Напряжения в лопатке при колебаниях

НАПРЯЖЕНИЯ В ЛОПАТКЕ ПРИ КОЛЕБАНИЯХ [c.142]

Теоретические исследования [39] показывают, что напряжение в лопатке при основном тоне колебаний может быть приближенно вычислено по следующей формуле [c.83]

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]

Вычисление относительных напряжений в лопатке при тангенциальных колебаниях первого и второго тонов [c.172]

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]

Из теории колебаний известно, что опасные напряжения в лопатке могут возникнуть в состоянии резонанса, т. е. при совпадении возмущающей силы с частотой свободных колебаний системы. Возмущающая сила, раскачивающая лопатку, возникает вследствие неравномер- [c.169]

Таким образом, имея значения кб и V6, можно найти значения р, а по ним частоты колебаний пакета лопаток. Так как уравнение (90)—трансцендентное, то получим бесконечно большое число значений частот колебаний. [При построении графических зависимостей (рис. 14) использовалось соотношение (90)]. Напряжения в лопатке могут быть вычислены по следующему выражению [c.45]

Типичной причиной возбуждения колебаний лопаток является неравномерность обтекающего их потока. Эта неравномерность может быть обусловлена как неоднородностью параметров потока, так и геометрическими свойствами лопаточного аппарата. При неблагоприятных условиях напряжения в лопатках могут оказаться чрезмерно высокими и вызвать их поломку. [c.73]

Из вышеизложенного следует, что с увеличением кратности колебаний и числа циклов при нагрул ении напряжения в лопатке уменьшаются. Поэтому лопатки должны быть выбраны возможно более высокочастотными. [c.83]

Известно, что при проектировании лопаток ограничиваются обычно расчетами статических напряжений и определением частотных характеристик лопаток. Кроме того, привлекаются дополнительные материалы, базирующиеся в основном на анализе статистических данных по авариям с рабочими лопатками. Переменные напряжения в лопатках в настоящее время не рассчитываются, поскольку нет необходимых сведений о возмущающих усилиях и о рассеянии энергии колебаний в лопатках. [c.6]

Установлено, что декремент колебаний лопаток в пределах ступени может различаться в несколько раз. Кроме этого, у многих пакетов в процессе эксплуатации величина декремента с течением времени значительно уменьшается. Это приводит к повышению опасности усталостных поломок лопаток. Рекомендуется поэтому проверять декремент колебаний пакетов лопаток на всех аварийных ступенях и на ступенях с неудовлетворительными вибрационными характеристиками при капитальных ремонтах турбин. Одновременно необходимо вести разработку мер по восстановлению исходного уровня декремента для уменьшения вибрационных напряжений в лопатках. [c.107]

Относительные динамические напряжения в лопатках и связях при первом тоне тангенциальных колебаний пакета вычисляем на расчетном бланке (табл. 22). [c.166]

Далее, смысл пакетирования состоит в перераспределении избытка возмущающей силы посредством бандажа. Поэтому пакетирование снижает напряжения в лопатках только при синхронно-синфазных колебаниях (типа А). При наличии возмущающих сил, частоты которых вызывают колебания других форм (типа В или изгибно-крутильных колебаний), пакетирование не приводит к выравниванию усилий между лопатками с помощью бандажа. [c.442]

Для рабочих лопаток разброс частот колебаний (по первой изгибной форме) порядка 3—10% из-за технологических отклонений. При наличии неоднородности лопаток динамические жесткости зависят от угла 0 , характеризующего положение 1-й лопатки. При вычислении работы краевой нагрузки проводится суммирование по всем лопаткам, прогиб диска принимается по формуле (53). Расчет позволяет выявить рассеяние переменных напряжений в лопатках. Методика расчета рассмотрена в работе [31]. [c.277]

Перед проведением испытаний на усталость необходимо установить распределение напряжений по длине лопатки при колебаниях в характерных точках профиля. Измерение деформаций должно проводиться по 5—6 лопаткам тензодатчиками, наклеиваемыми вдоль входной и выходной кромок со стороны корыта и вдоль спинки в местах наибольших толщин профиля. Схема расположения тензодатчиков приведена на рис. 4. При испытании лопаток малых размеров (менее 30 мм) можно допустить использование моделей. Места наибольших напряжений на спинке лопаток, имеющих длину более 250 мм, в различных поперечных сечениях должны быть определены специальным исследованием распределения напряжений. Полученные значения относительных напряжений по шести лопаткам осредняют и по средним значениям строят кривые распределения напряжений. [c.248]

