Лопатки Резонансные колебания

Трещины по пазу замка. Характерными повреждениями лопаток турбины являются трещины по первому пазу елочного замка, а также трещины и разрушение проточной части. Первые происходят при возникновении на лопатках резонансных колебаний. Источником возбуждения их являются импульсы, возникающие при прохождении рабочих лопаток через аэродинамический след лопаток соплового аппарата. Неравномерность температуры газа перед сопловым аппаратом турбины способствует увеличению неравномерности сил газового потока, что также является источником возбуждения колебаний лопаток. [c.100]

Под влиянием периодически действующей возмущающей силы в лопатке возникают незатухающие вынужденные колебания. Если частота собственных колебаний лопатки совпадает с частотой возмущающей силы /в, вынужден [ые колебания становятся резонансными, при этом резко возрастают амплитуды и динамические напряжения в лопатке. Опыт эксплуатации показывает, что большой процент аварий связан с усталостными поломками лопаток, вызванными резонансными колебаниями. [c.281]

Развитие усталостных трещин в лопатках компрессоров и турбин в пределах существующего ресурса двигателя явление частое, наблюдаемое по различным причинам. Появление трещин, например, может быть связано с различными повреждениями лопаток в результате попадания постороннего предмета и возникновением в результате этого вмятин, надрывов и изгибов пера лопатки. У поврежденной лопатки могут изменяться или оставаться теми же резонансные колебания. Она попадает на короткий период времени в условия резонансных колебаний по одной из частот, которые типичны для проходных режимов работы двигателя, что приводит к накоплению в лопатке усталостных повреждений. При наличии высокой концентрации напряжений в результате появления повреждения происходит резкое снижение периода зарождения трещины и в лопатке возникает и развивается усталостная трещина. Такая ситуация может быть реализована на разных стадиях эксплуатации двигателя. [c.566]

Анализируемая лопатка имеет возбуждение резонансных колебаний, которые определяют ее наибольшую напряженность в полете по высокочастотной крутильной форме при работе двигателя в полете на режиме малого газа, когда происходит снижение самолета с эшелона. Поэтому лопатка входит в резонанс один раз за полет, что определяет продвижение трещины между двумя соседними усталостными линиями, а каждая усталостная линия отражает нагружение лопатки между двумя соседними резонансами. Следовательно, каждая усталостная линия должна быть поставлена в соответствие одному полету самолета (или ПЦН). Суммарно длительность роста трещины составляет около 30 полетов. Из условия в среднем 2-часового полета самолета период роста трещины в лопатке составляет не менее 60 ч. [c.600]

Резонансное состояние лопатки. Резонансное состояние лопатки наступает при равенстве или кратности частоты собственных колебаний лопатки скорости вращения диска, т. е. [c.425]

На рис. 107, а кривая 1 изображает осциллограмму свободных затухающих колебаний лопатки кривая 2 — осциллограмму резонансных колебаний, когда частота возмущающих импульсов равна собственной частоте. Амплитуда колебаний резко возрастает, хотя и до определенного предела, характеризуемого тем, что энергия действующих на лопатку импульсов поглощается трением частиц материала лопатки. [c.110]

Следовательно, динамические напряжения, возникающие при резонансных колебаниях лопаток, чрезвычайно опасны для работы турбины. Эти напряжения вызываются незначительной возмущающей силой, составляющей лишь малую долю полного давления на лопатку, и тем не менее во много раз превышают статические напряжения от изгиба их паром (газом). Особенно опас- [c.148]

Если вибрационная характеристика облопачивания окажется неудачной, т. е. на рабочих числах оборотов возможны резонансные колебания с небольшим коэффициентом кратности , необходимо настроить лопатки, т. е или изменить частоты их собственных колебаний, или изменить частоты возмущающей силы. [c.152]

