Способ диагностики флаттера лопаток рабочего колеса в составе осевой турбомашины



Способ диагностики флаттера лопаток рабочего колеса в составе осевой турбомашины
Способ диагностики флаттера лопаток рабочего колеса в составе осевой турбомашины

 


Владельцы патента RU 2525061:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" (RU)

Изобретение относится к энергомашиностроению и представляет собой способ диагностики флаттера лопаток рабочего колеса в составе осевой турбомашины на заданном рабочем режиме. Изобретение основано на том, что увеличение длины лопатки при флаттере вследствие высоких амплитуд колебаний приводит не только к уменьшению радиального зазора, но и к касанию лопаток о внутреннюю поверхность корпуса турбомашины. Нанесение истираемого покрытия на внутренний корпус турбомашины и контроль характерных особенностей его износа позволит диагностировать наличие или отсутствие флаттера лопаток на данном режиме, а также определить диаметральную форму колебаний, по которой реализовался флаттер. Технический результат заключается в повышении надежности и снижении трудоемкости процесса диагностики флаттера рабочих лопаток турбомашин.1з.п.ф-лы, 2ил.

 

Изобретение предназначено для использования в энергомашиностроении и может найти широкое применение при создании систем диагностики осевых турбомашин в авиации и энергомашиностроении.

Известно, что флаттер (автоколебания) лопаток является одним из самых опасных видов колебаний лопаток, который возникает с большим уровнем вибрационных напряжений в лопатках и часто приводит к поломкам лопаток. Для повышения надежности работы и предупреждения разрушения турбомашины, а также для выработки эффективных защитных мероприятий весьма важно своевременное диагностирование флаттера лопаток.

Известен способ диагностики колебаний лопаток рабочего колеса осевой турбомашины, основанный на дискретно-фазовом методе, позволяющий определять деформационное состояние каждой лопатки рабочего колеса турбомашины [Заблоцкий И.Б., Коростелев Ю.А., Шипов Р.А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. М.: Машиностроение, 1977, стр.23-27]. Сущность способа заключается в измерении временных интервалов между импульсами корневого и периферийного датчиков, их сопоставлении с геометрическим положением конкретной лопатки в колесе в определенные моменты времени и соответствующей интерпретации полученных значений.

Недостатками данного способа являются его трудоемкость и невозможность определения номеров диаметральных форм колебаний, по которым реализуется флаттер лопаток.

Известен также способ, основанный на измерении декрементов колебаний лопаток в процессе приближения режима работы турбомашины к границе автоколебаний [Сачин В.М., Шатохин А.Г. Исследование декрементов связанных аэроупругих колебаний рабочего колеса компрессора. Труды ЦИАМ №1064, 1983, с.187-202]. Данный способ характеризуется недостаточной эффективностью и надежностью, так как декременты колебаний лопаток в данном случае определяются в предположении стационарности процесса, хотя в действительности при подходе к границе автоколебаний процесс заведомо нестационарный.

Наиболее близким из известных по технической сущности и достигаемым результатам является способ диагностики флаттера [Хориков А.А. Исследование колебаний лопаток компрессоров датчиками измерения радиального зазора. Авиационно-космическая техника и технология №8 (55), Харьков, 2008, с.77-81], основанный на использовании датчика измерения величины радиального зазора и определении диагностической частоты флаттера рабочих лопаток в спектре пульсаций потока при дросселировании турбомашины. Момент возникновения флаттера фиксируют по наличию в спектре сигнала с датчика радиального зазора гармонического сигнала хотя бы на одной из диагностических частот, равных сумме частоты собственных колебаний и частоты вращения колеса, умноженной на номер диаметральной формы колебаний, т.е.

f д = f л ± m f р , ( 1 )

где m - номер диаметральной формы колебаний, fл - частота колебаний лопаток, fр - частота вращения ротора.

