Способ испытания корпуса на непробиваемость и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к области испытаний деталей машин на прочность и исследований ударных воздействий на непробиваемость корпусов и может быть использовано для проведения прочностных и сертификационных испытаний корпусов вентиляторов, компрессоров, турбин газотурбинных двигателей и других турбомашин в машиностроении. Ротор размещают внутри корпуса, перед проведением испытания ослабляют заданное сечение одной из лопаток, осуществляют выход ротора на заданную частоту вращения, при которой происходит отрыв одной из лопаток, и по следам удара лопатки о корпус оценивают его непробиваемость. Перед началом испытания понижают давление среды в корпусе, в процессе испытания с момента выхода ротора на заданную частоту вращения повышают давление в корпусе. Устройство для испытания корпуса на непробиваемость содержит последовательно соединенные ротор с лопатками и привод, одна из лопаток выполнена с ослабленным сечением, систему управления частотой вращения, датчик частоты вращения, сигнализатор обрыва лопатки, устройство ввода информации, первый вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения, а его первый выход с системой управления частоты вращения, устройство дополнительно снабжено вакуумным насосом и компрессором, датчиком давления среды в корпусе, выход которого подсоединен ко второму входу устройства ввода информации, токосъемным устройством, через которое сигнализатор обрыва лопатки подключен к третьему входу устройства ввода информации. Кроме того, устройство дополнительно снабжено видеокамерой, вход которой подключен ко второму выходу устройства ввода информации, а сигнализатор обрыва лопатки расположен в ослабленном сечении лопатки. Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением при проведении испытаний корпуса на непробиваемость, состоит в осуществлении гарантированного обрыва лопатки по ее заданному сечению от вращающегося ротора на заданной частоте вращения. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области испытаний деталей машин на прочность и исследований ударных воздействий на непробиваемость корпусов и может быть использовано для проведения прочностных и сертификационных испытаний корпусов вентиляторов, компрессоров, турбин газотурбинных двигателей и других турбомашин в машиностроении.

Известен способ испытания корпуса на непробиваемость [1], при котором на заданной частоте вращения для имитации обрыва лопатку вентилятора отрезали с помощью электродов.

Недостатками указанного способа являются обрыв лопатки на некотором расстоянии от корневого сечения и низкая точность надреза с учетом специфики и сложности обеспечения устойчивого зажигания электрической дуги. В результате лопатка отрывается с неполной массой и точность оценки корпуса на непробиваемость снижается.

Наиболее близким по технической сущности является способ испытания корпуса на непробиваемость [2] , при котором ротор размещают внутри корпуса, осуществляют выход ротора на заданную частоту вращения, при которой происходит отрыв одной из лопаток, и по следам удара лопатки о корпус оценивают его непробиваемость, отличающийся тем, что перед проведением испытания ослабляют заданное сечение одной из лопаток, усиливают его конструктивными элементами из термочувствительных материалов, дополнительно производят нагрев лопаток во время испытания, и осуществляется управляемый гарантированный обрыв ослабленной лопатки по ее заданному сечению.

Способ [2] имеет недостатки. При указанном способе нагрев заданного сечения лопатки может иметь ограничения. Например, при нагреве обода ротора заданное сечение лопатки будет нагреваться только за счет теплопроводности, что потребует нагрева ротора до более высокой температуры и увеличения общего времени проведения испытаний.

Известно устройство [2] для испытания корпуса на непробиваемость, содержащее последовательно соединенные ротор с лопатками, привод, систему управления частотой вращения, датчик частоты вращения, одна из лопаток выполнена с ослабленным сечением и снабжена крепежными элементами из термочувствительных материалов, сопрягаемыми с поверхностью лопатки и расположенными в месте ослабленного сечения, а устройство дополнительно снабжено последовательно соединенными нагревателем и блоком управления нагревом, последовательно соединенными устройством ввода информации и датчиками температур, сигнализатором обрыва лопатки, причем к входам блока управления нагревом подключены устройство ввода информации и система управления частотой вращения, к которой подсоединены сигнализатор обрыва лопатки и устройство ввода информации, вход которого соединен с выходом латчика частоты вращения.