В лопатках турбомашин по сравнению с напряжениями растяжения существенно ограничиваются напряжения изгиба. Это объясняется значительным возрастанием последних за счет появления неучтенной динамической составляющей при колебаниях лопаток. [c.278]

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]

Изгиб осуществляется статически при действии давления газа на лопасть, а также тангенциальной составляющей центробежной силы, возникающей в наклонно расположенной лопатке. Изгибающий момент имеет еще и динамическую составляющую, возникающую при колебаниях лопатки. Часто предполагается такн<е, что остаточные или температурные напряжения имеют второстепенное значение и что их можно не учитывать. В соответствии [c.247]

Разделив на это выражение формулу (193), найдем соотно-щение между динамическим напряжением при колебании в резонансе и статическим под действием той же возмущающей силы для лопатки без бандажа [c.145]

Следует иметь в виду, что при колебаниях лопаток напряжения в материале изменяются по асимметричному циклу на переменные напряжения изгиба накладываются постоянные растягивающие напряжения от центробежной силы. Поэтому рассчитывать лопатки на выносливость следует по соответствующим методам [20]. [c.155]

На рис. 35 представлен график нагрузки, действующей на лопатку в течение одного оборота. Такая схема приблизительно соответствует случаю очень малой продолжительности нагружения и разгружения лопатки по сравнению со временем действия нагрузки. Наибольшую амплитуду колебаний лопатка имеет в момент ее входа и выхода из струи пара. Как пока- зоо зывают расчеты [39], с увеличением частоты собственных колебаний лопатки их амплитуда резко уменьшается. На рис. 36 представлен пример изменения амплитуды с точностью до постоянного множителя для основного тона колебаний при прямоугольной иа грузке для двух частот враш,е-ния 3000 и 1500 об/мин. Декремент колебаний при этом 6—0,01. В обш,ем случае величина резонансных напряжений в корневом сечении лопатки для основного тона колебаний может быть представлена в виде [c.81]

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]

В 1969—1970 гг. А. С. Шемонасвым [91] были выполнены измерения вибрационных напряжений лопаток последней ступени турбины большой мощности во время ее эксплуатации. При одновременном газодинамическом испытании той же ступени [38] было обнаружено, что при наборе оборотов в пределах 2800—3000 об/мин возникают значительные колебания лопаток. Уровень напряжений в лопатках при этих колебаниях существенно зависел от вакуума. При вакууме ниже 93% уровень вибрационных напряжений достигал (7,85- -8,45) X XlO Н/м2 (800—860 кгс/см ). [c.162]

Из (2) следует, что знакопеременное напряжение в лопатке при изгибе в случае резонанса обратно пропорционально декременту колебаний. Необходимо иметь в виду, что для лопаток из современных марок сталей ло1 арифмический декремент часто составляет величину порядка 0,02—0,03. Поэтому даже при небольшой величине возмущающего усилия напряжения изгиба при вибрации могут оказаться весьма значительными, [c.8]

Максимальные вибрационные напряжения в лопатке компрессора действуют при ее колебаниях на резонансной частоте. При выходе лопатки из резонанса вибронапряженность лопатки резко уменьшается, что приводит к резкому уменьшению скорости роста трещины или ее полной остановке и образованию на изломе следа в виде мак-роусталостной линии. Поэтому отмеченные выше повторяющиеся элементы рельефа излома в виде гладкого участка и ступеньки (или темного и светлого участков) соответствуют прохождению колебаний лопатки через резонанс при увеличении и уменьшении оборотов двигателя в полетном цикле. Это подтверждается фактическими данными по напряженности лопатки VII ступени КВД двигателя НК-8-2у. [c.593]

Так как интенсивность т возмущающей силы неизвестна, при помощи формулы (193) можно вычислить лищь относительные напряжения в лопатке, приняв напряжения при колебании первого тона лдпатки без бандажа за единицу. Тогда относительные напряжения при других тонах и типах колебаний будут рав-Сп [c.144]

