СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ РОТОРА
METHOD OF STUDY OF DYNAMIC PROPERTIES OF ROTATING ROTOR

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к способам снижения вибраций турбомашин, и может быть использовано в авиационных газотурбинных двигателях, испытательных стендах, роторы которых оборудованы упругими опорами.
В качестве наиболее близкого аналога выбран способ исследования динамических свойств вращающегося ротора турбомашины, включающий установку ротора на нелинейную и жесткую стендовые опоры с установленным на последней вибродатчиком (Патент RU 2273836).
Недостатками известного способа является необходимость приложения осевой силы к ротору в процессе испытания, что влечет за собой усложнение оборудования испытательного стенда и возможность испытания только с радиально-упорным подшипником в нелинейной опоре. При этом податливость нелинейной опоры меняется ступенчато (резко), что может привести к дополнительному динамическому возмущению системы, тем самым усложнив обработку результатов испытания. Также до начала испытаний необходимо знать значения критических частот вращения ротора, что требует проведения отдельного испытания. Для прототипа требуется проектирование и изготовление нелинейной опоры под каждый конкретный испытуемый ротор, тем самым значительно увеличивается стоимость испытаний и временные затраты.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является стабилизация уровня вибраций в процессе испытаний как ротора, так и стендового оборудования в заданных нормативно-технической документацией диапазонах без дополнительных динамических возмущений, тем самым повышая надежность испытательного стенда, возможность установки радиального подшипника в нелинейную опору, возможность проводить испытания без предварительного экспериментального определения критических частот вращения ротора, а также отсутствие необходимости проектирования, производства и установки нелинейной опоры под испытания каждого конкретного ротора (возможны незначительные изменения в рамках существующей конструкции нелинейной опоры).
Указанные технические эффекты достигаются тем, что в способе исследования динамических свойств вращающегося ротора турбомашины, включающем установку ротора на нелинейную и жесткую стендовые опоры с установленным на последней вибродатчиком, согласно настоящему изобретению в качестве нелинейной стендовой опоры применяют упругую опору с плавно регулируемой жесткостью, с установленным на ней вибродатчиком и при достижении 100% нормируемых значений вибраций жесткой стендовой опоры и/или нелинейной стендовой опоры, замеряемых в процессе испытаний, плавно изменяют жесткость нелинейной стендовой опоры до снижения упомянутых значений ниже предела 90% нормируемых значений.
В качестве нелинейной стендовой опоры возможно использовать упругую опору с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин, представленную в патенте RU 2535435. Использование данной опоры позволяет плавно регулировать жесткость опоры и не требует приложения осевого усилия к ротору в процессе испытаний.
Предлагаемый способ исследования динамических свойств вращающегося ротора турбомашины реализуется при достижении замеряемых уровней вибрации жесткой и/или нелинейной опор 100% нормируемых значений. После чего происходит плавное изменение упругих свойств нелинейной опоры непосредственно в процессе испытания до снижения уровней вибраций жесткой и/или нелинейной опор менее 90% нормируемых значений. Данный диапазон в 10% нормируемых значений (от 100% до 90%) перекрывает значение погрешности измерений вибродатчиками, установленными на жесткой и нелинейной опорах, четко определяет тенденцию к снижению вибраций системы «испытуемый ротор - опоры» и является основанием для прекращения изменения упругих свойств нелинейной опоры, что в дальнейшем и происходит. В случае нахождения замеренных вибраций в диапазоне от 90% до 100% от нормируемых значений изменение упругих свойств нелинейной опоры осуществляется до достижения их граничного значения, обусловленного конструкцией нелинейной опоры.
Такое осуществление способа значительно снижает вибрационные нагрузки на опоры и ротор в процессе испытаний позволяет ставить на испытания различную номенклатуру роторов по своим массово-габаритных характеристикам и частотам вращения без проектирования, производства и переустановки на стенд нелинейной опоры за счет возможности задания ей требуемых начальных упругих свойств (в пределах их возможного изменения, обусловленного конструкцией нелинейной опоры) до старта испытаний, не привносит дополнительных динамических возмущений в испытания за счет плавного изменения упругих свойств нелинейной опоры, а также отсутствие необходимости прикладывать осевое усилие к ротору для изменения упругих свойств нелинейной опоры позволяет устанавливать в нее радиальный подшипник.
На фигуре чертежа представлена принципиальная схема испытательного стенда для реализации заявленного способа.
Ротор турбомашины содержит вал 1 с диском 2, установленный на жесткую опору 3, и нелинейную опору 4. Для замера вибраций ротора жесткая опора 3 и нелинейная опора 4 снабжены вибродатчиками 5, 6 соответственно, входящими в систему измерения вибраций 7 (СИВ), выдающую обработанный сигнал с вибродатчиков 5, 6 в систему автоматического управления 8 (САУ).
После начала раскрутки ротора турбомашины происходит постоянный мониторинг уровней вибраций жесткой опоры 3 и нелинейной опоры 4 путем поступления сигналов с вибродатчиков 5, 6 в СИВ 7 с последующей их оброботкой и передачей в САУ 8. При достижении значения 100% нормируемого значения вибраций жесткой опоры 3 и/или нелинейной опоры 4 САУ 8 передает сигнал на нелинейную опору 4 для плавного изменения ее упругих свойств. При достижении значения вибраций с вибродатчиков 5, 6 меньше 90% от нормируемого значения САУ 8 перестает подавать сигнал об изменении упругих свойств нелинейной опоры 4. В случае нахождения замеренных датчиками 5, 6 вибраций в диапазоне 90%-100% от нормируемых значений изменение упругих свойств нелинейной опоры 4 осуществляется до достижения их граничного значения, обусловленного ее конструктивными возможностями. Мониторинг уровней вибраций жесткой опоры 3 и нелинейной опоры 4 продолжается до полного останова вала 1.