Исследование вибрационных и механических свойств обандаженных направляющих лопаток с предварительным натяжением

Рассмотрено влияние натяжения направляющих лопаток осевого компрессора на их вибрационные и механические свойства. Проведены моделирование напряженно-деформированного состояния предварительно натянутой лопатки, расчет созданной модели на прочность и модальный расчет. Предложен метод предварительного натяжения направляющих лопаток с фиксированием хвостовика в паз корпуса и посадкой в бандажное кольцо с зазором, что обеспечивает им необходимое пространство для растяжения. Разработанный метод позволяет повысить жесткость направляющих лопаток, а следовательно, уменьшить их толщину для улучшения аэродинамических показателей с сохранением вибрационно-частотных характеристик. Наибольшее влияние предварительное натяжение оказывает на изгибные формы. Возможность регулирования частот собственных колебаний направляющих лопаток в широком диапазоне предотвращает резонанс.

Литература

[1] Воробьев Ю.С., Романенко В.Н., Тишковец Е.В. и др. Колебания турбинных лопаток с повреждениями. Вибрации в технике и технологиях, 2004, № 5, с. 47–51.

[2] Катаев В.А. Компрессор высокого давления. Пермские авиационные двигатели, 2013, № 27, с. 52–53.

[3] Августинович В.Г., Кузнецова Т.А., Султанов Р.Р. Идентификация предсрывных явлений в компрессоре для использования в адаптивной системе управления авиационного газотурбинного двигателя. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника, 2016, № 46, с. 126–143, doi: https://doi.org/10.15593/2224-9982/2016.46.07

[4] Шаблий Л.С., Колмакова Д.А., Кривцов А.В. Параметрическое моделирование лопаточных машин при оптимизации. Известия Самарского научного центра РАН, 2013, т. 15, № 6-4, с. 1013–1018.

[5] Корсов Ю.Г., Тарабрин А.П., ред. Разработка, исследование и доводка ГТУ, компрессоров, нагнетателей и их элементов. Ленинград, НПО ЦКТИ, 1990. 161 с.

[6] Ferroudji F., Cherif K. Structural strength analysis and fabrication of a straight blade for a H-Darrieus wind turbine. J. Appl. Comput. Mech., 2020, vol. 7, no. 3, pp. 1276–1282, doi: https://dx.doi.org/10.22055/jacm.2020.31452.1876

[7] Xu W., Du X., Wang S. Correlation of solidity and curved blade in compressor cascade design. Appl. Therm. Eng., 2018, vol. 131, pp. 244–259, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.12.003

[8] Воробьев Ю.С., Романенко В.Н., Чугай М.А. Развитие трехмерной постановки МКЭ для анализа НДС и вибрационных характеристик элементов турбомашин. Динамика, надежность и долговечность механических и биомеханических систем, а также элементов их конструкций. Мат. межд. науч.- тех. конф. Севастополь, СевНТУ, 2008, с. 17–25.

[9] Седунин В.А., Нусс А.С., Серков С.А. Исследование прочностных характеристик лопаток осевого компрессора. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2016, № 3, с. 90–99, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2016-3-90-99

[10] Klimenda F., Soukup J. Modal analysis of thin aluminium plate. Procedia Eng., 2017, vol. 177, pp. 11–16, doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.02.176

[11] Нихамкин М.Ш., Черняев А.И., Семенов С.В. Методика расчета показателей надежности роторных систем на основе статического моделирования вибраций. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника, 2016, № 47, с. 198–213, doi: https://doi.org/10.15593/2224-9982/2016.47.11

[12] Кривошеев И.А., Рожков К.Е. Развитие методов анализа и расчета характеристик решеток профилей осевых компрессоров. Вестник ИрГТУ, 2012, № 2, с. 26–32.

[13] Бойко Л.Г., Кислов О.В., Пижанкова Н.В. Метод расчета термогазодинамических параметров турбовального ГТД на основе повенцового описания лопаточных машин. Часть 1. Основные уравнения. Авиационно-космическая техника и технология, 2018, № 1, с. 48–58, doi: https://doi.org/10.32620/aktt.2018.1.05

[14] Бойко Л.Г., Демин А.Е., Пижанкова Н.В. Метод расчета термогазодинамических параметров турбовального газотурбинного двигателя на основе повенцового описания лопаточных машин. Часть II. Определение параметров ступеней и многоступенчатых компрессоров. Авиационно-космическая техника и технология, 2019, № 1, с. 18–28, doi: https://doi.org/10.32620/aktt.2019.1.02

[15] Двирник Я.В., Павленко Д.В. Влияние пылевой эрозии на газодинамические характеристики осевого компрессора ГТД. Вестник двигателестроения, 2017, № 1, с. 56–66.

