УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕМПФИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ТУРБИННЫХ ЛОПАТОК С ФРИКЦИОННЫМИ ДЕМПФЕРАМИ

Предлагаемая полезная модель относится к испытательной и измерительной технике, в частности к устройствам возбуждения и определения параметров колебаний лопаток турбомашин для проведения экспериментальных исследований по динамике и прочности рабочих колес турбомашин.
Полезная модель может быть использована для экспериментальных исследований демпфирующей способности хвостовиков лопаток и лопаток с демпфирующими покрытиями, разработки технологии изготовления лопаток из разных материалов, оптимизации конструкторско-технологических решений, проведения разгонных и усталостных испытаний с индукционным нагревом, испытаний бандажей рабочих колес турбомашин на износостойкость и других испытаний в авиадвигателестроении, энергетике и других отраслях машиностроения.
Известно устройство, реализующее возбуждение и определение параметров колебаний лопаток турбомашин, при помощи которого понижают давление в камере, повышают вращение ротора до максимальной частоты, подают нагретый воздух с заданным давлением на лопатки с последующим снижением частоты вращения ротора до минимально заданной частоты вращения с одновременным измерением параметров колебаний лопаток («Авиакосмическая техника и технология», труды ХАЙ, выпуск 34, стр.169-172, 2002 г.).
Недостатком указанного устройства является низкая информативность измерений параметров колебаний лопаток турбомашин, вызванная возможностью создания ограниченного количества форм колебаний из-за подачи воздуха только в одну зону лопаток.
Известно также устройство возбуждения и определения параметров колебаний лопаток турбомашин, опубликованное в статье «Исследование демпфирующей способности хвостовиков с клином лопаток турбин», журнал «Энергомашиностроение», №3, 1989 г., стр.19-21.
Данному устройству присущи те же недостатки, что и вышеприведенному. Причем перепад температур по длине лопатки больше, чем в условиях эксплуатации, т.к. тепло хвостовой части лопатки расходуется на нагрев ротора. Это приводит к снижению точности определения параметров колебаний.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для исследования демпфирующей способности турбинных лопаток, включающее основание, выполненное с пазами для установки, по меньшей мере, трех лопаток, датчики деформации для закрепления на лопатках, вибратор для генерирования возбуждающих импульсов, систему управления величиной и частотой возбуждающих импульсов и аппаратуру регистрации параметров колебаний лопаток с автоматическим построением зависимости амплитуды динамических напряжений от частоты (резонансных кривых). Возбуждают колебания лопаток при постоянной величине возбуждающих импульсов в диапазоне частот, включающем резонансные частоты лопаток. По показаниям от датчиков деформаций определяют резонансные кривые, по которым оценивают демпфирующую способность лопаток (книга под редакцией академика АН УССР В.Т. Трощенко «Несущая способность рабочих лопаток ГТД при вибрационных нагружениях», Киев, «Наукова думка», 1981 г., стр.215).
Основными недостатками данного технического решения является то, что испытательным устройством является натурный диск, установленный на роторе в вакуумной камере разгонного стенда и который приводится во вращение при исследовании. Генератором возбуждающих импульсов служит электродинамический вибратор с ограниченным диапазоном частот, требуемых для возбуждения колебаний турбинных лопаток. Используемое оборудование технически сложное и дорогостоящее, требует дорогих и сложных подготовительных работ, таких как центровка привода и балансировка ротора.
Техническим результатом заявляемого решения является упрощение и удешевление процесса исследования, а также повышение точности результатов исследования в широком диапазоне частот и форм собственных колебаний лопаток.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для исследования демпфирующей способности турбинных лопаток с фрикционными демпферами, включающем основание, выполненное с пазами для установки, по меньшей мере, трех лопаток, датчики деформации для закрепления на лопатках, вибратор для генерирования возбуждающих импульсов, систему управления величиной и частотой возбуждающих импульсов и аппаратуру регистрации параметров колебаний лопаток с автоматическим построением их резонансных колебаний, основание снабжено зажимным приспособлением для установки лопаток, которое включает винты для фиксации лопаток в пазах основания и рычажные механизмы для реализации усилия поджатия демпферов к трактовым полкам лопаток, каждый из которых содержит связанные между собой рычаг, башмак и регулировочный винт, при этом устройство содержит фрикционные демпферы, предназначенные для размещения под нижними трактовыми полками в местах соединения соседних лопаток, дополнительные датчики деформации, каждый из которых установлен на вертикальном плече соответствующего рычага, образуя с ним динамометр, и упругие прокладки, каждая из которых предназначена для установки между соответствующим фрикционным демпфером и башмаком рычажного механизма, а вибратор соединен через систему управления величиной и частотой возбуждения импульсов с источником воздуха.
При этом дополнительный датчик деформаций может быть установлен на вертикальном плече рычага с помощью клея.
Регулировочный винт может быть снабжен контргайкой для обеспечения постоянство усилия поджатия фрикционного демпфера к лопатке.
Упругая прокладка может быть прикреплена с помощью клея к башмаку рычажного механизма.
