Способ снижения вибрации в рабочих лопатках турбомашины

Изобретение относится к способам снижения вибрации и может быть использовано в области авиационного, судового и наземного газотурбинного двигателестроения, при стендовых испытаниях двигателей и в процессе их эксплуатации. В способе снижения вибрации в рабочих лопатках турбомашины, при котором измеряют температуру газа перед или за турбиной, выявляют анализом температурного поля одноименную с резонансной гармонику и уменьшают ее амплитуду, для чего корректируют температурное поле изменением подачи топлива в форсунки камеры сгорания, в отличие от известного изменение подачи топлива осуществляют путем прекращения его подачи по меньшей мере в одну из форсунок на резонансном режиме, после прохождения которого подачу топлива восстанавливают. Техническим результатом изобретения является повышение ресурса и надежности работы турбомашины при ее эксплуатации за счет снижения вибрации в ее рабочих лопатках.

 

Изобретение относится к способам снижения вибрации и может быть использовано в области авиационного, судового и наземного газотурбинного двигателестроения при стендовых испытаниях двигателей и в процессе их эксплуатации.

Снижение вибрации становится одним из условий обеспечения высокого качества любого двигателя и ведется на всех этапах его жизненного цикла. Резонанс вызывает резкое увеличение амплитуды установившихся вынужденных колебаний системы вплоть до разрушения деталей при приближении частоты внешнего гармонического воздействия к какой-либо из частот собственных колебаний системы. Следует отметить, что конструкция любой детали турбомашины разрабатывается из условия отсутствия резонанса на эксплуатационных режимах работы двигателя, допуская при этом возможность возникновения резонансных явлений на переходных режимах работы двигателя. Для предупреждения разрушения турбомашины и повышения надежности ее работы также важно выявление и измерение резонансных вибраций лопаток рабочего колеса в условиях эксплуатации, так как во многих случаях именно эти колебания представляют наибольшую опасность.

Известен способ снижения вибрации в рабочих лопатках турбомашины (патент №2304220, опубл. 10.08.2007. Бюл. №22, МПК F01D 5/10), включающий выявление одноименной гармоники с резонансной и изменение окружной неравномерности потока газа, путем неравномерной угловой расстановки по окружности неподвижных источников возмущения, например форсунок камеры сгорания.

Недостатком такого способа является то, что неравномерное расположение форсунок приводит к увеличению окружной неравномерности температурного поля перед турбиной, приводящей к понижению ресурса и надежности лопаток турбины, снижению кпд турбины из-за увеличения радиальных зазоров между рабочими лопатками и статором, в связи с неравномерным нагревом статора.

Наиболее близким к изобретению является способ снижения вибрации в рабочих лопатках турбомашины (авторское свидетельство №957605, опубл. 27.06.2005. Бюл. №18, МПК F02C 9/00), при котором измеряют температуру газа перед или за турбиной, выявляют анализом температурного поля одноименную с резонансной гармонику и уменьшают ее амплитуду. Уменьшение амплитуды производят корректировкой, снижением неравномерности температурного поля, которую осуществляют перераспределением одного и того же количества топлива по форсункам камеры сгорания.

Недостатком такого способа является сохранение возбуждающей резонанс гармоники. Во время эксплуатации турбомашины происходят механические изменения конструктивных элементов топливопитающей системы из-за коррозии, эрозии, засорения и т.д., что приводит к изменению расходных характеристик форсунок и перераспределению топлива в них, что может привести к росту амплитуды резонансной гармоники и потребуется повторная регулировка температурного поля перераспределением топлива по форсункам. Все это в дальнейшем приводит к понижению ресурса и надежности работы турбомашины.

Техническим результатом изобретения является повышение ресурса и надежности работы турбомашины при ее эксплуатации за счет снижения вибрации в ее рабочих лопатках.

Технический результат достигается тем, что в способе снижения вибрации в рабочих лопатках турбомашины, при котором измеряют температуру газа перед или за турбиной, выявляют анализом температурного поля одноименную с резонансной гармонику и уменьшают ее амплитуду, для чего корректируют температурное поле изменением подачи топлива в форсунки камеры сгорания, в отличие от известного изменение подачи топлива осуществляют путем прекращения его подачи по меньшей мере в одну из форсунок на резонансном режиме, после прохождения которого подачу топлива восстанавливают.

