. Лопатки последних ступеней мощных турбин обычно прошивают бандажными связями, которые не припаиваются к лопаткам. В зависимости от соотношения возмущающего усилия потока, которое не поддается расчету, и центробежных сил бандажных связей лопатки могут проскальзывать относительно бандажей. При этом демпфирование колебаний должно оказаться большим, а вибрационное напряжение лопаток сравнительно малым, и отстройка лопаток от резонанса не имеет существенного значения. Если величина возмущающего усилия недостаточна или бандажи заедает в отверстиях лопаток, проскальзывание не происходит. Тогда демпфирование колебаний лопаточного аппарата сравнительно невелико, и единственный способ повышения его надежности заключается в отстройке лопаток от резонанса. Поскольку частотная характеристика лопаток может изменяться во времени и не исключено»х пог адание в резонанс при неблагоприятной форме вибраций, необходи5 мо регулярно определять частотные характеристики этих лопаток.

Предлагаемый способ позволяет определять частотные характеристики для лопаток с незакрепленными связями на неработающей

10 тур бин е.

Его особенность заключается в том, что связи прижимают к стенкам лопаток в местах прохода их через отверстия в лопатках при помощи струбцин с переменной массой и из15 меряют частоту колебаний системы лопаток с бандажами и струбцинами для не менее двух значений массы струбцин. Затем строят зависимость частот от функции радиуса-вектора и массы указанной системы и линейной экстра20 поляцией находят искомую частоту колебаний системы при массе струбин, равной нулю.

Описываемый способ снятия частотных характеристик базируется на следующих соображениях.

25 Обычно лопатки с незакрепленными связями имеют шахматное или кольцевое расположение. Это позволяет в первом приближении представить лопаточный аппарат в виде кругового кольца, изгибные колебания которого

30 зависят от его массы, радиуса-вектора центра

220985 тяжести, момента инерции и числа узловых диаметров.

f ср(т, r, у,i), (1)

5 где f — частота колебаний, m — масса, r †радиус-вектор, у †моме инерции, i — число узловых диаметров.

Центробежными силами бандажи отжимаются в отверстии, тогда как при неподвижном положении ротора они могут провисать. При помощи струбцин, стягивающих бандажи между собой, создают условия, идентичные условиям прижатия центробежными силами.

Но в этом случае искажается конфигурация лопаточного аппарата и может существенно измениться частота колебаний. Поэтому должны быть приняты меры, при которых бандажи были бы отжаты, а дополнительная масса стяжки была бы равна нулю.

Исходя из структуры выражения для частоты изгибных колебаний кольца, можно уравнение (1) представить в виде:

f=y(,i, у (2) г /m где m — масса системы, состоящей из лопатки, бандажей, струбцины и дополнительных грузов, обеспечивающих переменность массы струбцин.

Если допустить, что изменение моментов инерции системы при переходе от одной серии опытов к другой и по сравнению с моментом инерции системы, состоящей из лопаток и бандажей, несущественное, то в уравнении (2) останутся лишь две независимые переменные (3) 40

Для одного и того же числа узловых диаметров

45 (4) Для удобства вместо уравнения (4) можно воспользоваться следующим выражением: (5) 55 где G — вес рассматриваемой системы.

Зависимость (5) имеет линейный характер, если в качестве переменной величины принять

1/ч - )/ .

Частоту колебаний лопаточного аппарата с 60 прижатыми к лопатке бандажными связями, но при нулевом дополнительном грузе, можно определить путем надежной экстраполяции уравнения (5) до значения частоты f npu значениях г и 6, соответствующих колебаниям 65 лопаток с бандажными связями без струбцин.

Линейная экстраполяция уравнения (5) является наиболее надежной, причем линейность сохраняется Во всем диапазоне рабочих частот колебаний. Это свидетельствует о том, что изменение моментов инерции лопаточного аппарата с добавочными грузами и без них существенно не меняет частоты колебания системы.

На фиг. 1 схематически изображена струбцина для прижатия бандажей к лопаткам; на фиг. 2 — зависимость чистоты колебаний системы лопаток, бандажей и струбцин от величины 1/г б для различных значений числа узловых диаметров i, рассчитанная опытным путем.

Струбцина состоит из болта 1, загнутого на одно» конце для захвата внутреннего бандажа 2 и имеющего нарезку на другом конце, ленты 8 для захвата наружного бандажа 4, гайки 5 для затяжки бандажей и груза б, изменяющего массу струбцины и фиксируемого на ней гайками 7.

Поскольку частота колебаний в зависимости от усилия затяжки возрастает лишь до определенного предела, то последовательными затяжками гаек добиваются независимости частоты колебаний от величины затяжки. После этого определяют спектр частот колебаний. По окончании этой серии измерений на болт 1 насаживают груз б, выполненный, например, в виде шайбы, и вторично определяют спектр частот колебаний. Аналогично можно провести третью серию измерений, для чего на болт 1 насаживают два груза б.

Результаты измерений обрабатывают.

Опыты были проведены на экспериментальной установке и на турбине типа ПВК-200.

Были применены аналогичные струбцины, установленные между каждыми двумя лопатками. Таким образом, число струбцин было равно числу лопаток. Вес струбцины составил

7,50/р от веса активной части лопатки. Кроме того, опыты были проведены с одним и с двум я дополнительными грузами. В ес струбцины с этими грузами составил соответственно 14 и 21О/р.

Из графика (см. фиг. 2) видно, что искомая зависимость при различных числах узловых диаметров является линейной. Таким образом, очевидно, что момент инерции системы мало изменяется при наличии указанных добавочных грузов, Это предположение тем более правомерно, чем меньшую долю от общей массы лопатки составляет добавочный груз.

Таким образом, частота колебаний лопаток с прижатыми бандажами найдется на пересечении прямых с ординатой при соответствующей весу лопатки с бандажами на длине, равной шагу и радиусу-вектору этих элементов.

Предмет изобреп ения

Способ определения частотных характеристик рабочих лопаток с бандажными связями

220985

0500

0450

r Â

0400 фиг. 2

Составитель И. Бакланова

Редактор П. И. Шлайн Текред А. А. Камышннкова Корректор T. Ф. Старостина

Заказ 2692 4 Тираж 530 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам нзобретс. ии и открытий при Совете Министров ГССР

Москва, центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2 для турбомашин путем возбуждения колебаний лопаток на неработающей турбине и измерения спсктра частот, например, с помощью пьезощупа и осциллографа, отличаюшайся тем, что, с целью снятия частотных характеристик для лопаток с незакрепленными связями, последние прижимают к стенкам лопаток в .; естах прохода их через предусмотренные в лопатках отверстия при помощи струбцин с переменной массой, измеряют значение частот колебаний системы лопаток с бандажами и струбцинами для не менее двух значений массы струбцин, строят зависимость ча5 стот от функции радиуса-вектора и массы указанной системы, а затем линейной экстраполяцией находят искомую частоту колебаний лопаток с незакрепленными бандажами при массе струбцпн, равной нулю.