Автоколебания лопаток турбомашин

При определённых условиях обтекания лопаток турбинных решёток, возникают автоколебания (самовозбуждающиеся колебания) лопаток. Это

явление возникает, как правило, при значительном отклонении углов нате-

кания потока на профили лопаток от расчётных. Наиболее подходящие ус-ловия для появления автоколебаний возникают при обтекании периферий-ных областей лопаток большой длины последних ступеней цилиндров низ-кого давления (ЦНД) конденсационных турбин, особенно турбин АЭС.

На рис. 2.15 изображена типичная зависимость результирующего аэродинамического усилия R_а, действующего на обтекаемый профиль в за-висимости от угла атаки. При увеличении отрицательного угла атаки α₀

Рис. 2.15. Зависимость аэродинамического усилия от угла атаки.

сила R_а вначале увеличивается и при α₀ = α₁ достигает максимального зна-

чения; далее, на участке α₀₁ < α₀ < α₀₂ происходит уменьшение силы R_а. Этот участок ниспадающей зависимости силы от угла натекания есть ос-

новной признак возможного возникновения автоколебаний лопаток, вызы-

ваемых периодическим срывом потока с поверхности профиля. При этом происходит т.н. срывной флаттер пера лопатки, когда пульсации давления в зоне отрыва потока вызывают автоколебания пера, которые происходят обычно по формам с преобладанием крутильных деформаций. В данном случае происходят резонасные колебания, когда частота пульсаций давле-ния в зоне отрыва потока совпадает с собственной частотой крутильных колебаний пера лопатки.

Возникновению автоколебаний способствуют увеличения: отношения

ω₁/pb (ω₁ – скорость набегающего потока, р – частота колебаний лопатки, b – хорда лопатки); отношения плотностей ρ₁/ρ_м (ρ₁ – плотность среды по-тока, ρ_м – плотность материала лопатки); относительного шага t₂/b (t₂ – шаг

решётки профилей лопаток), а также отношения а/b (а – расстояние от цен-

тра кручения до передней кромки профиля).

Угол атаки зависит от объёмного расхода пара. Если объёмный расход

(Gv) уменьшается, то входные треугольники скоростей изменяются таким образом, что угол атаки профилей рабочих лопаток, определяемый векто-ром скорости W₁, становится отрицательным (см. рис. 2.16).

Рис. 2.16 Изменение входного треугольника скоростей (пунктирные

линии) при уменьшении объёмного расхода пара.

Возникновение автоколебаний срывного флаттера может происходить

при малых объёмных расходах пара через через последние ступени кон-

денсационных турбин. Повышение противодавления (ухудшение вакуума)

при неизменной мощности также ведёт к снижению объёмного расхода пара через последнюю ступень, что способствует возникновению авто-колебаний.

Для уменьшения опасности автоколебаний следует обеспечить повы-шенное механическое демпфирование венцов рабочих лопаток последних ступеней ЦНД, уменьшенный относительный шаг их решёток и увеличен-ный радиус входных кромок их профилей.

Влияние режимов работы ТА на вибрационную надёжность лопаток

последних ступеней ЦНД показано на рис. 2.17. Область высоких вибра-

ционных напряжений при противодавлении р_к > р_а определяется повышен-

ными возмущающими силами, вызывающими вынужденные колебания

лопаток. Предельные значения давления в конденсаторе р_к задаются заво-

дами-изготовителями и обычно составляют 12,0…25,0 кПа.

Рис.2.17 Режимы работы последней ступени ЦНД:

1 – область допустимой работы;

2 – область возникновения самовозбуждающихся колебаний;

3 – область высоких вибрационных напряжений.

Зона самовозбуждающихся колебаний расположена ле­вее, наклон-ной линии при малых массовых расходах и повышен­ных противодав-лениях. Область допустимых режимов заштрихова­на. Вне заштрихован-ной зоны работа ступени недопустима по условиям вибрационной надежности.

Дата добавления: 2015-08-05