Способ снижения вибрации в рабочих лопатках турбомашины осуществляют следующим образом.

Предварительно, при испытании турбомашины измеряют температуру газа перед или за турбиной. Выявляют гармоническим анализом температурного поля одноименную с резонансной гармонику. Затем в систему автоматического регулирования турбомашины, в алгоритм управления топливопитания, закладывают прекращение подачи топлива в одну из форсунок на резонансной частоте вращения ротора. После прохождения резонансного режима подачу топлива восстанавливают. Кратковременность работы турбомашины на резонансном режиме не вызовет существенного ухудшения ее эффективности.

Таким образом, создание возмущения потока газа на резонансном режиме, из-за отсутствия топлива в одной из форсунок, увеличивает окружную неравномерность потока газа и позволяет создать препятствие для возникновения резонанса в рабочих лопатках турбомашины, ликвидировав возмущающую гармонику.

В результате данное техническое решение позволяет обеспечить снижение недопустимо высоких вибраций в рабочих лопатках турбины на проходных резонансных режимах, и повысить ресурс и надежность работы турбомашины при ее испытаниях и дальнейшей эксплуатации.

Способ уменьшения вибрационных напряжений в рабочих лопатках турбомашины путем изменения окружной неравномерности потока газа на резонансных режимах за счет изменения распределения топлива по форсункам, отличающийся тем, что изменяют окружную неравномерность потока газа путем прекращения подачи топлива по меньшей мере в одну из форсунок.



 

Похожие патенты:

Угловой сектор статора компрессора газотурбинного двигателя содержит внешний и внутренний бандажи и лопатку, проходящую между бандажами и соединенную с ними. Внешний бандаж имеет первое и второе установочные средства для установки углового сектора статора на корпусе двигателя, ориентированные параллельно оси в противоположных направлениях и соединенные друг с другом промежуточным участком.

Угловой сектор статора компрессора газотурбинного двигателя содержит внешний и внутренний бандажи и по меньшей мере одну лопатку. Лопатка проходит радиально между бандажами и соединена с ними.

Изобретение касается системы (11) лопаток, включающей в себя ротор (12) и несколько распределенных по периметру (U) ротора (12) в виде венца (10) лопаток (14), при этом две непосредственно соседние лопатки (14) венца (10) образуют пару (a, b, b', b'', d, e, h) лопаток, между лопатками (14) которой расположен демпфирующий элемент (A, B, B', B'', D, E, H), и при этом за счет действующей в радиальном направлении (R) центробежной силы при вращении ротора (12) вокруг оси ротора каждый демпфирующий элемент (A, B, B', B'', D, E, H) вступает в контакт с двумя лопатками (14) соответствующей им пары (a, b, b', b'', d, e, h) лопаток.

Изобретение относится к области турбомашиностроения и, в частности, может быть реализовано в конструкции роторов осевых компрессоров и турбин. Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя содержит диск ротора с кольцевой канавкой, в которой посредством хвостовиков закреплены лопатки ротора, и, по крайней мере, одно фиксирующее устройство.

Вибрационно-демпфирующая прокладка (10) предназначена для размещения между платформой (12) лопасти (6) вентилятора и диском (2) вентилятора. Прокладка имеет радиально внешнюю поверхность (18), оснащенную, по меньшей мере, одной пластиной (16a, 16b) в контакте с платформой лопасти вентилятора, и радиально внутреннюю поверхность (20), сформированную верхней по потоку поверхностью (22), обращенной к диску (2), и нижней по потоку поверхностью (24), отделенной от верхней по потоку поверхности уступом (26).

Рабочее колесо компрессора турбомашины содержит диск с лопатками, расположенными друг за другом по его окружности, установленными с возможностью непосредственного взаимодействия между полками смежных лопаток.

Прокладка для вставления между хвостом лопатки вентилятора турбореактивного двигателя и нижней частью отсека, в котором размещен этот хвост. Отсек ограничен диском вентилятора.

Устройство амортизации вибраций для лопатки газовой лопаточной машины, например газотурбинного двигателя, оборудованного вентилятором, или высокооборотного винтового двигателя.

