Способ определения поврежденности ротора турбомашины

(ллем, М Сй ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ 011 РЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕ 1 КДЕННОСТИ РОТОРА ТУРБОМИ 1 И 1 Ы(57) Изобретение относится к устглостИзобретение относится к усталостным испытаниям, а именно к способам определения поврежденности ротора турбомашины.Цель изобретения - повышение точности определения поврежденности в виде трещины за счет исключения погрешностей, связанны;: с изменением Физико-механических характеристик материала и разогрева ротора, а также повышение точности локализации поврежденности.На Фиг.1 представлена схема ротора; на Фиг.2 - сечение А-А на Фиг.1.Устройством для реализации способа служит основание с опорами в виде подвесок, вибратор и средства определения собственных частот и характеристик затухания. В качестве статических.БО, 16423 О 9 А 1 ным испытаниям, а именно к способамопределения поврежденности ротора турбомашины. Цель изобретения - повышение точности определения поврежденности в виде трещины за счет исключения погрешностей, связанных с изменением физико-механических характеристик материала и разогрева ротора,а также повышение точчости локализации поврея:,е 11 нос.и, Ротор под:-ер.:гю-.иэг 11 бньм колебаниям при рг;.крь 1 той изакрытой трещин . Разность собственных частот в этих по;.оже 1 в 1 ях является характеристикой поврежденнос г 11 ротора. 2 з. и, ф-лы, 2 ил. иэгибных усилий мОжни 11 скэльэов ать силу веса ротораСпособ реализуется следую 11.,им спо" собомРотор подвешивают нг пружи 11 ных подвесках и устанавливают на нем вибратор причем жесткость подвесок выбирают иэ условия раве 11 ства частот колебаний системы ротор-подвеска в го. риэонтальной и вертикапьной плоскостях, разность не превышает ЗХ. Лри таком условии максимальна добротность колебательной системы. Определяют собственные частоты пэгибных колебаний при открытом и эгкрь 1 том состоянии трещины, что достигается соответствующим поворотом ротора относительно статической нагрузки с 11 ль 1 веса. По разности соответствующих час 1642309тот судят о величине поврежденности.Локализовать трещину можно путем определения высших частот спектра, которые по-разному изменяются при наличии5трещины в зависимости от локализациитрещины,Для реализации способа проводятна описанном роторе соответствующиетарировочные испытания, 10Ротор 1 содержит т.рещину 2, последовательно выращиваемую и завариваемую в зонах 3 наибольшего повреждения,По образующей ротора 1, смещеннойна 90 по отношению к плоскости симометрии трещины, устанавливают датчики 4 деформаций. В плоскости симмет"рии трещины 2 на ротор 1 воздействует вибратор 5. Ротор 1 подвешен напружинные опоры 6.20Способ осуществляют следующим образомоРотор устанавливают горизонтальнов опорах на пружинных подвесках. Дпявыполнения указанного условия различия частот колебаний в горизонтальной и вертикальной плоскостях не более 3% достаточно, чтобы частота колебаний недеформируемого ротора в подвесках была на порядок меньше частоты низшей собственной формы колебаний. При характерной низшей частотедля ротора паровой турбины 100 Гц требуется проседание пружин под весомротора, равное 3 мм. Выполняют искусственный надрез в характерном сечении,где развиваются трещины при длительной эксплуатации, Устанавливают вибратор и возбуждают горизонтальные резонансные колебания, вызывающие рост 40трещины из надреза под действием многоцикловых изгибных нагрузок. Контролируют уменьшение резонансной частоты, увеличение декремента и изменениефазы колебаний, Рост трещины прекращают, когда уменьшение резонанснойчастоты по любой из контролируемыхнизших форм достигает ширины соответствующей резонансной кривой. Послеэтого неразрушающими методами, например методом электропотенциала, определяют размеры трещины. Устанавливают датчики деформации и определяютсвязь между изменением частоты, декремента, фазы и деформациями, вызываемыми вибрационными нагрузками, атакже характеристиками (размеры, место расположения) трещины. Затем тре-,шину заваривают и повторяют изложенную последовательность действий по меньшей мере в трех сечениях. Такая последовательность действий позволяет найти связь между уменьшением собственных частот колебаний ротора по первым собственным формам и размерам, а также место расположения (координата поперечного сечения ротора в направлении оси вращения).