Способ испытания корпусов турбомашин на непробиваемость и устройство для его реализации

Изобретения относятся к области машиностроения, а именно к испытаниям корпусов роторов лопаточных машин на непробиваемость. Способ заключается в том, что на одной из лопаток, установленных в роторе, расположенном внутри неподвижного корпуса, осуществляется ослабление ее поперечного сечения, при достижении ротором заданной частоты вращения и прогреве корпуса и деталей ротора до необходимой температуры проводят обрыв этой лопатки с последующим взаимодействием оборвавшейся части с корпусом. Обрыв лопатки осуществляется при помощи груза, размещенного в канале диска ротора под обрываемой лопаткой и в заданный момент времени нагружающего эту лопатку дополнительной силой, обеспечивающей ее обрыв. Устройство включает ротор с лопатками, расположенный внутри корпуса, привод для раскрутки ротора, систему управления частотой вращения, при этом обрываемая лопатка выполнена с ослабленным (за счет уменьшения площади поперечного сечения) сечением. В канале диска ротора под обрываемой лопаткой размещен груз, зафиксированный таким образом, чтобы в заданный момент времени под воздействием исполнительного механизма обеспечить свободное радиальное перемещение груза под действием центробежных сил до взаимодействия с обрываемой лопаткой над ослабленным ее сечением. Технический результат заключается в гарантированном обрыве лопатки в заданных условиях, обеспечивающих идентичность движения оборвавшейся части лопатки траектории лопатки, оборвавшейся в условиях реальной эксплуатации. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области испытания деталей машин на непробиваемость корпусов и может быть использовано для проведения прочностных и сертификационных испытаний корпусов турбомашин.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ испытания корпуса на непробиваемость (патент РФ RU №2176389 от 11.10.1999), который заключается в том, что ротор размещают внутри корпуса, осуществляют раскрутку ротора до заданной частоты вращения, при которой происходит обрыв одной из лопаток. По следам взаимодействия оборвавшейся лопатки с корпусом оценивают его непробиваемость. Перед проведением испытания ослабляют заданное сечение обрываемой лопатки, усиливают его конструктивными элементами из термочувствительных материалов, дополнительно производят нагрев лопаток во время испытания.

Устройство для испытания содержит последовательно соединенные ротор с лопатками, привод, систему управления частотой вращения. Обрываемая лопатка выполнена с ослабленным сечением и снабжена крепежными элементами из термочувствительных материалов, сопрягаемыми с поверхностью лопатки и расположенными в месте ослабленного сечения. Устройство дополнительно снабжено нагревателем, блоком управления нагревом, устройством ввода информации, датчиками температур, сигнализатором обрыва лопатки, системой управления частотой вращения.

Данный способ и устройство для его реализации характеризуются тем, что процесс обрыва лопатки является протяженным во времени, что обусловлено необходимостью нагрева ослабленного сечения лопатки и термочувствительных элементов, это приводит к постепенному нагружению ослабленного сечения, что приводит к удлинению лопатки (при достижении напряжений превышающих предел текучести) перед ее обрывом, при этом величина удлинения может превысить величину радиального зазора между лопаткой и корпусом, что приведет к нарушению механизма взаимодействия обрываемой части лопатки с корпусом и не соответствует требованиям сертификации турбомашины.

В качестве прототипа выбран способ испытания корпусов на непробиваемость и устройство для его реализации, описанные в патенте РФ RU №2279047, G01M 7/08, от 28.10.2004 г.

В этом способе, перед проведением испытания в одной из лопаток ротора ослабляют заданное сечение, по которому должен произойти обрыв лопатки, ротор размещают внутри корпуса, осуществляют раскрутку ротора до заданной частоты вращения, при которой происходит обрыв лопатки, и по следам взаимодействия лопатки с корпусом оценивают его непробиваемость, при этом ослабление выполняют в виде отверстия вдоль сечения, по которому должен произойти обрыв лопатки, с сохранением значения коэффициента запаса прочности в ослабленном сечении по пределу текучести больше единицы, в отверстие перед началом испытания устанавливают детонирующие удлиненные кумулятивные заряды и инициатор детонации (электродетонатор), а в момент достижения ротором заданной частоты вращения подают сигнал на срабатывание инициатора детонации, который инициирует детонацию удлиненных кумулятивных зарядов, обеспечивающих обрыв лопатки в ослабленном сечении.