Рабочие лопатки испытывают переменные усилия со стороны пара, когда они при вращении ротора с огромной скоростью проходят мимо каналов, образованных направляющими лопатками. Непосредственно против выходной кромки направляющей лопатки скорость выхода пара меньше, чем в середине межлопаточного канала. Частота перемен усилия, действующего на лопатку, может совпасть с частотой собственных колебаний рабочих лопаток. В этом случае амплитуда колебаний лопаток и, следовательно, изгибные напряжения в них становятся большими и лопаткам грозит вибрационная поломка. Для предотвращения опасных резонансных колебаний лопаток их связывают между собой в пакеты по несколько штук с помощью ленточного бандажа, закрепляемого на вершинах лопаток путем расклепки специальных шипов, изготовляемых за одно целое с лопатками. Иногда применяется приварка бандажа к лопаткам (в газовых турбинах). [c.11]

Резонансные колебания являются одной из причин поломки лопаток турбомашин, где в установившемся режиме движения каждая лопатка проходит какое-нибудь определенное положение через точно установленные промежутки времени. Если, например, лопасть гидротурбины получает повторяющиеся через определенные интервалы времени импульсы, в результате резонанса лопасть может сломаться. [c.70]

Пусть собственные частоты S лопаток на жестком диске станут несколько различаться. При сохранившейся независимости свободных колебаний каждой из них в окрестности прел ней резонансной частоты способны проявиться уже S различных резонансных частот, разместившихся на луче данной гармоники возбуждения и соответствующих резонансным колебаниям различных лопаток [точки пересечения луча гармоники с 5 функциями pk — Ph Q), где k — Q, 1, 2,. .., (S—1)], которые при одинаковых лопатках слива- [c.145]

Когда собственная частота жестко закрепленных лопаток близка к резонансной частоте системы, резонансные колебания их наиболее опасны. Здесь несущая часть системы выступает по отношению к лопаткам в качестве своеобразного мощного усилителя резонансного типа. В случае различия собственных частот жестко закрепленные лопатки имеют различающиеся максимальные амплитуды (каждая на своем резонансе), поскольку амплитуды сил, вызывающих колебания лопаток, зависят от амплитудно-частотной характеристики системы, являющейся по отношению к лопаткам возбудителем. [c.154]

В качестве примера [21] остановимся на результатах эксперимента, представленных в отвлеченном виде на рис. 8.12. Здесь приведена частотная диаграмма рабочего колеса вентилятора, лопатки которого оснащены бандажными полками, образующими замкнутый кольцевой пояс связей примерно на одной трети высоты лопаток от их вершин. Крестиками отмечены собственные частоты системы, укладывающиеся на четко выраженные кривые зависимости их от частоты вращения ротора. Эти частоты получены по результатам спектрального анализа магнитограмм динамических напряжений в колесе, возникающих на тех или иных режимах работы вентилятора вследствие всегда имеющегося широкополосного шума. Кружками отмечены четко проявившиеся резонансные колебания (некоторые из них носили опасный характер). [c.159]

Вибрационная отстройка лопаток от резонансных колебаний первого, второго и более высоких тонов также влияет на конструкцию лопаток приходится менять размеры профилей, скреплять их ленточными или проволочными бандажами в пакеты. Сечение лопатки, ослабленной отверстием, необходимо утолщать. [c.33]

Неравномерность давления парового потока особенно неблагоприятна в условиях резонансного колебания лопаток. Напряжения, возникающие при этом в лопатках, во много раз превосходят статические напряжения изгиба. Поэтому при проектировании и изготовлении турбин необходимо особое внимание уделять, во-первых, отстройке рабочих лопаток от резонанса, во-вторых, сведению к минимуму всех неблагоприятных факторов, влияющих на неравномерность давления пара. [c.35]

Рассчитать величину так называемой динамической составляющей напряжений в лопатке при резонансном колебании, не зная значений возмущающих сил в работающей турбине, невозможно. Можно считать, что возмущающие силы приблизительно пропорциональны постоянной составляющей усилия парового потока. В связи с этим для обеспечения достаточной прочности лопатки при возможных резонансных колебаниях статические напряжения изгиба от парового усилия принимают для активных лопаток не более 400 кгс/см при полном подводе пара и 180 кгс/см при парциальном подводе пара для реактивных лопаток их принимают равными 400—500 кгс/см . Эти величины допустимых напряжений изгиба установлены на основании статистических данных об авариях рабочих лопаток [159]. [c.35]

