Способ контроля состояния рабочих лопаток ступени турбомашины

Авторы патента:

G01M7G01H13 -

F01D25/06 - для предупреждения вибрации лопаток (устройства на самих лопатках или на элементах, несущих лопатки F01D 5/00)

Ь с<,- „ ñ ". ô It

О П

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Сьюв Соввтскмх

Соцмапмстмчвскмх

Республик

666454

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ (6() Лополнительное к авт. свкд-вувЂ” (22) ЗаявлЕно 14.02.77 (2() 24525!)0/25-OF> с присоединением заявки № (23) Приоритет (5! (М. Кл.

Г 01 Ч 7/00

С. 01 ((1 3/00

01 D 25/06

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 05.0((. 79.Бюллетень №21 (53) УЛК 621. 438..001.42(088,8) Лата опубликования описания 08.06.70 (72) Авторы изобретения

М. E=. Бесклетный, Е.: . (!гуменцев и В. !.;с.ристензен

Украинский научно-исследовательский институте и! иродньтх газов (71) Заявитель (54) CHCKOh КО((Г(О(Я СОСтОЯ((ИЯ (А(;О IIIX . ((?! (АТОЙ С (УГ((..(((I ТУРБОМЛ(((((((Ы

Изобретение относится к Tt хинке измерения амплитуды вибраций подвижных лопаток в работающей турбомашине и ъ ожет быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для контроля резонансных вибраций рабочих лопаток 5 турбин и компрессоров в процессе эксплуатации.

Известен способ контроля путем измерения ьибраций лоттаток при их нормальной работе j1) . Способ основан на ис- (В пользовании магнитных датчиков, установленных в определенных точках окружности ротора. При прохождении лопаток датчиками вырабатываются электрические сигналы, которые сравниваются по фазе, В результате выдается напряжение, показывающее наличие опережения или отставания одного сиг нала по отношению к другому и вели шну этого опережения или отставания. Этот известный способ характеризуется трудоемкостью при препарировании корпуса турбомашипы и нарушением геометрии ее проточной части, что изменяет расчетнч rH ежим работы. ((звестен также способ контроля состояния рабочих лопаток с гуп ни турбом i rrk rtkrr путем регистрации мгдоп цной угловой скорости вра!пения ро! Q(ii н«подвижным дат rrtktoM обр ktkoTkiH i о;1 r«krkror о сигнала и последующеi o выбо(л в«личины амплитуды вибраций лопаток (2J. Однако и он не позволяе1 контролировать колебания лопаток всех ступеней турбины и компрессора одновременно. II(krritektekrkte этого способа связано с постепенным изменением скорости вращ ния вала, что не всегда возможно в условиях эксплуатации турбомашин. Между тем, для повышения надежности и предупрежде.шя разрушений турбомашин изме(«ние резонансных вибраций в условиях эксплуатации весьма важно, TBK как во многих случаях именно эти колебания п(и дгтавляют наибольшую опасность.

Цель изобре1ения заключ1ется в рас» ширении диапазона п(1имен пия способа . в условиях эксплуатации..(ля этого

1>1 rj TГ) ) 25

+ .11 аП(уц у к (rr к) () гдеЯк коэффициент, зависящий от материала, геометрических размеров лопатки и аэродинамического усилия, действующего на нее; ц> = вЂ” - отношение частоты возмущающей и)

Х 1фб силы к собственной частоте лопатки; цу - круговая частота вращения ротора; ц,! - собственная круговая частота лопатки; п()Рдпага11T(. я, (1с 1 ист(1аци1о л4гновецной угловой скорости прои;!водить на истоте врацн1ния ротора, к! атпость которой соответствует частоте собств! нных колебаний лопаток конт11олируемой ступени, 5

11 за велич!пну амплптупь! вибр1щий поп:1ток принимать величину амплитуды резоHQHcHoA гармоники, выдел1нной из регистрируемого сигнала.

