авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 12 |

«ISSN 1998-6629 ВЕСТНИК САМАРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АЭРОКОСМИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени академика С. П КОРОЛЁВА (национального исследовательского ...»

-- [ Страница 7 ] --

Chempinsky Leonid Andreevich, candidate of technical science, professor of «Aircraft engines manufacturing» department, Samara State Aerospace University named after academician S.P. Korolyov (National Research University). E-mail: chempinskiy@mail.ru. Area of research: use CAD/CAM/CAPP of systems by preparation of experts for innovative mechanical engineering.

Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), УДК 531.781.2(088.8) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТОК ТУРБОАГРЕГАТОВ НА ОСНОВЕ НЕЛИНЕЙНОЙ АППРОКСИМАЦИИ СИГНАЛОВ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ © 2012 А. И.Данилин1, А. Ж.Чернявский2, С. А.Данилин Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет) ОАО «АВТОВАЗ», Тольятти, В статье предложена новая реализация дискретно-фазового метода, позволяющая определить параметры колебаний лопаток турбомашин при помощи анализа искажений формы сигнала первичного преобразователя.

Колебание лопаток приводит к искажению формы сигнала первичного преобразователя, анализ искажённого сигнала методами нелинейной аппроксимации позволяет определить параметры колебаний лопатки.

Рассматривается устройство на основе данного метода.

Турбоагрегат, диагностика, лопатка, колебания, дискретно-фазовый метод, нелинейная аппроксимация, искажения, первичный преобразователь.

Обеспечение высокой надёжности период эксплуатации в 1995-2000 годах газотурбинных двигателей и паровых двигателей НК-12СТ по причине разрушения турбин, увеличение их эксплуатационного лопаток 1-ой ступени компрессора досрочно ресурса имеют приоритетное значение и сняты с эксплуатации на ГКС 25 двигателей.

обуславливают необходимость разработки и Недоработка ресурса за 5 лет составила применения эффективных 870766 часов (средняя недоработка ресурса автоматизированных средств диагностики и за 1 год - 174153 часа). По данным контроля состояния турбоагрегатов. технической службы российской грузовой Наиболее нагруженными деталями авиакомпании «ВОЛГА-ДНЕПР» за период турбомашин являются лопатки, поэтому эксплуатации в 1991 – 2006 г.г. девяти диагностика их состояния является серийных транспортных самолетов Ан-124 с актуальной задачей. двигателями Д-18Т зафиксировано 43 случая Как свидетельствует статистика, разрушения двигателей, причём 23 случая несмотря на принимаемые меры, имеют по причине повреждения или разрушения место аварийные ситуации, связанные с лопаток, т.е. 53% от всех причин выхода из поломкой лопаток. Поломка же лопатки, строя двигателей связано с надёжностью например, первой компрессорной ступени, лопаточного аппарата.

практически полностью выводит Известны различные методы и турбомашину из строя и для её средства диагностики и контроля восстановления требуются значительные деформационного состояния лопаток на материальные и временные затраты. Кроме эксплуатируемых турбоагрегатах, например этого, при разрушении турбомашины описанные в [1]. Среди этих методов существует реальная опасность перспективным является бесконтактный травмирования персонала, возникновения дискретно-фазовый метод (ДФМ), пожара, разрушения строительных позволяющий определять индивидуальное конструкций и коммуникаций. Поэтому деформационное состояние каждой лопатки диагностика дефектного состояния лопаток рабочего колеса турбомашины.

является актуальной для турбин, При использовании ДФМ параметры работающих в различных отраслях колебаний лопаток определяются на основе промышленности. анализа временных интервалов прохождения Так, по данным Самарского лопаток около одного или нескольких конструкторского бюро машиностроения за первичных преобразователей и Авиационная и ракетно-космическая техника соответствующей интерпретацией Non-Intrusive Stress полученных значений в области Measurement System разработки компании механических напряжений и деформаций Agilis Measurement Systems, Inc. (США);

Деформационное состояние лопаток система контроля оценивается по результатам контроля деформационного состояния лопаток амплитуды колебаний лопаток и смещения турбомашин (СКДСЛ) разработки координат их торцов от исходного рабочего специалистов СГАУ [2, 3], предназначенная положения (образование разношаговости) для определения деформационного под воздействием статических и состояния лопаток на эксплуатируемых динамических нагрузок. Изменение турбомашинах при минимальном объёме их параметров колебаний лопатки является препарирования.

диагностическим признаком, отражающим деформационное состояние лопаток. Для целей диагностики и определения В настоящее время известны параметров колебаний лопаток могут несколько подобных систем, реализующих применяться различные виды первичных ДФМ и предназначенные для диагностики и преобразователей – индукционные, контроля лопаток паровых и газовых турбин: вихретоковые, ёмкостные, оптоэлектронные, разработки 80-х годов ЭЛУРА, СВЧ. Прохождение лопатки около ЭЛИА, ЦИКЛ;

первичного преобразователя вызывает «Комплекс для измерения генерацию сигнала соответствующей формы вибраций» разработки НПП «МЕРА»;

на выходе (рис. 1).

«Автоматизированная система контроля и диагностики» разработки НПП «ЭЛЕКТРУМ-Л»;

Рис.1. Прохождение лопатки около первичного преобразователя Традиционные реализации ДФМ колебательный характер движения лопатки и опираются на анализ временных интервалов неравномерность мгновенной скорости между импульсами, соответствующими лопатки приводят к искажению формы прохождению лопаток. C другой стороны, генерируемого импульса. По степени Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), искажений генерируемого импульса Предположим, что лопатка возможно определить параметры колебаний колеблется по синусоидальному закону.

контролируемой лопатки. Тогда перемещение лопатки будет иметь две Пусть, например, первичный составляющие – вращательную и преобразователь при прохождении лопатки колебательную и определится как:

y ( t ) Rк t A sin лt генерирует импульс колоколообразной (2) формы, который может быть описан где R - радиус колеса, к - угловая частота выражением для гауссова импульса:

вращения колеса, л и - угловые частота и y s ( y ) exp 2a 2, (1) начальная фаза колебаний лопатки.

y В этом случае выходной сигнал при наличии где y – перемещение лопатки, ay – параметр гауссова импульса. колебаний определится как:

A s (t ) exp.

sin л t t (3) R 2 at 2 к При отсутствии колебаний: преобразователя в обоих случаях показана на рис. 2.

s (t ) exp, (4) 2 t Для определения неизвестных параметров 2a t колебания лопатки – амплитуды A, частоты ay – путём анализа л и начальной фазы где at – параметр гауссова импульса, выходного сигнала первичного Rк преобразователя необходимо решить имеющий размерность времени. Форма систему как минимум 3-х нелинейных выходных сигналов первичного уравнений вида:

1 t A sin t 0, s(t1 ) exp 1 2 at 2 л R к 1 A sin л t 2 0, t s(t 2 ) exp 2 2 (5) R к 2 at 1 t A sin t 0.

3 s(t 3 ) exp 2 at 2 л R к Авиационная и ракетно-космическая техника 2 Рис. 2. Выходной сигнал первичного преобразователя (1 – сигнал от неколеблющейся лопатки, 2 – от колеблющейся) После преобразования данная система может быть представлена в виде:

A sin( л t1 ) (at 2 ln( s (t1 )) t1 ) R к, A sin( л t 2 ) (at 2 ln( s (t 2 )) t 2 ) R к, (6) A sin( л t3 ) (at 2 ln( s(t3 ) ) t3 ) R к, где s(t1), s(t2), s(t3) – значения сигнала в Для определения параметров моменты времени t1, t2, t3. колебаний лопатки предлагается Попытки решить систему уравнений использовать методы нелинейной (6) аналитически успехом не увенчались, в аппроксимации. В качестве исходных т.ч. и при использовании пакета Symbolic данных для аппроксимации задаются Toolbox, входящего в состав системы отсчёты сигнала первичного математических расчётов MATLAB. преобразователя от колеблющейся лопатки, Численные решения в системе в качестве целевой функции аппроксимации MATLAB были найдены примерно в 50% – функция (3), описывающая форму случаев, в остальных – система либо не выходного сигнала первичного решалась вообще, либо решение сходилось к преобразователя.

неправильному результату. Предварительное Для нахождения параметров целевой вычисление якобиана (матрицы частных функции (3) в системе MATLAB производных 1-го порядка) перед выполнялась нелинейная аппроксимация численным решением ускоряет процесс методом доверительных областей (Trust решения, но также во многих случаях Region), являющимся одной из решение не находится. вычислительных реализаций нелинейного метода наименьших квадратов.

Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), Достоинством метода Trust-Region значений амплитуды, частоты и фазы является возможность задания ограничений колебаний лопаток, при этом число отсчётов на значения параметров модели. Координаты исходного сигнала изменялось от 3 до точек для нахождения параметров целевой (табл. 1, рис.3).

функции (3) задавались, исходя из значений Введение ограничений на параметры сигнала первичного преобразователя, модели в значительной мере позволило чувствительная зона которого избежать получения неправильного взаимодействует с торцом колеблющейся результата. Однако при таком подходе лопатки. должны быть априори известны возможные Всего было выполнено 17 диапазоны значений параметров.