Таким образом, резонансные колебания — часто неизбежное явление, и задача состоит в том, чтобы обеспечить надежную работу и в условиях резонанса. Одним из мероприятий по снижению динамических напряжений в рабочих лопатках является демпфирование. Как видно из соотношения (16.9), динамические напряжения при резонансе обратно пропорциональны декременту колебаний т). В свою очередь, значение фактического декремента колебаний определяется рассеянием энергии в материале рабочей лопатки, характеризуемой декрементом колебаний ri , и рассеянием энергии в связях и соединениях между хвостовиком и ободом диска, между торцом лопатки и приклепанным бандажом, между лопаткой и проволочной связью, свободно вставленной в отверстие лопатки (демпферная связь). Это демпфирование определяет значение конструкционного декремента г . Таким образом [c.444]

Во избежание проблем с резонансными колебаниями количество сопловых лопаток ГТ выбирают равным или кратным простым числам. Масса отдельной лопатки может составить от 10 до 30 кг. В табл. 4.1 в качестве примера приведены конструктивные параметры проточной части ГТУ типа ГТЭ-115-1170 (проект АО Турбоатом , г. Харьков). [c.101]

Резонансные колебания лопатки возникают при совпадении одной из частот ее собственных колебаний /д с частотой действующей на нее возмущающей силы [c.249]

В рабочих лопатках компрессора наиболее частыми являются перегрузки, вызываемые резонансными колебаниями, когда среднее напряжение не меняется, а амплитуда растет. Рабочая точка перемещается по линии МР, а запас прочности по переменным напряжениям [c.29]

Основные виды колебаний. Резонансные колебания вызываются совпадением одной из собственных частот лопатки с частотой переменных газовых сил, действующих на вращающуюся лопатку. [c.309]

Резонансные колебания также возбуждаются в трубопроводах (газовых, жидкостных), если частота нагнетателя (вентилятора, насоса) такова, что по длине трубопровода укладывается одна или несколько полуволн. Явление резонанса имеет место также в лопатках ГТД, в лопастях воздушных винтов и вентиляторов в тех случаях, когда по длине лопатки или лопасти (от ступицы до края) укладывается четверть звуковой волны. [c.8]

Сущность метода состоит в том, что пульсирующий воздушный поток подводится к консольно укрепленной лопатке [42, 43]. Лопатка крепится за хвостовик к массивному основанию. Пульсация воздушного потока создается прерыванием (затенением) струи, имеющей постоянную скорость, с частотой, равной частоте одной из форм собственных колебаний лопатки. Возникающие резонансные колебания лопатки усиливаются до необходимой амплитуды. Основная трудность использования этого метода заключается в поддержании частоты колебаний на заданном уровне с высокой точностью. Подобные установки получили распространение для исследования форм колебаний и при проведении кратковременных испытаний на усталость при комнатной температуре. Нагрев лопатки в данном случае затруднен из-за прокачки воздуха. [c.246]

Прп совпадении частоты собственных колебаний лопатки с частотой вынужденных колебаний (возмущающих сил) наступает резонанс. При этом амплитуды колебания лопатки увеличиваются, и может произойти усталостное ее разрушение. Зоны резонансных колебаний лопаток могут быть довольно точно установлены. Для этого в лабораторных условиях определяют частоту собственных колебаний по методике, данной в работах [43] и [53]. Зная частоту собственных колебаний лопатки, можно построить частотную диаграмму и определить числа оборотов ротора, при которых наступают резонансные колебания лопатки. На фиг. 73 и 74 приведены частотные диаграммы лопаток турбокомпрессоров ТК-30 и ТК-34, где по оси абсцисс отложено число оборотов ротора (ге об/мин), а по оси ординат — частоты собственных колебаний лопаток (/ 1/сек). [c.98]

Чтобы отстроить лопатки от резонансных колебаний, частота их собственных колебаний не должна совпадать или быть кратной числу оборотов (,в пределах, указанных в табл. 6-29). [c.208]