Устройство [2] имеет недостатки. Крепежные элементы в виде накладок сложно изготовить, т. к. они должны точно сопрягаться с поверхностью лопатки (деталью сложной формы) без зазора, что трудно обеспечить. Кроме того, для крепления накладок на лопатке требуется дополнительно дорабатывать замок лопатки. Более того, устройство не обеспечивает регистрации процесса обрыва с использованием видеокамеры.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением при проведении испытаний корпуса на непробиваемость, состоит в осуществлении гарантированного обрыва лопатки по ее заданному сечению от вращающегося ротора на заданной частоте вращения и в осуществлении регистрации процесса обрыва с использованием видеокамеры.

Указанная техническая задача решается тем, что в известном способе испытания корпуса на непробиваемость, при котором ротор размещают внутри корпуса, перед проведением испытания ослабляют заданное сечение одной из лопаток специальным образом, осуществляют выход ротора на заданную частоту вращения, при которой происходит отрыв одной из лопаток и по следам удара лопатки о корпус оценивают его непробиваемость, согласно изобретению перед началом испытания понижают давление среды в корпусе, в процессе испытания с момента выхода ротора на заданную частоту вращения повышают давление в корпусе.

Указанный технический результат достигается также и за счет того, что в известном устройстве для испытания корпуса на непробиваемость, содержащем последовательно соединенные ротор с лопатками и привод, одна из лопаток выполнена с ослабленным сечением, систему управления частотой вращения, датчик частоты вращения, сигнализатор обрыва лопатки, устройство ввода информации, первый вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения, а его первый выход с системой управления частоты вращения, согласно изобретению устройство дополнительно снабжено вакуумным насосом и компрессором, датчиком давления среды в корпусе, выход которого подсоединен к второму входу устройства ввода информации, токосъемным устройством, через которое сигнализатор обрыва лопатки подключен к третьему входу устройства ввода информации.

Кроме того, устройство дополнительно снабжено видеокамерой, вход которой подключен к второму выходу устройства ввода информации, а сигнализатор обрыва лопатки расположен в ослабленном сечении лопатки.

На чертеже показано устройство для испытания корпуса на непробиваемость.

Устройство (см. чертеж) содержит: ротор 1, снабженный лопатками 2, подсоединенный к приводу 3, к входу которого подключен выход системы управления частотой вращения 4, к входу которой подключен первый выход устройства ввода информации 5, к первому, второму и третьему входам устройства ввода информации 5 подключены выход датчика частоты вращения 6, выход датчика давления среды 7 в корпусе и выход токосъемного устройства 8, к входу которого подсоединен сигнализатор обрыва лопатки 9, второй выход устройства ввода информации 5 подключен к видеокамере 10, вакуумный насос 11 и компрессор 12, подсоединенные к корпусу.

Устройство работает по предлагаемому способу следующим образом.

Перед проведением испытаний лопатку 2 снимают с облопаченного ротора 1. Лопатку 2 подрезают со стороны входной и выходной кромок таким образом, чтобы ослабить ее заданное сечение с получением соотношения σ_сеч = (1,1-1,3)σ_p, где σ_сеч - среднее напряжение от воздействия центробежных сил в заданном сечении с учетом элементов из промежуточных материалов, σ_p - предел прочности материала лопатки. В заданном ослабленном сечении лопатки 2 устанавливают сигнализатор обрыва 9.

Подготовленную лопатку 2 с сигнализатором обрыва 9 устанавливают на ротор 1. На роторе 1 укрепляют провода от сигнализатора обрыва 9. Ротор 1 подсоединяют к приводу 3. Устанавливают исследуемый корпус с обеспечением эксплуатационного зазора между ротором и корпусом. На вал ротора 1 устанавливают токосъемное устройство 8. Вход токосъемного устройства 8 подключают к проводам от сигнализатора обрыва 9. Выход токосъемного устройства 8 подключают к входу устройства ввода информации 5.

В устройство ввода информации 5 вводят заданную частоту вращения, заданную величину давления в корпусе, режим быстрого выхода на эту частоту вращения.

