ИМИТАТОР ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА ОТСУТСТВИЕ АВТОКОЛЕБАНИЙ РАБОЧИХ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к испытаниям газотурбинных двигателей, в частности к стендовым наземным и высотным испытаниям газотурбинных двигателей, и может найти применение в авиационной промышленности.
Известен стенд для испытания турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания, содержащий испытуемый турбокомпрессор и регулируемый интерцептор, позволяющий, воздействуя на поток воздуха, изменять амплитуду пульсации полного давления и величину показателя окружной неравномерности поля полного давления (см. патент RU №2243530, Кл. G01M 15/00, опубл. 27.12.2004 г.).
Недостаток известного технического решения заключается в ограниченных возможностях испытаний и невозможности достаточно точно оценить прочностное состояние рабочих лопаток компрессора испытуемого двигателя.
Как известно, в реальных условиях полета, в потоке воздуха, поступающего на вход в компрессор двигателя, присутствуют радиальная и окружная неравномерность, которая воздействуют на поле скоростей воздуха, набегающего на компрессор и, следовательно, на вибрационное состояние рабочих лопаток первых ступеней вентилятора (компрессора). Таким образом, при испытаниях двигателя на отсутствие автоколебаний необходимо имитировать окружную и радиальную неравномерность потока, что позволит оценить прочностное состояние рабочих лопаток компрессора (вентилятора) с учетом взаимного влияния окружной и радиальной неравномерности потока.
Технический результат заявленной полезной модели - повышение достоверности и точности результатов испытаний.
Указанный технический результат достигается тем, что имитатор естественных условий эксплуатации газотурбинного двигателя при испытаниях на отсутствие автоколебаний рабочих лопаток компрессора содержит установленный на входе в компрессор испытуемого двигателя трубопровод, подсоединенный к трубопроводу стенда, и расположенные в трубопроводе комплект сеток и элемент, имеющий цилиндрический участок, при этом сетки расположены на расстоянии S, отсчитываемом от компрессора и равном (0,3-0,7) расстояния h между стенкой
трубопровода и стенкой цилиндрического участка элемента, а длина ℓ цилиндрического участка элемента, отсчитываемая от сеток, не менее расстояния h между стенкой трубопровода и стенкой цилиндрического участка элемента.
Расположение сеток на расстоянии S=(от 0, 3 до 0,7) h является существенным признаком, так как именно на участке, равном S, сохраняется расчетная структура потока, создаваемая сетками. При выходе за пределы указанного диапазона расчетная структура потока не сохраняется, и испытания становятся не достоверными.
Длина ℓ не менее (равна или больше) h. Этот признак является существенным, так как именно на участке длиной ℓ поток воздуха, двигаясь по кольцевому цилиндрическому каналу, образованному стенками элемента и трубопровода, приобретает равномерное поле скоростей. Величина ℓ<h недостаточна для создания равномерного поля скоростей.
На чертеже схематично изображен имитатор.
Имитатор содержит установленный на входе в компрессор (вентилятор) 1 перед лопатками первой ступени испытуемого двигателя, трубопровод 2, подсоединенный к трубопроводу 3 стенда. В трубопроводе 2 расположен комплект (набор, система) сеток 4, как правило, имеющий сетки с разным размером ячеек, что позволяет, подбирая сетки с определенным сочетанием размера ячеек создавать необходимую структуру потока.
Также в трубопроводе 2 расположен элемент (внутренне тело) 5, имеющий цилиндрический участок длиной ℓ, равной, например, 300 мм. Цилиндрический участок элемента 5 образует кольцевой канал 6 совместно с внутренней стенкой трубопровода 2. Расстояние h между стенкой цилиндрического участка элемента 6 и стенкой трубопровода 3 выбрано, например, равным 300 мм. Расстояние h - это по существу размер кольцевого канала 6. Элемент 5 может иметь различную форму, но обязательным является наличие цилиндрического участка.
Сетки 4 расположены, например, на расстоянии S=150 мм. Расстояние S выбирается расчетным путем в зависимости от конструктивных особенностей двигателя.
При испытании воздух поступает через трубопровод 3 стенда в трубопровод 2 имитатора и по кольцевому каналу 6 поступает на сетки 4. Поток воздуха до сеток 4 имеет равномерное поле скоростей. Двигаясь через сетки 4, поток воздуха приобретает необходимую окружную и реальную неравномерность и поток воздуха приобретает структуру по окружной неравномерности и радиальной неравномерности, близкую к реальной в полете. Из сеток 4, поток воздуха нужной структуры поступает на рабочие
лопатки, и двигатель при испытании работает в реальных условиях полета, что позволяет оценить прочностные характеристики рабочих лопаток компрессора (вентилятора) испытуемого двигателя с учетом реальных условий эксплуатации.