 |
Влиянием “вращающегося срыва” потока в компрессоре.
|
|
|
|
Автоколебания лопаток
Автоколебания - специфический вид вынужденных колебаний лопаток (они происходят при отсутствии каких-либо пульсаций набегающего потока) – они очень опасны из-за резкого возрастания амплитуды вибронапряжений.
Автоколебания представляют собой самовозбуждающиеся незатухающие колебания, поддерживающиеся за счет периодического подвода энергии из набегающего потока, который при этом может быть вполне равномерным.
Такие колебания вынужденные, вынуждающая сила возникает вследствие самих колебаний. Вынуждающая сила совершает работу, пополняющую и увеличивающую энергию колебаний, колебания являются самоподдерживающимися (автоколебания).
Автоколебания, возникающие по описанному механизму, называют срывным флаттером. Он может возникнуть при малых расходах воздуха через ступень компрессора, когда осевая составляющая скорости мала, а угол атаки велик и может превысить критический. Для исключения срывных автоколебаний необходимо исключить закритическое обтекание лопаток на всех режимах работы двигателя. Это обеспечивается противопомпажными средствами механизации компрессора.
Изгибно-крутильный флаттер может возникнуть в случае сильно закрученных лопаток при сближении собственных частот колебаний по изгибной и крутильным формам. Для его исключенияформу и размеры профильной части выбирают так, чтобы эти собственные частоты на рабочих режимах отличались друг от друга не менее чем на 15%.
Решетчатый флаттер возникает в следствие взаимодействия колеблющихся лопаток в рабочем колесе. Этот вид автоколебаний наиболее опасен, т.к. может возникнуть при докритических углах атаки. Для исключения решетчатого флаттера соседние лопатки в рабочем колесе подбирают так, чтобы их собственные частоты отличались друг от друга – динамическая расстройка.
|
|
|
Автоколебания при экспериментальной проверке измерения вибронапряжений проявляются в виде резкого возрастания колебаний лопатки с частотой некратной частоте вращения ротора. В случае обнаружения автоколебаний приходится изменять конструкцию лопаток, поэтому особое значение имеет расчетный анализ автоколебаний на стадии проектирования (связанная задача аэроупругости).
Демпфирование колебаний лопаток
1- “ласточкин хвост”; 2 – елочный замок; 3 – шарнирный замок
Вынужденные колебания лопаток
Вынужденные колебания лопаток происходят под действием переменных во времени усилий, обусловленных, главным образом, окружной неравномерностью газового потока. Переменная нагрузка, действующая на лопатку, изменяется во времени периодически, что связано с вращением ротора, а период равен времени его полного оборота.
Коэффициент запаса вибрационной прочности
Колебания дисков
В отличие от лопаток, формы колебаний дисков могут быть неподвижными и подвижными.
Колебание диска можно представить в виде:
- неподвижные собственные колебания дисков
Неподвижные относительно диска формы колебаний можно представить как сумму двух вращающихся с одинаковой скоростью в противоположные стороны волн – бегущей вперед и бегущей назад
Первое слагаемое представляет собой составляющую прогиба в некоторой точке с координатами r и φ в момент времени t. В некоторый момент t+Δt в точке с координатой φ+p/zΔφ получается такой же прогиб.
Т.к. Δt выбран произвольно, то картина деформации вращается в положительном направлении оси φ с угловой скоростью p/z. Это вращение называют бегущей вперед волной. Аналогично можно получить бегущую волну назад.
|
|
|
Возможна ситуация, когда бегущая назад волна остается неподвижной относительно статора (неподвижными относительно статора будут узловые диаметры, хотя относительно диска они вращаются; частота колебаний относительно неподвижного наблюдателя равно нулю), при этом частота вращения, при которой это происходит, называется критической.
Если источник возбуждения колебаний неподвижен относительно диска (например, колеблющиеся лопатки), то резонанс возникает при совпадении частоты одной из гармоник переменной нагрузки k*n с одной из собственных динамических частот неподвижного диска fдi:
Если диск вращается, резонансные явления могут возникать при совпадении частоты к-ой гармоники вынуждающей силы с частотой вперед или назад бегущей волн:
Как показал анализ поломок, резонансы, возникающие на критических частотах вращения, наиболее опасны.
3.3 Критика роторов
Динамика роторов
|
|
|