Устройство для испытания содержит последовательно соединенные ротор с лопатками, одна из которых выполнена с ослабленным заданным сечением, по которому должен произойти обрыв лопатки, привод, систему управления частотой вращения, отличающееся тем, что ослабление выполнено в виде отверстия вдоль заданного сечения лопатки таким образом, что значение коэффициента запаса прочности в ослабленном сечении по пределу текучести больше единицы, в отверстии установлена обойма (кассета), в которой закреплены детонирующие удлиненные кумулятивные заряды, при этом их кумулятивные канавки обращены в противоположные стороны относительно друг друга и направлены в сторону перерезаемых стенок ослабленного сечения обрываемой лопатки, с торца детонирующих удлиненных кумулятивных зарядов закреплен инициатор детонации (электродетонатор), а сама обойма выполнена из материала, демпфирующего энергию взрыва, например пенопласта.

Недостатком данного способа и устройства для его реализации является то, что лопатке при детонации кумулятивных зарядов сообщается дополнительная энергия, которой не обладает лопатка, оборвавшаяся при обычном разрушении, при этом генерируемая детонацией кумулятивных зарядов ударная волна может нарушить ее траекторию и условия взаимодействия оборвавшейся лопатки с испытуемым корпусом, что приведет к нарушению условий сертификации турбомашины.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При создании данного изобретения решается задача гарантированного обрыва лопатки в заданном сечении на заданной частоте вращения ротора при прогретых, до необходимой температуры, корпусах и деталях ротора, с обеспечением траектории движения оборвавшейся части лопатки, идентичной траектории лопатки, оборвавшейся в эксплуатации; технический результат заключается в реализации этого назначения.

Существенные признаки:

ограничительные: способ испытания корпусов турбомашин на непробиваемость, устройство для испытания корпусов турбомашин на непробиваемость, ротор с лопатками, расположенный внутри корпуса, лопатка ослабленная в сечении ее обрыва, обрыв лопатки с последующим взаимодействием оборвавшейся ее части с корпусом;

отличительные: обрыв лопатки осуществляется при помощи груза, размещенного в канале диска ротора под обрываемой лопаткой и в заданный момент времени нагружающего эту лопатку дополнительной силой, обеспечивающей ее обрыв, в канале диска ротора под обрываемой лопаткой размещен груз, зафиксированный таким образом, чтобы в заданный момент времени под воздействием исполнительного механизма обеспечить свободное радиальное перемещение груза под действием центробежных сил до взаимодействия с обрываемой лопаткой над ослабленным ее сечением, ослабление сечения обрываемой лопатки выполняется с сохранением значения коэффициента запаса прочности по местным напряжениям Кm≥1,05, а дополнительная сила, воздействующая на обрываемую лопатку при ее взаимодействии с грузом, обеспечивает значение коэффициента запаса прочности по местным напряжениям в ослабленном сечении Km<1, ослабление сечения обрываемой лопатки обеспечивается выполнением в нем поперечной прорези, а от подошвы лопатки до поперечной прорези выполняется окно для обеспечения радиального перемещения и взаимодействия груза с обрываемой лопаткой над ослабленным ее сечением, канал в диске ротора для размещения груза выполнен радиальным, а центр тяжести площадки контакта груза при взаимодействии с обрываемой лопаткой совпадает с центром тяжести ослабленного сечения этой лопатки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - Устройство для испытания корпусов турбомашин на непробиваемость.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для испытания корпусов турбомашин на непробиваемость (Фиг. 1) включает в себя ротор 1 с лопатками 2, расположенный внутри корпуса 3, привод для раскрутки ротора, систему управления частотой вращения, при этом обрываемая лопатка 6 выполнена с ослабленным (за счет уменьшения площади поперечного сечения) сечением, а в канале 4 диска 5 ротора под обрываемой лопаткой 6 размещен груз 7. Груз 7 своей шляпкой 8 зафиксирован в технологическом кольце 9 таким образом, чтобы в заданный момент времени под воздействием исполнительного механизма 10 обеспечить свободное радиальное перемещение груза 7 под действием центробежных сил до взаимодействия с обрываемой лопаткой 6 над ослабленным ее сечением. Ослабление сечения обрываемой лопатки 6 выполнено с сохранением значения коэффициента запаса прочности по местным напряжениям Кm≥1,05, а дополнительная сила, воздействующая на обрываемую лопатку 6 при ее взаимодействии с грузом 7, обеспечивает значение коэффициента запаса прочности по местным напряжениям в ослабленном сечении обрываемой лопатки 6 Km<1. Ослабление сечения обрываемой лопатки 6 выполнено поперечной прорезью 11, а от подошвы лопатки до поперечной прорези выполнено окно 12 для обеспечения радиального перемещения и взаимодействия груза 7 с обрываемой лопаткой 6 над ослабленным ее сечением. В прорезь 11 установлена пластина 13 обеспечивающая передачу усилия от груза 7 к обрываемой лопатке 6. Канал 4 в диске 5 ротора для размещения груза 7 выполнен радиальным, а центр тяжести площадки контакта груза 7 при взаимодействии с обрываемой лопаткой 6 через пластину 13 совпадает с центром тяжести ослабленного сечения обрываемой лопатки 6.