Для измерения напряжений в лопатках служили следующие приборы тензометрический трехканальный усилитель типа Т-11 с Потенциометрической схемой шлейфовые осциллографы Н-102 катодные осциллографы ЭО-7 с дополнительным каскадом усиления электронный с гетный частотомер тарировочное устройство. Для онределеиия масштаба осциллограмм производилась динамическая тарировка тензометрической аппаратуры. Перед испытаниями лопаток в лабораторных условиях были определены спектр частот, формы колебаний и распределение относительных напряжений для единичной лопатки. Спектр частот определялся резонансным методом. Режимы при испытаниях были установлены следующие пуск турбины из холодного состояния с медленным набором оборотов до срабатывания автомата безопасности, синхронизация и набор нагрузки до 290 МВт (нри номинальной мощности турбины 300 МВт). [c.199]

На рис. 9.12 приведены экспериментальные результаты, полученные при тензометрировании большинства рабочих лопаток второй ступени другого компрессора. Производили измерения резонансных напряжений на лопатках при возбуждении колебаний 4 и 6 гармониками. И в этом случае число главных максимумов и провалов напряжений примерно отвечает теоретическим соображениям 8 и 12). Однако для случая возбуждения шестой гармоникой (т = 6) картина Беоколько нарушается распределением напря- [c.184]

Статические изгибающие напряжения в лопатках допускаются при расчете умеренные и не могут вызвать их поломки. Переменная составляющая этих напряжений еще меньше. Однако в условиях разонанса напряжения могут быть очень большими и даже приводить к поломке. Они пропорциональны амплитуде возмущающей силы и обратно пропорциональны декременту колебаний. Уменьшая первую и увеличивая второй, можно снизить напряжения при резонансе. [c.114]

Величина переменных составляюших сил обычно достигает всего нескольких процентов от средней силы, поэтому при вынужденных колебаниях лопаток напряжения в них невелики. При совпадении частоты возбуждающей С1ГЛЫ с одной из собственных частот лопатки наступает резонанс II переменные напряжения в лопатке могут сильно возрасти. Условие резонанса [c.310]

Тензометрирование. Основным методом экспериментального определения переменных напряжений в лопатках турбомапшн является тензометрнрова-ние на работающей мащине в условиях, возможно более близких к эксплуатационным. До начала тензометрирования необходимо для правильной ориентировки при проведении испытаний построить расчетную резонансную диаграмму (см. выще). При первых испытаниях проволочные тензодатчики обычно наклеивают вблизи корневого сечения на спинку лопатки. При обнаружении резонансов на рабочих режимах следует возбудить соответствующую форму колебаний лопатки, обклеенной тензодатчиками, на электродинамическом вибраторе и установить место расположения максимальных динамических напряжений. Дальнейшее тензометрирование ведут по датчику, наклеенному непосредственно в зоне максимальных напряжений, или жн с использованием коэффициентов пересчета напряжений, полученных на вибраторе, [c.313]

Испытания на усталость при колебаниях по высшим формам являются наиболее трудными из-за возрастания необходимой мощности возбуждения, трудности создания добротного механического колебательного контура. Поэтому испытания при высоких (4—10 кгц) частотах лучше проводить на маг-нитострикционных установках или возбуждением колебаний пульсирующей воздушной струей. Измерение напряжений в лопатке затрудняется вследствие, большой неравномерности деформаций, контроль напряжений часто возможен только по тензодатчикам в связи с малыми перемещениями по этой же причине датчик обратной связи в прежнем выполнении становится малочувствительным, что требует изыскания новых способов поддержания амплитуды на заданном уровне. Этим можно объяснить пока слабое распространение испытаний на усталость при колебаниях по высшим формам при высокой температуре. [c.249]

Циклические напряжения, возникающие в деталях горячего тракта ГТУ при пусках и остановах, вызывают ускоренный износ этих деталей, зависящий также от скорости изменения температуры, перепадов температур и усилий. Свойства материалов (длите 1ьная прочность, скорость ползучести) в деталях, испытывающих циклические нагрузки, ухудшаются по сравнению с работающими в условиях статического нагружения. Из-за худшего сгорания то 1лива в пусковых режимах могут образовываться отлагающиеся на лопатках турбины агрессивные продукты неполного сгорания. При теп-лосменах повреждается поверхностный слой и облегчается проникновение кислорода и катализаторов коррозии к внутренним слоям металла. Из-за нерасчетных режимов работы создаются условия,. в которых возможны забивание форсунок, образование нагаров в камерах сгорания и т. д. Гибкие роторы ГТУ при развороте проходят через критические частоты вращения, при которых даже небольшие небалансы могут вызвать повышенные колебания, ускоряющие износ подшипников и снижающие надежность имеющихся на агрегате систем и аппаратуры. Точно так же практически все лопаточные венцы компрессора и турбины проходят при развороте ГТУ через резонансные частоты, равные или кратные частотам собственных колебаний лопаток. При таких частотах амплитуды колебаний и динамические напряжения в лопатках могут существенно возрастать. Компрессорные ступени, кроме того, могут в пусковых режимах работать с повышенными пульсациями потока и увеличенными динамическими напряжениями срывного характера. В результате создаются услевия для накопления повреждаемости лопаток и сокращения срока их службы. [c.169]

