Отстройка колебаний лопаток от резонансов

Отстройка рабочих лопаток и их пакетов от резонансов является эффективной мерой повышения вибрационной надёжности, т.е. исключе-ния вибрационных поломок. Отстройка означает исключение совпадения

собственных частот колебаний лопаток и их пакетов (см. разд. 2.1 и 2.2) с частотами возмущающих сил при определённых частотах вращения рото-ра (см. 2.3.1 и 2.3.2). Определение совпадения указаных частот осущест-вляется с помощью вибрационной диаграммы (см. рис. 2.13), которая стро-ится для низкочастотных колебаний (от возмущающих сил I^го рода). Эта

диаграмма представляет собой наложение двух графиков: частот возмуща-ющих сил,определяемых как f_в= кn, и собственных динамических частот колебаний типов А₀ (или А₁ и В₀) пакетов лопаток. Очевидно, что места пересечения линий графиков этих зависимостей определяют частоты вра-щения ротора, при которых должны возникать резонансные колебания пакетов лопаток.

Рис. 2.13 Вибрационная диаграмма низкочастотных колебаний

пакета лопаток.

Из графиков на рис. 2.11 видно, что амплитуды колебаний являются достаточно интенсивными не только при Ω/ω₀ = 1, но и в пределах некото-

рой околорезонансной области. Поэтому, для обеспечения вибрационной

надёжности необходимо иметь некоторый запас по отношению к резонан-

сной частоте, имея при этом ввиду, что и сами резонансные частоты имеют

разброс значений, обусловленный расчётными погрешностями и техноло-гическими отклонениями. Диапазон разброса собственных частот колеба-ний показан на рис. 2.13 заштрихованной областью, поэтому разброс соб-ственно резонансных частот вращения ротора для возмущающих сил раз-личных кратностей k показан как . Существуют ограничения по раз-бросу частот лопаток при их изготовлении. Допустимым считается разброс частот отдельных лопаток по первому тону А₀ составляющий |Δf/f_ср| ≤ 4%,

где f_ср – средняя частота колебаний набора лопаток; Δf = f - f_ср – разница частоты f каждой лопатки и средней частоты для всего набора лопаток. Указанный допустимый разброс стремятся выдерживать путём контроля частот пакетов, установленных на собранном колесе.

Как показано в разд. 2.3.2 резонанс от возмущающих сил первой крат-ности невозможен, т.е. линия k = 1не может пересекаться с кривыми динамических частот собственных колебаний; возмущающие силы при k > 6 также признаны неопасными.

Опыт эксплуатации турбин позволил установить нормы отстройки т.е. обеспечения необходимого запаса Δn_р = n_р- n_рез между рабочей n_р и резо-нансной n_рез частотами вращения. Этот запас представляет собой запрет-ную зону для обеспечения надёжной работы лопаток при различной крат-ности низкочастотных возмущающих сил:

Кратность резонанса, k … 2 3 4 5 6

Запретная зона, Δn/ n_р 100%…±10 ±7 ±6 ±5 ±4

Высокочастотные возмущающие силы (II^го рода) могут вызывать резо-нансные колебания относительно коротких лопаток, а также колебания длинных лопаток по высшим формам, имеющим высокие значения собст-венных частот. Известны случаи вибрационных поломок, вызванных воз-мущающими силами второго рода при формах колебаний типа А₁ и В₀.

Частоты этих форм укладываются в зону (4,4…4,72) f_Ао, т.е. опасность резонансных колебаний возникает в случае 4 < nz_с/f_Ао < 8, при котором возможны резонансные колебания по пакетным формам типа А₁ и В₀. Здесь nz_с – частота возмущающих сил; f_Ао – частота собственных колеба-ний пакета лопаток типа А₀; при вращении ротора турбины это будет дина-

мическая частота f_Ао^дин. Отметим, что собственно резонанс происходит, если отношение nz_с/f_Ао^дин = 1.

Для надёжной отстройки лопаток от высокочастотных резонансов форм колебаний пакетов типа А₀ степень отстройки должна быть не менее 15%, т.е. отношение частоты возмущающих сил к динамической частоте собственных колебаний не должно попадать в опасную зону, которая опре-деляется условием:

0,85 < nz_с/f_Ао^дин < 1,15

Для форм колебаний пакетов типа А₁ и В₀ опасной является зона, определяемая условием:

4 < nz_с/f_Ао^дин < 8.

При попадании отношения nz_с/f_Ао^дин в опасные зоны необходима отстройка лопаток. Следует отметить, что полная отстройка на всех режи-мах невозможна. На переходных оборотах – при развороте ротора,при его выбеге – лопатки венца обязательно проходят многочисленные резонанс-ные зоны, при этом не все резонансы одинаково опасны. Если амплитуда гармоники возмущающей силы мала, то и в условиях резонанса динами-ческие напряжения в лопатках будут небольшими.

Под настройкой лопаток турбин обычно понимают эксперименталь-ное определение частот собственных колебаний лопаток и доведение их

расчётным и опытным путём до требуемой нерезонансной величины, т. е.

для обеспечения условий отстройки. При этом, исходя из приведенного выше (см. разд. 2.12 и 2.13) анализа параметров, влияющих на частоту собственных колебаний лопаток, наиболее эффективно и целесообразно изменение хорды профиля, поскольку высота лопатки и её профиль опре-деляются в результате теплового расчёта и газодинамической отработки.

Дата добавления: 2015-08-05