ВПЛИВ ВИРОБНИЧИХ ВІДХИЛЕНЬ НА ВЛАСНІ ЧАСТОТИ ТА ФОРМИ КОЛИВАНЬ МОНОКОЛІС ТУРБІН
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6885-2025-4-7Ключові слова:
моноколесо турбіни, власні частоти, форми коливань, виробничі відхилення, розрахунково-експериментальний метод, 3D-сканування, неруйнівний контроль, асиметрія моноколеса.Анотація
Мета роботи. Встановлення особливостей коливань моноколіс турбіни, виготовлених методом лиття, та визначення впливу неминучих виробничих відхилень на їхні власні частоти і форми коливань шляхом поєднання розрахункових та експериментальних методів.
Методи дослідження. Застосовано комплексний розрахунково-експериментальний підхід. Розрахункова частина включала модальний аналіз методом скінченних елементів двох моделей: 1) ідеалізованої циклосиметричної моделі з номінальною геометрією та 2) повної моделі, що відтворює фактичну геометрію виготовленого виробу, отриману за допомогою високоточного 3D-сканування. Експериментальна частина складалася з двох етапів: попереднього визначення амплітудно-частотного спектра методом ударного збудження та детального дослідження власних частот і форм коливань з використанням п'єзощупа.
Отримані результати. Підтверджено, що виробничі відхилення спричиняють значні зміни в динамічній поведінці моноколеса. Встановлено розшарування частотного спектра та асиметрію форм коливань, що не прогнозуються моделями з номінальною геометрією. Розрахункова модель, побудована за даними 3D-сканування, демонструє значно кращу кореляцію з експериментальними даними. Експериментально зафіксовано зміщення вузлових діаметрів відносно осі симетрії, що є прямим доказом впливу асиметрії, спричиненої виробничими допусками.
Наукова новизна. Вперше запропоновано та апробовано підхід до контролю якості моноколіс, що базується не на статичному геометричному порівнянні, а на аналізі інтегральної динамічної «сигнатури» виробу – його власних частот та форм коливань. Доведено, що розбіжності між розрахунком для номінальної геометрії та експериментом є не похибкою, а кількісною мірою впливу виробничих відхилень на динамічну поведінку конструкції.
Практична цінність. Розроблено обґрунтування для нового методу неруйнівного контролю, що дозволяє приймати об'єктивні рішення про придатність до експлуатації моноколіс. Запропоновано створення «еталонного» вібраційного паспорта для об'єктивної оцінки якості серійних виробів та діагностики деградації компонентів під час міжремонтного обслуговування, що підвищує надійність та безпеку експлуатації авіаційних двигунів.
Посилання
Kulyk, M., Koveshnikov, M., Petruk, Y., Petruk, B., & Yakushenko, O. (2022). Thermocyclic fatigue and destruction of high pressure turbine blades in their critical sections. Transportation Research Procedia, 63, 2812–2819. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2022.06.326
Zinkovskyi, A. P., Merkulov, V. M., Tokar, I. H., Derkach, O. L., & Shakalo, R. Yu. (2020). Doslidzhennia vplyvu hnuchkosti pera na optymalni umovy spriahennia polyts popарно bandazhovanykh lopatok turbіn [Re-search of the influence of pen flexibility on optimum re-quirements linkings of shelves pairwise shrouded blades of turbines]. Aviatsiino-kosmichna tekhnika i tekhnolo-hiia [Aerospace Technic and Technology], 7(167), 41–49. https://doi.org/10.32620/aktt.2020.8.06
Singh, H. P., Rawat, A., Manral, A. R., Yadev, V., Singh, T., Saxena, P., & Chohan, J. S. (2020). Computa-tional analysis of a gas turbine blade with different mate-rials. Materials Today: Proceed-ings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.06.486
Pridorozhnyi, R. P., Zinkovskii, A. P., Merkulov, V. M., Sheremet'ev, A. V., & Shakalo, R. Yu. (2019). Cal-culation-and-experimental investigation on natural fre-quencies and oscillation modes of pairwise-shrouded cooled turbine blades. Strength of Materials, 51(6), 817–827. https://doi.org/10.1007/s11223-020-00133-6
Poursaeid, E., Aieneravaie, M., & Mohammadi, M. R. (2008). Failure analysis of a second stage blade in a gas turbine engine. Engineering Failure Analysis, 15(8), 1111–1129. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2007.11.020
Shakalo, R. Yu., Pridorozhnyi, R. P., Yakushev, Yu. V., Merkulov, V. M., & Zinkovskii, A. P. (2019). Dempfirovanie kolebanii okhlazhdaemykh poparno bandazhirovannykh rabochikh lopatok turbin [Damping of vibrations of pairwise shrouded cooled turbine blades]. Aviatsionno-kosmicheskaia tekhnika I tekhnologiia [Aerospace Technic and Technolo-gy], 7(159), 109–113. https://doi.org/10.32620/aktt.2019.7.15
Dye, R. C. F., & Henry, T. A. (1969). Vibration characteristics of bladed disc assemblies. ASME Paper 69-VIBR-56. American Society of Mechanical Engineers.
El-Bayoumy, L. E., & Srinivasan, A. V. (1975). Influence of mistuning on the vibration of turbomachine blades. AIAA Journal, 13(4), 460–464. https://doi.org/10.2514/3.49731
Ewins, D. J. (1969). The effects of detuning upon the forced vibrations of bladed disks. Journal of Sound and Vibration, 9(1), 65–79. https://doi.org/10.1016/0022-460X(69)90264-8
Ewins, D. J. (1973). Vibration characteristics of bladed disc assemblies. Journal of Mechanical Engineering Science, 15(3), 165–186.
https://doi.org/10.1243/JMES_JOUR_1973_015_032_02
Ewins, D. J. (1984). Modal testing: Theory and practice. Research Studies Press.
Liao, H., Huang, X., & Li, J. (2010). Mistuning forced response characteristics analysis of mistuned bladed disks. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 132(12), 122501. https://doi.org/10.1115/1.4001054
Judge, J. A., Pierre, C., & Ceccio, S. L. (2011). Method for detecting mistuning in integrally blad-ed rotors (U.S. Patent No. 8,024,137 B2). U.S. Patent and Trademark Of-fice. https://patents.google.com/patent/US8024137B2/en
Imregun, M., & Ewins, D. J. (1991). A study of the experimental difficulties in the modal analysis of mistuned bladed disks. Proceedings of the 9th Interna-tional Modal Analysis Conference (IMAC), 536–542.
Martel, C., & Sánchez-Álvarez, J. (2018). Intentional mistuning effect in the forced response of rotors with aerodynamic damping. Journal of Sound and Vibration, 433, 212–229.
https://doi.org/10.1016/j.jsv.2018.07.020
Zhang, M., Valentin, D., Valero, C., Presas, A., Egusquiza, M., & Egusquiza, E. (2020). Experimental and numerical investigation on the influence of a large crack on the modal behaviour of a Kaplan turbine blade. Engineering Failure Analysis, 110, 104389. https://doi.org/10.1016/j.enfailanal.2020.104389
Jeschke, K. (2020, October 14). 3D scanners measure and inspect aerospace turbine blades. Vision Systems Design. https://www.vision-systems.com/cameras-accessories/article/14181385/3d-imaging-measures-and-inspects-aerospace-turbine-blades
Mohaghegh, K., Sadeghi, M. H., & Abdullah, A. (2007). Reverse engineering of turbine blades based on design intent. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 32(9–10), 1009–1020. https://doi.org/10.1007/s00170-006-0406-9
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
-
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
-
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
-
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