аппроксимаций для различных комбинаций Таблица 1. Сводные результаты аппроксимаций Кол- Параметры Результат во исходного сигнала аппроксимации SSE R-square Nвр, A, м Fл, phi, A, м Fл, Гц phi, точе об/ми Гц рад рад к н (Fк, Гц) 19 1600 0.02 250 2,2619 0.025 250,03 8.545= 1,675*1 0.9999 0- (26,6) 5 24 2,265 19 1600 0.02 250 0,8 0.0249 250,03 0,8003 3,833*1 0.9999 0- (26,6) 5 9 24 19 8600 0.01 152 1,0053 0.0010 151,84 1,005 2,352*1 0.9999 0- (143,3 1 99 97 ) 3 8600 0.01 250 0,8 0.0126 192,26 0,67 4,206*1 0.9999 0- (143,3 1 3 ) 19 6000 0.01 80 pi 0.0098 81.503 - 9.318*1 0.9999 0- (100) 03 2 9.425= 3. 19 6000 0.01 120 pi 0.0104 115.14 - 3.614*1 0.9999 0- (100) 1 86 9.425= 3. 19 6000 0.01 120 pi/8 0.0099 120.30 0.3937 6.165*1 0.9999 0- (100) (0.392 62 52 7) 19 6000 0.01 80 pi/8 0.0100 79.593 0.391 9.045*1 0.9999 0- (100) (0.392 3 4 7) 4.05*10 19 6000 0.01 100 pi 0.0093 107.27 - 0.9999 (100) 1 04 9.425= 3. 19 6000 0.01 100 pi/12 0.0102 97.307 0.2551 2.354*1 0.9999 0- (100) (0.261 4 8) Авиационная и ракетно-космическая техника 19 6000 0.01 100 pi/8 0.0099 100,07 0.3931 6,248*1 0.9999 0- (100) (0.392 76 66 7) 19 6000 0.01 90 0 0.0103 87.137 1.43* 5.439*1 0.9999 10-12 0- (100) 1 3 11 6000 0.01 90 pi/4 0.0101 87.996 0.7739 1.289*1 0.9999 0- (100) (0.785 4) 6 6000 0.01 90 pi/2 0.0099 90.638 1.571 2.044*1 0.9999 0- (100) (1.570 85 7 8) 6 6000 0.01 90 3*pi/4 0.0098 93.360 2.338 7.482*1 0.9999 0- (100) (2.356 11 3 2) 19 6000 0.01 90 pi 0.0099 90.384 3.142 9.784*1 0.9999 0- (100) 47 1 6 6000 0.01 90 pi 0.0099 90.352 3.142 8.902*1 0.9999 0- (100) 49 3 Точность аппроксимации может быть • критерий R-квадрат (R-square) оценена с помощью абсолютной или определяется как отношение суммы относительной погрешности определения квадратов относительно регрессии SSR к параметров, что возможно только при полной сумме квадратов (SST). Критерий R заранее известных значениях параметров. квадрат может принимать значения только При заранее неизвестных значениях от нуля до единицы и, как правило, чем параметров точность аппроксимации ближе он к единице, тем лучше возможно оценить по следующим критериям параметрическая модель приближает пригодности приближения: исходные данные.

• критерий SSE (Sum of squares due to error) - сумма квадратов ошибок;

Рис. 3. Отсчёты выходного сигнала первичного преобразователя и сигнал, восстановленный по результатам аппроксимации Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), Результаты выполненных Для экспериментальной проверки аппроксимаций показывают достаточно разработанного метода предложено малые значения SSE и достаточно близкие к устройство для определения параметров единице значения R-квадрат, что колебаний лопаток турбоагрегатов на основе подтверждает хорошую точность нелинейной аппроксимации сигналов аппроксимаций. первичных преобразователей.

Таким образом, применение методов Устройство состоит из блока нелинейной аппроксимации позволило предварительной обработки сигналов и правильно определить параметры подключенного к нему персонального колебательного движения лопатки путём компьютера (ПК) с соответствующей анализа сигнала первичного преобразователя программой обработки (рис. 4).

при различных комбинациях амплитуд, частот и начальных фаз колебаний лопатки.

Рис. 4 Структурная схема устройства для определения параметров колебаний лопаток Блок предварительной обработки интегрированную однокристальную систему сигналов выполнен на основе сбора данных с высокоскоростным ядром, микроконвертера ADUC841 фирмы Analog имеющую встроенные 12-ти разрядные АЦП Devices и выполняет функции обработки и ЦАП высокого быстродействия с сигналов первичных преобразователей – возможностью адресации памяти размером усиление, низкочастотную фильтрацию, до 16 МБ. Минимальное время аналого-цифровое преобразование, преобразования встроенного АЦП определение частоты вращения лопаточного составляет 2,38 мкс, что является колеса. достаточным для оцифровки сигнала Перед аналого-цифровым первичного преобразователя.

преобразованием, для исключения Выходной сигнал первичного наложений спектра и фильтрации помех преобразователя (ПП) (рис. 4), полученный выходные сигналы первичных при взаимодействии его чувствительного преобразователей подвергаются элемента с торцом лопатки, через активный низкочастотной фильтрации входными фильтр низких частот (ФНЧ) подаётся на активными фильтрами второго порядка с вход аналого-цифрового преобразователя частотой среза 100 кГц. (АЦП), находящегося в составе Микроконвертер ADUC841 микроконвертера ADUC841.

представляет собой полностью Выходной сигнал оборотного Авиационная и ракетно-космическая техника первичного преобразователя через ФНЧ преобразователя, с его электромагнитным подаётся на компаратор (К) и далее на вход полем. При этом колебательная внутреннего таймера микроконвертера составляющая сложного движения торца ADUC841 для измерения частоты вращения лопатки приводит к искажению формы лопаточного колеса. сигнала.

Измерение частоты вращения Параметры колебаний торца лопаточного колеса производится путём лопатки - амплитуда, частота и начальная усреднения измеренных значений периода фаза – могут быть непосредственно вращения. определены в результате анализа изменений Отсчёты сигнала первичного формы сигнала первичного преобразователя преобразователя по каждой лопатке с использованием методов нелинейной запоминаются в оперативной памяти блока аппроксимации.

предварительной обработки совместно с Предложенное устройство измеренными значениями частоты вращения позволяет произвести предварительную лопаточного колеса, после чего передаются обработку сигналов первичных по интерфейсу RS-485 на ПК для обработки преобразователей, передать данные на ПК, а в соответствии с разработанным алгоритмом. определить на ПК параметры колебаний На ПК специально разработанная в лопатки методами нелинейной MATLAB программа принимает полученные аппроксимации.

данные, запоминает данные по каждой конкретной лопатке из лопаточного колеса и, Библиографический список:

используя методы нелинейной 1. Заблоцкий, И.Е. Бесконтактные аппроксимации, выполняет необходимые измерения колебаний лопаток турбомашин вычисления, определяя в итоге параметры [Текст] / И.Е. Заблоцкий, Ю.А. Коростелев, колебаний лопаток. Вследствие Р.А. Шипов - М.: Машиностроение, 1977. неопределённости времени завершения 160 с.

процесса аппроксимаций производится 2. Данилин, А.И. Диагностика и контроль вычисление параметров колебаний каждой деформационного состояния лопаток лопатки в режиме офф-лайн, после турбоагрегатов [Текст] / А.И. Данилин, А.Ж.

завершения расчётов по всем лопаткам Чернявский, В.П. Сазанов - М.:

система готова к расчёту по данным Машиностроение, Контроль. Диагностика, следующего периода вращения колеса. №1 2003 г. С. 23-28.

Данилин, А. И. Диагностика и контроль рабочего состояния лопаток паровых турбин Выводы Анализируемый сигнал [Текст] / А. И. Данилин, С. И. Адамов, А. Ж.

формируется в результате взаимодействия Чернявский // Электрические станции, торца лопатки, перемещающегося сложным г. №7, С.19-25.

образом в зоне чувствительности первичного THE DEVICE FOR THE DETERMINATION OF BLADES OSCILLATION PARAMETERS BASED ON NONLINEAR APPROXIMATION OF PRIMARY TRANSDUCERS SIGNALS © 2012 A. I. Danilin, A. Zh. Chernyavskiy, S. A. Danilin New method for the determination of blades oscillation parameters is proposed. The approach is based on the analysis of primary transducers signals distortions using nonlinear approximation techniques. Blades oscillations lead to distortions of primary transducer output signal, non-linear approximation techniques allow to determine blade oscillation parameters. The system for the determination of blades oscillation parameters with front-end processing module and succeeding processing on PC is described.

Turbo-unit, diagnostics, blade, oscillations, discrete-phase method, non-linear approximation, distortions, primary transducer.

Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), Информация об авторах Данилин Александр Иванович, доктор технических наук, доцент кафедры радиотехники и медицинских диагностических систем, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королёва (национальный исследовательский университет). E-mail: aidan@ssau.ru. Область научных интересов:

измерительные системы, разработка методов и электронной аппаратуры для определения параметров эксплуатационного состояния лопаток турбоагрегатов.

Чернявский Аркадий Жоржевич, ведущий инженер управления главного механика ОАО АВТОВАЗ. E-mail: ark@vaz.ru. Область научных интересов: измерительные системы, разработка методов и электронной аппаратуры для определения параметров эксплуатационного состояния лопаток турбоагрегатов.