На фиг. 1 продставл«н 1 рафик изл1енения амплитуды крутящего момента при резонансе лопаток первой ступени ротора осевого компрессора га;.1отурбинной установки ГТК-10-2 с третьей роторной гармоникой для различных степеней успокоения, где по оси абсцисс отложе: ны значения отношения частоты возмущающей силы к собственной частоте, а по оси ординат - амплитуда крутя1цего момента; на фиг. 2 - спектр мгновенной угловой скорости вращения ротора (резонанс с третьей роторной гармоникой), где по оси абсцисс отложены номера роторных гармоник, а по оси ординат амплитуды этих гармоник; на фиг. 3 вЂ” амплитудно-частотные характеристики лопатки и мгновенной угловой скорости ротора при резонансе пятой ступени ротора осевого компрессора газотурбинной установки ГТК-10-2 с шестой роторной гармоникой, где по оси абсцисс отложены средние частоты вращения ротора, по оси ординат вЂ” шестая роторная гармоника изменения мгновенной угловой скорости и амплитуда колебаний лопаток пятой сту-. пени; на фиг. 4 вЂ” блок-схема устройства для реализации описываемого способа.

Рассматривая контролируемый объект, например лопатку турбомашины, как колебательную систему с демпфированием, пропорциональным скорости, получаем для каждой ступени турбины и компрессора крутящий момент на роторе турбомашины.

Д с! вЂ” ло! 1рифмич! скяй щ кр м«нт затухания; err - СЦВИГ фаЗЫ ВОЗЛ1У ЦаЮЦ1«й СИЛОЙ И вызванным «ю кол«балис м;

К - число:loH- 1roê сrvfrlHH1; вЂ” время.

Крутящий момент вызывает крутильные колебания ротора турбомашины, образующие спектр сложного сигнала угловой скорости вращения. Синусоиды это1 о спектра проходят по валопроводу (каналу) независимо дру! от друга и, следовательно, в сп«ктре угловой скорости присутствуют все гарл1онические составляю1цие, вызванные роторными 1 армониками крутящего момента (1).

Интенсивные крутильные колебаьч1я валопровода, величину изменения у1noвой скорости которых можно зарегистрировать, вызываются крутящим моментом

lIpH резонансныХ колебаниях лопаток.

При этом максимальное значение амплитуды момент: определяется только резонансной роторной гармоникой и выражеНИ С Л1. где 1П вЂ” порядок роторной гармоники (целое число), соответствующий резонансу лопаток при со = î

Рсе остальные роторные гармоники крутящего момента, а следовательно, и у гловой скорости относятся к неизбежным помехам измерения. График выражения (д ) показан на фиг. 1 цри значении логарифмического декремента 8

О,3.

)1ри измерении мгновенной угловой скорости датчиком для получения усиленного сигнала устанавливают частоту вра. щения ротора турбомашины, целая кратность которой mao близка к собственной частоте колебаний лопатки контролируемой ступени. Регистрируемый сигнал поступает в анализатор гармоник, где производится спектральный анализ мгновенной угловой скорости, заключающийся в выделении простых гармонических составляющих, Спектр мгновенной угловой скорости показан на фиг. 2. Определение же амплитуды резонансных колебаний лопатки по выделенной роторной гармонике угловой скорости осгзвано на том, ч- о амплитуда колебаний лопатки на к«чтролируемой ступени связана (I :l ()мо((икОЙ к(() т((ОР Ги (77 f) ):) кон(.

ДВИЖЕИИЯ (OOI IIO!II(i(If(М.

I и(; ф вЂ” амплитуд) ко.(б;)ний лопатки; (Р вЂ” роториая г;) рмоника у! ловой ско!)Ости В!)аи(ения f)oTof(l> вЂ” передаточная лунки, я, определение которой дпя каждого тина турболляшины производится экспериментально или р;г! т м. (ta фн(. 3 приведены амплитудночастотные характеристики колебаний пои((ток и угловой скорости ротора при значении логарифмического декремента

3 =О,3.

Устройство содержит ротор 1 (см. фиг. 4), на котором установлен датчик

2, связанный с генератором 3 и усилигелем 4, соединенными с демодулятором 5, подключенным к анализатору гармоник 6, связанному с самописцем уровня 7.

1О го

При вращении ротора 1 с угловой ско- ростью, изменяюшейся ио закону резонансных колебаний лопаток, снимаемое напряжение с датчика 2 имеет форму модулированного по амплитуде сигналя несущей частотой, равной частоте напряжения питания д)тчика, и огибающей, Воспроизводящей закон изменения мгновенной yt.ловой скорости. Генератор 3 служит для питания первичной Обмотки датчика 2 синусоидальным током заданной частоты, усилитель 4 вЂ” для усиления, а демодулятор,5 вЂ” дпя выделения огибающей. Сигнал из демодулятора поступает в анализатор гармоник 6, где

40 производится спектральный гармонический анализ огибающей. Выделенные гармоí,Itf(фиксиру()гся ия ленте сямоиисц) уровня 7.