Амортизатор для лопаток ротора компрессора газотурбинного двигателя. Конструкция амортизатора приспособлена для размещения между нижней гранью платформ двух смежных лопаток газотурбинного двигателя и ободом диска ротора, на котором установлены лопатки.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к устройствам для гашения вибраций рабочих лопаток турбомашин, и предназначено для обеспечения надежности турбомашин. Рабочее колесо турбомашины содержит диск с установленными в его пазах рабочими лопатками, каждая из которых имеет трактовые полки и ножку, в которой размещен паз, демпфер, установленный под трактовыми полками каждой пары лопаток с возможностью контакта с полками и выполненный из двух соприкасающихся друг с другом частей. Каждая из частей демпфера выполнена в форме вертикально развернутой скобы сложного профиля, при этом один из свободных концов скобы является фрикционным элементом, установленным с радиальным зазором к внутренней поверхности полки, центральная часть скобы выполнена в виде упругого элемента, имеющего прямые и изогнутую поверхности, причем изогнута его средняя часть по радиусу, обеспечивающему частичную компенсацию действующей на демпфер центробежной нагрузки, а второй свободный конец является стопорным элементом, установленным с возможностью контакта с поверхностью паза, выполненного в ножке лопатки. При этом части демпфера установлены с возможностью контакта друг с другом через прямые поверхности упругого элемента. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в расширении диапазона режимов работы турбомашины, на которых сохраняется высокая эффективность демпфирования вибраций лопаток рабочего колеса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