Недостатком данного способа, как и предыдущего, является невысокая надежность диагностики флаттера, так как состояние, при котором соотношение (1) может иметь место, может возникать не только при флаттере лопаток рабочего колеса, но и при других видах колебаний, например при срывных колебаниях [Хориков А.А., Данилкин С.Ю., Мазикина Т.И., Чистякова Е.М. Исследование широкохордных рабочих лопаток компрессоров в условиях срывного обтекания. Авиационно-космическая техника и технология №9 (56), Харьков, 2008. с.52-57]. Кроме того, вследствие высокого уровня амплитуд колебаний естественно-закрученных лопаток происходит увеличение длины лопатки и становится возможным касание торцов лопаток о датчик измерения радиального зазора, что также снижает надежность диагностики флаттера. К тому же конструкторские доработки, включая сверление отверстий под установку датчика зазора, требуют дополнительных затрат и уменьшают прочность корпуса турбомашины.

В основу изобретения положено решение задачи повышения надежности и снижения трудоемкости процесса диагностики флаттера рабочих лопаток турбомашин.

Изобретение основано на том, что увеличение длины лопатки при флаттере вследствие высоких амплитуд колебаний приводит не только к уменьшению радиального зазора, но и к касанию лопаток о внутреннюю поверхность корпуса турбомашины. Нанесение истираемого покрытия на внутренний корпус турбомашины и контроль характерных особенностей его износа позволит диагностировать наличие или отсутствие флаттера лопаток на данном режиме, а также определить диаметральную форму колебаний, по которой реализовался флаттер. В процессе экспериментальных исследований флаттера лопаток, проведенных на компрессорах авиационных двигателей, неоднократно наблюдались характерные признаки износа истираемого покрытия.

Поставленная задача решается тем, что реализуют способ диагностики флаттера рабочего колеса в составе осевой турбомашины на заданном рабочем режиме. Способ характеризуется тем, что на внутреннюю поверхность корпуса турбомашины в зоне вращения рабочего колеса наносят истираемое покрытие, толщину которого устанавливают исходя из отсутствия радиального зазора между торцами лопаток рабочего колеса и поверхностью покрытия на максимальной частоте вращения. Выводят турбомашину на заданную частоту вращения. Обеспечивают подачу равномерного газового потока на входе в турбомашину, устанавливают заданные значения параметров температуры и давления газового потока и дросселируют турбомашину при заданных значениях параметров температуры и давления газового потока на заданной частоте вращения до заданной точки на напорной характеристике турбомашины. Диагностирование наличия или отсутствия флаттера на заданном рабочем режиме осуществляют после останова турбомашины по результату анализа характера износа истираемого покрытия.

Другим характерным признаком заявленного способа является возможность по характеру износа истираемого покрытия определить номер диаметральной формы колебаний, по которой реализовался флаттер.

Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной задачи, так как:

нанесение на внутреннюю поверхность корпуса турбомашины в зоне вращения рабочего колеса истираемого покрытия, толщину которого устанавливают исходя из отсутствия радиального зазора между торцами лопаток рабочего колеса и поверхностью покрытия на максимальной частоте вращения, обеспечивает гарантированное касание торцов лопаток рабочего колеса поверхности истираемого покрытия при возникновении флаттера;

подача равномерного газового потока на входе в турбомашину и установление заданных значений параметров температуры и давления газового потока обеспечивают реализацию условий работы турбомашины близкими к реальным эксплуатационным условиям;

дросселирование турбомашины при заданных значениях параметров температуры и давления газового потока на заданной частоте вращения до заданной точки на напорной характеристике турбомашины обеспечивает нагружение турбомашины и возможность реализации флаттера на заданном рабочем режиме;

диагностирование наличия или отсутствия флаттера на заданном рабочем режиме, которое осуществляют после останова турбомашины по результату анализа характера износа истираемого покрытия, является заключительной операцией заявленного способа и обеспечивает выполнение поставленной задачи.

На фиг.1 показано устройство, реализующее предлагаемый способ;

на фиг.2 - характерный волновой износ истираемого покрытия при флаттере лопаток.

