Исследования вибронапряженности рабочих лопаток компрессоров

Исследования вибронапряженности рабочих лопаток компрессоров в варианте без сепарирующих устройств показали, что в диапазоне оборотов я=0,3+0,7 в рабочих лопатках помимо резонансных колебаний возникают срывные, причем в рабочих лопатках первой и второй ступеней эти напряжения значительно выше, чем на последующих. Так для компрессоров А и Б максимальная вибронапряженность срывных колебаний соответственно была равна: для первой ступени — 70 и 60 МПа; для второй ступени — 76 и 55 МПа. На последующих ступенях вибронапряженность не превышала 30 МПа.
В отличие от резонансных колебаний, которые возникают при частотах вращения, кратных собственным частотам лопаток, срывные колебания непрерывно существовали в указанном диапазоне частот вращения компрессора. Амплитуда колебаний не имела типичной для резонансов зависимости от частоты вращения и носила характер неупорядоченных биений. При неизменной частоте вращения амплитуда менялась в 2—4 раза, причем эти изменения не носили периодического характера. При срывных явлениях в потоке в процессе колебаний одновременно участвуют все лопатки ступени независимо от значений их собственных частот первой изгибной формы. Разброс максимальных амплитуд напряжений среди лопаток всего венца не превышал двукратного значения. Если в зоне срывных колебаний оказывался высокочастотный резонанс, интенсивность срывных колебаний при резонансной частоте вращения падала, н лопатка колебалась по двум формам колебаний.
Выделить резонансные колебания по первой изгибной форме в зоне срывов из постоянно существующих срывных не представляется возможным. Из рис. 3, 5 видно, что характер зависимости интенсивности срывных колебаний от частоты вращения для обоих компрессоров примерно одинаков. Вибронапряженность срывных колебаний при изменении частоты вращения меняется достаточно плавно, достигая максимального значения на определенной частоте вращения. По мере приближения режима работы компрессора к границе устойчивой работы (см. рис. 2) интенсивность срывных колебаний в основном растет.
Говоря о природе срывных колебаний, нельзя не согласиться с работой [1 ], где они рассматриваются как следствие наложения вынужденных колебаний и автоколебаний. Возникновение этих колебаний на частичных режимах работы компрессора обусловлено особым воздействием потока воздуха на колеблющуюся лопатку при больших значениях углов атаки на этих режимах, соответствующих падению коэффициента подъемной силы.
После установки сепарирующих устройств интенсивность срывных колебаний в рабочих лопатках первой ступени обоих компрессоров снизилась. Так, в компрессоре А максимальная вибронапряженность снизилась с 70 МПа до 45 МПа, в компрессоре Б — с 55 МПа до 20 МПа» Как видно из рис. 2, 3, 4, снижение отмечено на всех исследуемых режимах работы компрессоров, при этом степень снижения различна.
Влияние сепарирующих устройств, установленных над первой ступенью, на соседнюю вторую не так однозначно, как на первую. Так, для компрессора Б в области больших расходов воздуха снижение интенсивности колебаний рабочих лопаток второй ступени заметно. По мере уменьшения расхода и увеличения степени сжатия эффективность установки сепарирующего устройства падает. Начиная с некоторого значения расхода, происходит увеличение интенсивности колебаний при установке сепарирующего устройства. Это подтверждается результатами испытаний при различных характеристиках сети. При испытании вдоль характеристик, соответствующих большим расходам, снижение вибронапряженности отмечено во всем диапазоне частот вращения, а при испытании вдоль характеристик, соответствующих меньшим расходам, снижение носит местный характер.
Однако работа компрессора Б в составе натурного двигателя предполагается на таких режимах, где сепарирующее устройство не оказывает отрицательного влияния на вибронапряженность рабочих лопаток второй ступени, т. е. линия совместных режимов турбины и компрессора в натурной установке пройдет в области характеристик сети модели, соответствующих большим расходам.
В компрессоре А установка сепарирующего устройства не оказала значительного влияния на интенсивность срывных колебаний второй ступени.
Таким образом, несмотря на различия исследуемых компрессоров и сепарирующих устройств, были получены достаточно близкие результаты.
Выводы
1. В области частичных режимов работы компрессора п=0,3-^0,7 в рабочих лопатках первой и второй ступеней срывные колебания возникают с достаточно высоким уровнем напряжений (до 70 МПа).
2. Установка сепарирующих устройств в корпусе компрессора над рабочими лопатками первой ступени обеспечивает снижение интенсивности срывных колебаний в рабочих лопатках первой ступени в 1,2...2,5 раза в зависимости от режима работы компрессора.
3. Сепарирующие устройства, установленные над рабочими лопатками первой ступени, не оказывают отрицательного влияния на интенсивность срывных колебаний второй ступени в области рабочих режимов компрессора.
4. Для снижения интенсивности срывных колебаний в рабочих лопатках последующих ступеней можно рекомендовать установку в них сепарирующих устройств.