Лопатка седьмой ступени имеет переменное сечение, высоту рабочей части /=105 мм; материал — сталь ЭИ-802. Вибрационные испытания включали определение форм и частот колебаний одиночной лопатки в лабораторных условиях, дисковых форм колебаний на роторе и тензометрические испытания в машине под нагрузкой.
Экспериментальные и расчетные данные частотных характеристик одиночных лопаток представлены на рис. 2, из которого видно, что расчет и эксперимент хорошо совпадают. Частоты дисковых форм колебаний седьмой ступени приведены на рис. 3. В результате динамических испытаний получены данные по вибрационному состоянию 14 лопаток.
Кемпбелл-диаграмма ступени построена по результатам испытаний (рис. 4). В спектре динамических частот ступени в рабочем диапазоне оборотов были зарегистрированы два типа колебаний: аксиальные дисковые с /= 1900ч- 2650 Гц; сложные формы с /=5400ч--т- 5600 Гц и /=6000-^ 6350 Гц. Рассмотрим полученные данные по каждой форме в отдельности.
Аксиальные колебания с частотами /= 1900...2650 Гц. Так как ступень имеет две демпферные проволоки, замкнутые на круг, то основной формой колебаний на таких конструкциях являются аксиальные колебания системы лопаток с узловыми диаметрами. Тот факт, что зарегистрированные колебания представляют собой осевую вибрацию венца с узловыми диаметрами, подтверждается характерной зависимостью частоты по оборотам в виде падающей кривой. Это имеет место на диаграммах критических скоростей при дисковых формах.
На седьмой ступени были зарегистрированы аксиальные колебания 15 ... 23-й кратности в диапазоне п= = 114 Ч- 142 1/с. Уровень максимальных напряжений в лопатках по тензорезисторам составлял <т==11 МПа, к— 19, /=2460 Гц при я=129 1/с.
Колебания на частотах / = 5400 — -т- 5600 Гц и /=6000 -г 6350 Гц. Они возникали при резонансе на частоте пг (л= 110 -9- 119 1/с и л=125-т--г- 130 1/с). Судя по спектру частот одиночной лопатки (см. рис. 2) — это сложные формы колебаний. Уровень напряжений в лопатках на частоте /=5400-г 5600 Гц составлял Од—8 МПа (л=114 1/с); на частоте /= 6000 ч-6350 Гц — Од=7 МПа (л=125 1/с).
Запас прочности ступени. Максимальный уровень напряжений, зарегистрированный при аксиальных колебаниях, составлял на частоте /= —2360 Гц по тензорезисторам на входной кромке в 10 мм от корня Сд— 11 МПа. Как показали усталостные испытания этой ступени при асимметричном цикле, прочность лопатки при аксиальных колебаниях определяется хвостовиком.
Пересчет напряжений на опасное сечение хвоста (по первой шейке) с учетом смещения датчика от кромки составляет ота 12 МПа. По результатам испытаний на усталость седьмая ступень имеет предел выносливости хвостовика при асимметричном цикле та=51 МПа по сечению шейки первого зуба. Запас прочности ступени при аксиальных колебаниях п0— 4,2. Уровень напряжений при сложных формах на частотах = 54004- 5600 Гц составлял тд=8 МПа по тензорезисторам в 10 мм от корня. Для оценки запаса прочности можно использовать результаты, полученные по I тону, поскольку и при сложных формах разрушение будет происходить также по перу лопатки.
Необходимо в этом случае знать эпюру распределения напряжений по длине лопатки во вращении (с учетом проволок) на этих формах. Получить такую эпюру было невозможно из-за низкого уровня напряжений, поэтому пришлось использовать расчетную эпюру, по которой максимальные напряжения на лопатке с учетом смещения датчика от кромки будут равны Отах= 1,67, сп=13,4 МПа. Предел усталости лопаток по перу при симметричном цикле аг=156 МПа при колебаниях I тона. Запас прочности, вычисленный по диаграмме предельных напряжений [2], равен я =11,4.