На фиг.1 схематично изображен общий вид устройства для исследования демпфирующей способности турбинных лопаток с фрикционными демпферами.
На фиг.2 схематично изображено зажимное приспособление дляустановки лопаток.
На фиг.3 схематично изображено сечение А-А зажимного приспособления
Устройство для исследования демпфирующей способности турбинных лопаток с фрикционными демпферами содержит основание 1, выполненное с пазами 2 для установки, по меньшей мере, трех лопаток 3, датчики деформации 4 для закрепления на лопатках 3, воздушный вибратор 5, генерирующий возбуждающие импульсы в виде пульсирующей струи 6, систему 7 управления величиной и частотой возбуждающих импульсов и аппаратуру 8 регистрации параметров колебаний лопаток 3 с автоматическим построением их резонансных колебаний. Основание 1 снабжено зажимным приспособлением для установки лопаток 3, которое включает винты 9 для фиксации лопаток 3 в пазах 2 основания и рычажные механизмы, каждый из которых содержит связанные между собой рычаг 10, башмак 11 и регулировочный винт 12. Устройство также содержит фрикционные демпферы 13, предназначенные для размещения под нижними трактовыми полками 14 в местах соединения соседних лопаток 3, а такжке дополнительные датчики деформации 15, каждый из которых установлен на вертикальном плече соответствующего рычага 10, и упругие прокладки 16, каждая из которых предназначена для установки между соответствующим фрикционным демпфером 13 и башмаком 11 рычажного механизма. Вибратор 5 соединен через систему 7 управления величиной и частотой возбуждения импульсов с источником воздуха 17.
Аппаратура 8 предназначена для обработки информации от датчиков деформаций 4 и построения резонансных кривых лопаток 3.
Для генерации возбуждающих импульсов вибратором 5 используется воздух, поступающий из источника 17.
Соединение между собой вертикального и горизонтального плеч рычага 10, а также горизонтального плеча рычага 10 с башмаком 11 осуществляется при помощи осей 18 и 19 соответственно рычажного механизма.
Вертикальное плечо рычага 10 с установленным на его поверхности датчиком деформаций 15 образуют динамометр.
Для обеспечения постоянства усилия поджатия фрикционного демпфера 13 к лопатке 3 регулировочный винт 12 снабжают контргайкой 20,
Для исключения перемещений прокладки 16 (фиг.2) вдоль поверхности контакта с фрикционным демпфером 13 межцентровую линию осей 18 и 19 располагают параллельно поверхности контакта.
Дополнительный датчик деформаций 13 может быть установлен на вертикальном плече рычага 10, например, с помощью клея.
Упругая прокладка 16 может быть прикреплена, например, с помощью клея к башмаку 11 рычажного механизма.
Заявляемое устройство (фиг.1-3) для исследования демпфирующей способности турбинных лопаток с фрикционными демпферами работает следующим образом (показано на примере использования трех лопаток).
Перед проведением исследований на каждую из лопаток 3 устанавливают датчик деформации 4. Устанавливают лопатки 3 (центральную и две крайних) в соответствующие пазы 2 основания 1. Выставляют и закрепляют лопатки 3 в пазах 2 с помощью винтов 9. Устанавливают фрикционные демпферы 13 под нижними трактовыми полками 14 лопаток 3 - по одному демпферу в местах соединения соседних лопаток 3. Вибратор 5 соединяют через систему 7 управления величиной и частотой возбуждения импульсов с источником воздуха 17. Основание 1 выставляют вблизи воздушного вибратора 5 из условия выбора нужного направления пульсирующей воздушной струи 6 (в нашем случае направляют воздушную струю на центральную лопатку). Собирают два рычажных механизма, в каждом из которых соединяют рычаг 10 с осью 18, башмак 11 с осью 19 и регулировочный винт 12 с контргайкой 20. Приклеивают к каждому башмаку 11 рычажного механизма по одному дополнительному датчику деформаций 15, образуя таким образом динамометр. Соединяют электропроводами датчики деформаций 4 на лопатках 3 и дополнительные датчики деформаций 15 с аппаратурой 8 по обработке быстропеременных сигналов.
Затем приступают к проведению исследований. С помощью регулировочных винтов 12 рычажного механизма прижимают фрикционные демпферы 13 к лопаткам 3. По сигналам с датчиков деформации 22 регулируют усилие прижатия фрикционных демпферов 13 к лопаткам 3 с помощью контргаек 20 регулировочных винтов 12, обеспечивая постоянство усилий. Включают воздушный вибратор 10 с системой управления 7 и регулируют величину и частоту возбуждающих импульсов воздушной струи 6. Проводят исследование, строя резонансные кривые лопаток 3. По результатам полученных данных оценивают демпфирующую способность турбинных лопаток с фрикционными демпферами газотурбинного двигателя.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет проводить поиск диапазона эффективной работы фрикционных демпферов в зависимости от усилия прижатия их к полкам лопаток, изменяя это усилие с помощью регулировочных винтов в широком диапазоне частот и форм собственных колебаний лопаток.