Данилин Сергей Александрович, студент, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева. Область научных интересов:

преобразователи линейных и угловых перемещений элементов вращающихся узлов изделий машиностроения.

Danilin Alexander Ivanovich, Doctor of Engineering, associate professor, Chair of radio engineering and medical diagnostic systems, Samara State Aerospace University named after academician S.P.Korolev (national research university). E-mail: aidan@ssau.ru. Area of research:

developing methods and designing electronic equipment for determination of parameters of turbine units blade’s operating condition.

Chernyavskiy Arkadiy Zhorzhevich, leading engineer, Joint-stock company AVTOVAZ.

E-mail ark@vaz.ru. Area of research: measurement systems, developing methods and designing electronic equipment for determination of parameters of turbine-units blade’s operating condition.

Danilin Sergey Alexandrovich, student, Samara State Aerospace University named after academician S.P.Korolev (national research university). Area of research: primary transducers of linear and angular movements of rotating units in machine building.

Авиационная и ракетно-космическая техника УДК 621. ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКОЕ УПРОЧНЕНИЕ ЛОПАТОК АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ©2012 Н. Б. Кротинов Самарский государственный технический университет Представлен анализ перспектив использования термопластического упрочнения для обработки лопаток авиационных двигателей.

Газотурбинный авиационный двигатель, лопатки, термопластическое упрочнение, перспективы применения.

Основным элементом, во многом При циклическом нагружении определяющим ресурс газотурбинного трещины зарождаются на ранней стадии двигателя (ГТД) самолёта, являются усталости. Однако зарождение трещины не лопатки. От их долговечности и надёжности является разрушением металла и выходом зависят не только межремонтные сроки детали из эксплуатации. Долговечность её, в эксплуатации, но и жизни людей. Они основном, определяется скоростью роста работают в условиях высоких и быстро трещины, развитиекоторой занимает 90- меняющихся температур, агрессивной % всей долговечности детали.

газовой среды. В материале лопатки В процессе нагружения возникают большие напряжения растяжения симметричным циклом при наличии от центробежных сил и значительные остаточных напряжений суммарная эпюра вибрационные напряжения изгиба и смещается относительно нулевой оси.

кручения от газового потока, амплитуда и Сжимающие остаточные напряжения частота которых меняются в широких увеличивают сжимающие и уменьшают пределах. Быстрая и частая смена растягивающие напряжения цикла.

температуры приводит к возникновению в Растягивающие – наоборот. Учитывая, что лопатках значительных термических большинство жаропрочных сплавов напряжений. являются неравнопрочными (предел Практика эксплуатации двигателей прочности при сжатии выше, чем при показывает, что преждевременное растяжении), то смещение цикла в сторону разрушение лопаток компрессора и турбины больших суммарных сжимающих обычно носит усталостный характер. напряжений является особо благоприятным.

Лопатки чаще обрываются по перу, реже – С целью обеспечения усталостной по замку [1]. прочности и долговечности, лопатки ГТД на Разрушение деталей при финишной стадии производства эксплуатации, как правило, начинается с упрочняются различными способами поверхности вследствие того, что поверхностного пластического поверхностные слои оказываются наиболее деформирования (ППД), одним из которых нагружнными при всех видах напряжённого является ультразвуковое упрочнение состояния и подвергаются активному свободными шариками (УЗУ).

воздействию внешней среды. Этому Сущность УЗУ заключается в способствуют также облегчённые условия воздействии ультразвуковых колебаний пластического течения металла в инструмента (волновода) на шарики, поверхностном слое по сравнению с которые совершают колебательные сердцевиной детали (облегчённый выход движения в зазоре "инструмент – дислокаций и вакансий на поверхность, обрабатываемая поверхность детали", меньшая энергия для генерирования получая каждый раз новый импульс дислокаций источниками Франка-Рида) [2]. кинетической энергии при встрече с Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), инструментом. При воздействии свободно Термопластическое упрочнение деформирующих тел (шариков), апробировано на лопатках ГТД различных движущихся с большой скоростью на типов и конструкций и обеспечивает поверхностный слой лопатки, происходит значительное преимущество по сравнению с его пластическое деформирование самыми эффективными способами ППД.

(упрочнение). Были произведены сравнительные Основными преимуществами этого исследования величины остаточных способа, по сравнению с другими методами напряжений и циклической прочности ППД, являются: лопаток первой ступени турбины ГТК10-4, - большая скорость рабочего тела – прошедшие восстановительный ремонт шариков, приводимых в движение после эксплуатации по нескольким ультразвуковым резонатором, что технологическим вариантам [4]:

обеспечивает высокую производительность 1 – исходные лопатки (не прошедшие процесса;

восстановительный ремонт);

- равномерное распределение энергии 2 – лопатки, восстановленные по свободно деформирующих тел (шариков) по ремонтной технологии ПТП объёму ультразвукового волновода, что даёт «Самарагазэнергоремонт», включающей равномерное (объёмное) упрочнение устранение забоин путём их заплавки, поверхности всей лопатки. подварку пластин на торце пера, Наряду с этими способами термообработку (выдержка 5 часов при существует и термопластическое упрочнение температуре печи 840…850С, охлаждение с (ТПУ), предложенное профессором печью до температуры 500С, охлаждение на Кравченко Б.А. [3]. воздухе), полировку и ультразвуковое Механизм формирования напряжений упрочнение свободными шариками (время при ТПУ следующий. Деталь прогревается обработки обр.=4 мин, диаметр шариков до температуры, не превышающей фазовых мм, частота колебаний f=20 кГц, амплитуда и структурных переходов (точка Ас3), а колебаний =0,012 мм, масса шариков m=0, затем подвергается резкому душевому кг);

охлаждению. За счёт разности температур 3 - лопатки, восстановленные по поверхности и внутреннего слоя возникают ремонтной технологии, предложенной термические напряжения, превышающие исследователями СамГТУ, отличающейся от предел текучести, и поверхность предыдущей только тем, что использовалось пластически деформируется в расширенном не ультразвуковое, а термопластическое объёме, тогда как внутренний слой ещё упрочнение (температура нагрева находится в разогретом состоянии и Тнагр.=750°С, давление охлаждающей деформациям не подвержен. Далее, жидкости Рохл.=0,5 МПа).

постепенно остывая, сжимается внутренний В результате получено следующее:

(основной) слой металла, сдавливая при этом - осевые сжимающие остаточные поверхность. За счёт различного удельного напряжения после УЗУ и ТПУ оказались объёма наружных и внутренних слоёв res приблизительно на одном уровне – z = формируются сжимающие остаточные МПа;

напряжения.

- предел выносливости исходных ТПУ воздействует на поверхность лопаток составил -1=140 МПа;

стрессом от резкого перепада температур, - предел выносливости лопаток, схожим с закалкой. Однако, в отличие от восстановленных по технологии ПТП закалки, структура и фаза материала не «Самарагазэнергоремонт» с использованием изменяются. Кроме того, напряжения, УЗУ, составил -1=220 МПа;

возникающие при этом, являются не - предел выносливостилопаток, побочным, требующим операции отпуска восстановленных по технологии с явлением, а положительным фактором, использованием ТПУ составил-1=280 МПа.

увеличивающим усталостную прочность.

Таким образом, прирост предела Авиационная и ракетно-космическая техника выносливости лопаток, восстановленных с перспективы для ТПУ и в этой области использованием УЗУ, по сравнению с не высоки.

восстановленными составил 57%, а Необходимо обратить внимание на восстановленных с использованием ТПУ – результаты стендовых испытаний лопаток 100%. Прирост предела выносливости третьей ступени (сплав ЭИ598) и пятой лопаток, упрочнённых ТПУ по сравнению с ступени (сплав ЭИ437Б) двигателя НК12-МВ лопатками, упрочнёнными УЗУ, составил 43 [3]. Модификация МВ используется на ряде %. самолётов.

Но более важным является не На первом этапе исследовались первоначальное значение остаточных релаксация остаточных напряжений и напряжений и предела усталостной усталостные характеристики. Лопатки прочности, а их устойчивость в процессе подверглись испытаниям после наработок:

эксплуатации двигателя: воздействие 600 ч., 2000 ч. и 200 ч. "Горячих испытаний".

высоких температур и различного вида "Горячие испытания" - это работа двигателя нагрузок приводят к ослаблению на повышенном режиме, т.е. при (релаксации) напряжённо-деформированного температурах несколько выше тех, которые поля. воздействуют на лопатки турбины при Лопатки, восстановленные с нормальной эксплуатации последних. Режим использованием ТПУ, подверглись "горячих испытаний" в течение 200 ч.

дальнейшим исследованиям [5]. Полный подобран таким образом, чтобы он комплект (90 шт.) был установлен на соответствовал нормальной работе двигателя турбину ГТК 10-4 и запущен в в течение 4500 ч.

эксплуатацию. Через 12 тыс. часов агрегат Исследования остаточных останавливался, исследовались величина напряжений проводились на образцах, остаточных напряжений и остаточный вырезанных электроэрозионным способом из предел прочности, лопатки выходных кромок лопаток, которые утонены восстанавливались и снова помещались в и в которых чаще всего появляются очаги турбину. При суммарной наработке в 31157 разрушения.

