Вплив матеріалу лопаток ротора парової турбіни на аеропружні характеристики

Аннотация

Елементи потужних парових турбін, зокрема, лопатки ротора останніх ступенів, зазнають значних нестаціонарних навантажень, які в деяких випадках можуть викликати вкрай небезпечні самозбудні коливання, що негативно впливають на ефективність і ресурс лопаткового апарату. З огляду на це при розробці нових чи модернізації існуючих ступенів парових турбін рекомендовано досліджувати аеропружні характеристики робочих лопаток. На умови виникнення самозбудних коливань впливають як геометричні характеристики, так і сплав, з якого виготовлено лопатку. Для визначення впливу матеріалу лопаток на аеропружну поведінку було проведено числовий аналіз аеропружних характеристик робочих лопаток останнього ступеня, виготовлених із сталевого й титанового сплаву. Для аналізу використано метод одночасного моделювання нестаціонарної течії газу через лопаткові вінці й пружних коливань лопаток (зв’язана задача), який дозволяє отримати амплітудно-частотний спектр взаємодії нестаціонарних навантажень і коливань лопаток. У роботі представлено результати числового аналізу для гармонійних коливань із заданими амплітудою й міжлопатковим фазовим кутом, а також для режиму зв’язаних коливань лопаток під дією нестаціонарних аеродинамічних сил.  Наведено залежності коефіцієнта аеродемпфування від міжлопаткового фазового кута і розподіл коефіцієнта вздовж лопатки. Результати моделювання зв’язаних коливань лопаток для шести перших власних форм представлено у вигляді зміни за часом переміщення периферійного перетину лопатки, а також сил і моментів, що діють на периферійний перетин. Наведено відповідні амплітудно-частотні спектри переміщень і навантажень у периферійному перетині. Аналіз результатів показав несуттєву відмінність характеристик від запропонованих матеріалів лопатки. Для першої власної форми коливань лопатки виявлена можливість виникнення самозбудних коливань, для другої форми є умови для появи стійких автоколивань.