ПРЕДИСЛОВИЕ

Колебания лопаток турбомашин — один из наиболее распрост­ раненных дефектов транспортных и стационарных газотурбинных силовых установок. Они приводят к увеличению времени доводки ^двигателей, снижению их надежности и ресурса, а иногда и к ава­ риям.

Измерение колебаний рабочих лопаток турбомашин представ­ ляет собой сложную техническую задачу, поскольку рабочие коле­ са современных компрессоров и турбин вращаются с Высокой час­ тотой. Этим объясняется неослабевающий интерес специалистов к вопросу совершенствования методов измерения параметров коле­ баний вращающихся элементов машин. В последние годы наряду с известными способами измерения колебания лопаток, самым рас­ пространенным из которых является тензометрирование с примене­ нием ртутных токосъемных устройств, стала интенсивно разви­ ваться техника бесконтактного измерения колебаний лопаток. В 1962 г. в Центральном институте авиационного моторостроения им. П. И. Баранова были созданы первые приборы такого типа.

Способы бесконтактного измерения колебаний лопаток имеют перед традиционными методами целый ряд преимуществ, главны­ ми из которых являются простота, надежность и практически неог­ раниченный ресурс препарирования. Подробно изложенный в этой книге дискретно-фазовый метод дает возможность одновременно измерять колебания всех лопаток рабочего колеса турбомашины. Несмотря на то, что к бесконтактным методам привлечено внима­ ние специалистов многих стран, оригинальные советские разработ­ ки в этой области остаются наиболее совершенными и технически передовыми.

Созданные приборы уже в течение многих лет широко исполь­ зуются в промышленности при доводке турбомашин, а также при проведении научных исследований. С помощью этих приборов уда­ лось получить ряд принципиально новых результатов, достижение которых другими известными методами либо невозможно, либо весьма затруднительно.

Без преувеличения можно сказать, что бесконтактные методы открыли период качественно новых исследований колебаний лопа­ ток турбомашин и вибраций вращающихся деталей. Стало возмож­

ным, например, получать полную картину распределения напряжв' ний одновременно по всем лопаткам рабочего колеса; измерять ко* лебания лопаток многовальных машин; контролировать уровень колебаний лопаток в полете; наблюдать за колебаниями лопатой уникальных паровых турбин в условиях их эксплуатации на современных ГРЭС и т. д.

Сведения о методах бесконтактных измерений колебаний лопаток в настоящее время можно получить из журнальных статей Н патентных описаний, которые часто труднодоступны специалистампрактикам, занимающимся и интересующимся вопросами исслед0' вания колебаний лопаток турбомашин, их вибрационной доводки И эксплуатации. Систематическое изложение в книге указанных воп­ росов послужит делу ускорения научно-технического прогресса 3 этой области, дальнейшего внедрения перспективного метода бес­ контактного измерения колебаний лопаток.

В книге представлена и обобщена вся наиболее важная инфор­ мация, касающаяся указанных методов и представляющая инте­ рес для широкого круга специалистов по аэродинамике и прочно­ сти турбомашин, приведены теоретическое обоснование дискретно^- фазового метода (ДФМ) бесконтактного измерения колебании лопаток, описание созданных приборов и методики их применения при измерении различных типов колебаний лопаток, а также ре­ зультаты некоторых исследований, выполненных с помощью бес­ контактных методов.

Книга представляет интерес для инженеров и научных работни­ ков аэродинамических и прочностных лабораторий заводов, науч­ но-исследовательских институтов и конструкторских бюро, разра­ батывающих различные турбомашины (вентиляторы, компрессоры, турбины, насосы и т. д.).

В разработке и внедрении приборов ДФМ помимо авторов при­ нимал участие большой круг специалистов ряда организаций. Большую помощь авторам оказали П. Я. Брюзгина, А. С. Жижова,

Т.Г. Зимакова, А. В. Лебедев, Л. Б. Свиблов, Е. М. Толчинский,

В.В. Трынин. Созданию приборов ДМФ, по существу, всю свою короткую жизнь посвятил Ю. М. Веснин.

Авторы признательны А. Г Заславскому, внимательно просмот­ ревшему рукопись книги и сделавшему ряд полезных замечаний.

А — амплитуда колебании периферийного сечения лопатки в окруж­ ном направлении, м;

а— амплитуда колебаний лопатки в направлении нормали к хорде в периферийном сечении, м;

а— угловой шаг лопаток;

£— отношение амплитуд колебаний передней и задней кромок пери­ ферийного сечения лопатки;

w — скорость колебаний периферийного сечения лопатки в окружном направлении, м/с;

ср — фаза колебаний лопатки;

X — реактивное сопротивление, Ом;

х— расстояние от начала строчки до яркой метки на экране прибора ЭЛУРА;

X — угол поворота профиля при колебаниях;

у— деформация периферийного сечения лопатки в окружном направ­ лении, м;

сос_т_ — статическая частота собственных колебаний лопатки, рад/с; со — относительная частота вращения срызных зон.

Индексы

i, / — номер лопатки; 0 — оборотный; к — корневой;

п — периферийный; ср — средний; пр — приведенный;

НА — направляющий аппарат; РК — рабочее колесо;

1 — параметры перед рабочим колесом турбомашины или у передней кромки лопатки;

2 — параметры за рабочим колесом турбомашины или у задней кром­ ки лопатки.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОЛЕБАНИЯХ ЛОПАТОК

ИМЕТОДАХ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ

Всовре!менной промышленности используются разнообразные типы турбомашин, различающиеся и по форме проточной части

(осевые, диагональные, центробежные или центростремительные), и по своему назначению, — компрессоры, вентиляторы, насосы, экс­ гаустеры, паровые и газовые турбины, гидротурбины и т. и.\Неза­ висимо от конструкции и назначения турбомашин обеспечение вибропрочности рабочих лопаток представляет собой одну из наибо­ лее сложных и ответственных проблем их создания, без решения которой невозможно достижение требуемой надежности и доста­ точного ресурса машины в целом.

Большое разнообразие турбомашин предопределяет и значи­ тельные различия в конструкции их рабочих лопаток. Форма ло­ паток, например, осевых и центробежных компрессоров, различа­ ется настолько сильно, что рассматривать с единых позиций их динамические и аэроупругие свойства было бы весьма затрудни­ тельно, тем более в данной книге, посвященной иной теме — мето­ дам Измерения вибраций лопаток. Тем не менее, представляется целесообразным изложить некоторые наиболее важные и общие понятия о динамических и аэроупругих характеристиках лопаток турбомашин в той мере, в какой это необходимо для понимания материала, изложенного в основной части книги.

Описываемый в данной книге дискретно-фазовый метод (ДФМ) измерения вибраций лопаток турбомашин принципиально приме­ ним и практически используется для измерения вибраций лопаток различных турбомашин. Однако, поскольку задачи обеспечения вибропрочности лопаток наиболее остро стоят в осевых компрессо­ рах и турбинах, лопатки которых отличаются большими значени­ ями относительного удлинения (отношения длины лопатки к ее хорде), а также в связи с тем, что опыт использования дискретно­ фазового измерения вибраций лопаток в большой степени получен именно на осевых турбомашинах авиационных газотурбинных дви­ гателей (ГТД), излагаемый ниже материал будет иллюстрирован примерами, относящимися именно к таким турбомашинам. Более