[16] Qiushi L.I., Simin L.I., Pan T. Effects of the radial blade loading distribution and B, parameter on the type of flow instability in a low-speed axial compressor. Chin. J. Aeronaut., 2018, vol. 31, no. 7, pp. 1470–1479, doi: https://doi.org/10.1016/j.cja.2018.05.003

[17] Schobeiri M.T., Attia M. Active control of compressor instability and surge by stator blades adjustment. J. Propul. Power, 2003, vol. 19, no. 2, pp. 312–317, doi: https://doi.org/10.2514/2.6113

[18] Воробьев Ю.С., Романенко В.Н., Тишковец Е.В. и др. Колебания турбинных лопаток с повреждениями. Вибрации в технике и технологиях, 2004, № 5, с. 47–51.

[19] Катаев В.А. Компрессор высокого давления. Пермские авиационные двигатели, 2013, № 27, с. 52–53.

[20] Августинович В.Г., Кузнецова Т.А., Султанов Р.Р. Идентификация предсрывных явлений в компрессоре для использования в адаптивной системе управления авиационного газотурбинного двигателя. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника, 2016, № 46, с. 126–143, doi: https://doi.org/10.15593/2224-9982/2016.46.07

[21] Шаблий Л.С., Колмакова Д.А., Кривцов А.В. Параметрическое моделирование лопаточных машин при оптимизации. Известия Самарского научного центра РАН, 2013, т. 15, № 6-4, с. 1013–1018.

[22] Корсов Ю.Г., Тарабрин А.П., ред. Разработка, исследование и доводка ГТУ, компрессоров, нагнетателей и их элементов. Ленинград, НПО ЦКТИ, 1990. 161 с.

[23] Ferroudji F., Cherif K. Structural strength analysis and fabrication of a straight blade for a H-Darrieus wind turbine. J. Appl. Comput. Mech., 2020, vol. 7, no. 3, pp. 1276–1282, doi: https://dx.doi.org/10.22055/jacm.2020.31452.1876

[24] Xu W., Du X., Wang S. Correlation of solidity and curved blade in compressor cascade design. Appl. Therm. Eng., 2018, vol. 131, pp. 244–259, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.12.003

[25] Воробьев Ю.С., Романенко В.Н., Чугай М.А. Развитие трехмерной постановки МКЭ для анализа НДС и вибрационных характеристик элементов турбомашин. Динамика, надежность и долговечность механических и биомеханических систем, а также элементов их конструкций. Мат. межд. науч.- тех. конф. Севастополь, СевНТУ, 2008, с. 17–25.

[26] Седунин В.А., Нусс А.С., Серков С.А. Исследование прочностных характеристик лопаток осевого компрессора. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2016, № 3, с. 90–99, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2016-3-90-99

[27] Klimenda F., Soukup J. Modal analysis of thin aluminium plate. Procedia Eng., 2017, vol. 177, pp. 11–16, doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.02.176

[28] Нихамкин М.Ш., Черняев А.И., Семенов С.В. Методика расчета показателей надежности роторных систем на основе статического моделирования вибраций. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника, 2016, № 47, с. 198–213, doi: https://doi.org/10.15593/2224-9982/2016.47.11

[29] Кривошеев И.А., Рожков К.Е. Развитие методов анализа и расчета характеристик решеток профилей осевых компрессоров. Вестник ИрГТУ, 2012, № 2, с. 26–32.

[30] Бойко Л.Г., Кислов О.В., Пижанкова Н.В. Метод расчета термогазодинамических параметров турбовального ГТД на основе повенцового описания лопаточных машин. Часть 1. Основные уравнения. Авиационно-космическая техника и технология, 2018, № 1, с. 48–58, doi: https://doi.org/10.32620/aktt.2018.1.05

[31] Бойко Л.Г., Демин А.Е., Пижанкова Н.В. Метод расчета термогазодинамических параметров турбовального газотурбинного двигателя на основе повенцового описания лопаточных машин. Часть II. Определение параметров ступеней и многоступенчатых компрессоров. Авиационно-космическая техника и технология, 2019, № 1, с. 18–28, doi: https://doi.org/10.32620/aktt.2019.1.02

[32] Двирник Я.В., Павленко Д.В. Влияние пылевой эрозии на газодинамические характеристики осевого компрессора ГТД. Вестник двигателестроения, 2017, № 1, с. 56–66.

[33] Qiushi L.I., Simin L.I., Pan T. Effects of the radial blade loading distribution and B, parameter on the type of flow instability in a low-speed axial compressor. Chin. J. Aeronaut., 2018, vol. 31, no. 7, pp. 1470–1479, doi: https://doi.org/10.1016/j.cja.2018.05.003

[34] Schobeiri M.T., Attia M. Active control of compressor instability and surge by stator blades adjustment. J. Propul. Power, 2003, vol. 19, no. 2, pp. 312–317, doi: https://doi.org/10.2514/2.6113