Включают вакуумный насос 11. Понижают давление в корпусе. Облопаченный ротор 1 с подготовленной лопаткой 2 разгоняют по режиму быстрого выхода на заданную частоту вращения с использованием системы управления частотой вращения 4. Далее с момента выхода ротора на заданную частоту вращения, контролируемую датчиком 6, отключают вакуумный насос 11. Включают компрессор 12 до установления заданного давления в корпусе, контролируемого датчиком 7. Под действием давления лопатка 2 обрывается по заданному сечению. Сигнализатор обрыва лопатки 9 срабатывает и передает сигнал через токосъемное устройство 8 в устройство ввода информации 5. Из устройства ввода информации 5 сигнал передается в видеокамеру 10 и в систему управления частотой вращения 4. Видеокамера 10 регистрирует полет лопатки 2 и ее удар в корпус под воздействием центробежных сил. Система управления частотой вращения 4 обеспечивает управляемое быстрое снижение частоты вращения ротора 1 и его остановку. Результаты испытаний с использованием информации, полученной видеокамерой 10, оценивают комплексно по непробиваемости корпуса, его прочности и исследованиям его общего состояния.

С помощью предлагаемого изобретения обеспечивается гарантированный обрыв лопатки по ее заданному сечению.

При проведении указанных испытаний в качестве привода может использоваться электропривод, воздушная турбина, газотурбинный двигатель и т.д. Сигнализатор обрыва лопатки выполнен в виде провода, расположенного в заданном сечении лопатки. В качестве токосъемного устройства использовано ртутное токосъемное устройство типа РТО32. В качестве видеокамеры использована высокоскоростная видеокамера со скоростью регистрации 2500 кадров в секунду.

Решение технической задачи осуществляют с помощью предлагаемого изобретения в стендовых условиях.

Способ и устройство предлагаемого изобретения могут применяться на предприятиях машиностроительной промышленности при прочностных и сертификационных испытаниях корпусов вентиляторов, компрессоров, турбин газотурбинных двигателей и других турбомашин и их деталей.

Источники информации 1. В. Г. Баженов, Ю.И. Тростенюк, В.К. Захаров. Универсальный разгонный стенд для повторно-статических испытаний крупногабаритных элементов роторов // Проблемы прочности. 9, 1988, стр. 114-116.

2. Патент RU 2176389, G 01 М 7/00, 2001. Бюл. 33.

Формула изобретения

1. Способ испытания корпуса на непробиваемость, при котором ротор размещают внутри корпуса, перед проведением испытания ослабляют заданное сечение одной из лопаток, осуществляют выход ротора на заданную частоту вращения, при которой происходит отрыв одной из лопаток, и по следам удара лопатки о корпус оценивают его непробиваемость, отличающийся тем, что перед началом испытания понижают давление среды в корпусе, в процессе испытания с момента выхода ротора на заданную частоту вращения повышают давление в корпусе.

2. Устройство для испытания корпуса на непробиваемость, содержащее ротор с лопатками, подсоединенный к приводу, одна из лопаток выполнена с ослабленным сечением, устройство ввода информации, систему управления частотой вращения, выход которой подключен к приводу, датчик частоты вращения, выход которого подключен к первому входу устройства ввода информации, первый выход которой связан с системой управления частотой вращения, сигнализатор обрыва лопатки, отличающееся тем, что сигнализатор обрыва лопатки установлен на лопатке, устройство дополнительно снабжено вакуумным насосом и компрессором, датчиком давления среды в корпусе, выход которого подсоединен ко второму входу устройства ввода информации, токосъемным устройством, через которое сигнализатор обрыва лопатки подключен к третьему входу устройства ввода информации.

3. Устройство для испытания корпуса на непробиваемость по п.2, отличающееся тем, что сигнализатор обрыва лопатки расположен в ослабленном сечении лопатки.

4. Устройство для испытания корпуса на непробиваемость по п.2, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено видеокамерой, вход которой подключен ко второму выходу устройства ввода информации.

РИСУНКИ

Рисунок 1