Частотная отстройка.
Частотная отстройка является наиболее распространенным способом борьбы с колебаниями лопаток.
Необходимость отстройки определяется на этапе проектирования при помощи резонансной диаграммы. Как и для роторов ГТД, применяется частотная отстройка вверх или вниз. Поскольку собственные частоты лопаток имеют небольшие индивидуальные различия, а регулятор двигателя также поддерживает обороты с некоторой индивидуальной погрешностью, отстройка от резонанса должна быть не менее, чем на 10% по оборотам двигателя.
Изменение собственной частоты лопатки обычно производится при помощи изменения толщины ее сечений в требуемых местах (применение шарнирного замка, устраняющего первую изгибную форму колебаний, также можно рассматривать как способ частотной отстройки). Если изменение толщины сечения превышает 20%, необходимо перепрофилировать лопатку, произведя новый расчет течения газа через лопаточную решетку. В качестве экстренного способа частотной отстройки применяется подрезка уголков лопатки (например, турбина двигателя Р11-300), но это нежелательно, так как рассчитанное оптимальное течение газа в таком случае будет искажено.
После частотной отстройки необходим повторный расчет статической прочности лопатки, так как ее сечения были изменены.
Частотную отстройку затрудняет то, что, уходя от одного резонанса, можно попасть на другой. Против автоколебаний частотная отстройка бесполезна.
Для дисков ГТД частотная отстройка также является наиболее распространенным способом борьбы с колебаниями (тем более, что применение демпферов в дисках не всегда возможно). Изменение собственных частот диска осуществляется за счет изменения его сечения.
Демпфирование.
Для борьбы с колебаниями лопаток и дисков применяются, как правило, демпферы сухого трения.
Энергия колебаний может рассеиваться при трении проволок внутри троса, пропущенного через отверстия в пере лопатки (рис. 16. 8, а). Трос может быть заменен трубкой (рис. 16. 8, б), при этом трение реализуется между поверхностями трубки и отверстия в пере лопатки. Трение может осуществляться между боковыми поверхностями антивибрационных (рис. 16. 8, в) или бандажных полок. Однако все эти демпферы, расположенные в проточной части, ведут к некоторым газодинамическим потерям на их обтекание.
а б в
Рис. 16.8. Демпферы лопаток, устанавливаемые в проточной части
Поверхность трения может быть образована разрезом замка или пера лопатки (рис. 16.9, а). На лопатки устанавливаются штифты (рис. 16.9, б), демпфирующие втулки (рис. 16,9, в), многослойные пакеты металлических лент (рис. 16.9, г).
а б
в г
Рис. 16.9. Демпферы колебаний в замках лопаток
Детали из композиционных материалов обладают большим рассеиванием энергии при внутреннем трении в материале (в десятки раз больше, чем у стали). В этом одна из важных причин стремления к применению композиционных материалов.
Демпфирование за счет рассеивания энергии уменьшает амплитуду колебаний на резонансе. Частота при этом изменяется незначительно (на несколько процентов даже при большом демпфировании). В отличие от этого частотная отстройка изменяет собственную частоту колебаний, практически не меняя амплитуду колебаний на резонансе.