СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТОК РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ
METHOD OF DETECTING RESONANCE OSCILLATIONS OF TURBO-MACHINE ROTOR BLADES

Предлагаемое изобретение относится к авиадвигателестроению и может быть использовано при диагностике колебаний вращающихся лопаток роторов турбомашин.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ обнаружения резонансных колебаний лопаток роторов турбомашин (а.с. СССР №706708, G01H 13/00, G01M 7/00, опубликовано 30.12.1979), при котором устанавливают датчики (вибропреобразователи) на неподвижных частях турбомашины, контролируют сигнал с датчика, выделяют в нем составляющую на частоте следования лопаток, следят за уменьшением ее амплитуды при увеличении частоты вращения ротора и судят о наличии резонансных колебаний.
Недостаточная надежность данного способа связана с наличием в спектре анализируемого сигнала, вызванного резонансными колебаниями корпуса в месте постановки вибропреобразователя, большого количества составляющих, затрудняющих определение резонансных колебаний лопаток.
Кроме того, обнаружение резонансных колебаний лопаток ротора по данному способу для высокооборотных газотурбинных двигателей с тонкостенными корпусами и высокими частотами анализируемого сигнала является сложной технической задачей в части измерения и обработки информации.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности обнаружения резонансных колебаний лопаток за счет использования метода прямого измерения, основанного на анализе пульсаций давления потока, для измерения которых используется датчик, не чувствительный к влиянию на получаемые результаты резонансов корпуса в месте его установки.
Дополнительным техническим результатом является расширение области использования способа для высокооборотных ГТД за счет применения современных датчиков пульсаций давления потока, позволяющих получить информацию в широком частотном диапазоне.
Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения резонансных колебаний лопаток ротора турбомашины, при котором устанавливают датчики на неподвижных частях турбомашины, контролируют сигнал с датчика, выделяют в нем составляющую на частоте следования лопаток, следят за уменьшением ее амплитуды при увеличении частоты вращения ротора и судят о наличии резонансных колебаний, в отличие от известного, устанавливают хотя бы один датчик пульсаций давления потока, дополнительно следят за уменьшением амплитуды составляющей на частоте следования лопаток при уменьшении частоты вращения ротора, сравнивают частоты следования, определенные при увеличении и уменьшении частоты вращения ротора, и по результатам сравнения судят о наличии резонансных колебаний.
Датчик пульсаций давления потока устанавливают за рабочим колесом исследуемой ступени турбомашины.
О наличии резонансных колебаний судят, если значения частоты следования, определенные при уменьшении частоты вращения ротора, не превышают соответствующих значений частоты следования, определенных при увеличении частоты вращения ротора.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг.1 - спектр пульсаций давления потока при увеличении частоты вращения рабочего колеса турбомашины;
фиг.2 - спектр пульсаций давления потока при уменьшении частоты вращения рабочего колеса турбомашины.
Способ обнаружения резонансных колебаний лопаток ротора турбомашины осуществляют следующим образом.
Устанавливают хотя бы один датчик пульсаций давления потока на неподвижных частях турбомашины, например, на корпусе турбомашины за рабочим колесом исследуемой ступени турбомашины. Контролируют сигнал с датчика пульсаций давления потока. Выделяют в нем составляющую на частоте следования лопаток. Следят за уменьшением амплитуды этой составляющей при увеличении частоты вращения ротора и фиксируют значения частоты следования, на которых происходит уменьшение амплитуды. Дополнительно следят за уменьшением амплитуды составляющей на частоте следования лопаток при уменьшении частоты вращения ротора, и фиксируют значения частоты следования, на которых происходит уменьшение амплитуды, и сравнивают их с соответствующими значениями частоты следования, определенными при увеличении частоты вращения ротора. По результатам сравнения, если значения частоты следования, определенные при уменьшении частоты вращения ротора не превышают соответствующих значений частоты следования, определенных при увеличении частоты вращения ротора, судят о наличии резонансных колебаний лопаток роторов турбомашины.
Определяли значения частот вращения ротора турбомашины при резонансах по найденной частоте следования лопаток и известному количеству лопаток в колесе исследуемой ступени.
Пример осуществления способа.
Определяли резонансные колебания рабочих лопаток моноколеса вентилятора ГТД с числом лопаток 13 по информации с датчика пульсаций давления потока Kulite, установленного за рабочих колесом, при увеличении и уменьшении частоты вращения ротора.
Предварительно с помощью резонансной диаграммы (диаграммы Кэмпбелла) определяли частоты вращения ротора турбомашины, на которых ожидали появление резонансных колебаний.
Устанавливали датчик пульсаций давления потока на корпусе турбомашины за рабочим колесом исследуемой ступени турбомашины. Контролировали сигнал с датчика пульсаций давления потока, выделяли в нем составляющую на частоте следования лопаток и следили за уменьшением амплитуды этой составляющей при увеличении частоты вращения ротора (фиг.1). Определили значения частот следования, на которых происходило уменьшение амплитуды составляющей:
сл1-1
cл2-1
сл3-1
f=7363 Гц, f=7793 Гц, f=8770 Гц.
Дополнительно контролировали сигнал с датчика пульсаций давления потока при уменьшении частоты вращения ротора, выделяли в нем составляющую на частоте следования лопаток и следили за уменьшением ее амплитуды (фиг.2). Определили значения частот следования, на которых происходило уменьшение амплитуды составляющей:
сл1-2
cл2-2
сл3-2
f=7344 Гц, f=7754 Гц, f=8770 Гц.
Производили сравнение значений частот следования, определенных при увеличении частоты вращения ротора, и соответствующих им, определенных при уменьшении частоты вращения:
cл1-2
сл1-1
f<f (7344 Гц<7363 Гц);
cл2-2
сл2-1
f<f (7754 Гц<7793 Гц);
cл3-2
сл3-1
f<f (8770 Гц=8770 Гц).
Из фиг.1 и 2 видно, что значения частот следования лопаток, определенные при снижении частоты вращения не превышают (равны или меньше) значений, определенных при наборе оборотов. Уменьшение значений объясняется изменением модуля упругости при изменении температуры на разных режимах работы ГТД (при нагреве лопатки происходит снижение ее резонансной частоты колебаний). Эту зависимость целесообразно использовать для уточнения резонансных режимов, определенных при увеличении частоты вращения.
Если значения частот следования, определенные при уменьшении частоты вращения, не превышали соответствующих значений частот следования, определенных при увеличении частоты вращения ротора, судили о наличии резонансных колебаний.
Определяли значения частот вращения ротора турбомашины при резонансах по найденной частоте следования лопаток и известному количеству лопаток в колесе исследуемой ступени. Расхождение при сравнении с расчетными значениями, определенными по резонансной диаграмме (диаграмме Кэмпбэлла), не превышало 5%.
Изобретение позволяет надежно обнаруживать резонансные колебания лопаток роторов газотурбинных двигателей различного класса тяги. Способ также позволяет экспериментально уточнить результаты расчетов резонансных частот колебаний, для некоторых ГТД, для которых экспериментальное их определение с помощью тензометрирования невозможно (конструкция турбомашины не позволяет установить токосъемник, вывести препарацию и пр.).