При периодическом воздействии импульса внешней силы на лопатку (или пакет лопаток) возникают вынужденные колебания. Особенно важным случаем вынужденных колебаний является тот, когда частота импульса внешней силы равна или кратна частоте собственных колебаний лопатки или пакета лопаток. В этом случае возникают так называемые резонансные колебания. При резонансных колебаниях лопаток амплитуда их вибрации возрастает от минимального значения в начале колебаний до некоторой максимальной величины при установившемся состоянии. [c.232]

Рис. 20.23. Интерферограммы лопатки компрессора при резонансных колебаниях

Лопатки турбин работают в очень тяжелых условиях. Они подвергаются сильному воздействию центробежной силы, изгибающему и пульсирующему воздействию рабочей среды, вызы-вающ-ему вибрации лопаток, в которых легко могут быть возбуждены резонансные колебания. Все это происходит в первых ступенях турбины при высоких температурах рабочей среды, воздействующей на лопатки как химически, так и механически в последних ступенях имеет место разъедание (эрозия) входных кромок лопаток частицами воды, содержащейся во влажном паре. [c.63]

ВОЛИ т в указанных пределах частота собственных колебаний веица возрастает (рис. 48). В отличие от изолированной лопатки, резонансные колебания [c.312]

До недавнего времени все лопатки компрессоров и турбин ГТД проектировали по принципу безопасного ресурса. Лопатки отстраивали по основному тону их колебаний таким образом, чтобы резонансные колебания либо вообще не возникали, либо их появление имело кратковременный характер на переходных режимах работы двигателя. Однако реальная эксплуатация двигателей показывает, что разрушение лопаток происходит при различной наработке двигателя и является частым событием по различным причинам [3, 4]. Возможна высокая концентрация напряжений по зонам галтельного перехода у основания лопаток, проявление фреттиига по контактирующим поверхностям основания лопатки и межпазового выступа диска, а также весьма распространены ситуации повреждения пера лопатки из-за попадания постороннего предмета в газовоздушный тракт ГТД или возникновения коррозионных язв. Следствием этого является фактическая эксплуатация лопаток с развивающимися в них усталостными трещинами. [c.567]

В 19 было сказано, что частота импульсов, вызывающих колебания лопаток, равна или кратна числу оборотов ротора, причем коэффициент кратности I может быть любым целым числом. Поэтому, если динамическая частота свободных колебаний лопатки va = 1Псек, то могут возникнуть резонансные колебания. Эти колебания являются, однако, опасными лишь в тех случаях, если, с одной стороны, г = 2, 3, 4, 5, 6 (причем с увеличением / опасность колебаний уменьщается) или, с другой стороны, если / = 2 , где 21 — число сопел [для парциальной ступени под 2 понимается фиктивное число сопел, которое соответствовало бы полному подводу пара (газа) при том же щаге сопел]. [c.149]

Напряжение в корневом сечении этой лопатки при резонансных колебаниях первого тона под воздействием к-й гармоники Рдсоз й(а + ай) мо>(<ет быть представлено [Л. 20] в виде [c.8]

Опыт показывает, что при работе турбомашины появление усталостных трещин на лопатках может быть связано с их интенсивными резонансными колебаниями в диапазоне частот до 20 кГц. В такой диапазон может попадать весьма значитель ое число частот собственных колебаний лопаток. Этим определяется практическая - необходимость четкой ориентации в нижней чйсти спектров лопаток, содержащей 10...15 и более частот собственных колебаний. [c.86]

Различие в собственных формах лопаток также может вызывать разброс резонансных напряжений, поскольку это связано с изменением обобщенных возбуждающ их сил, поддерживающих колебания, несмотря на то, что фактическое распределение и величина динамических нагрузок, приложенных различным лопаткам, остаются неизменными. Следует ожидать, что наиболее ощутимо иокажение форм колебаний может сказаться при резонансных колебаниях по сложным формам. [c.167]

На рис. 10.8 приведены результаты экспериментального определения сдвигов фаз колебаний соседних лолаток при автоколебаниях и вынужденных (резонансных) колебаниях рабочих колес как с консольными лопатками, так и с полочным бандажирова-нием [55]. Штриховыми линиями показаны сдвиги фаз для рабочих колес со строгой симметрией. Автоколебания устойчиво проявляются в виде вперед бегущих волн. Результаты экспериментальных измерений сдвигов фаз тесно группируются возле их теоретических величин, свойственных строго симметричным сис-темаим. [c.203]

