Корзина
10 отзывов
E-MAIL: marketing@theseuslab.cz
+375 17 2374211
Исследование акустического возбуждения монолитных дисков лопастных турбин

Исследование акустического возбуждения монолитных дисков лопастных турбин

Исследование акустического возбуждения монолитных дисков лопастных турбин
Контроль качества монолитных дисков лопастных турбин с помощью программного пакета m + p international

20.10.17

Одним из методов контроля качества монолитных дисков лопастных турбин является использование специализированного программного обеспечения, которое позволяет воссоздавать аналогичное рабочим условиям возбуждение лопаток и регистрировать реакции на данное воздействие.

При работе лопасти ротора авиационных турбин подвергаются воздействию высоких динамических нагрузок, создаваемых рабочей средой. Оценка структурного состояния лопаток проводится посредством лабораторного динамического анализа. При этом применяются высокоспециализированные испытательные стенды, которые позволяют проводить оценку состояния лопастей, как во время вращения, так и в стационарном состоянии. Во время стационарных испытаний особенно важно точно воспроизвести типичные кратные возбуждения (КВ) двигателя, действующие на лопасти ротора при его работе. Программный пакет, разработанный m + p international, позволяет инженерам создавать кратное возбуждение двигателя и анализировать динамические характеристики монолитных дисков турбин с лопастями в безопасных лабораторных условиях.

 

Проблематика

Во время работы рабочая среда воздействует на вращающиеся лопатки турбины, создавая пульсирующее поле давления. Распределенное по окружности поле формирует гармонический ряд, коэффициенты которого называются кратностью возбуждения (КВ). В общем, КВ описывает количество синусоидальных волн, распространяющихся вдоль окружности ротора (рисунок 1). Соответствующая частота возбуждения представляет собой произведение скорости вращения и определенной КВ.

 

Fвозб. = КВ*fвращ., КВ = 0, 1, 2, …

 

Как правило, во время работы обнаруживается только несколько КВ. Таким образом, в большинстве случаев возможно свести всё поле давления к одной КВ. Разработанное m+p программное обеспечение для создания и анализа возбуждения позволяет воссоздать кратное частоте вращения двигателя возбуждение посредством управления соответствующими возбудителями. В зависимости решаемой задачи, необходимого частотного диапазона возбуждения и воздействующих сил могут применяться магнитные, акустические, электродинамические либо иные типы возбудителей.

 

Три кратности возбуждения двигателя упрощенных монолитных дисков с лопатками (синий цвет) с полями давления (серый цвет)

Рисунок 1 – Три кратности возбуждения двигателя упрощенных монолитных дисков с лопатками (синий цвет) с полями давления (серый цвет): а) КВ = 1; b) КВ = 3; с) КВ = 5.

 

Общая структурная схема экспериментальной установки приведена на рисунке 2а. В соответствии с данной схемой под каждой лопаткой размещается по одному возбудителю. Таким образом, через формирование возбуждения в дискретных точках (местах расположения возбудителей) воссоздается непрерывное круговое поле давления (кратное возбуждение). Например, при использовании установки с 10 возбудителями КВ = 3 генерируется путем воспроизведения на каждом громкоговорителе синусоидальной волны заданной частоты и введения постоянной фазовой задержки между соседними громкоговорителями:

 

Δφ = 360°*КВ/Nлопаток = 360° * 3/10 = 108°

 

На рисунке 2b показано как данное возбуждение воссоздает установившейся режим работы машины при постоянной скорости вращения. Повышение и понижение лопаток можно моделировать путем перестройки сигнала возбуждения с сохранением требуемой постоянной фазовой задержки между громкоговорителями.

Стационарный монолитный диск с лопаткамиГармонический сигнал возбуждения

                a)                                                                                            b)

Рисунок 2 - а) Стационарный монолитный диск с лопатками (голубой цвет) с 12 громкоговорителями (черный цвет). Звуковое давление (серый цвет) каждого громкоговорителя регулируется для достижения необходимой кратности возбуждения двигателя. b) Гармонический сигнал возбуждения (голубой цвет) для каждого громкоговорителя с фазовым сдвигом обеспечивающим формирование КВ = 3 (красный цвет).

 

В данной статье приведено описание акустического возбуждения с применением громкоговорителей, подходящих для частот возбуждения выше 1000 Гц. Экспериментальная установка была разработана совместно с Институтом исследований динамики и вибрации (IDS) в Университете Лейбница в Ганновере (Германия) и используется в нескольких научно-исследовательских проектах.

 

Экспериментальная установка

Экспериментальная установка, разработанная в IDS, состоит из упрощенного лопастного диска с 10 лопастями. Диск зафиксирован в центре с помощью специального зажима и установлен на виброизолирующем столе. Для управления громкоговорителями используются акустические усилители (тип IMG Stageline STA 1508). Входные сигналы (возбуждение) генерируются с использованием оборудования m + p VibRunner. При необходимости создания системы с большим количеством входов/выходов несколько шасси m + p VibRunner могут быть объединены в одну единую многоканальную систему.