Применение описываемого способа в условиях эксплуатации позволит устанавливать межремонтные сроки роторов тур бомашины ио их ф((ктическому состоянию, что В два три раза уменьшит объем ремонтных работ зя счет исключения переборки агрегатов, находящихся р хорошем техническом состоянии, а также предотвращать возможные поломки рабочих лопаток, а следовательно, и всего ротора турбомашины.

Формула изобрете ни я

Способ контроля состояния рабочих лопаток ступени турбомашины путем ре» гистрации мгновений угловой скорости вращения ротора неподвижным датчиком, обработки полученного сигналя и последующего выбора величины амплитуды вибраций лопаток, о т и и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона применения способа в условиях эксплуатации, регистрацию мгновенной угловой скорости производят на частоте врашеьня ротора, кратность которой соответствует частоте собственных колебаний лопаток контролируемой ступени, а зя Величину амплитуды вибраций лопаток принимают величину амплитуды резонансной гармони» ки, Выделенной из регист()(1()уемогo сигнала.

Источники ичфоомаиии, и; ((пятые ВО внимание ири экспе!)т((зе

1. Патент США Kf 365 1803, кл. 73-71.4, 1972.

2. Авторское свидете )ьс).ВО

М) 236826, кл. С 01 1 1 1/OO, 1 06!1.

ФМ (0 /2, 3

Редактор Л, Тюрина

Составитель Г. Романов

Гехред Н. Андрейчук Корректор р. !>илак

Заказ 3173/34 Тира>к 1989 Подписное

llIlHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-:35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал !!ПП "Патент ", i, Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ контроля состояния рабочих лопаток ступени турбомашины

Устройство для определения статического момента лопатки турбомашины // 384034

Паровой щит ступени турбины // 353052

Способ измерения амплитуды вибраций лопаток турбомашины неподвижнб1ми датчиками // 236826

Сигнализатор колебаний лопаток колеса турбомашины // 236825

Патент 162991 // 162991

Патент 154697 // 154697

Патент 154696 // 154696

Патент 152596 // 152596

Способ замены лопаток роторов турбомашин // 148561

Система лопаток // 2417323

Изобретение относится к средствам демпфирования колебаний лопаток турбомашин

Устройство демпфирования колебаний широкохордных рабочих лопаток вентиляторов с большой конусностью втулки и вентилятор газотурбинного двигателя // 2461717

Изобретение относится к демпфером для гашения вибраций рабочих лопаток авиационных газотурбинных двигателей, а именно к устройствам демпфирования колебаний широкохордных рабочих лопаток вентиляторов с большой конусностью (большим подъемом) втулки

Устройство для замера амплитуды колебаний рабочих лопаток турбомашины дискретно-фазовым методом // 2063519

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано, например, в паровых турбинах

Узел вентиляторной лопатки с амортизатором, амортизатор вентиляторной лопатки и способ калибровки амортизатора // 2476683

Амортизатор для лопаток газотурбинного двигателя, ротор газотурбинного двигателя (варианты), компрессор газотурбинного двигателя (варианты) и газотурбинный двигатель (варианты) // 2493370

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. Амортизатор содержит инерционный груз (11), основание (13), конструкция которого обеспечивает возможность его опоры на указанный обод, и пружину (12). Пружина соединяет инерционный груз с основанием. По меньшей мере инерционный груз (11) выполнен из композитного материала. Амортизатор содержит, но меньшей мере, на одном свободном торце основания или инерционного груза отрезок тонкой пластинки (14, 15), образующий упор или фиксирующий крючок, который оказывается прижатым, либо (14) к радиальному ребру жесткости лопатки, либо (15) к заднему краю обода диска. Обеспечивается возможность устанавливать амортизатор в труднодоступные места и производить его техническое обслуживание по месту установки при одновременном ограничении трения контактирующих деталей, что позволяет в свою очередь снизить степень износа последних. 7. н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Устройство амортизации вибраций для креплений лопаток газовых лопаточных машин, газовая лопаточная машина, газотурбинный двигатель и высокооборотный винтовой двигатель // 2503825

