27. Формы колебаний дисков.

Причинами, вызывающими колебания дисков, являются неполная стационарность и осесимметричность газового потока и вибрации валопровода. Кроме того, случайно возникшие поперечные колебания диска (например, при изменении режима работы двигателя) могут приводить к появлению пульсаций давления в полостях между диском и статором. Эти пульсации давлений на торцы диска в свою очередь поддерживают и развивают его вибрации.

Поперечные изгибные колебания дисков так или иначе связаны с частотой вращения ротора, поскольку частоты всех возбуждающих нагрузок определяются этим вращением. И, поскольку существуют большие трудности в описании амплитуд и характера распределения действующих нагрузок, частоты которых известны, целесообразно поставить задачу изучения спектра частот собственных колебаний диска с целью отстройки конструкции от возможных опасных резонансных режимов.

Диск как упругая система с распределёнными параметрами имеет бесконечное множество дискретных частот и соответствующих им форм собственных поперечных колебаний. Весь спектр форм колебаний делят на три следующих вида:

1. Колебания с узловыми окружностями (рис.4.1,a). На рисунке показаны колебания с одной узловой “окружностью”, которая выродилась в точку (зонтичные колебания), и формы колебаний с двумя, тремя и более узловыми окружностями;

2. Колебания с узловыми диаметрами (рис.4.1,б). Число узловых диаметров может быть равным 2, 3, 4, .... При незакреплённом диске и закреплённом в одной центральной точке колебания с одним узловым диаметром не наблюдаются;

3 . Колебания с фигурами узловых линий, составленными из диаметров и окружностей (рис.4.1,в).

Каждой форме соответствует присущая ей собственная частота. Чем сложнее форма, тем выше частота собственных колебаний.

Для практики представляют интерес колебания основного тона и несколько следующих за ним.

Рис.4.1.Виды и формы собственных поперечных колебаний диска

При рассмотрении собственных колебаний диска можно принять, что рабочее колесо с лопаточным венцом состоит из двух почти независимых частей: обода с лопатками и собственно диска, т.е. круговой пластины, заделанной по периферии в ободе. Парциальные частоты этих двух элементов – собственные частоты отдельно обода и диска как правило значительно отличаются друг от друга. Минимальная частота собственных колебаний обода значительно выше частоты первого тона диска. Поэтому можно с достаточной точностью считать, что каждая из них будет одной из частот собственных колебаний рабочего колеса.

Так как большинство усталостных разрушений рабочих колёс происходит вследствие опасных колебаний собственно диска, целесообразно рассматривать собственные колебания плоских и слабоконических дисков при различных случаях их заделки.

28. Статоры осевых турбин.

Статор турбины включает: корпус, сопловые аппараты, опору турбины и соединяе­мые с ними неподвижные детали (например, уплотнения, элементы подвода охлаждающего воздуха и др.).

Корпус турбины

Как правило, корпус турбины представляет собой оболочку в виде усеченного конуса. В нем размещены и закреплены сопловые аппараты. Корпус турбины осуществляет основ­ную связь с КС, с опорой турбины и с выходным устройством двигателя. Он также формиру­ет внешнюю границу проточной части газового тракта. Обычно корпус турбины бывает со­ставным. Разъемы в нем чаще всего выполняют поперечными. Число разъемов определяется конструкцией турбины, количеством каскадов и ступеней турбины.

Деформация корпуса турбины должна быть минимальной, т.к. она приводит к мест­ному уменьшению радиальных зазоров.

Для уменьшения массы соединительных фланцев между отверстиями под крепежные болты выполняют выборки металла (фрезеровки).

Корпус чаще всего изготавливают из листового материала сваркой встык (по обра­зующей) с последующей приваркой фланцев.

В корпусе предусматривают специальные лючки для обеспечения возможности ос­мотра состояния лопаток в процессе эксплуатации.

Сопловые аппараты

Сопловые лопатки, собранные в кольцевую решетку, образуют сопловой аппарат (СА). Он служит для частичного преобразования потенциальной энергии газа в кинетиче­скую. В каждой ступени турбины СА устанавливают перед рабочим колесом (рис. 2.4.12).

По сравнению с РЛ лопатки СА испытывают значительно меньшие механические на­грузки. Но они подвержены действию высоких температурных напряжений, особенно 1-й СА при запуске и на переходных режимах работы двигателя. На надежность лопаток СА не­гативное влияние оказывает неравномерность температурного поля на выходе из КС, осо­бенно окружная (которая бывает ±100К и более). Она приводит к различным термическим удлинениям отдельных лопаток. Для того чтобы данное явление не приводило к короблению деталей СА, его лопатки закрепляют в наружном силовом корпусе, обеспечивая свободу их удлинения в направлении внутреннего корпуса, который должен обладать малой жесткостью или быть разрезным [2].

Сопловые аппараты обычно не включают в силовую схему двигателя. Лопатки СА нагружены только силами, возникающими при обтекании их газом.

В тех случаях, когда у двух- или трехвальных ГТД подшипниковый узел размещен внутри турбины (рис. 2.4.6 и 2.4.7), то СА используют в качестве конструктивного элемента опоры. Но при этом силовую связь наружного корпуса турбины и внутреннего корпуса под­шипникового узла осуществляют с помощью радиальных силовых стоек, имеющих оваль­ное или приплюснутое сечение. Обычно их бывает 6 штук.

В такой конструкции внутри полых лопаток СА прокладывают не только указанные силовые стойки, но и размещают трубопроводы подвода и слива масла, трубы суфлирования и другие коммуникации. Т.к. эти трубопроводы проложены внутри раскаленных сопловых лопаток, то очевидно, что их надо защищать от перегрева.

В ряде ГТД лопатки СА объединяют в блоки, включающие от двух до четырех ло­паток.