Введение к работе
Актуальность работы. Одним из перспективных путей повышения надежности работы турбоагрегатов является создание и совершенствование систем технической диагностики. Такая авария как усталостное разрушение ротора способна принести ощутимый материальный урон. Ротор турбины, испытывающий на себе знакопеременные нагрузки, накапливает повреждения, и в местах концентраторов напряжений может развиться усталостная трещина. В мировой практике эксплуатации турбин нередки случаи, когда усталостные трещины достигали больших размеров и приводили к аварии. Так. в США и Канаде в 80-е годы было зарегистрировано 8 аварий, связанных с развитием усталостной трещины в роторе турбины. У нас в стране также известны случаи появления усталостных трещин в роторах мощных турбин и генераторов.
Анализ показывает, что появление и развитие трещины вызывает изменение спектра вибрации ротора . Поэтому постоянный мониторинг вибросостояния ротора может стать эффективным средством диагностики трещин. Идентификация трещин по спектру вибрации в процессе работы турбины .имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами контроля (ультразвуковой, рентгеновской дефектоскопией) , так как не требует остановки и вскрытия машины. Эксплуатационный контроль позволяет предотвратить внезапное разрушение ротора и , в некоторых случаях, пред лить межремонтный период .
Целью данной работы является изучение спектра вибрации ротора с поперечной краевой трещиной и обоснование таких признаков развития трещины, которые могут быть использованы системой диагностики для идентификации данного дефекта.
Научная новизна результатов, полученных автором . заключается в следующем. Впервые;
1. Для достоверного описания процесса изменения жесткости в районе трещины предложена методика построения конечного элемента, отражаю щего основные особенности деформации ротора в окрестности трещины.
V. Проведен анализ влияния фактора нелинейности на амплитуды рад личных гармоник.
я. пгю^нована возможность использования первой гармоники для -эффективной диагностики трещины.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена проведенной оценкой точности математической модели, применением современных численных методов решения, использованием современных методов измерений и выполненной оценкой погрешности. Использованная расчетная
- -і -
методика была проверена на таких примерах, которые допускают аналитически точное решение.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены
1. На Всероссийском научном семинаре РАН "Проблемы динамики и прочности электро- и энерго- машин" г. С-Петербург 1993 г.
?,. На семинаре сектора прочности кафедры ПГТ МЭИ май 1995 г.
3. На заседании кафедры ПГТ МЭИ июнъ 1995 г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы тезисы одного доклада, две статьи и четыре отчета по НИР МЭИ за 1У90-1994 гг.
Личный вклад автора. Автором выполнен.
1. Обзор и анализ литературных данных. Разработана и обоснована программа исследований.
с. Предложена методика построения конечного элемента, отражающего основные особенности деформации ротора в окрестности трещины.
И. Разработана программа для расчета на ПЭВМ
а) вибрации одномассового ротора с поперечной трещиной (в линейной
нелинейной постановках);
б) ротора с распределенными параметрами, содержащего поперечнук
краевюу трещину (в линейной постановке).
4. Проведен эксперимент для двухопорного ротора с усталостной
трещиной.
5.Проведен анализ экспериментальных и теоретических результатов.
Автор защищает результаты теоретических и экспериментальных исследований вибрации ротора с трещиной. Методику построения конечного элемента, отражающего присутствие трещины. Целесообразность использования 1-й гармоники спектра вибрации ротора для диагностики трещины.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения.списка литературы из 96 нименовании. Работа содержит 94 страниц машинописного текста, SO рисунков и 2 приложения.