Заявляемое устройство для испытаний корпуса турбомашины на непробиваемость по предлагаемому способу работает следующим образом: при достижении ротором заданной частоты вращения и прогреве корпуса 3 и деталей ротора 1 до заданной температуры в пневмоцилиндр 14 исполнительного механизма 10 подается рабочее тело под давлением, обеспечивая перемещение штока 15 в рабочее положение; в результате взаимодействия штока 15 со шляпкой 8 происходит срез перемычки 16, в результате чего груз 7 радиально перемещается до взаимодействия через пластину 13 с обрываемой лопаткой 6 над ослабленным ее сечением, при этом происходит мгновенное нагружение обрываемой лопатки 6 дополнительной силой, обеспечивая ее обрыв.

Такой способ и устройство для его реализации позволяют провести гарантированный обрыв лопатки в заданном сечении на заданной частоте вращения ротора при прогретых, до необходимой температуры, корпусах и деталях ротора, с обеспечением траектории движения оборвавшейся части лопатки, идентичной траектории лопатки, оборвавшейся в эксплуатации.

1. Способ испытания корпусов турбомашин на непробиваемость, заключающийся в том, что на одной из лопаток, установленных в роторе, расположенном внутри неподвижного корпуса, осуществляется ослабление ее поперечного сечения, при достижении ротором заданной частоты вращения и прогреве корпуса и деталей ротора до необходимой температуры проводят обрыв этой лопатки с последующим взаимодействием оборвавшейся части с корпусом, отличающийся тем, что обрыв лопатки осуществляется при помощи груза, размещенного в канале диска ротора под обрываемой лопаткой и в заданный момент времени нагружающего эту лопатку дополнительной силой, обеспечивающей ее обрыв.

2. Устройство для испытания корпусов турбомашин на непробиваемость, включающее ротор с лопатками, расположенный внутри корпуса, привод для раскрутки ротора, систему управления частотой вращения, при этом обрываемая лопатка выполнена с ослабленным (за счет уменьшения площади поперечного сечения) сечением, отличающееся тем, что в канале диска ротора под обрываемой лопаткой размещен груз, зафиксированный таким образом, чтобы в заданный момент времени под воздействием исполнительного механизма обеспечить свободное радиальное перемещение груза под действием центробежных сил до взаимодействия с обрываемой лопаткой над ослабленным ее сечением.

3. Устройство для испытания корпусов турбомашин на непробиваемость по п. 2, отличающееся тем, что ослабление сечения обрываемой лопатки выполнено с сохранением значения коэффициента запаса прочности по местным напряжениям Кm≥1,05, а дополнительная сила, воздействующая на обрываемую лопатку при ее взаимодействии с грузом, обеспечивает значение коэффициента запаса прочности по местным напряжениям в ослабленном сечении Km<1.