Реализацию предлагаемого способа диагностики флаттера лопаток рассмотрим на примере экспериментальной турбомашины, например компрессора (фиг.1), содержащего корпус 1 с неподвижными лопатками 2, ротор 3 рабочего колеса с лопатками 4, над которыми в корпусе компрессора нанесено истираемое покрытие 5. За компрессором установлен регулируемый дроссель 6. В реальном двигателе роль дросселя 6 обычно играют поворотные лопатки спрямляющих аппаратов или регулируемые створки реактивного сопла. Компрессор приводится во вращение приводом (не показано). Привод обеспечивает регулирование частоты вращения ротора 3.

На входе компрессора размещено входное устройство, выполненное в виде лемнискаты. Входное устройство обеспечивает подачу равномерного газового потока на вход в турбомашину. Входное устройство может быть выполнено также в виде набора спрямляющих решеток или другого аналогичного устройства. Регулирование температуры и давления газового потока может быть осуществлено известными приемами: нагревом газового потока с использованием электрического нагревателя и предварительным сжатием потока в дополнительном компрессоре.

Способ осуществляется следующим образом.

На внутреннюю поверхность корпуса турбомашины в зоне вращения лопаток 4 рабочего колеса наносят истираемое покрытие 5. Используется штатно применяемое истираемое покрытие 5, которое наносят при изготовлении турбомашины. Толщина покрытия 5 выбирается из условия отсутствия радиального зазора на максимальной частоте вращения ротора 3, т.е. при максимальной частоте вращения ротора между торцами рабочих лопаток 4 и внутренней поверхностью покрытия 5 зазор должен быть нулевым.

С использованием воздуходувки (не показано) обеспечивают подачу равномерного газового потока. Равномерность потока обеспечивается также входным устройством компрессора, например лемнискатой. При необходимости корректируют температуру и давление газового потока. Далее приводят турбомашину во вращение при раскрытом дросселе 6 и устанавливают заданную частоту вращения ротора 3.

Уменьшая проходное сечение регулируемого дросселя 6, дросселируют турбомашину. Предварительно устанавливают такое положение регулируемого дросселя 6, при котором заведомо не возникает флаттер лопаток 4 на исследуемой частоте вращения турбомашины. Затем устанавливают заданные (рабочие) температуру, давление, положение органов регулирования и частоту вращения турбомашины fр, при которой необходимо диагностировать наличие флаттера лопаток 4. С помощью регулируемого дросселя 6 дросселируют турбомашину вплоть до линии рабочих режимов или до любой другой точки напорной характеристики при данной частоте вращения. Затем производят раздросселирование и останов турбомашины. Производят осмотр поверхности истираемого покрытия 5 и по характерным волновым особенностям износа покрытия 5 судят о наличии или отсутствии флаттера и номере диаметральной формы колебаний, по которому реализовался флаттер на данном режиме работы турбомашины. Определенные волновые особенности износа покрытия 5 свойственны реализации вполне определенных диаметральных форм колебаний при флаттере.

Из фиг.2 следует, что в данном случае реализовался флаттер с тремя волнами деформации, т.е. реализовалась третья диаметральная форма колебаний. Диаметры колебаний показаны пунктирными линиями. Характер износа истираемого покрытия показан в виде круговой диаграммы толстой волнистой линией.

Таким образом, простым наблюдением за характером износа истираемого покрытия удается сделать однозначный вывод о наличии или отсутствии флаттера на данном режиме работы турбомашины. Характер износа истираемого покрытия позволяет также сделать вывод о номере диаметральной формы колебаний.

