УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИНЫ
TURBO MACHINE BLADE TEST DEVICE

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для испытаний аэродинамических конструкций, в частности, для определения характеристик лопаток компрессора и турбины с помощью измерения деформаций, путем использования активного сопротивления электрических тензометров.
При работе турбомашины, возникающие динамические нагрузки вращающихся деталей, например лопаток и диска на роторе турбомашины, могут привести к серьезным повреждениям. Поэтому необходимо такие конструктивные элементы перед рабочим использованием или в процессе работы с заданной периодичностью проверять на дефекты или трещины, вызванные коррозионным растрескиванием или их вибрационными установочными характеристиками возникающих при работе заложенных при проектировании турбомашины.
Основания лопаток турбомашины, которые размещены на роторе с фиксацией замковым соединением от проворачивания в кольцевом пазе на диске, по экономическим причинам целесообразно не проверять путем разборки ротора или демонтажа лопаток турбомашины. Такие испытания осуществляют с помощью различных методов контроля с использованием различных типов датчиков. Однако в качестве поверхности для размещения датчиков часто может использоваться только поверхность пера лопаток на боковых стенках диска колеса. Часто доступность к поверхности для размещения датчиков на перьях лопаток внутри турбомашины ограничена соседними контурами ротора.
Наиболее близким, по назначению и достигаемому техническому результату, является известное устройство для испытания лопаток турбомашины, содержащее рабочее колесо с лопатками, хвостовики которых зафиксированы замковым соединением в кольцевом пазе на диске по меньшей мере, одна из которых является испытываемой лопаткой, датчик и электрические провода, провода закреплены по поверхности пера, хвостовика и в отверстии полки лопатки, соединены с датчиком, установленным на поверхности пера лопатки и соединены со средством передачи сигнала на регистрирующий прибор [RU №2349911, МПК G01N 29/04, опубл. 20.03.2009 г.].
Недостатками устройства является сложность использования датчиков ультразвукового контроля, особенно в недоступной внутренней области ротора. Воспроизведение результатов ультразвукового контроля наталкивается на проблемы распространения звука на пути до отражателей и фиксирующих устройств, а именно конфигурация пера лопатки, геометрия диска колеса существенно влияют на идентичность результатов измерения.
Задачей изобретения является создание устройства для испытания и оценки состояния лопатки турбины в смонтированном состоянии на роторе.
Ожидаемый технический результат - упрощение сборки конструкции, повышение точности оценки состояния лопатки, улучшение возможностей балансировки и повышение ресурса турбины.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для испытания лопаток турбомашины, содержащем рабочее колесо с лопатками, хвостовики которых зафиксированы замковым соединением в кольцевом пазе на диске, по меньшей мере, одна из которых является испытываемой лопаткой, датчик и электрические провода, провода закреплены по поверхности пера, хвостовика и в отверстии полки лопатки, соединены с датчиком, установленным на поверхности пера лопатки и соединены со средством передачи сигнала на регистрирующий прибор, по изобретению в качестве датчика оно содержит тензорезистор, в днище кольцевого паза выполнено, по меньшей мере, одно углубление и сообщающиеся с ним два отверстия для прокладки проводов на лицевую и заднюю сторону диска, длина углубления равна не менее половины толщины хвостовика, при этом на лицевой стороне диска выполнено соединение проводов идущих от датчика и от средства передачи сигнала. Толщина углубления должна быть равна не менее двух диаметров электрических проводов, количество углублений сообщающихся с отверстиями в кольцевом пазе диска равно количеству испытываемых лопаток.
Использование в качестве датчиков тензорезисторов, исключает проблемы непредсказуемого искажения сигнала при отражении. Паз, выполненный в днище диска и сопряженный с двумя отверстиями, позволяет обеспечить сохранность электрических проводов от перетирания при сборке и эксплуатации ротора турбины. Отверстия, сопряженные с пазом и выходящие на лицевую и заднюю сторону диска, позволяют перепускать провода идущие с различных позиций машины на одну из сторон диска, наиболее удобную для выполнения электрического соединения тензорезистора со средством передачи сигнала, при сборке ротора.
Толщина углубления не может быть менее двух диаметров электрических проводов, поскольку к тензорезистору необходимо подвести две жилы подводящего провода. Длина углубления должна быть не менее половины толщины хвостовика лопатки, поскольку только в этом случае можно обеспечить прокладку проводов с напуском без повреждения, возникающего при колебании лопаток в процессе работы. Количество углублений сообщающихся с отверстиями, выполненных в кольцевом пазе диска, должно равняться количеству испытываемых лопаток. Допустимо использование одного углубления для двух и более лопаток.
Фиг.1 - схема установки тензорезистора вид в продольной плоскости к оси ротора.
Фиг.2 - схема выполнения углубления в пазе диска рабочего колеса. Рабочее колесо турбомашины в устройстве для испытания лопаток, выполненной в виде пера лопатки 1, хвостовика 2, полки 3, отверстия в полке 4, установленной на диске 5, в кольцевой паз 6, углубление 7 в пазе диска 5, отверстие 8 в диске для вывода провода на лицевую сторону, отверстие 9 в диске для вывода провода на заднюю сторону, тензорезистор 10, провод датчика 11, удлинительные провода 12 от средства передачи сигнала, место сварки проводов 13.
Датчик-тензорезистор 10 и провода 11 датчика наклеиваются на перо лопатки 1. Провода 11 прокладываются через отверстие 4 в полке 3, и прокладываются по хвостовику 2 лопатки в углубление 7 в пазе диска 5 к месту соединения сваркой 13. Удлинительные провода 12 от средства передачи сигнала на регистрирующий прибор (на фигурах не показаны) прокладываются через отверстия 8 и 9 и углубление 7 в пазе диска 5 к месту сварки проводов 13.
При работе турбомашины в рабочих лопатках, из-за действия аэродинамических и центробежных сил, возникают механические напряжения, и лопатки деформируются. Вместе с лопаткой деформируется и тензорезистор, при этом изменяется его электрическое сопротивление, вследствие чего изменяется электрический сигнал, приходящий на регистрирующий прибор. Регистрирующий прибор считывает сигнал и строит спектрограммы изменения механических напряжений, по характеру изменения спектрограмм оценивают состояние лопатки.
Использование изобретения позволяет без разборки ротора компрессора оценить свойства лопаток в условия максимально приближенных к рабочим условия, повысить точность оценки состояния лопатки, упростить сборку конструкции, улучшить возможности балансировки и увеличить ресурс турбины.