4. Устройство для испытания корпусов турбомашин на непробиваемость по п. 2, отличающееся тем, что ослабление сечения обрываемой лопатки обеспечивается выполнением в нем поперечной прорези, а от подошвы лопатки до поперечной прорези выполнено окно для обеспечения радиального перемещения и взаимодействия груза с обрываемой лопаткой над ослабленным ее сечением.

5. Устройство для испытания корпусов турбомашин на непробиваемость по п. 2, отличающееся тем, что канал в диске ротора для размещения груза выполнен радиальным, а центр тяжести площадки контакта груза при взаимодействии с обрываемой лопаткой совпадает с центром тяжести ослабленного сечения этой лопатки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к ротационным испытательным стендам для воспроизведения сложных пространственных нагрузок. Стенд содержит установленную на основании платформу с приводом ее вращения, установленную на платформе с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси вращения платформы, планшайбу, снабженную приводом, размещенным на платформе и связанным с планшайбой посредством углового редуктора.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для испытаний изделий на удар. Стенд содержит силовую раму с вертикальными стойками, устройство подъема, соединенное через устройство удержания и сброса с приспособлением для закрепления объекта испытания (ОИ), наковальню, установленную внизу силовой рамы.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний объектов на воздействие перегрузок. Способ заключается в размещении в полости ствола контейнера со столом с установленным на нем ОИ.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Способ краш-испытаний автомобиля на боковой удар состоит в том, что краш-испытания проводят в два этапа.

Изобретение относится к испытательному оборудованию, предназначенному для проведения заводских испытаний большегрузного и габаритного изделия на заключительном этапе его изготовления, и может быть использовано для имитации экстремальных ситуаций, появление которых возможно в процессе эксплуатации изделия.

Изобретение относится к области авиастроения и безопасности полетов и может быть использовано для исследования процессов ударного взаимодействия элементов конструкции летательных аппаратов.

Изобретение относится к оборудованию для испытаний приборов на вибрационные и ударные воздействия. Способ заключается в установке двух одинаковых исследуемых объектов на различных системах их виброизоляции и проведении измерений их амплитудно-частотных характеристик.

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано для исследования систем виброизоляции. Стенд содержит основание, на котором расположены дополнительные плиты с закрепленными на них виброизолируемыми аппаратами, и регистрирующая аппаратура.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для вибрационных испытаний различных изделий, включая комплексные испытания на металлорежущих станках.
Изобретение относится к области авиастроения и может быть использовано при проведении испытаний летательных аппаратов на попадание посторонних предметов в газотурбинный двигатель и проведении исследований динамической прочности элементов конструкции летательного аппарата при столкновении с птицей.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложен способ диагностики топливной форсунки, в котором для уравновешивания крутящих моментов, производимых цилиндром двигателя, производят регулирование количества впрыскиваемого топлива или начало/конец синхронизации впрыска топлива в указанный цилиндр.

Описан способ проверки правильности определения вращающего момента двигателя, включающий: определение вращающего момента двигателя по количеству топлива, впрыскиваемого в двигатель, причем вращающий момент двигателя получают из таблицы впрыскивания топлива; вычисление первой величины веса транспортного средства по его ускорению и полученному вращающему моменту двигателя; определение вращающего момента вспомогательного тормозного устройства с использованием таблицы вспомогательного тормозного устройства; вычисление второй величины веса транспортного средства по полученному тормозному моменту вспомогательного тормозного устройства и сравнение первой и второй величин веса транспортного средства.

Изобретение направлено на получение данных или осуществление получения данных или распределения среды многоточечно, точно и быстро с хорошим пространственным разрешением и минимальными габаритными размерами.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к устройствам для измерения аэродинамических сил и моментов, действующих на модели изделий авиационной и ракетной техники при проведении испытаний в аэродинамических трубах.

Изобретение относится к способу обнаружения попадания воды или града в газотурбинный двигатель, причем упомянутый двигатель имеет, по меньшей мере, компрессор, камеру сгорания и турбину.