часов остаточные напряжения, Лопатки пятой ступени перед сформированные ТПУ, практически установкой на двигатель упрочнялись полностью релаксировали, однако методом ТПУ на режиме: температура остаточный предел прочности лопаток нагрева Тнагр.=600°С;

давление воды Рохл.=0, составил -1=260 МПа, то есть снизился с МПа. После работы лопаток в составе первоначальных -1=280 МПа двигателя в течение 600 ч. максимальная приблизительно на 7%. Эти показатели величина остаточных напряжений в полностью удовлетворили ПТП поверхностном слое снизилась с 580 МПа до «Самарагазэнергоремонт», так как 520 МПа. Большая релаксация наблюдалась минимально допустимое значение согласно при наработке 200 ч. "горячих испытаний" и ТУ составляет -1=240 МПа. Экономическая 2000 ч. В этом случае величина остаточных прибыль после внедрения технологии и напряжений на поверхности снизилась до установки ТПУ лопаток в период с 2000 по 360 МПа и 380 МПа, соответственно.

2007 гг. на базе этого предприятия составила Примерно такие же относительные 4,2 млн. рублей. изменения эпюр остаточных напряжений Следует отметить, что наблюдались и на лопатках третьей ступени, вышеприведённые данные были получены в упрочнённых на режимах: Тнагр.=650°С;

процессе испытаний газотурбинных Рохл.=0,5 МПа.

двигателей, используемых на Для серийных лопаток установленные газоперекачивающих станциях, то есть «на пределы выносливости равны: 3-я ступень земле». Настороженное отношение к ТПУ, -1=260 МПа, 5-я ступень - -1=220 МПа.

как к методу, достойному применения при После ТПУ пределы выносливости производстве лопаток и для авиационных повысились до значений: 3-я ступень – двигателей, вполне понятно. Однако Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), -1=340 МПа, 5-я ступень - -1=320 МПа, то Монография[Текст] / Б.А. Кравченко, В.Г.

есть повышение составило 30% и 45%, Круцило, Г.Н. Гутман. – Самара: Самарский соответственно. ГТУ, 2000. – 216 с.

Таким образом, производителям ГТД 4. Круцило, В.Г. Повышение стоит убедиться в высокой надёжности надежности и долговечности турбинных термопластического упрочнения. лопаток газоперекачивающих агрегатов методом термопластического упрочнения[Текст] / В.Г. Круцило Библиографический список 1. Сулима, А.М. Качество //Актуальные проблемы надежности поверхностного слоя и усталостная технологических, энергетических и прочность деталей из жаропрочных и транспортных машин: Сбор.трудов титановых сплавов [Текст] / А.М. Сулима, междунар. н/т конф. Том 1. –М.:

М.И. Евстигнеев–М.: Машиностроение, Машиностроение, 2003. –С. 35-38.

1974. -256 с. 5. Круцило В.Г., Кротинов Н.Б.

2. Сулима, А.М. Поверхностный слой и Эксплуатационные испытания турбинных эксплуатационные свойства деталей лопаток, упрочнённых термопластическим машин[Текст] / А.М. Сулима,В.А.Шулов, методом[Текст] / В.Г. Круцило, Ю.Д. Ягодкин –М.: Машиностроение, 1988. - Н.Б.Кротинов // Вестник самарского 240 с. государственного аэрокосмического 3. Кравченко, Б.А.Термопластическое университета им. академика С.П. Королёва.

упрочнение – резерв повышения прочности 2011. № 3. Ч1. С. 380-383.

и надежности деталей машин:

THERMOPLASTIC STRENGSENING OF BLADES AIRCRAFT GAS TURBINE ENGINES ©2012 N. B. Krotinov Samara State Technical University Аnalysis of prospects for the use of ther moplastichar dening processing blades of aircraft enginesis set out/ Aircraft gas turbine engine blade, thermoplastic hardening, the prospectsof.

Информация об авторе Кротинов Николай Борисович, кандидат технических наук, доцент кафедры инструментальных систем и сервиса автомобилей, Самарский государственный технический университет. E-mail: ruslogos@gmail.com. Область научных интересов: технология упрочнения деталей газотурбинных двигателей.

Krotinov Nikolay Borisovich, assotiate professor of technical sciences, assistant professor of instrumentation systems and service vehicles department, Samara State Technical University. E mail: ruslogos@gmail.com. Area of research: turbine engine components hardening technology.

Авиационная и ракетно-космическая техника УДК 004.9+621.431. ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КАМЕР СГОРАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГТД И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ © 2012 С. Г. Матвеев, М. Ю. Орлов, И. А. Зубрилин Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет) При использовании компьютерных технологий проектирования камер сгорания ГТД возникают специфичные проблемы, пути решения которых рассмотрены в данной статье.

Камеры сгорания ГТД, системы автоматизированного проектирования, суперкомпьютерные технологии, обеспечение расчётов.

Проектирование и доводка - генерация сеточной модели;

современных ГТД, являющихся сложными -построение математической модели;

техническими изделиями, невозможны без -выполнение расчетов;

использования CAD/CAE-систем. Их -визуализация и анализ результатов.

применение позволяет снизить временные и Первым этапом численного материальные затраты и получить моделированиякамеры сгорания является оптимальную по различным критериям создание 3D-модели с помощью САD конструкцию. По своей сути практическое системы либо на основе имеющейся использование САD/САЕ-систем технической документации (чертежей), либо представляет собой математический метод на основе представлений о данной исследования различных процессов в конструкции и ее предварительных технических устройствах. прорисовках (эскизов). Проблемой является В настоящее время использование то, что, как правило, с помощью САD CAD/CAE-систем в компьютерном системы создается детализированная проектировании ГТД наиболее широко твердотельная модель, тогда как в САЕ реализуется для таких узлов двигателя, как системе для использования метода компрессор, турбина и гораздо реже-для конечных элементов или объемов требуется камер сгорания (КС). Такое положение дел сеточная модель, воспроизводящая в имеет логичное объяснение - характер каждом конкретном случае какую-либо протекающих в камерах сгорания процессов определенную область, являющуюся наиболее разнообразен по сравнению с предметом исследования. Ограниченность другими элементами ГТД, что требует ресурсов современных ЭВМ и возможностей использования более сложных расчетных используемых пакетов программ в моделей, а на сегодняшний день иногда настоящее время приводят к тому, что вообще не поддается точному генерация сетки на подробной математическому описанию. Это затрудняет геометрической модели, отражающей все процесс автоматизированного нюансы конструкции КС, и последующий проектирования ГТД в целом. Поэтому расчет в САЕ-системе на базе такой проблемы использования компьютерных сеточной модели, невозможны. Поэтому технологий при проектировании камеры обычно параллельно реализуются два сгорания ГТД требуют скорейшего решения. подхода: вносятся упрощения в созданную Проблемы использования CAD/CAE – геометрическую модель и производится систем можно рассматривать с точки зрения ограничение расчетной области (для следующих этапов реализации численных больших камер) каким - либо ее фрагментом.

расчетов на ЭВМ:-создание геометрической При этом появляется ряд модели;

дополнительных проблем. Так, упрощенный Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), аналог трехмерной модели должен процесса КС и физической сущности полностью обеспечивать достоверность протекающих в них явлений.

расчета, не искажая физическую сущность Вторым подходом для уменьшения протекающих в исследуемом объекте объема используемой памяти компьютера явлений. Пока отсутствует четкое описание является генерация сетки не на всей модели, подходов к упрощению исходных а на какой-либо ее части, чаще всего секторе геометрических объектов, реализуемых при (рис.2). При этом имеет место ситуация, создании расчетной 3D модели. Поэтому в аналогичная той, когда ранее в натурном отдельных случаях удаление из модели эксперименте проводились испытания не фасок, скруглений и других элементов, камеры сгорания целиком, а ее части способно в дальнейшем привести к отсека. При этом возникает ряд проблем, существенным отклонениям результатов связанных с выбором исследуемой части:

расчета от действительных параметров. На для достоверности результатов расчёта рис. 1показана упрощенная модель и секторная модель должна содержать реальная геометрия струйной форсунки КС периодическую часть целой камеры. Однако, ГТД, доработка базовой геометрии которой в реальная полноразмерная камера сгорания виде исключения фасок может привести к обычно не содержит в себе периодических получению неверных расчетных картин областей, так как при создании реальных истечения газа. устройств стараются избегать кратного количества основных элементов для предотвращения различных нежелательных эффектов. Кроме того, при выделении периодичной области непонятен механизм учета локального влияния таких элементов как запальные устройства, карманы подвода воздуха, количество которых иногда не позволяет сформировать аутеничную а) б) геометрическую модель.

Рис. 1. Модель завихрителя со струйной газовой форсункой КС ГТД а) упрощенная модель;

б) модель с реальной геометрией (с наличием фасок) Упрощение геометрической модели позволяет уменьшить число элементов в сеточной модели, что не только снижает время последующего расчета, но и в некоторых случаях обеспечивает его принципиальную возможность. Упрощение Рис. 2.Вид выделенного расчетного сектора модели также позволяет избежать модели проблемных областей на расчетной сетке и таким образом повышает ее качество. Полностью данная проблема может Навыки использования компьютерных быть решена только при переходе к расчету технологий позволяют вырабатывать всей камеры сгорания.