Устройство амортизации вибраций для лопатки газовой лопаточной машины, например газотурбинного двигателя, оборудованного вентилятором, или высокооборотного винтового двигателя. Лопатка содержит ножку (6) лопатки, выполненную с возможностью захождения в гнездо (2) диска (1), на котором выполнено лопаточное колесо. Упомянутое устройство выполнено с возможностью позиционирования между ножкой лопатки и удерживающей стенкой (14а, 14b) упомянутого гнезда. Упомянутое устройство содержит, по меньшей мере, одну прокладку (7), выполненную путем соединения слоев (8, 10) из жестких материалов и слоев (9) из вязкоупругих материалов. Прокладка содержит две части, каждая из которых образует боковую ветвь (7а, 7b), выполненную с возможностью захождения вдоль одной из двух удерживающих стенок (14а, 14b). Обе боковые ветви соединены друг с другом, образуя единую деталь, при помощи третьей части, образующей дно (7с) прокладки из жесткого материала. Дно прокладки позиционируют относительно боковых ветвей (7а, 7b) таким образом, чтобы после монтажа оно оказалось на переднем или заднем конце ножки (6) лопатки. По меньшей мере, один слой (9) из вязкоупругого материала располагают между двумя слоями (8, 10) из жестких материалов. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

Усиленная прокладка лопатки вентилятора // 2526607

Прокладка для вставления между хвостом лопатки вентилятора турбореактивного двигателя и нижней частью отсека, в котором размещен этот хвост. Отсек ограничен диском вентилятора. Прокладка имеет металлический элемент жесткости, оснащенный, по меньшей мере, одним наружным элементом, выполненным из эластомерного материала, и содержащий несущую поверхность (134) этого наружного элемента. Несущая поверхность (134) содержит, по меньшей мере, одну волнистую зону (136). Достигается надежное удержание и демпфирование лопатки за счет улучшенного сцепления между элементом жесткости и наружным элементом. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Рабочее колесо компрессора турбомашины // 2529279

Рабочее колесо компрессора турбомашины содержит диск с лопатками, расположенными друг за другом по его окружности, установленными с возможностью непосредственного взаимодействия между полками смежных лопаток. По меньшей мере, один демпфирующий элемент установлен под полками смежных лопаток с возможностью контакта с ними. Хвостовики лопаток зафиксированы в кольцевом пазе, выполненном в диске. Демпфирующий элемент выполнен в виде полого цилиндра, ограниченного сверху плоской пластиной с расположенными на ней двумя опорными выступами, а снизу кольцевой обечайкой с фаской. Элемент установлен с возможностью контакта с полками каждой из смежных лопаток через опорные выступы и с возможностью контакта поверхностей кольцевой обечайки с боковой поверхностью и/или днищем кольцевого паза. По бокам плоской пластины элемента выполнены срезы, параллельные, и/или срезы, перпендикулярные опорным выступам для фиксирования демпфирующего элемента в кольцевом пазе и между хвостовиками лопаток. Позволяет за счет уменьшения веса демпфера в рабочем колесе повысить эффективность работы турбомашины, позволяет настраивать демпфер на определенный спектр мод нежелательных колебаний и повысить срок службы лопаток за счет их эффективного демпфирования. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Статор компрессора осевой турбомашины и компрессор осевой турбомашины // 2561794

Статор компрессора осевой турбомашины содержит кольцевую группу лопаток, проходящих в радиальном направлении, внутренний корпус, сквозь который проходят внутренние концы лопаток, и по меньшей мере одну полосу. Внутренний корпус содержит кольцевые сегменты, расположенные торцом к торцу. Полоса проходит вдоль длины окружности вдоль внутренней поверхности корпуса и сопряжена со средствами сцепления на внутренних концах лопаток для их фиксации. Полоса проходит непрерывно вдоль по меньшей мере двух соседних кольцевых сегментов и расположена на расстоянии от внутренней поверхности корпуса. Внутренняя поверхность корпуса покрыта слоем истираемого материала, заключающего в себе указанную полосу. Другое изобретение группы относится к компрессору низкого давления осевой турбомашины, содержащему указанный выше статор, оснащенный лопатками. Группа изобретений позволяет повысить жесткость конструкции статора компрессора осевой турбомашины и предотвратить его низкочастотные вибрации. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ амортизации лопасти газовой турбины и вибрационный амортизатор для его осуществления // 2609125

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.