 

Система m + p VibRunner для генерации сигнала возбуждения и анализа реакции лопаток

Рисунок 3 – Система m + p VibRunner для генерации сигнала возбуждения и анализа реакции лопаток

 

Синхронизация выходных каналов обеспечивает минимальную фазовую ошибку и высокое качество сигнала возбуждения, который имеет решающее значение при решении задач данного рода. Вибрационная реакция монолитного диска лопастной турбины измеряется с помощью акселерометра либо лазерного виброметра. Громкоговорители (тип BMS 4540) монтируются на жесткой пластине и размещаются под каждой лопаткой диска.

 

Экспериментальная установка

Рисунок 4 – Экспериментальная установка, состоящая из 10 громкоговорителей и упрощенного монолитного диска с лопатками.

 

Хотя геометрия экспериментального монолитного диска с лопатками IDS очень проста, он обладает всеми основными качествами реальных дисков лопастных турбин, такими как формирование бегущих волн с различными узловыми диаметрами и искажающими эффектами. Программное обеспечение m + p обеспечивает возможность возбуждения данных бегущих волн и измерения рабочей формы прогиба.

 

Процедура испытаний

Настройка системы возбуждения производится в два этапа. На первом этапе производится калибровка системы, на втором этапе определение параметров и настроек возбуждения. Для калибровки системы возбуждения в программном обеспечении предусмотрена специальная процедура калибровки (рисунок 5а). Все усилители и громкоговорители могут быть откалиброваны на каждой рабочей частоте и амплитуде. Результаты сохраняются в базе данных для будущего использования и проверки. Настройка системы (рисунок 5b) является быстрой и простой.

 

Графические интерфейсы

Рисунок 5 – Графический интерфейс калибровки усилителя (a). Графический интерфейс для синусоидального возбуждения (b).

 

Пользователю необходимо ввести количество каналов, испытательную частоту, кратность возбуждения двигателя (узловой диаметр) и уровень амплитуды. Все остальные параметры автоматически генерируются программным обеспечением. Доступно четыре режима возбуждения:

Основным возбуждением является возбуждение с помощью синусоидального сигнала. Пользователи могут задать частоту, амплитуду и узловой диаметр; программное обеспечение рассчитает правильное значение фазовой задержки и сгенерирует кратное возбуждение двигателя.

Также доступен пользовательский режим, в котором пользователь может задать необходимый фазовый сдвиг между каналами на определенных частотах и уровнях амплитуды. Такая возможность может быть полезной в случаях, когда количество громкоговорителей отлично от количества лопаток диска турбины.

Еще одним вариантом является возбуждение с применением ЛЧМ сигнала, который воспроизводит подъем и опускание вращающейся машины. В пользовательском режиме дополнительно доступна настройка необходимого фазового сдвига между сигналами.

 

При всех типах возбуждения поддерживается возбуждение со стоячей волной.

 

Результаты испытаний

Форма полученных результатов испытаний представлена на рисунке 6. Для измерения амплитуды смещения края каждой лопатки в диапазоне от 1180 Гц до 1220 Гц применялся лазерный виброметр. Сбор данных осуществлялся с помощью анализатора  m+p, многоцелевого измерительного программного обеспечения, способного собирать и обрабатывать огромные объемы данных. Программное обеспечение для генерации и анализа возбуждения m + p было сконфигурировано для возбуждения двигателя третьего порядка (КВ = 3). Громкоговорители создали поверхностное поле давления с тремя поверхностными волнами.

Как можно видеть из рисунка 6а, отклик отдельных лопастей является гармоническим, но сдвинут по фазе. Так же, как фазовый сдвиг возбуждения между двумя соседними громкоговорителями составлял 108° (КВ = 3), фазовый сдвиг между реакциями двух смежных лопастей также составляет 108° (рисунок 6b).  Следует обратить внимание, что максимальная амплитуда всех лопастей практически идентична из-за кругового характера формы волны. Небольшие различия в амплитудах отдельных лопастей вызваны эффектом неидентичности, обусловленной дефектами материала и отклонениями в производственном процессе.

 

Результаты измерений

Рисунок 6 – Результаты измерений

 

Программный пакет m + p позволяет инженерам выполнять динамическое тестирование монолитных дисков лопастных турбин. Воспроизведение кратного возбуждения двигателя на стенде для стационарного тестирования вместо испытаний в режиме вращения позволяет значительно снизить материальные и временные затраты при разработке турбин.

 

Д-р Sebastian Schwarzendahl - менеджер по продукции с m + p international. 

Предыдущие статьи
Контакты
  • Телефон:
    +375 (29) 640-41-26
    +375 (17) 237-42-11 доб. 418,
  • Контактное лицо:
    Дежурный специалист
  • Адрес:
    ул. Кропоткина, 91 а, Минск, 220020, Беларусь
Карта
social-icon
Loading...