AfrryajibtipcjjbjrpofiJieiiK. Из теории ГТД известно, что идеальннЯ
ТерГІОЯЙПаїШЧеСКПЯ ЦИКЛ ПЄрИОДИЧЄОКОГО СГОраЕ I С ПС 5 О ЕОВНЕЄНЗЄК
лзвло;тіш в процессе сгорашш обеспечивает ГТд более вноогаШ Ш1Д, чем пдкл р -const. Впервые такие шпиш были -«алнэозаин з FT? Кароводнпа - с одлоклаш.'-'ішли камерами с 0ІСК ) сгорания я э ГТ7 Хольцварта - о трекклапанкюгн камерами с ТГОС з и о двужйяапапнкжг каиерпия сДКК >. В настоящее врекя наиболее шгроко распространен! ГТД р'сопзг, так как конструкция ГТД ПС сложна и гх работа сопровождается зпачнтелышин потерями в про„ассе р-сгшрзяЕЯ прл дросселировании в сопловом клапане с СК ) а яря переменной резкие работа v/рбитга, одна'"> принципиальное термодинамическое преимущество цииа v-const заставляет ученая к ксетрукторов лостоиггао обращаться к этому шпслу. Вопроса теоряв ГТД о ДКК разрабстазз слабо, что не позволяет с достаточным обоснованней проводить ах совертенствовгігае. Так isait эксперимент на ГТД ПС по техпячесгата а ОЕономпческпм причинам трудоемок я дорог, то целесообразна расчетная оптимизация конструкторских я те^иодинаннчесизя паранетроа ГТД ПС. Поэтому созданная п работе экспериментально обоснованная цетодика рас'то процесса сгорания а газодикашпескях процеоооп течения газа в трасте камера - тур<таіа, позволяехщш оптшшзировать н повисить эффективность ГТД* ПС, является актуальной.
Цель исследования., Создание экспериментально обоснованной фз-згпю-катекатичеокоЭ ноделп реальных процессов егораияя, раопвренпя я наполнения в ГТД ПС о ДКК, разтботка програм!} расчета дня проведения расчетно-теоретического исследования гачоляканпчеакаж ч>-терь в турбине, позволяете оптимизировать геометрические плранет-рц в тракте камера-турбина для реализации преимущества цикла ПС
НЮйая_ноі.изна заключается в след-и,' и;
-
На основе расчетно-теоретического анализа результатов экспера-аепта, проведенного с ДКК ГТД ПС определены коэффициента в уравнении сгорания в форме И. К. Вибе и показано, что характер изменения скорости тепловыделения в камерах ГТД ПС является проыеауточшга иехду изменением скорости для камер дизелей Я'карбвраторзых ЛВС.
-
Разработана физическая модель общего случая процесса нзполневіш в ДКК ГТД ПС и получено уравнение политропы в процессе сгорания гри наличии в км'-\*; газовой подушки.
?. Пр<:т,сдец- ргк-іетнг>-теоретическое всследованле потерь в тракте
камера-турбина я определены потерв на дросселирование в СК, при входе в рабочее колеоо сРК > и о выходной скоростью, что отличае турбввн в ГТД ПС от турбин в ТТЛ p-const.
Практическая ценность. Предложенная физикс-математичеокая иодаяь раочета процеооов огораввя, расширения щ ваполненвл н разработанные на их основе програмна раочета параметров позволяют, ве прибегал к вкопериненту, определить параметры ГТД ПС, рекомендовать эксперимента; -ю обооновавное фазораопределение в получить ГТД ПС максимально! эффективности.
Реализация, результатов работы. Оск-.вныв результаты иооледова-енЗ использованы прь выполнения гообнщжетных и хоздоговорных работ а НИИЭМ ЫГТУ ам. Н. Э. Баумана, при исследовании перспективного ГТД ПС в .uffil мм. Малышева. Результаты работы иопользованы прв разработке турбоотартера малой мощноотв в Рыбиноком КБ, а также прв выполнении работы по теме "Разработка к ооздание опытного образца турбоотартера :,л пуска авиационных ГТД" по программе "Конверсия а высокие технологии".
ft проба ття работы. Основные положения диооертации докладывались в обсуждались ва Всесоюзной межвузовской конференции "Газотурбинные и комбинированные уотановки" в 1991 г., на научно-техннчеокой конференции "Высшая школа Роооии в конверсия" в 1993г.
П'Тликашш. По теме диооертации опубликовано 3 отатьв, тезисы 4-х докладов.
Объем работы. Дисоертацил ооотоит из введення, четырех глав, заключения и списка литературы. Она оодержит 178 страниц ос-овного текота, 66 рисунков, з таблицы, в страниц оо списком литературы, включающим 64 наименования.