1. Способ диагностики флаттера лопаток рабочего колеса в составе осевой турбомашины на заданном рабочем режиме, характеризующийся тем, что на внутреннюю поверхность корпуса турбомашины в зоне вращения рабочего колеса наносят истираемое покрытие, толщину которого устанавливают исходя из отсутствия радиального зазора между торцами лопаток рабочего колеса и поверхностью покрытия на максимальной частоте вращения, выводят турбомашину на заданную частоту вращения, обеспечивают подачу равномерного газового потока на входе в турбомашину, устанавливают заданные значения параметров температуры и давления газового потока и дросселируют турбомашину при заданных значениях параметров температуры и давления газового потока на заданной частоте вращения до заданной точки на напорной характеристике турбомашины, а диагностирование наличия или отсутствия флаттера на заданном рабочем режиме осуществляют после останова турбомашины по результату анализа характера износа истираемого покрытия.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что по характеру износа истираемого покрытия определяют номер диаметральной формы колебаний, по которой реализовался флаттер.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к авиации, в частности к способу определения настроечного значения температуры газа для выключения охлаждения турбины при испытаниях и эксплуатации газотурбинного двигателя.

Изобретение может быть использовано для определения замеров параметров отработавших газов (ОГ) ДВС. Способ заключается в отборе газов в пробоотборник и последующем анализе материала пробы.

Изобретение относится к испытательной технике и, в частности, к испытаниям камер сгорания и газогенераторов жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) с целью оценки высокочастотной устойчивости процесса горения.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ диагностирования газораспределительного механизма карбюраторного двигателя внутреннего сгорания заключается в измерении углового перемещения коленчатого вала двигателя от момента открытия впускного клапана первого опорного цилиндра до момента положения вала, соответствующего верхней мертвой точке поршня опорного цилиндра.

Универсальная безмоторная установка может быть использована для определения параметров рабочего процесса ДВС и испытания кривошипно-шатунного механизма (КШМ), а также оценки механических потерь.

Изобретение относится к контролю технического состояния сложных энергетических объектов, например авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), и может быть использовано для диагностики ГТД в процессе их эксплуатации в реальном времени, при техническом обслуживании и/или после ремонта.

Группа изобретений относится к компрессоростроению и установкам для испытаний компрессора, в частности, предназначена для использования при испытании осевых, центробежных и диагональных компрессоров, а также их комбинаций, при использовании регулируемого привода двигателя.

Цех подготовки авиационных двигателей к транспортировке содержит участок (10) монтажа измерительных и испытательных средств на двигатель, средства (14) для перемещения двигателя в испытательное помещение (16) и возврата двигателя в цех, участок (18) демонтажа измерительных и испытательных средств, участок (20) эндоскопического контроля, участок (22) доводки и участок (24) транспортировки.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам диагностики технического состояния летательных аппаратов. Система сбора данных, контроля и диагностики технического состояния агрегатов привода винтов вертолета включает пьезоэлектрические датчики вибрации, которые установлены на корпусе, по меньшей мере, одного из агрегатов привода винтов вертолета и расположены так, что получают данные с полнотой, достаточной для диагностики технического состояния деталей, узлов, по меньшей мере, одного агрегата привода винтов работающего вертолета, и бортовой электронный блок.

Изобретение относится к устройствам для отбора проб отработавших газов двигателя, позволяющего производить отбор проб на движущемся транспортном средстве, и может быть использовано при контроле технического состояния транспортных средств и для оценки опасности воздействия транспортного средства на окружающую среду.

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для оценки массы Ма свежего воздуха, поступающего внутрь камеры сгорания цилиндра двигателя. Технический результат - повышение точности оценки массы свежего воздуха, поступающего внутрь камеры сгорания цилиндра двигателя. Согласно изобретению в процессе цикла двигателя оценку (128) общей массы Mtot газа, содержащегося в камере сгорания, осуществляют в конце впуска свежего воздуха, оценку (120, 124) массы выхлопных газов, содержащихся в камере сгорания, - в конце выпуска выхлопных газов и оценку (128) массы Ма свежего воздуха осуществляют исходя из разности между оцененными общей массой Mtot и массой Mb выхлопных газов. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение может быть использовано для определения общего технического состояния их смазочной системы. Перед определением общего технического состояния смазочной системы двигателя внутреннего сгорания, очищают масляный фильтр. Двигатель прогревают, устанавливают номинальную частоту вращения. Фиксируют значение давления масла перед фильтром и по истечении времени межконтрольной наработки вновь фиксируют значение давления масла перед фильтром. По полученным данным находят скорость повышения давления, сравнивают вычисленное значение с допускаемой скоростью повышения давления. По результатам сравнения определяют общее техническое состояние смазочной системы двигателя. Технический результат заключается в уменьшении затрат времени на техническое обслуживание двигателя. 2 ил.