Во всех экспериментах [55] по определению сдвигов фаз при резонансных колебаниях они всегда были положительными, т. е. проявлялась назад бегущая волна. Если у рабочих колес с полочным баидажировапием сдвиги фаз в довольно широком диапазоне частот возбуждения (вращения) довольно хорошо группируются у теоретических значений, определяемых номером соответствующей гармоники возбуждения, то у колес с консольными лопатками бегущая волна [c.203]

Многоцикловая усталость. Справедливость мнения, что турбины подвержены действию многоцикловой усталости, впервые была признана в начале 20-х гг. Многоцикловая усталость рабочих лопаток и деталей камеры сгорания неизменно сопряжена с резонансными колебаниями. Поэтому первая задача конструкторов — определение собственной частоты колебания различных деталей, в первую очередь рабочих лопаток и камеры сгорания. Вторая задача— определить возбудители колебаний, подавить их и затем рассчитать результирующие напряжения. Поскольку форма деталей камеры сгорания и рабочих лопаток сложна, расчет частоты колебаний не так-то прост. Чтобы рассчитать частоту и моду колебаний, а затем и величину локальных напряжений, приходящихся на единичный подавитель и единичный возбудитель колебаний в лопатках, применяют компьютерную программу, в основу которой положена теория сложного пучка или метод анализа конечных элементов. Помимо сведений, необходимых для расчета температуры, конструктору нужны сведения о плотности, модуле Юнга и коэффициенте Пуассона материала. В некоторых конструкциях колебания настолько серьезны, что требуется расчет специальных подавляющих устройств. В качестве таковых используют механические приспособления в виде различного вида упоров распирающих комельные части соседних лопаток, установленных на диске данной ступени. Эффективность подобных устройств оценивают посредством испытаний. В паровых турбинах возбуждение колебаний на каждом обороте ротора может быть очень значительным при впуске пара не по всей окружности турбины. В крупных па- [c.73]

Лопатки бандажированиые — Типы бандажных связей 251, 252, 276 — Возбуждение резонансных колебаний 249, 250 --жесткие 274—276 [c.541]

Описанный с(юсоб подвода коррозионной среды к испытуемой лопатке обеспечивает интенсивную аэрацию раствора. Именно в таком Виде происходит контакт лопаток компрессоров судовых ГТД с морской водой. Это тем более важно еще и потому, что, как было показано в работе 141]. наличие в 3 %-ном растворе Na I растворенного кислорода может приводить к существенному снижению коррозионной выносливости стали. Кроме того, мелкое распыление коррозионной среды незначительно демпфирует резонансные колебания лопаток и образцов, что не создает дополнительных трудностей при возбуждении этих коле- баний. [c.90]

Испытание натурных лопаток на усталость при колебаниях на собственных частотах, по одной из форм без воспроизведения статической составляющей можно проводить на установках, позволяющих получить резонансные колебания лопатки достаточной интенсивностич Такие установки разработаны в некоторых отечественных лабораториях, а также за рубежом. Для испытания моделей профильной части лопатки на статическое растяжение и переменный изгиб при соответствующей температуре конструируются специальные машины. В связи с наличием значительных присоединенных масс частота колебаний на этих машинах не превышает 300—400 гц для небольших моделей (ШХ20Х12) и ЮО—150 гц для моделей среднего размера (150X60X20). [c.245]

На рис. 20.23 приведены интерферограммы перемещений лопатки осевого компрессора в процессе ее вибрации с определенной резонансной частотой. Вначале получают голограмму в статическом состоянии модели. Затем после возбуждения резонансных колебаний настраивают стообоскоп на частоту, кратную частоте колебаний, что обеспечивает импульсное освещение лазером вибрирующей модели в моменты прохождения ею амплитудных состояний. В этом состоянии проводят голографирование модели. Совмещение двух указанных голограмм дает приведенные интерференционные полосы, являющиеся изолиниями прогибов лопатки. [c.545]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...