УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТОК ТУРБИНЫ

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к определению частот собственных колебаний лопаток компрессора и турбины при проведении контроля частот собственных колебаний при испытании на усталость, и может быть использована на вибростендах для диагностирования лопаток компрессора и турбины газотурбинного двигателя.
Известна установка, содержащая вибратор с устройством крепления исследуемой лопатки и подключенный к генератору частотомер. На поверхность пера лопатки наносится тонкий слой мелкого песка или талька и затем смачивается керосином. При достижении резонанса колебаний вибратора и лопатки частицы песка (талька) выстраиваются определенным образом, формируя узловые линии, соответствующие форме колебаний. При этом частота колебаний фиксируется по частотомеру (Г.С.Скубачевский, Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. Изд. Машиностроение, М., 1969. С.274-275).
Известное устройство отличается наглядностью, однако не обеспечивает точности измерения из-за субъективности оценки зон распределения песка (талька). Кроме того, ограничен диапазон измерений, поскольку возможно визуальное наблюдение узловых линий только на поверхности корыта лопатки, так как перо лопатки может быть установлено только корытом вверх (спинкой вниз), иначе песок будет ссыпаться.
Известна также установка для определения частот собственных колебаний лопаток турбины «МИКАТ Т», содержащая пьезокерамический вибростенд с вибратором и зажимным устройством для крепления объекта, емкостной датчик, соединенный с ПЭВМ, принтер (рекламный проспект НПО «Резонанс ЛТД», Украина, г.Запорожье).
Известное устройство обеспечивает компьютерную обработку полученных результатов измерений, однако по причине использования емкостного датчика, который работает в частотном диапазоне 50 Гц - 10 кГц, диапазон измерений недостаточно широкий, так как не позволяет исследовать колебания лопатки за пределами ниже 50 Гц. Кроме того, невозможно достичь высокую точность измерения, так как емкостной датчик в процессе измерения не может охватить площадь поверхности менее 10 мм в диаметре, в результате возможно получить лишь усредненное значение показателей исследуемых точек, расположенных в пределах этой площади. Фиксированное положение датчика относительно исследуемой лопатки ограничивает диапазон измерений по измеряемой поверхности, а также точность измерения частот, особенно по высоким формам колебаний, так как нет возможности переместить датчик и настроить его на иную область поверхности лопатки при исследовании колебаний. При этом известная установка позволяет исследовать только ферромагнитные материалы.
Задачей полезной модели является увеличение диапазона измерений и повышение точности измерения частот собственных колебаний лопатки.
Поставленная задача достигается тем, что установка для определения частот собственных колебаний лопаток турбины включает подключенные к компьютеру усилитель, вибратор с устройством крепления исследуемой лопатки и триангуляционный лазерный датчик, установленный с возможностью продольного перемещения и поворота под углом 70-110 градусов относительно лопатки, причем вибратор подключен к звуковому выходу компьютера.
Использование в установке триангуляционного лазерного датчика позволяет исследовать любые материалы, а также производить измерения всей поверхности лопатки от торца до корневого сечения в частотном диапазоне от 1 до 10 кГц, что значительно увеличивает диапазон измерения, а также позволяет повысить точность измерения за счет возможности получения малого пятна контакта - фокусировки (локализации) луча лазера на исследуемой точке поверхности.
Установка триангуляционного лазерного датчика с возможностью поворота под углом 70-110 градусов и продольного перемещения относительно лопатки обеспечивает возможность исследования всей поверхности пера лопатки - как спинки, так и корыта, что расширяет диапазон измерений.
Подключение вибратора к звуковому выходу компьютера обеспечивает возможность регулирования мощности звукового генератора и управления изменением частоты вынужденных колебаний, что обеспечивает достаточный уровень двойной амплитуды перемещений пера лопатки для надежной и точной фиксации резонанса частоты собственных колебаний, соответственно, имеется возможность плавного сканирования частотного диапазона от низких до высоких частот, что повышает точность измерений и расширяет диапазон измерений.
Предлагаемая установка представлена в виде блок-схемы.
Установка содержит вибратор 1, в захват 2 которого устанавливается исследуемый образец 3. На рассчитываемом расстоянии и под углом 70-110 градусов к точке поверхности образца 3 установлен триангуляционный лазерный датчик 4, закрепленный на поворотном штативе 5. Электрическое питание датчика производится через источник питания 6. Звуковой выход усилителя 7 персонального компьютера 8 подключен к входу внешнего генератора 9 вибратора 1. Лазерный датчик 4 соединен с устройством сбора данных 10 и, далее, через разъем USB соединен с персональным компьютером 8. Обработанные программой компьютера данные выводятся на печать принтером 11.
Установка работает следующим образом.
На вибратор 1 в захват 2 устанавливается исследуемый образец 3, например, лопатка турбины (лопатка может быть ориентирована как корытом вверх, так и спинкой вверх, но в горизонтальной плоскости). Рассчитывают расстояние до поверхности исследуемого объекта по формуле L=A+d/2, где А - базовое расстояние датчика = 10 мм, d - диапазон измерения. Например, для типа датчика РФ603.8 10/2 d=2 мм, и расстояние, соответственно, L=10+2/2=11 мм.
На поворотном штативе 5 закрепляют триангуляционный лазерный датчик 4 и настраивают его на рассчитанном расстоянии 11 мм и под углом, например, 70 градусов к точке поверхности образца 3 - профиля лопатки вблизи бандажной полки (или кромки пера). Источник питания 6 типа АЕР15 подключают к сети 220 В и производят запитку усилителя 7 и лазерного датчика 4. Подают сигнал соответствующей мощности и частоты через программу компьютера 8 на генератор 9, усилитель 7, а затем на вибратор 1. Лазерный датчик 4 измеряет амплитуду перемещений выбранной точки поверхности образца, электрический сигнал с датчика поступает на устройство сбора данных 10, преобразуется и подается в компьютер 8, где программно обрабатывается в режиме реального времени. Усилитель 7 служит для повышения уровня сигнала, подаваемого по обратной связи от компьютера 8 на вибратор 1. Обработанные программой компьютера 8 данные выводятся на печать принтером 11.