Выявленная связь позволила рассчитать на ЭВМ номограммы, используемые для определения размера и местоположения трещины в роторе по изменению указанных вибрационных характеристик, Эти номограммы используются при вибродиагностике трещины в ро-. торе, .осуществляемой без вскрытия цилиндра, когда ротор подвешен в специальных опорах, позволяющих возбудить в нем резонансные колебания по собственным формам, 11 ри этом о ресурсе ротора судят по размеру трещины, определяя число циклов до разрушения по известным соотношениям механики разрушения, например по зависимости Пэриса.П р и м е р. Ротор высокого давления турбины АТподвешен в пружинных опорах на стенде московской экспериментальной ТЭВ ВТИ. Длина ротора 3988 мм, вес 4120 кг. В зоне осесимметричного концентратора (тепловая канавка) выполнен трещиноподобный надрез (фрезой), заострен кислотой. Под действием установленного в горизонтальной плоскости вибратора 5 на 100 Гц инерционного типа (стандартный электродвигатель постоянного тока с неуравновешенной массой) настраивается частота силовых воздействий на первую низшую форму колебаний ротора (114 Гц), Периодически контролируют уменьшение низших (первых пяти) резонансных частот при развитии трещины и при уменьшении резонансной частоты на величину, равную ширине резонансной кривой (приблизительно на 1 Гц), после чего рост трещины прекращают, а размеры ее уточняют методами неразрушающего контроля. В данном случае метод электропотенциала показал, что площадь трещины Й = = 2,7% Р вала ротора, где Р - площадь сечения вала в плоскости трещины, Поворачивают ротор так, чтобы тре. щина закрылась (верхнее положение), По горизонтальной образующей на поверхности вала датчиками деформации09Формула 15 5 16423 измеряют распределение по длине деформаций, вызванных вибрационными нагрузками по первым пяти формам резонансных колебаний. Эти измерения совместно с расчетными номограммами обе 5 суечивают получение явного выражения искомой связи в видеЬиУ = - ЬБЙ12 10 где ЬИ, ЬУ - изменение частоты и потенциальной энергии при развитии тре- щиные П = - 2 М (Х) Ь(К,(11где М(Х) - изгибающий момент, определяемый по показаниямдатчиков деформации; Ь(К,(1 - приращение податливостиротора в плоскости "Х"развития трещины 1Кн Ь(К (1 =5,5 ( -- -) --с (р К-Кб 2 Е 1 )где 1 - глубина трещины;25 К, К б - наружный, внутренний радиус вала ротора;Е - модуль упругости;1 - момент инерции 2(М)зхп 2 Жф2Полученные соотношения использованы для расчета на ЭВМ удобных номограмм, обеспечивающих необходимую точность определения размеров и место- З 5 положения (глубина 1, местоположениеиХ, угол 0 трещины) при реализации способа без вскрытия цилиндра турбины в условиях действующей ТЗС. В проведенных испытаниях проседание рото ра на пружинных подвесках составило 3 мм. При этом разность частот колебаний при горизонтальном и вертикальном воздействии вибрационных усилий составила 2,6 М. 45 изобретения 1. Способ определения поврежден- ности ротора турбомашины, заключающийся в том, что ротор устанавливают на двух опорах, возбуждают в нем изгибные колебания и определяют частоту собственных колебаний, по которой определяют характеристику поврежден- ности, о т л и ч а ю щ и й с я тем что, с целью повышения точности определения поврежденности в виде трещины за счет исключения погрешностей, связанных с изменением физико-механических характеристик материала и разогрева ротора, определяют направление раскрытия трещины, прикладывают к ротору статическую изгибную нагрузку в направлении раскрытия трещины и в противоположном направлении, изгибные колебания возбуждают при каждой статической изгибной нагрузке в направлении ее действия, а в качестве характеристики поврежденности определяют разность этих частот. 2, Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности локализации поврежденности, дополнительно определяют частоты высших форм изгибнь.х колебанийпри каждой из статических н,.грузоки характеристики затухания колебаний,с учетом которых судят о новрежденности ротора,3. Способ по п 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что ротор устанавливают на опорах с помоцью упругих элементов, жесткость которых выбирают из условия равенства частот собственных колебаний в направлении приложения статической нагрузки и в перпендикулярном направлении.1642309 дактор М.Бандур аж 40 ис роизводстве Заказ 141ВНИИПИ Государственно11303 Составитель Д,11 оспелов Техред М.Дидык Корректор М.11 ожо комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 тельский комбинат Патент , г, Ужгород, ул, Гага