подходы к выполнению подобных Важной проблемой создания упрощений, позволяющие для каждого геометрических моделей КС является также конкретного случая сформулировать то, что для обеспечения всего комплекса комплекс мер по упрощению исходной необходимых для проектирования КС геометрии. Однако это возможно лишь при расчетов приходится создавать не одну, а наличии у инженера-расчётчика опыта несколько сеточных моделей. При решении исследовательской работы, знания рабочего прочностных задач превалирующее значение имеет точное моделирование металлических Авиационная и ракетно-космическая техника деталей камеры сгорания, тогда как для теплонапряженного состояния, в котором газодинамического расчета и расчета используется сопряженная модель, процессов горения важна конфигурация представляющая собой комбинацию двух внутреннего объема, в котором вышеуказанных моделей. При этом задача осуществляется течение газа (рис.3). создания единой для всех видов расчётов Наиболее сложным случаем для моделиявляется одной из перспективных моделирования является расчет задач.

Рис.3. Модели для расчета различных характеристик КС ГТД Современная камера сгорания газовой динамики позволяют легко представляет собой сложный объект, реализовать вычислительный алгоритм и воспроизведение которого в виде получить выигрыш во времени счета, однако трехмерной модели представляет собой их генерация для столь сложных объектов, трудно решаемую задачу, поскольку не все как камеры сгорания, не всегда возможна.

ее поверхности могут быть математически Блочные сетки позволяют разбивать описаны. Создание трехмерной модели расчетные области на ряд подобластей каждого элемента камеры сгорания по сути простой формы, при этом для всей области представляет собой технологию, в сетка является неструктурированной, а для отдельных моментах аналогичную отдельной подобласти - регулярной. Из-за технологии его производства, поэтому больших затрат времени возможности авторами были созданы подробные базовые использования таких сеток для КС технологии, включающие в себя все ограничены. В настоящее время для КС ГТД необходимые операции. Для основных широко используются неструктурированные элементов также были разработаны сетки, которые могут быть построены за параметрические модели, позволяющие приемлемое время. Однако в этом случае оперативно менять их размеры и вносить выигрыш во времени на построение сетки типовые изменения. Все это позволило нивелируется тем, что усложняется алгоритм примерно на порядок снизить время, счета и увеличивается объем необходимой необходимое для 3D – моделирования. памяти. В последнее время наметилась Следующий комплекс проблем связан тенденция по использованию в расчетах с генерацией расчетных сеточных моделей, гибридных сеток, которые представляют которые могут быть нескольких типов [1]: собой комбинацию регулярных и регулярные, блочные, неструктурированные неструктурированных сеток в различных и гибридные. Первые при решении задач областях модели. Это позволяет Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), оптимизировать затраты времени на вариант, позволяющий снизить затраты создание сетки и расчет, что чрезвычайно машинного времени. Для камер сгорания важно, так как по имеющимся данным ГТД с учетом например того, что в них генерация сетки занимает до 40% и больше имеют место сложные пространственные от общего времени подготовки расчета. течения потоков газа, использование К создаваемой сеточной модели также двухмерной постановки задачи не совсем выдвигается ряд требований, выполнение обосновано. Поэтому в последнее время которых обеспечивает получение в расчете наблюдается переход к численному достоверных результатов. Так, например, моделированию на основе полных уравнений желательно, чтобы количество конечных Навье-Стокса с учетом вязкости, элементов в сеточной модели было теплопроводности, точно также как при оптимальным для обеспечения требуемой построении геометрической модели точности и времени расчета. Большее намечается тенденция к возможно более оптимального количество конечных полному, а не упрощенному описанию элементов увеличивает время расчета без геометрии расчетной области.

особого выигрыша в его качестве. По сути, Начальными условиями задаются генерация сеточной модели выполняется распределения основных параметров в методом последовательных приближений, нулевой момент времени. Задание где на каждом этапе оценивается сложность граничных условий при решении полных структуры сетки и ее целесообразность. уравнений Навье-Стокса проводится для Основа решения проблем с всех границ расчетной области. Граничные генерацией сетки лежит в профессиональном условия на входе в расчетную область опыте расчетчика. обычно представляют собой распределение Суммируя, можно отметить, что скорости или расход рабочего тела, достоверность получаемого при численном направление движения среды, распределение моделировании решения зачастую полного давления и температуры, закладывается еще на этапе создания характеристики турбулентности.

геометрической и сеточных моделей. Используются различные приемы Отклонения формы при построении 3D постановки граничных условий на входе, модели, неправильно выбранный тип и учитывающие нестационарный характер количество конечных элементов, а также течения, однако проблема достоверного большое количество других причин могут описания турбулентной структуры таких способствовать получению неверного потоков остается открытой. Поэтому для результата. Так, например опытным путем описания аэродинамических процессов в КС было установлено, что при размещении в зачастую до сих пор используется расчет каком-либо сечении канала объекта стационарных течений. Граничных условия плоскостью менее 5-7 элементов по высоте, не должны противоречить физике процесса и характер расчетного течения начинает в то же время однозначно определяют существенно отличаться от реального. состояние системы в любой момент времени Следующим этапом реализации (для нестационарной постановки). Опыт численных расчетов является построение математического моделирования показывает, математической модели, которое включает что для камер сгорания граничные условия задание системы координат, запись системы на входе и выходе определяются условием необходимых дифференциальных уравнений проведения расчета: стендовые автономные и постановку начальных и граничных испытания, испытания в составе двигателя, условий. Для описания как стационарных, иные условия [2,3].

так и нестационарных течений вязкого В камере сгорания поток газа сжимаемого газа используются уравнения характеризуется наличием турбулентности, Навье-Стокса. В зависимости от выбранной поэтому необходимо использовать её размерности решаемой задачи может быть расчетную модель, между тем как в использована трехмерная формулировка настоящее время отсутствуют четкие исходных уравнений или их сокращенный указания по ее выбору. Среди RANS Авиационная и ракетно-космическая техника моделей широко используется модель полноразмерной камеры с количеством переноса рейнольдсовых напряжений с конечных элементов порядка 13 млн.

квадратичной корреляцией давления и требуется для обработки данных в три деформации, а среди двух параметрических - четыре раза меньше памяти, чем для расчета k- Realizable и k- SST. (20 Гб против 70 Гб).

Для КС существует также широкий Визуализация и анализ получаемых спектр проблем, связанных с расчетных данных имеют свои особенности.

использованием математических моделей В отличие от традиционных, одномерных специфических расчетов, например расчетов, с которыми привыкли иметь дело распыливания топлива, горения топлива и конструкторы КС, трехмерный расчет образования вредных веществ. Как позволяет получить изменение параметров в показывает практика, успехов можно трехмерных координатах. Поэтому добиться за счет перехода от встроенных рассмотрение на экране монитора программ пакета к собственным полученных расчетных данных из-за обилия разработкам. информации не всегда позволяет верно Среди проблем, связанных с оценить происходящие в исследуемом реализацией расчета, особое место занимают объекте процессы. В настоящее время ряд проблемы, связанные с использованием фирм, создающих авиационные КС, параллельных вычислений. При работе на используют для представления расчетных суперкомпьютере могут возникать проблемы данных как стандартные графики с организационного обеспечения. Нужно осреднением величин, пересчитанные из выполнять процедуру очередности, при трехмерного расчета, так и показанные на которой для запуска задачи необходимо рис.5 и 6 плоские и объемные картины.

чтобы количество свободных расчетных При этом проблема анализа и узлов было больше или равно количеству визуализации полученных расчетных данных требуемых, и иметь соответствующую остается открытой.

лицензию на нужный программный продукт. При проектировании современных Если суперкомпьютер не имеет ГТД часто идет речь о формировании поддержки графического интерфейса, а технологий виртуального проектирования, команды вводятся через текстовой позволяющих выполнить весь комплекс интерфейс, то это затрудняет подготовку необходимых расчетов и представляющих расчета, а тем более анализ полученных собой комплекс организационных мер, результатов. Поэтому необходимо иметь операций и приемов, направленных на рабочую станцию с поддержкой создание совершенных объектов графического интерфейса и достаточным проектирования. Возникает вопрос: как количеством оперативной памяти, поскольку целесообразно выполнять проектирование она отвечает за хранение переменных в современных камер сгорания. Предлагается расчетных узлах. Из опыта моделирования следующий подход.

КС в СГАУ известно, что для сектора в 1/ а) б) Рис. 5. Плоские картины изменения параметров в КС а) изменение скорости;

Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), б) поле температуры на выходе КС широкого ряда проблем, связанных с созданием современных КС. Предлагаемые решения опробованы на практике и прошли проверку путем сопоставления результатов расчетов с результатами, полученными в натурных испытаниях подразделением, ответственным за разработку камер сгорания на базовом предприятии.

Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки), на основании постановления Правительства РФ №218 от 09.04.2010.

Рис. 6.Объемное представление изменения скорости химической реакции Библиографический список 1. Волков, К. Н. Течения и теплообмен в Первоначально в САD-системе каналах и вращающихся полостях[Текст] / К.