При амортизации лопастей, установленных на диске колеса тихоходной газовой турбины, под платформами лопастей которой имеются посадочные места для размещения вибрационных амортизаторов, выполняют независимо друг от друга гибкую пластину, обеспечивающую прилегание к платформе, и центробежный инерционный груз, обеспечивающий концентрацию усилий для управления силами трения относительно платформы через прилегающую пластину. Соединяют пластину и центробежный инерционный груз с возможностью разъединения путем частичного охватывания центробежного инерционного груза стенкой пластины, прилегающей к платформе и закрывающей всю верхнюю поверхность центробежного инерционного груза. Вводят выполненные таким образом из двух частей амортизаторы в посадочные места под платформами лопастей турбины. Вибрационный амортизатор для осуществления указанного выше способа содержит пластину и центробежный инерционный груз. Пластина выгнута из листа меньшей толщины, чем толщина центробежного инерционного груза. Пластина имеет стенку для упругого контакта с платформой лопасти, охватывает центробежный инерционный груз и закрывает всю его верхнюю поверхность. Группа изобретений позволяет повысить эффективность поглощения вибраций в лопатках тихоходной турбины и снизить повреждения полок лопастей от действия вибрационного амортизатора. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к области машиностроения, а именно к пустотелым широкохордным лопаткам вентилятора с демпфером для гашения вибраций и способам изготовления пустотелых широкохордных лопаток вентиляторов. Предложена пустотелая широкохордная лопатка вентилятора, состоящая из оболочки, выполненной из листа из титанового сплава, и жестко скрепленных с ней силовых несущих элементов: одного, выполненного из титанового сплава, и остальных, выполненных из волокнистого однонаправленного металломатричного высокомодульного композиционного материала. Причем n+1 силовых несущих элемента выполнены в виде замков «ласточкин хвост» и размещены между других n силовых несущих элементов и на краях замка лопатки, n-1 силовых несущих элементов, выполненных из композиционного материала, имеют замковую часть, выполненную в виде «ласточкина хвоста», и размещенную внутри оболочки часть в виде стержня с постоянным или с постепенно сужающимся к концу лопатки поперечным четырехугольным сечением, со сторонами, контактирующими с оболочкой, повторяющими ее форму. Все несущие элементы диффузионной сваркой при температуре и давлении замковыми частями скреплены друг с другом, а частями, размещенными внутри оболочки, - с оболочкой. Силовой несущий элемент из титанового сплава имеет П-образную форму на виде сбоку на лопатку, образованную перекладиной и стойками с замковой частью, выполненной в форме и размерах «ласточкиного хвоста» замка лопатки. В его полости между стойками размещен демпфер. Между торцом демпфера и перекладиной силового элемента выполнен зазор, выбираемый при максимальной рабочей температуре. Между опорными поверхностями демпфера и стойками с натягом установлены стальные каленые гладкие шлифованные ленты. Демпфер выполнен в виде многослойной многопролетной балки, собранной из m≥10 стальных каленых шлифованных лент, собранных в компоновке m=m1+2m2+2m3+2: в центре пакета установлено m1=1, 2 и более гладких лент, на них с двух сторон «вершина гофра к вершине гофра» установлены два пакета, собранные «гофр в гофр» из m2=1, 2 и более гофрированных лент, на которые установлены пакеты из m3=1, 2 и более гладких лент, снаружи пакета установлены гладкие ленты, по одной с каждой стороны пакета, с толщиной hн=(k/2)⋅h, где k=2÷10 и h - толщина внутренних лент демпфера в мм. На этих лентах с шагом, равным двум шагам гофров, симметрично продольной оси лент выполнены прямоугольные выступы, причем выступы одной ленты смещены на шаг гофров относительно выступов другой наружной ленты и середины выступов располагаются в сечениях, где располагаются вершины гофров, опирающиеся на пакеты гладких лент, установленных снаружи пакетов гофрированных лент. В собранном демпфере гофры упруго полностью выпрямлены за счет отгибания выступов на наружные гладкие ленты и части выступов, отогнутые на наружные ленты, и являются опорными поверхностями демпфера. В замковых частях стоек силового несущего элемента и в пакете выполнено отверстие, в которое запрессован штифт. Трущиеся поверхности пакета и стальных гладких лент, на которые он опирается, покрыты износостойким покрытием. Сама пустотелая широкохордная лопатка изготовлена по нижепредлагаемому способу. Предложен способ изготовления пустотелой широкохордной лопатки вентилятора, состоящий в том, что из листа из титанового сплава изготавливают оболочку пустотелой широкохордной лопатки вентилятора требуемой формы и размеров, получают силовые несущие элементы: n+1 силовой несущий элемент, выполненный в виде замка «ласточкин хвост» лопатки, и n-1 силовой несущий элемент, имеющий замковую часть, выполненную в виде «ласточкина хвоста» лопатки, и часть в виде стержня с постоянным или с постепенно сужающимся к концу лопатки поперечным прямоугольным сечением из предварительно сформованных монослоев высокомодульного металломатричного композиционного материала - борных волокон в алюминиевой матрице, или борных волокон с покрытием карбида кремния в алюминиевой матрице, или углеродных волокон в алюминиевой матрице, или волокон карбида кремния в титановой матрице. Подвергают их ступенчатой термодеформационной обработке с постепенным увеличением ее воздействия на материал. Причем предпочтительно на первой стадии степень воздействия термодеформационной обработки составляет 40-70%, на второй стадии степень воздействия термодеформационной обработки с одновременным формованием несущих элементов до требуемой геометрической формы составляет 60-90%, а окончательную термодеформационную обработку несущих этих элементов до 100% проводят в составе полностью собранной заготовки при одновременном прессовании и диффузионной сварке лопатки. Из титанового сплава изготавливают еще один силовой