Так, например, если интенсивность ц возмущающей силы при колебании составляет всего 10% от интенсивности д статической нагрузки, а статическое напряжение от изгиба в лопатке составляет 0и = 30 Мн1м , то при статической нагрузке интенсивностью Т1 соответствующее напряжение o = 0,1-30 = 3 Мн1м . [c.146]

Так как лопатки регулирующей ступени турбины имеют небольшую длину и обладают высокой частотой собственных колебаний (несколько тысяч периодов в секунду), все лопатки диска (они всегда имеют несколько отличающуюся одна от другой собственную частоту) не могут быть отстроены от резонанса с возмущающими силами, частоты которых кратны числу оборотов. Поэтому, как правило, на диске регулирующей ступени всегда имеются лопатки, работающие в резонансе с частотами V = 1псек (где / — целое число), и напряжение в этих лопатках надо рассчитывать при работе их в резонансе (при первом тоне колебаний). [c.147]

Статические испытания позволяют получить спектр частот колебаний лопаток и соответствующие им формы. Кроме этого, могут быть нолучены для каждой формы колебаний относительные значения напряжений в различных сечениях лопатки. Получить абсолютные значения напряжений при статических испытаниях невозможно, так как неизвестны ни величина возмущающих усилий, ни декремент колебаний. Кроме этого, получив сиектр резонансных частот и соответствующие им формы колебаний, не иредставлнется возможным, базируясь лишь на результатах статических испытаний, выделить опасные формы колебаний. Данн.ые об уровне напряжений можно получить лишь в результате испытаний лопаток неиосредственно па турбине в условиях се эксплуатации. Вместе с тем, как уже отмечалось, в настоящее время эти испытания весьма сложны и громоздки и требуют затраты большого количества времени. Основная трудность при этом для многоцнлнндровых турбин заключается в обеспечении надежного вывода проводников от тензометров через ряд последовательно соединенных роторов, имеющих в большей части своей длины высокую температуру. [c.198]

Выше неоднократно указывалось, что из-за отсутствия необходимых сведений о величине возмущающих сил и декременте колебаний до сих пор не удается рассчитывать знакопеременные напряжения в рабочих лопатках. Этим в основном объясняются продолжающиеся поломки лопаточного аппарата турбин. При этом среди поломок различных деталей турбш1 элементы лопаточного аппарата занимают одно из основных мест. [c.206]

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]

Наибольщее значение рассеяния энергии колебаний имеет место в пакете с приклепанным ленточным бандажом. Это рассеяние происходит главным образом в месте сочленения бандажа и стержней. Присоединение одного ряда скрепляющих проволок при напряжениях в стержнях до 1 600 кГ1см снижает демпфирующую способность пакета, несмотря на то что присоединяемая проволока, как это видно из табл. 1, испытывает высокие напряжения. Объясняется это тем, что при постановке скрепляющей проволоки напряжения в ленточном бандаже, а значит, и его деформации уменьшаются. Вследствие этого уменьшается рассеяние энергии колебаний в сочленении ленточного бандажа со стержнями. Дальнейшее добавление скрепляющих проволок продолжает снижать напряжения в ленточном бандаже. Наихудший результат получается, если бандаж припаять к стержням. В этом случае ликвидируется относительное перемещение бандажа и стержней, являющееся источником интенсивного рассеяния энергии колебаний. Этот факт представляет интерес при настройке лопаток. Иногда применяют припайку ленточного бандажа к лопаткам. Это может уменьшить демпфирование при вибрациях до уровня, характерного для единичных лопаток. [c.53]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...