Способ расчета динамических напряжений в лопатке переменного сечения турбомашины

Оценка динамических напряжений, возникающих при колебаниях лопаток турбомашины, влияет на ее надежность, вследствие чего является актуальной и значительной задачей. Ее решение требует математического исследования и физического эксперимента для определения интенсивности воздействия потока газа на лопатку и ее реакции. Однако в научной литературе сравнительно мало сведений по этому вопросу. Рассмотрен полуэмпирический способ расчета динамических напряжений в корне лопатки переменного сечения при резонансных колебаниях первого тона. Эти колебания можно считать самыми опасными вследствие максимальной амплитуды. Суть расчета заключалась в замене реальной лопатки расчетной, составленной из отдельных частей с постоянным профилем, и в определении доли, которую вносит каждая часть в напряжение в корневом сечении. Приведен пример вычисления динамического напряжения предлагаемым способом при резонансных колебаниях первого тона лопатки постоянного сечения. Расчет показал, что решение сложной задачи можно представить в виде суммы решений более простых задач. Способ расчета может быть использован при проектировании лопаточного аппарата турбин и компрессоров.

Литература

[1] Герасимов Е.А., Ласкин А.С. Определение коэффициента формы для случая резонансных колебаний рабочей лопатки переменного по высоте сечения. Неделя науки СПбПУ. Санкт-Петербург, СПбПУ, 2018, с. 101–103.

[2] Гнесин В.И., Колодяжная Л.В., Жандковски Р. и др. Численный анализ аэроупругого поведения лопаточного венца осевой турбомашины. Вестник Национального технического университета ХПИ. Серия: Информатика и моделирование, 2014, № 62, с. 13–21.

[3] Mеng L., Yang Ch., Zhuhai Zh., et al. Numerical tests on the effect factors of the last stage blade for low pressure exhaust hood simulation. ASME Turbo Expo, 2017, no. GT2017-63964, doi: https://doi.org/10.1115/GT2017-63964

[4] Mohan R.S., Sarkar A., Sekhar A.S. Vibration analysis of a steam turbine blade. Proc. INTER-NOISE NOISE-CON Cong. Conf., 2014, vol. 249, no. 7, pp. 1055–1064.

[5] Елисеев Ю.С., Манушин Э.А., Михальцев В.Е. и др. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 640 с.

[6] Benaroya H., Nagurka M., Han S. Mechanical vibration: analysis, uncertainties, and control. CRC Press, 2017.

[7] Осипов М.И., ред. Конструирование и расчет на прочность турбомашин газотурбинных и комбинированных установок. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 520 с.

[8] Самойлович Г.С. Нестационарное обтекание и аэроупругие колебания решеток турбомашин. Москва, Наука, 1969. 442 c.

[9] Костюк А.Г. Динамика и прочность турбомашин. Москва, МЭИ, 2020. 480 с.

[10] Костюк А.Г. Деформация, прочность и износ материалов турбомашин. Москва, Изд-во МЭИ, 1998. 108 с.

[11] Самойлович Г.С. Возбуждение колебаний лопаток турбомашин. Москва, Машиностроение, 1975. 287 с.

[12] Gribin V.G., Tishchenko A.A., Alekseev R.A., et al. A method for parametrically representing the aerodynamic profiles of axial turbine machinery blades. Therm. Eng., 2020, vol. 67, no. 7, pp. 422–429, doi: https://doi.org/10.1134/S0040601520070022

[13] Горожанкин А.А. Теория погрешностей. Самара, АСТ, 2004. 338 с.

[14] Малинин Н.Н. Прочность турбомашин. Москва, Юрайт, 2019. 294 с.