несущий элемент, имеющий П-образную форму на виде сбоку на лопатку, образованную перекладиной и стойками с замковой частью, выполненной в форме и размерах «ласточкиного хвоста» замка лопатки. Собирают демпфер из стальных каленых шлифованных лент, покрытых износостойким покрытием, в компоновке т=m1+2m2+2m3+2, сжимают его до полного упругого выпрямления гофров пакета, одновременно отгибая выступы каждой наружной ленты пакета на другую наружную ленту пакета. Шлифуют пакет поверху по выступам. Укладывают в оболочку несущие элементы в порядке и на расстояниях друг от друга в соответствии со схемой армирования, вставляют в полость силового несущего элемента из титанового сплава без зазора технологическую вставку из тугоплавкого материала и устанавливают силовой элемент с вставкой в оболочку на его место в лопатке. Укладывают сформированную таким образом заготовку в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки. В составе собранной заготовки выполняют завершающую стадию термодеформационной обработки несущих элементов при одновременном прессовании и диффузионной сварке лопатки при заданной температуре и давлении. Вынимают лопатку из штампа и вставку из несущего силового элемента, и пока лопатка не остыла, вставляют гладкие каленые шлифованные ленты и демпфер в полость силового несущего элемента. Причем требуемую величину натяга по опорным поверхностям демпфера обеспечивают подбором толщины гладких лент. Достигаются высокая прочность и статическая жесткость крупноразмерной легкой пустотелой широкохордной лопатки вентилятора авиационного ГТД, сохраняющиеся или нарастающие в процессе технологического цикла, с высокоэффективным демпфирующим устройством, способным не только снизить динамические напряжения в лопатке при ударе и вибрации до безопасного уровня, но и повысить ресурс и надежность вентилятора ГТД. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора, состоящая из оболочки, выполненной из листа из титанового сплава, и жестко скрепленных с ней силовых несущих элементов: лонжерона, выполненного из титанового сплава, и остальных, выполненных из волокнистого однонаправленного металломатричного высокомодульного композиционного материала. Причем n+1 силовых несущих элементов выполнены в виде замков «ласточкин хвост» и размещены между других n силовых несущих элементов и на краях замка лопатки, n-1 силовых несущих элементов, выполненных из композиционного материала, имеют замковую часть, выполненную в виде «ласточкина хвоста», и размещенную внутри оболочки часть в виде стержня с постоянным или с постепенно сужающимся к концу лопатки поперечным четырехугольным сечением, со стороной или сторонами, контактирующими с оболочкой, повторяющими ее форму. Все несущие элементы диффузионной сваркой при температуре и давлении замковыми частями скреплены друг с другом и оболочкой, а частями, размещенными внутри оболочки, - с оболочкой. Лонжерон состоит из замковой части, выполненной в виде «ласточкина хвоста» замка лопатки, выполненного за одно целое с центральным стержнем с коробчатым четырехугольным поперечным сечением, стоек с поперечным четырехугольным сечением, со сторонами, скрепленными с оболочкой, повторяющими ее форму. Между каждой стойкой и центральным стержнем лонжерона имеется прямоугольная щель. Каждая щель заглублена в замковую часть лонжерона, в каждой из этих двух щелей на стойки установлена гладкая, стальная, каленая или нагартованная, шлифованная лента, а на стержень лонжерона установлена гладкая, стальная, каленая или нагартованная, шлифованная лента-вставка с выемками, выполненными по дуге окружности на одной из сторон ленты. В каждой щели между гладкой лентой и лентой-вставкой с требуемым натягом по вершинам гофров δ>Y∂, где Y∂ - допустимая деформация сжатия гофра пакета в мм, так размещен многопролетный пакет, собранный «гофр в гофр» из одной, двух или более стальных, каленых или нагартованных, шлифованных, гофрированных лент, что гофры пакета, опирающиеся на ленту-вставку, размещены в ее выемках, и вершины гофров опираются на выемки в их плоскости симметрии, а ƒ≥Y∂+h, где ƒ - стрела выгиба гофра и h - глубина выемки ленты-вставки. На свободном конце стержня лонжерона выполнены полки. На каждую полку отогнутым концом опирается лента-вставка, а гладкая лента отогнута на торец стойки и отогнутым концом опирается на отогнутый конец ленты-вставки так, что при колебаниях лопатки происходят взаимные упругие проскальзывания с сухим трением отогнутых концов этих лент. Гофрированные ленты пакета, гладкие ленты и ленты-вставки изготовлены из жаропрочной нержавеющей стали, не теряющей упругие свойства при 600°С, а контактирующие поверхности этих лент покрыты износостойким покрытием, сохраняющим свои защитные свойства при этой температуре. Достигаются высокая прочность и статическая жесткость, сохраняющаяся или нарастающая в процессе технологического цикла, с высокоэффективным демпфирующим устройством, снижающим динамические напряжения в лопатке при ударе и вибрации до безопасного уровня на всех рабочих режимах авиадвигателя и повышающим ресурс и надежность вентилятора. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к способам снижения вибрации и может быть использовано в области авиационного, судового и наземного газотурбинного двигателестроения, при стендовых испытаниях двигателей и в процессе их эксплуатации. В способе снижения вибрации в рабочих лопатках турбомашины, при котором измеряют температуру газа перед или за турбиной, выявляют анализом температурного поля одноименную с резонансной гармонику и уменьшают ее амплитуду, для чего корректируют температурное поле изменением подачи топлива в форсунки камеры сгорания, в отличие от известного изменение подачи топлива осуществляют путем прекращения его подачи по меньшей мере в одну из форсунок на резонансном режиме, после прохождения которого подачу топлива восстанавливают. Техническим результатом изобретения является повышение ресурса и надежности работы турбомашины при ее эксплуатации за счет снижения вибрации в ее рабочих лопатках.

Наверх