Изобретение относится к технике, связанной с испытанием сопл, и может быть использовано при проведении модельных испытаний. Устройство содержит подводящий трубопровод, соединенный с ресивером, выполненным с возможностью разъемного соединения с испытываемым соплом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях посредством съемных фланцевых накладок и с возможностью опирания измерительными средствами на корпус ресивера, в котором подводящий трубопровод снабжен упругой вставкой. Кроме того, ресивер снабжен отверстиями, одно из которых выполнено в его торце, а другое на его боковой поверхности, причем горловины отверстий имеют одинаковые сечения и снабжены съемными фланцевыми накладками, выполненными с возможностью крепления в них испытываемого сопла в двух взаимно перпендикулярных направлениях. При этом в качестве измерительных средств используют однокомпонентные датчики силы, закрепленные на корпусе ресивера, измерительные штанги которых размещены в трех взаимно перпендикулярных направлениях, а их концы уперты в корпус ресивера с возможностью его удержания. Технический результат заключается в повышении точности измерения и эффективности испытаний сопла, а также снижении трудоемкости изготовления и эксплуатации устройства. 4 ил.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании деталей из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ), работающих в условиях воздействия высокотемпературной окислительной среды на поверхности деталей ракетной техники. Установка для определения окислительной стойкости углерод-углеродного композиционного материала, в том числе с защитным покрытием, включающая камеру из огнеупорного материала для размещения образца испытуемого материала и сопло для подачи газового потока в камеру, выполненное в передней стенке установки, снабжена набором съемных передних стенок различной толщины, в которых сопло расположено под разными углами к продольной оси камеры установки, при этом камера установки размещена в металлическом корпусе с теплозащитным кожухом, причем, теплозащитный кожух и камера выполнены разъемными. Изобретение обеспечивает имитацию воздействия высокотемпературного газового потока на детали ракетной техники в условиях, приближенных к реальным, и определение окислительной стойкости УУКМ при воздействии высокотемпературного газового потока под разными углами и на различном расстоянии. 6 ил.

Устройство для диагностики технического состояния механизмов относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики технического состояния возвратно-поступательных механизмов и других механизмов циклического действия по их вибрационным характеристикам как в автомобильном, железнодорожном, авиационном, морском, речном и других видах транспорта, так и в различной механической технике. Достигаемый технический результат - повышение точности измерений и уменьшение времени, затрачиваемого на процесс диагностики технического состояния механизмов. Устройство содержит вибропреобразователь (1), фильтр (2), дискретизатор (3), трехвходовые умножители (4), анализатор (5) спектра, преобразователь (6) перемещений диагностируемого механизма, синхронизатор (7), 2n-канальный генератор (8) функций Уолша (где 2n - число функций Уолша, формируемых одновременно на его выходах), 2n-1-разрядный циклический регистр (9) сдвига, первый управляемый инвертор (10), второй управляемый инвертор (11), двухвходовый коммутатор (12) и элемент (13) односторонней проводимости. 1 табл., 8 ил.

