СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИИ В РАБОЧИХ ЛОПАТКАХ ТУРБОМАШИНЫ
METHOD FOR REDUCING VIBRATION IN ROTATING BLADES OF TURBO-MACHINE

Изобретение относится к способам снижения вибрации и может быть использовано в области авиационного, судового и наземного газотурбинного двигателестроения при стендовых испытаниях двигателей и в процессе их эксплуатации.
Снижение вибрации становится одним из условий обеспечения высокого качества любого двигателя и ведется на всех этапах его жизненного цикла. Резонанс вызывает резкое увеличение амплитуды установившихся вынужденных колебаний системы вплоть до разрушения деталей при приближении частоты внешнего гармонического воздействия к какой-либо из частот собственных колебаний системы. Следует отметить, что конструкция любой детали турбомашины разрабатывается из условия отсутствия резонанса на эксплуатационных режимах работы двигателя, допуская при этом возможность возникновения резонансных явлений на переходных режимах работы двигателя. Для предупреждения разрушения турбомашины и повышения надежности ее работы также важно выявление и измерение резонансных вибраций лопаток рабочего колеса в условиях эксплуатации, так как во многих случаях именно эти колебания представляют наибольшую опасность.
Известен способ снижения вибрации в рабочих лопатках турбомашины (патент №2304220, опубл. 10.08.2007. Бюл. №22, МПК F01D 5/10), включающий выявление одноименной гармоники с резонансной и изменение окружной неравномерности потока газа, путем неравномерной угловой расстановки по окружности неподвижных источников возмущения, например форсунок камеры сгорания.
Недостатком такого способа является то, что неравномерное расположение форсунок приводит к увеличению окружной неравномерности температурного поля перед турбиной, приводящей к понижению ресурса и надежности лопаток турбины, снижению кпд турбины из-за увеличения радиальных зазоров между рабочими лопатками и статором, в связи с неравномерным нагревом статора.
Наиболее близким к изобретению является способ снижения вибрации в рабочих лопатках турбомашины (авторское свидетельство №957605, опубл. 27.06.2005. Бюл. №18, МПК F02C 9/00), при котором измеряют температуру газа перед или за турбиной, выявляют анализом температурного поля одноименную с резонансной гармонику и уменьшают ее амплитуду. Уменьшение амплитуды производят корректировкой, снижением неравномерности температурного поля, которую осуществляют перераспределением одного и того же количества топлива по форсункам камеры сгорания.
Недостатком такого способа является сохранение возбуждающей резонанс гармоники. Во время эксплуатации турбомашины происходят механические изменения конструктивных элементов топливопитающей системы из-за коррозии, эрозии, засорения и т.д., что приводит к изменению расходных характеристик форсунок и перераспределению топлива в них, что может привести к росту амплитуды резонансной гармоники и потребуется повторная регулировка температурного поля перераспределением топлива по форсункам. Все это в дальнейшем приводит к понижению ресурса и надежности работы турбомашины.
Техническим результатом изобретения является повышение ресурса и надежности работы турбомашины при ее эксплуатации за счет снижения вибрации в ее рабочих лопатках.
Технический результат достигается тем, что в способе снижения вибрации в рабочих лопатках турбомашины, при котором измеряют температуру газа перед или за турбиной, выявляют анализом температурного поля одноименную с резонансной гармонику и уменьшают ее амплитуду, для чего корректируют температурное поле изменением подачи топлива в форсунки камеры сгорания, в отличие от известного изменение подачи топлива осуществляют путем прекращения его подачи по меньшей мере в одну из форсунок на резонансном режиме, после прохождения которого подачу топлива восстанавливают.
Способ снижения вибрации в рабочих лопатках турбомашины осуществляют следующим образом.
Предварительно, при испытании турбомашины измеряют температуру газа перед или за турбиной. Выявляют гармоническим анализом температурного поля одноименную с резонансной гармонику. Затем в систему автоматического регулирования турбомашины, в алгоритм управления топливопитания, закладывают прекращение подачи топлива в одну из форсунок на резонансной частоте вращения ротора. После прохождения резонансного режима подачу топлива восстанавливают. Кратковременность работы турбомашины на резонансном режиме не вызовет существенного ухудшения ее эффективности.
Таким образом, создание возмущения потока газа на резонансном режиме, из-за отсутствия топлива в одной из форсунок, увеличивает окружную неравномерность потока газа и позволяет создать препятствие для возникновения резонанса в рабочих лопатках турбомашины, ликвидировав возмущающую гармонику.
В результате данное техническое решение позволяет обеспечить снижение недопустимо высоких вибраций в рабочих лопатках турбины на проходных резонансных режимах, и повысить ресурс и надежность работы турбомашины при ее испытаниях и дальнейшей эксплуатации.