Способ испытания корпусов турбомашин на непробиваемость и устройство для его реализации
Владельцы патента RU 2569930:
Открытое Акционерное Общество "Научно-производственное предприятие "Мотор" (RU)
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.