создается 3D модель камеры сгорания Н. Волков, В. Н. Емельянов -Физматлит, прототипа. Затем генерируется сеточная 2010.

модель, задаются начальные, граничные 2. Матвеев, С. Г. Моделирование условия и выполняются оценочные расчеты.

аэродинамической структуры течения в По их результатам выполняется доработка камере сгорания малоразмерного ГТД с КС. Для модифицированной камеры помощью CAE-систем [Текст] / С. Г.

проводятся необходимые расчеты и Матвеев, М. Ю. Орлов, В. Ю. Абрашкин, И.

формируются подходы к решению проблем, А. Зубрилин, С.С. Матвеев - Самара: Изд-во связанных с улучшением параметров Сам.гос. аэрокосм. ун-та, 2011.

рабочего процесса. Параллельно с 3. Матвеев, С. Г. Перевод камеры экспериментальной доводкой камеры сгорания малоразмерного ГТД на сгорания для определения ее оптимальных газообразное топливо с использованием путей выполняются расчеты с AnsysFluent[Текст] / С. Г. Матвеев, А. М.

использованием САЕ-систем. В СГАУ в ходе Ланский, М. Ю. Орлов, В. Ю. Абрашкин, Д.

выполнения научно-исследовательских Н. Дмитриев, И. А. Зубрилин, А. В. Семенов работ совместно с ОАО «Кузнецов» создан - Самара: Изд-во Сам.гос. аэрокосм. ун-та, методический комплекс, позволяющий 2011.

выработать в сфере использования компьютерных технологий пути решения PROBLEMS AND SOLUTIONS OF USING COMPUTER TECHNOLOGIES IN DESIGNING OF COMBUSTION CHAMBERS GTE © 2012 S. G. Matveev, M. Yu. Orlov, I. A. Zubrilin Samara State Aerospace University named after academician S.P. Korolyov (National Research University) This article examines the solutions of some problems of using computer technologies in designing of combustion chambers GTE.

Combustion chamber GTE, computational fluid dynamics, computer-aided engineering, high-performance computing.

Авиационная и ракетно-космическая техника Информация об авторах Матвеев Сергей Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры теплотехники и тепловых двигателей, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет). E-mail: pfu@ssau.ru. Область научных интересов: методы моделирования камер сгорания ГТД, процессов горения и смесеобразования, выбросы вредных веществ, химическая кинетика горения.

Орлов Михаил Юрьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры теплотехники и тепловых двигателей, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет). E-mail:


adler65@mail.ru Область научных интересов: рабочий процесс в КС ГТД, образование и выброс вредных веществ.

Зубрилин Иван Александрович, инженер, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет).E-mail: zubrilin416@mail.ru. Область научных интересов:

применение CAE/CAD-технологий в расчетах процессов горения и турбулентных течений.

Matveev Sergey Gennadyevich, Candidate of Technical Science, associate professor of the head of heat engineering and heat-engine (sub)department, Samara State Aerospace Universitynamed after academician S.P. Korolyov (National Research University).E mail:pfu@ssau.ruArea of research: combustion, mixing, emissions and formation hazardous substances, chemical kinetics Orlov Michail Yuryevich, Candidate of Technical Science, associate professor of the head of heat engineering and heat-engine (sub)department, Samara State Aerospace Universitynamed after academician S.P. Korolyov (National Research University).E-mail: adler65@mail.ruArea of research: experimental research of combustion chambers, emissions and formation of hazardous substances Zubrilin Ivan Alexandrovich, Engineer, Samara State Aerospace Universitynamed after academician S.P. Korolyov (National Research University).E-mail:zubrilin416@mail.ru.Area of research: application of CAE / CAD-technologies in the processes of combustion and turbulent flows (jets).

Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), УДК 621.9. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ГТД © 2012 М. В. Нехорошев, Н. Д. Проничев Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет) В статье рассмотрены модели, позволяющие проводить расчет электрического поля в любой труднодоступной зоне и определять фактическую длину линий тока, которая определяет скорость растворения анода. Разработанные модели положены в основу созданных отдельных внешних модулей по моделированию ЭХО сложных поверхностей.

Формообразование, процесс, электрохимия, лопатка, программный модуль.

Модель разрабатывалась для условий – электрохимический эквивалент;

ia – плотность тока на аноде;

электрохимического формообразования при – удельная плотность материала.

обработке с подвижным катодом инструментом (КИ). Такая схема широко Задаваемое количество расчетных применяется в производстве. точек на поверхности анода позволяет Положение заготовки жестко связано принять закон изменения профиля между с неподвижной системой координат, соседними точками близким к линейному, при t=0;

К=0;

А=U.

изменения скорости растворения протекают на движущейся границе. Поэтому Следовательно, зная распределение обрабатываемая поверхность заготовки плотности тока по поверхности анода, разбивается на конечное число можно найти распределение скоростей элементарных участков. Эти элементарные движения точек анода. В процессе участки перемещаются относительно растворения поверхности заготовки выбранной системы координат согласно снимается неравномерный припуск и описанным закономерностям. происходит перераспределение скоростей Межэлектродный зазор Z (МЭЗ) имеет растворения в различных точках. Такое переменное значение по длине моделирование позволяет провести межэлектродного канала. программный комплекс ANSYS.

Расчет перемещения точек Исходными данными для анализа растворяющейся поверхности заготовки служат удельное сопротивление среды проводится в дискретном режиме, т.е. (электролита) и значения потенциалов на принято допущение: в пределах малого электродах.

промежутка времени t зазор в каждой Важно учесть, что с течением расчетной точке остается постоянным. времени в связи с изменением формы МЭК За промежуток времени t КИ (в результате растворения анода и переместится на расстояние ZK, за это же перемещения КИ) состояние системы время точки поверхности заготовки меняется, и функция распределения переместятся на расстояния Zа. U потенциала в пространственных Известно, что скорость растворения переменных постоянно принимает новые поверхности анода при ЭХО Vэ прямо значения. При решении задач ЭХО удобно пропорциональна плотности тока на аноде: разбить все время обработки на малые промежутки t. В течение каждого такого B VЭ T i A, (1) промежутка времени параметры процесса можно принять постоянными, а катод где BT – выход по току;

Авиационная и ракетно-космическая техника инструмент – неподвижным. Следовательно, Так как перо лопатки имеет процесс растворения при постоянном аэродинамический профиль, то формируется движении катода-инструмента разность давлений по спинке и корыту, раскладывается на последовательность приводящая к возникновению подъемной кратковременных режимов с неподвижным силы, что приводит к деформациям лопатки катодом. Такое преобразование называется под действием гидравлических сил. На дискретизацией по времени. второй итерации разность давлений, Однако в процессе ЭХО на заготовку полученная при расчете во FLUENT, оказывает силовое влияние поток прикладывалась в качестве граничных электролита, вызывающий деформации условий при решении задачи в ANSYS (рис.

заготовки. Эти деформации оказывают 2).

существенное влияние на точность формообразования пера лопатки ГТД. В связи с этим в разработанную методику была включена модель, позволяющая оценивать величину деформаций заготовки в зависимости от параметров потока электролита.

Следует отметить, что разработанная модель справедлива для лопаток любого размера. Характер обработки лопаток различных типоразмеров определяется диапазоном давлений и зазоров, Рис. 2. Картина распределения деформаций по перу используемых при обработке.

лопатки Расчетная модель включает в себя две итерации:

Для автоматизации расчета в 1. решение гидродинамической программах ANSYS и FLUENT был написан задачи;

макрос, который обеспечивает выполнение 2. расчет величины деформаций.

условий моделирования.

Первая итерация заключается в По разработанной методике было решении гидравлической задачи и произведено моделирование ЭХО для получении картины течения жидкости в МЭЗ сечений пера лопатки ГТД (рис. 3).

при ЭХО (рис. 1) и распределения давлений Проведенные исследования на спинке и корытце лопатки. Для позволили создать методику компьютерного моделирования гидродинамической задачи моделирования электрохимического использовался комплекс «FLUENT».

формообразования пера лопатки ГТД.

Программа «FLUENT» состоит из двух Полученные результаты позволят создать модулей: проектного - «GAMBIT», программный комплекс по моделированию предназначенного для создания конечно данного процесса и сократить время и элементной модели, и расчетного затраты при технологической подготовке «FLUENT».

производства при вводе новой номенклатуры лопаток.

Для автоматизации расчетов в ANSYS был создан комплекс программных модулей по моделированию процесса электрохимического формообразования пера лопатки ГТД.

Рис. 1. Картина распределения давления по МЭЗ Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), создает массивы точек профиля с учетом припуска под обработку, рабочего зазора и поля допуска. Все эти данные в дальнейшем значительно оптимизируют работу основного модуля, связанную с построением геометрии электродов.

Внешний модуль первичной 2.

геометрии. Наиболее важными участками при построении геометрии модели являются сплайны профилей корытца и спинки анода заготовки и соответствующих им участков катодов-инструментов. При изменении исходных данных о геометрии лопатки меняются координаты точек, лежащих на указанных сплайнах. При этом независимо от количества характерных точек, указанных на чертежах различных лопаток, программа должна сохранять работоспособность и адекватность построения модели.

Основной модуль.

3. Он представляет собой набор макросов ANSYS, Рис. 3. Результаты моделирования пера лопатки написанных на языке APDL. Главный макрос ГТД: а - на начальном этапе обработки (t=0);

б – в включает в себя программный код, процессе обработки (t=6 мин) В электронной модели реализованный добавляющий на панель инструментов программный код построен по блочному кнопку быстрого запуска и запускающий принципу. Вся модель разделена на остальные блоки-макросы. В тексте главного логически завершенные этапы, называемые макроса описан цикл, который при блоками. Это обеспечивает, с одной необходимости приводит к многократному стороны, простоту ориентирования в теле выполнению соответствующих блоков до тех программы, а с другой, и позволяет вносить пор, пока не будет выполнено условие конца поправки в каждый отдельный блок без обработки.


Разработанный модуль позволяет изменения остальных, что дает возможность проводить эксперименты по исследованию для последующих модификаций.

Электронная модель представляет производительности процесса ЭХО и трёх располагает для этого широкими собой пакет, состоящий из возможностями для ввода данных.

взаимосвязанных модулей.

ввода Пользователем задается геометрия Внешний модуль 1.

обрабатываемой детали и основные исходных данных. Модуль реализован программными средствами среды Borland технологические параметры режима обработки: рабочий зазор, материал лопатки Delphi, использующей язык программирования Object Pascal. Модуль и электролит, напряжение на электродах, выполняет две задачи. Первая – создание параметры потока электролита.

Допускается моделирование процесса файла исходных данных, в которой заносится информация о технологических обработки в первичном поле распределения параметрах эксперимента. Вторая и более потенциалов (без учета поляризации), во трудоемкая – расчет ключевых координат вторичном поле, учитывающем перераспределение потенциалов, а также с геометрии модели на основании данных о профиле лопатки с чертежа. Модуль учетом гидродинамических нагрузок.

В результате выполнения работы осуществляет поворот системы координат на заданный угол с пересчетом координат получены следующие результаты.

1. Разработана методика, спинки и корытца исходной лопатки, а также позволяющая производить в программе Авиационная и ракетно-космическая техника ANSYS расчеты электрических полей в [Текст]: Учебное пособие./ А.Д. Давыдов, электрохимической ячейке в условиях ЭХО. Е.Н. Козак – Москва: Наука, 1990. – 272 с.

Проведенные расчеты в программе ANSYS 4. Щербак, М.В. Основы теории и подтвердили результаты, полученные на практики электрохимической обработки электропроводной бумаге, и показали, что металлов и сплавов [Текст]: Учебное компьютерная модель полностью отражает пособие / М.В. Щербак и др. – Москва:

закон распределения потенциалов (токов) в «Машиностроение», 1981. – 263 с.

электрохимической ячейке. 5. Головачёв, В.А. Электрохимическая 2. На основании проведенных размерная обработка деталей сложной исследований была создана база данных, формы [Текст]: Учебное пособие. / В.А.

содержащая характеристики материалов и Головачёв и др. – Москва:

электролитов, кривые выхода по току и «Машиностроение», 1969. – 198 с.

поляризационные кривые. Данные графики 6. Де Барр, А.Е. Электрохимическая заданы в табличной форме для последующих обработка [Текст]: Учебное пособие. / А.Е.

итерационных расчетов в ANSYS. Де Барр, Д.А. Оливер – Москва:

3. Разработана методика расчета в «Машиностроение», 1975. – 183 с.

программе ANSYS посредством макросов. 7. Wen-Ta, Tsai. Electrochemical Данная методика облегчила расчет и его polarization and pitting behaviour of Fe-Al-Mn автоматизацию в программе ANSYS. alloys in chloride solutions [Text]: Journal. / Написаны макросы, обеспечивающие Wen-Ta Tsai, Jing-Bang Duh, Ju-Tung Lee – выполнение условий моделирования. Journal of Materials Science, 1987, №10, p.

4. Разработаны программные модули 3517-3521.

для комплекса программ с целью 8. Мирзоев, Р.А. Катодный потенциал и моделирования процессов падение напряжения в прикатодном слое формообразования типовых элементов и электролита в процессе размерной сложных поверхностей деталей (перо электрохимической обработки [Текст]:

лопатки ГТД) электрохимическим методом. Журнал. / Р.А. Мирзоев, Н.К. Свечкопал, Проведено исследование работоспособности А.Г. Лукина – Физика и химия обработки и применимости разработанных модулей материалов, 1971, №5. С. 131 – 134.

путем сравнения с результатами реального 9. Антропов, Л.И. Теоретическая эксперимента. Полученный комплекс электрохимия [Текст]: Учебное пособие./ программ может использоваться на Л.И. Антропов – Москва: «Высшая школа», производстве технологом-электрохимиком, 1969. – 512 с.

что позволит существенно сократить время 10. Pattavanitch, J. Modelling of the на подготовку производства. electrochemical machining process by the boundary element method [Text]: Journal./ J.

Pattavanitch, S. Hinduja and J. Atkinson – CIRP Библиографический список 1. Шманев, В.А. Технология Annals - Manufacturing Technology, 2010, V.

электрохимической обработки деталей в 59, p. 243-246.

авиадвигателестроении [Текст]: Учебное 11. Гнусин, Н.П. и др. Физическая и пособие./ В.А. Шманев, В.Г. Филимошин, математическая постановка задачи об А.Х. Каримов и др. – Москва: электрических полях в электролитах [Текст]:

«Машиностроение», 1986. – 168 с. Сборник трудов «Основы теории расчета и 2. Мороз, И.И. Электрохимическая моделирования электрических полей в обработка металлов [Текст]: Учебное электролитах»./ Н.П. Гнусин, Н.П.

пособие./ И.И. Мороз и др. – Москва: Поддубный, А.И. Маслий – Новосибирск:

«Машиностроение», 1969. – 208 с. «Наука», 1972.

3. Давыдов, А.Д. Высокоскоростное электрохимическое формообразование Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), DEVELOPMENT OF AUTOMATED SOFTWARE MODULE FOR MODELLING OF FORMING PART OF ELECTROCHEMICAL GTE © 2012 M. V. Nekhoroshev, N. D. Pronichev Samara State Aerospace University named after S.P. Korolyov (National Research University) In the article the models that allow the calculation of the electric field at any inaccessible area and to determine the actual length of the flow lines, which determines the rate of dissolution of the anode. The developed models as a basis to create a separate plug-ins for modeling complex surfaces ECHO.

Forming of process, electrochemistry, shoulder, software module.

Информация об авторах Нехорошев Максим Владимирович, ассистент кафедры производства двигателей летательных аппаратов, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет). Е-mail:

maxnogood@gmail.com. Область научных интересов: технология производства авиадвигателей.

Проничев Николай Дмитриевич, доктор технических наук, профессор кафедры производства двигателей летательных аппаратов, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет). Е-mail: pdla@ssau.ru. Область научных интересов:

технология производства авиадвигателей.

Nekhoroshev Maxim, Assistant Professor of Production of aircraft engines department Samara State Aerospace University named after academician S.P. Korolyov (National Research University). E-mail: maxnogood@gmail.com. Area of research: Technology of aeroengine.

Pronichev Nikolai, Ph.D., Professor of Production of aircraft engines department Samara State Aerospace University named after academician S.P. Korolyov (National Research University).

E -mail: pdla@ssau.ru. Area of research: Technology of aeroengine.

Авиационная и ракетно-космическая техника УДК 621.438:004. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ТРУБОПРОВОДОВ АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ © 2012 А. В. Швецов Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет) В статье рассмотрен метод определения фактических собственных частот трубопровода в среде ANSYS, произведена оценка его частотной отстройки.

Трубопровод, собственная частота колебаний, вибрационная надежность, кинематическое возбуждение, опора.

Высокое давление, коррозионное изделий в целом, а так же параметров воздействие транспортируемых жидкостей жидкостей, протекающих внутри и снаружи и газов, частая смена низких и высоких трубопроводов.

температур, значительный уровень Случайные нагрузки возбуждаются статических и динамических нагрузок эпизодическими источниками.

предъявляют жесткие требования к Значительная доля дефектов проектированию трубопроводных трубопроводов обусловлена циклическим магистралей. воздействием вибрационного характера и Большая часть причин, приводящих проявляется в виде усталостных поломок, к ненадежности трубопроводов, в разгерметизации, повышенного уровня настоящее время достаточно полно вибронапряжений. Например, доля изучена. В соответствии с требованиями, трубопроводов в усталостных поломках предъявляемыми к магистралям, двигателей в процессе доводки достигает 20 подбираются конструктивные формы, 25%.

материал, производятся гидравлический и Источники возникновения вибраций и прочностной расчеты, учитывается механизмы их передачи на трубопроводы технология изготовления, контроля и летательных аппаратов и двигателей монтажа трубопроводов. чрезвычайно разнообразны, различно их Наряду с этими мероприятиями влияние на динамическую прочность и необходимо применять современные надежность гидравлических систем.

методы расчета и проектирования Характер спектра частот колебаний трубопроводов с использованием трубопроводов свидетельствует о том, что различных программных пакетов. причиной колебаний являются вибрации Причиной разрушения элементов конструкций изделий, с которыми трубопроводов, как правило, являются тем или иным способом связаны недопустимые напряжения. Возникают гидравлические магистрали. Такой механизм они в результате действия на систему возбуждения поперечных колебаний, когда трубопроводов нагрузок разного типа, из некоторые сечения трубопровода совершают которых можно выделить статические, вынужденные периодические перемещения (в циклические и случайные.

общем случае угловые и линейные), обычно Статические нагрузки возникают называют кинематическим. При этом при монтаже трубопроводов вследствие интенсивность инерционной нагрузки, неточного совпадения монтируемых распределенной по длине рассматриваемого сечений труб с элементами крепления. участка трубопровода, будет зависеть от Возникновение циклических амплитуды и частоты возмущающих нагрузок связано с периодическими перемещений, а так же от величины погонной колебаниями деталей, узлов, агрегатов и Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), плотности трубопровода с учетом массы несколько элементов, которые бы снижали протекающей в нем жидкости. амплитуду прогибов на резонансе, отводя Элементы конструкции, к которым энергию от колеблющейся системы.

присоединяются трубопроводы, иногда Таким элементом являются служат своеобразными усилителями упругодемпфирующие опоры (УДО) вибрации, так как представляют собой различных конструкций.

механические колебательные системы с В настоящее время снижение присущим им густым спектром переменных напряжений в трубопроводах собственных частот. Это является благодаря демпфированию колебаний с характерной особенностью помощью упругодемпфирующих опор кинематического механизма возбуждения. получает все большее распространение в В роли резонаторов оказываются конструкциях трубопроводов отечественных и тонкостенные податливые конструкции зарубежных ГТД. Это объясняется высокой корпусов и оболочек изделия, упруго эффективностью демпфирования: резким подвешенные агрегаты, ребра жесткости. снижением уровня напряжений, особенно на При проектировании трубопроводных резонансах, и малым разбросом значений систем необходимо учитывать это напряжений, что позволяет значительно обстоятельство и устанавливать связи в тех уменьшать неопределенность системы и, местах, где ожидаются наименьшие следовательно, повышать ее надежность.

амплитуды перемещений (например, в Спектр собственных частот узловых точках). Кроме того, причиной трубопроводов очень густой. Учитывая также возбуждения элементов конструкций густоту спектров возбуждающих сил и то деталей и узлов могут быть механическая обстоятельство, что в процессе эксплуатации и аэродинамическая неуравновешенность собственные частоты трубопроводов могут в винтов, вентиляторов, роторов некоторых пределах изменяться вследствие компрессоров и турбин, вращающихся изменения жесткости зажимов, элементов редукторов;

акустические температурных напряжений и по целому ряду нагрузки от лопастей винтов, лопаток других причин, можно прийти к выводу о компрессоров и турбин и реактивных практической невозможности избежать струй. резонансных колебаний при столь большом При высоких частотах числе трубопроводов ГТД.

кинематического возбуждения Соответственно, одна из основных превалирует динамическая нагрузка от задач при устранении вибрации действия массовых сил, где наиболее трубопроводов заключается в определении опасными будут резонансные колебания. фактических собственных частот Одним из основных приемов снижения трубопроводов и соответствующем изменении напряжений в этом случае является их.

частотная отстройка, когда стремятся Такая задача решена на примере установить длину пролетов и жесткость твердотельной модели масляного опор таковыми, чтобы в зоне рабочих трубопровода двигателя НК-36СТ диаметром чисел оборотов не было совпадения 8 мм с помощью программного пакета собственных частот и частот возбуждения, ANSYS.

т. е. чтобы не наблюдалось резонансных Трубопровод представляет собой колебаний трубопровода в пролетах между разветвленную систему сложной опорами. конфигурации. Формирование Если же по каким-либо причинам геометрической схемы трубопровода и сделать это невозможно, то прибегают к создание объемной модели произведено в демпфированию колебаний пакете Unigraphix NX 3.

трубопроводов. В этом случае в системе Вид построенной модели показан на «трубопровод – опоры» допускаются рисунке 1.

резонансы, а основная задача состоит в том, чтобы ввести в систему элемент или Авиационная и ракетно-космическая техника Элемент COMBIN14 – это пружинный амортизатор (или) упругий демпфер. Он имеет продольные или крутильные свойства, что позволяет применять его в одномерных (1D), двумерных (2D) или трехмерных (3D) задачах.

Опция продольного упругого демпфера формирует одноосный элемент, воспринимающий растяжение и сжатие, имеющий до трех степеней свободы в каждом узле: перемещения в направлении осей X, Y, Z узловой системы координат. При этом свойства изгиба и кручения отсутствуют.

Рис. 1. 3D – модель исследуемого трубопровода в Опция крутильного упругого демпфера Unigraphics NX формирует чистый поворотный элемент с тремя степенями свободы в каждом узле:

Готовая 3D – модель трубопровода повороты вокруг осей X, Y, Z узловой импортируется в программный пакет системы координат. Свойства изгиба или ANSYS, где осуществляется восприятия продольного усилия отсутствуют.

формирование расчетной схемы и массива Для элемента упругого демпфера исходных данных трубопровода (задаются задается масса.

граничные условия) и далее Вид конечно-элементной модели УДО рассчитывается методом конечных (рис.1, фрагмент А) представлен на рисунке 3.

элементов.

Конечно – элементная модель представлена на рисунке 2.

Рис. 3. Конечно-элементная модель УДО Рис. 2. Конечно-элементная модель Для создания жестких опор, достаточно в несколько раз увеличить коэффициент Закрепление трубопровода в жесткости УДО.

концевых сечениях было принято В результате расчета получаем набор жестким. Промежуточные опоры данных, соответствующих разным частотам трубопровода принимаем упругими с собственных колебаний, каждая из которых кольцевой втулкой из МР, коэффициенты имеет свой порядковый номер.

жесткости которых следующие [2] :

Проводится анализ полученных C X CY CZ 60 104 Н/м, результатов, определяется вид собственных C X C Y C Z 0. форм колебаний исследуемого трубопровода в пространстве.

На рисунке 4 представлена форма В ANSYS эти опоры моделируются колебаний, соответствующая первой с помощью элемента COMBINI 14.

собственной частоте.

Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 5 (36), максимальных частот возбуждения.

Поскольку коэффициент динамического усиления колебаний трубок в резонансе довольно большой, то достаточна отстройка на 20-30% [1]:

fc min (1,2 1,3)fв max, fc min – минимальная собственная где частота трубопровода;

fв max – максимальная частота возбуждения.

Отстройка по частотам оказывается не всегда приемлемой. При высоких частотах Рис. 4. Форма колебаний, соответствующая первой собственной частоте возбуждения (более 300 – 400 Гц) отстройка вверх требует малых длин участков Для снижения переменных трубопровода, что конструктивно не всегда напряжений в трубопроводах, целесообразно, а порой и невозможно. Так, возникающих при воздействии на если трубопровод крепится на податливых трубопровод возбуждающих сил от облегченных корпусах, то даже при малых перемещения опор (кинематическое расстояниях между опорами практически не возбуждение) и пульсаций давления в обеспечивается жесткая заделка.

системе, при аэродинамическом и других Практически единственным способом видах возбуждения, возможно снижения переменных напряжений в случаях, использовать следующие принципы когда частотная отстройка мало эффективна, повышения вибрационной надежности является демпфирование колебаний трубопроводных систем (как и вообще – трубопроводов. Для этого необходимо колебательных систем): изменить конструкцию опор и вместо жестких снижение виброактивности брать податливые опоры, обладающие источника колебаний;

свойством рассеяния энергии колебаний.

частотная отстройка;

Первостепенная задача проектирования введение демпфирования в трубопроводов с такими опорами состоит в систему (в случае трубопроводов – УДО);

оптимизации числа опор, их жесткости, повышение предела демпфирования и мест расстановки по длине выносливости материала трубопроводов;

трубопровода.

изменение формы колебаний. В таблице 1 приведены вычисленные Наиболее простыми при реализации значения собственных частот fi, номинальные являются принципы частотной отстройки частоты вращения ротора турбокомпрессора и демпфирования. Им соответствует fТК и свободной турбины fСВ, а также запасы определенная конструкция опор и их по частоте, определенные по формуле:

расстановка по длине трубопровода. f f i Р 100%, При частотной отстройке должно fР быть выполнено условие, по которому fP – одна из роторных частот (fТК, fСВ);

где собственная частота трубопровода не fi – собственная частота колебания должна совпадать ни с одной из частот трубопровода.

возбуждения в некотором заданном Отрицательное значение означает, интервале частот.

что данная собственная частота ниже При широком спектре частот сопоставляемой частоты возбуждения.

возбуждения, который обычно имеет место Поэтому при наборе оборотов следует на ГТД, наиболее надежной будет ожидать кратковременного резонанса на 180, односторонняя отстройка вверх, когда Гц. Кроме того, учитывая погрешность минимальная собственная частота расчетного определения собственных частот, трубопровода устанавливается выше Авиационная и ракетно-космическая техника вызванную несовершенством методики примерно в середине участка, где имеются замера узловых координат и значительные поперечные перемещения ориентировочным назначением жесткости трубопровода на всех формах колебаний.



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 12 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.