Работы автора

Данная работа посвящена верификации разработанных математических моделей и созданного программного обеспечения на тестовых моделях академических радиальных и осевых рабочих колес турбомашин, применяемых в АПК и в других отраслях промышленности. Проведен расчет собственных частот колебаний академической модели радиального колеса c 34-мя лопатками на основе двухмерных и трехмерных конечных элементов и оригинальных моделей стыковки. Выполнено сравнение точности расчета c экспериментом и данными других авторов. Определение динамических характеристик (собственных частот и форм колебаний) является важной научной задачей и позволяет решать проблему устранения явления резонанса, например, путём изменения формы деталей, а, следовательно, и повышения ресурса деталей турбомашин под действием различных факторов, таких как вращение, температура расстройка параметров и т. д. В настоящей работе дополнительно представлены результаты определения и верификации динамических академических рабочих колес осевых турбомашин. Получено, что результаты численных расчетов собственных частот колебаний исследуемых конструкций хорошо согласуются с экспериментальными данными и исследованиями других авторов, а также с аналитическими решениями. Дополнительно исследовано изменение связанности колебаний лопаток за счёт увеличения толщины диска рабочего колеса. Получено изменение, как форм колебаний, так и спектра собственных частот колебаний исходной конструкции. Значительное увеличение толщины диска приводит к локализации форм колебаний лопаток, как единичных конструкций. Данный вариант является одним из видов введения расстройки параметров и верификации исследования колебаний колес с неидентичными лопатками.

Развитие современных авиационных и энергических двигателей и систем их технической эксплуатации поставило перед промышленностью и наукой новые задачи. Одним из важнейших факторов является обеспечение надёжности изделий, сохранение их прочностных свойств на этапе производства. С целью повышения ресурса деталей роторов, особенно рабочих лопаток турбомашин, широкое распространение в современном машиностроении приобрели метод модификации направляющих решеток статора [2, 3]. С помощью этого метода, возможно уменьшить интенсивность возбуждающих сил, действующих на рабочие лопатки и привести к снижению динамических напряжений в самых нагруженных местах лопаток и в результате увеличить долговечность рабочего колеса. В представленной статье приведены варианты введения модификаций распределения направляющих лопаток статора, путём использования блочных моделей. Проведено тестирование на 3 типы модификации блоков лопаток статора: смещение по окружности одного блока лопаток относительно другого без изменения расстояния между лопатками внутри блоков, изменение расстояние между лопатками внутри блоков, комбинация двух вышеописанных способов. Из полученных результатов исследования долговечности рабочего колеса для каждого варианта, предложены рекомендации для конструкторов по увеличению ресурсных характеристик при проектировании и доводке новых изделий энергетических и транспортных турбомашин. С помощью использования блочных моделей возможно максимально увеличить долговечность осевого рабочего колеса на +29.8%.

Лопатки ротора обычно работают в непосредственной близости от лопаток статора, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, при этом следы от лопаток практически не рассеиваются. Рабочие лопатки проходят по следу каждой лопатки статора и получают серию равномерно распределенных импульсов. Изменение синхронизации импульсов по отношению друг к другу происходит так, что воздействие одних импульсов отменяет влияние других и приводит к снижению уровня возбуждения. Одним из способов изменения синхронизации импульсов от статора является использование модифицированного расстояния между лопатками статора. При этом положения некоторых или всех лопаток смещаются по окружности относительно друг друга и получается фазовое отклонение импульсов от лопаток статора. В данной работе представлена теоретическая методика исследования использования модифицированного расстояния между лопатками для уменьшения уровня возбуждения на рабочие лопатки, возникающего от следа лопаток статора турбин. Приведены результаты численного расчета долговечности для тестового случая академического рабочего колеса.