Изобретение относится к области электроракетных двигателей и стендов для их испытаний. В способе испытания электроракетных двигателей в вакуумной камере, основанном на том, что истекающее рабочее тело затормаживают на защитной мишени, согласно изобретению, энергию истекающего рабочего тела в виде ионизирующего излучения высокотемпературной плазмы преобразуют в электрическую энергию, которую выводят за пределы вакуумной камеры для полезного использования.

Изобретение может быть использовано для определения технического состояния электронной системы управления и элементов двигателей с распределенным впрыском топлива в процессе их изготовления, технического обслуживания и ремонта.

Изобретение относится к области эксплуатации машин и может быть использовано при диагностировании двигателей внутреннего сгорания. Способ безразборной диагностики степени износа подшипников двигателей внутреннего сгорания заключается в измерении давления в масленой магистрали при работе двигателя, отличается тем, что давление масла измеряют в масленой магистрали на участке канала, расположенным между коренным и шатунным подшипниками по оси коленчатого вала при работе двигателя без нагрузки, и по величине измеренного давления судят о допустимой степени износа шатунного подшипника.

Изобретение относится к способу обнаружения точек истирания и/или контакта на машинах с вращающимися частями. Вращающиеся части образуют электрическую коаксиальную систему относительно неподвижных частей такой машины, а в этой системе импульсы электрического напряжения распространяются с характеристической скоростью из-за малого расстояния между вращающейся и неподвижной частями.

Изобретение относится к диагностированию технического состояния механизмов и машин, а именно технического состояния ротора. В способе диагностирования технического состояния ротора машины выводят машину на контролируемый режим, измеряют на этом режиме исходную частоту вращения ротора и останавливают машину.

Изобретение относится к оценке работоспособности технологического оборудования при эксплуатации в условиях, вызывающих снижение пластичности и растрескивание металла конструктивных элементов, и может быть использовано при его диагностировании для обоснования возможности, сроков, условий дальнейшей эксплуатации и предупреждения хрупких разрушений. Технический результат от использования изобретения заключается в обосновании возможности дальнейшей эксплуатации технологического оборудования и предупреждении высокоопасных хрупких разрушений. Для этого оценку работоспособности технологического оборудования ведут по параметрам и критериям пластичности металла, для чего определяют максимальные деформации в вершине концентратора еmax и разрушающие деформации eL, при этом если соблюдается условие emax<eL, то состояние оборудования оценивается как работоспособное, если условие не соблюдается, то в вершине исходного концентратора при действии номинальных напряжений σH от внешних нагрузок возможно растрескивание, т.е. образование исходной трещины размером L0, тогда, в случае если выполняется условие KI(L0)≤[KI], где KI - допустимый коэффициент интенсивности напряжений, состояние оборудования оценивается как работоспособное. 3 ил., 1 табл.

Изобретения относятся к области машиностроения, а именно к испытаниям корпусов роторов лопаточных машин на непробиваемость. Способ заключается в том, что на одной из лопаток, установленных в роторе, расположенном внутри неподвижного корпуса, осуществляется ослабление ее поперечного сечения, при достижении ротором заданной частоты вращения и прогреве корпуса и деталей ротора до необходимой температуры проводят обрыв этой лопатки с последующим взаимодействием оборвавшейся части с корпусом. Обрыв лопатки осуществляется при помощи груза, размещенного в канале диска ротора под обрываемой лопаткой и в заданный момент времени нагружающего эту лопатку дополнительной силой, обеспечивающей ее обрыв. Устройство включает ротор с лопатками, расположенный внутри корпуса, привод для раскрутки ротора, систему управления частотой вращения, при этом обрываемая лопатка выполнена с ослабленным сечением. В канале диска ротора под обрываемой лопаткой размещен груз, зафиксированный таким образом, чтобы в заданный момент времени под воздействием исполнительного механизма обеспечить свободное радиальное перемещение груза под действием центробежных сил до взаимодействия с обрываемой лопаткой над ослабленным ее сечением. Технический результат заключается в гарантированном обрыве лопатки в заданных условиях, обеспечивающих идентичность движения оборвавшейся части лопатки траектории лопатки, оборвавшейся в условиях реальной эксплуатации. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх