О влиянии сепарирующих устройств на вибронапряженность рабочих лопаток осевых компрессоров
Надежность работы осевого компрессора газотурбинной установки (ГТУ) во многом определяется вибрационной надежностью его лопаточного аппарата. Исследования вибронапряжеиности облопачивания показывают, что на частичных режимах работы в зоне общей устойчивости компрессора, в рабочих лопатках кроме резонансных колебаний существуют нерезонансные колебания, часто называемые срывными. Амплитуды напряжений при срывных колебаниях в рабочих лопатках первых ступеней компрессора могут достигать опасных значений, поэтому снижение этих напряжений является важной задачей. Основная причина срывных колебаний — значительная величина положительных углов атаки потока на нерасчетных режимах обтекания [1]. По-видимому, интенсивность срывных колебаний определяется обтеканием периферийных сечений лопатки, где углы атаки достигают наибольших значений.
Сепарирующие устройства, обеспечивающие расширение диапазона устойчивой работы компрессора за счет улучшения условий обтекания периферийных сечений, положительно влияют на интенсивность колебаний.
Если эффективность их применения по расширению диапазона устойчивой работы достаточно известна, то влияние на вибронапряженность еще недостаточно исследовано. В литературе приведены результаты исследования устройства в одноступенчатом модельном компрессоре при одном режиме его работы и отмечено снижение вибронапряженности при срывных колебаниях.
В данной работе приводятся результаты исследования двух типов сепарирующих устройств на вибронапряженность рабочих лопаток двух многоступенчатых осевых компрессоров при различных режимах их работы.
Сепарирующие устройства были выполнены в виде окружных проточек в корпусе компрессоров над рабочими лопатками первой ступени. Одно из них, выполненное в виде глухих гребней (рис, 1, а), находилось в натурном одиннадцати-ступенчатом компрессоре ГТУ мощностью' 6000 кВт. Назовем его компрессор А. Другое, выполненное в виде щели, соединенной специальными каналами с всасывающей частью компрессора, находилось в восьми-ступенчатом модельном компрессоре ГТУ мощностью 40 ООО кВт (коэффициент моделирования 1—0,362). Назовем его компрессор Б.
Основные данные исследуемых компрессоров и характеристики облопачиваиия первых двух ступеней представлены в таблице. Вибронапряженность рабочих лопаток исследовали тензометрированием, параллельно измеряли аэродинамические параметры, характеризующие режим работы компрессора. Испытания проводили в два этапа — с сепарирующими устройствами и без них.
Компрессор А испытывали в составе полного двигателя вдоль линии совместных режимов работы компрессора и турбины в диапазоне изменения приведенных оборотов компрессора 0,2-г-1,0. Компрессор Б испытывали при двух видах изменения режима: по изодромным характеристика м(л= 0,4ч-1,0) и вдоль линий, соответствующих шести различным характеристикам сети. Регулирование компрессора Б осуществляли, изменяя частоту вращения турбо-привода и положение дросселя при нагнетании. Это обеспечивало изменение степени сжатия от значений, соответствующих полному открытию дросселя, до значений, соответствующих началу помпажа. В результате на компрессоре Б была исследована практически вся область его возможной работы.
В статье приводятся результаты исследования вибронапряженности в рабочих лопатках только первой и второй ступеней, где было отмечено влияние сепарирующих устройств на интенсивность срывных колебаний. Влияние этих устройств на последующие ступени мало. Приведенные значения напряжений относятся только к срывным колебаниям. Высокочастотные резонансные колебания ввиду незначительного влияния на них сепарирующих устройств в статье не рассматриваются.
Результаты исследования представлены в виде зависимостей динамических напряжений а в рабочих лопатках от основных параметров работы компрессоров: приведенного числа оборотов п, приведенного расхода О, степени повышения давления 8. Зависимости напряжений о от степени повышения давления и приведенного расхода при постоянных оборотах представлены только для компрессора Б (рис. 2). Напряжения при изменении режима работы компрессора на постоянных оборотах откладывались непосредственно от соответствующих точек изодромных характеристик компрессора. Зависимости напряжений от приведенного числа оборотов при форсированной характеристике сети представлены для обоих компрессоров: для компрессоров Б при четырех характеристиках сети (рис. 3, 4); для компрессора А при одной характеристике сети вдоль линии совместных режимов (рис. 5). Характеристики сети обозначаются теми же цифрами, что и соответствующие им режимы компрессора на его характеристиках.
Результаты испытаний с сепарирующими устройствами и без них совмещены. Сравнение результатов осуществляли по показаниям одних и тех же датчиков. Приведенные на графиках значения напряжений относятся к лопатке, которая имела максимальную напряженность на венце.