Способ может применяться при эксплуатации ДВС с устройствами для записи индикаторных диаграмм. Для диагностирования поршневого уплотнения записывают индикаторную диаграмму в цилиндре на назначенном режиме работы двигателя. Запись выполняют при отключенной подаче топлива в диагностируемый цилиндр. На диаграмме измеряют давление в заданной точке на линии расширения. Измеренное значение используют для диагностирования. Технический результат заключается в существенном повышении точности диагноза. Повышение достигается за счет оптимального выбора места расположения точки замера. Оптимальным является выбор точки на ограниченном участке линии расширения. Границы участка - от 5 до 15 градусов поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки. На данном участке давление в цилиндре в наибольшей степени реагирует на изменение технического состояния поршневого уплотнения. Технический результат заключается в повышении точности диагностирования дефекта. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения параметров систем двигателя внутреннего сгорания и может быть использовано для диагностирования двигателей внутреннего сгорания. Анализатор содержит детектор тока стартера, генератор импульсов момента зажигания, компаратор, умножитель частоты, блок совпадения, индикатор среднего значения тока, инвертор, вольтметр постоянного тока, амперметр с датчиком тока, второй, третий датчики тока, усилитель-формирователь, первый и второй счетчики, схему выборки-хранения, запоминающие конденсаторы, индикатор состояния свечей зажигания и ключ управления. Дополнительно в устройство введены генератор синусоидального напряжения, двухполупериодный выпрямитель, усилительный каскад, конденсатор и второй вольтметр, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен со входом двухполупериодного выпрямителя, между выходными клеммами которого включен усилительный каскад, параллельно выходу которого подключены конденсатор и второй вольтметр. Технический результат заключается в расширение числа диагностируемых параметров двигателя. 2 ил.

Изобретение относится к авиации и может быть использовано при испытаниях самолетов с турбореактивными двигателями с топливо-масляными теплообменниками (ТМТ) для определения достаточности охлаждения масла в расчетных температурных условиях. Способ заключается в том, что выполняют полет на выбранном режиме, в процессе полета измеряют температуру топлива и температуру масла на входе в ТМТ, после полета определяют среднюю температуру топлива и максимальную достигнутую на выполненном режиме температуру масла, определяют температуру топлива при РТУ и начальную температуру масла на входе в ТМТ, после чего методом последовательных приближений вычисляют максимальную температуру масла на входе в ТМТ и сравнивают ее с предельно допустимой температурой, если максимальная температура масла на входе в ТМТ не превышает предельно допустимой температуры, делают вывод о достаточности охлаждения масла. Изобретение позволяет снизить эксплуатационные расходы при определении достаточности охлаждения масла в ТРД.

Изобретение относится к области пневматических испытаний и может быть использовано в установке, предназначенной для пневматических испытаний на детали (2) турбомашины летательного аппарата, содержащей контур течения газового потока. Сущность: герметизирующая головка (22) содержит герметизирующий элемент (26), пересекаемый внутри проходом для течения газового потока. Причем герметизирующий элемент (26) имеет герметизирующую поверхность (36), предназначенную для вхождения в контакт с испытуемой деталью на уровне отверстия (40), предназначенного для подачи в нее газового потока. Кроме того, герметизирующая головка (22) содержит средства (38) центрирования герметизирующего элемента (26) относительно отверстия (40) испытуемой детали. При этом средства (38) центрирования жестко соединены с герметизирующим элементом (26) и выступают вперед из герметизирующей поверхности (36), имеющей внешнюю часть (44), окружающую эти средства центрирования. Технический результат: повышение скорости и достоверности результатов испытаний детали турбомашины летательного аппарата. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение касается технического диагностирования теплообменных аппаратов и циркуляционных насосов (ЦН) системы охлаждения дизеля тепловоза. Способ заключается в измерении перепада давления ΔР воды на радиаторе (Р) системы охлаждения (СО), частоты вращения f коленчатого вала дизеля, от которого приводится во вращение ЦН, и температуры охлаждающей жидкости T. При этом контролируется диапазон изменения температуры Т, и если диапазон соответствует установившемуся режиму работы СО, осуществляется запись массива параметров перепада давления ΔPi и частоты вращения fi за заданный промежуток времени при различных позициях контроллера машиниста. Далее вычисляется коэффициент, по отклонению которого от эталонного значения определяется степень загрязнения секций Р или снижение производительности ЦН. Технический результат заключается в снижении трудоемкости, возможности одновременного диагностирования состояния секций Р и ЦН системы охлаждения тепловоза без снятия оборудования с тепловоза, повышение достоверности диагностирования. 2 ил.
Наверх