Отчет по лабораторной работе 1 Определение собственных частот и форм колебаний лопаток турбомашин методом свободных колебаний
 Скачать 108.15 Kb.
|
|
М  инистерство образования и науки Российской ФедерацииФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» (УрФУ) Институт Уральский энергетический (УралЭНИН) Кафедра/департамент «Турбины и двигатели» Отчет по лабораторной работе № 1 Определение собственных частот и форм колебаний лопаток турбомашин методом свободных колебаний По дисциплине «Динамика и прочность турбомашин» Студент: Лапин Д.А. Группа: ЭН-470016 Преподаватель: Целищев М.Ф. Екатеринбург, 2020 1.Цель работы Цель лабораторной работы № 1 – ознакомление с простейшим видом исследования вибрационных характеристик рабочих лопаток паровых и газовых турбин и компрессоров – с определением собственных частот колебаний лопаток методом свободных колебаний. Результатом работы являются значения собственных частот колебаний по первой форме, полученных для ряда лопаток. На основании этих данных, а также замеров основных размеров лопаток на их собственные частоты и построить резонансные диаграммы лопаток. 2.Описание метода Экспериментальное определение собственных частот колебаний лопаток проводится на специальных стендах. При этом колебания лопаток возбуждаются тем или иным искусственным способом. Характер колебаний и их частота анализируются с помощью датчиков или визуальными методами ( по песочным фигурам Хладни или путем освещения стробоскопическими лампами). В данной лабораторной работе используется простейший метод возбуждения колебаний – путем мгновенного приложения нагрузки, то есть ударом. Один из возможных методов определения частоты механических колебаний основан на анализе фигур Лисажу, которые описывает на плоскости точка, участвующая в двух взаимно перпендикулярных гармонических колебаниях. 3.Материальная часть лабораторной работы При выполнении лабораторной работы используются следующие инструменты. 1. Зажимные приспособления: № 1- для лопаток паровых турбин с вильчатым хвостовиком и лопаток компрессоров с зубчатым хвостовиком; № 2 - для лопаток газовых турбин с елочным хвостовиком; № 3 - для лопаток паровых турбин с елочным хвостовиком; № 4 – для лопаток компрессоров с хвостовиком типа “ласточкин хвост”. 2. Пьезокристаллический датчик. 3. Электронная аппаратура в составе: генератор синусоидального напряжения, осциллограф, цифровой частотомер. 4. Резиновый молоток. 5. Набор лопаток. Блок-схема комплекта аппаратуры показана на рис.1.  Рис.1. Блок-схема материальной части лабораторной работы: 1-зажимное приспособление; 2- закладные элементы; 3- зажимной винт; 4- исследуемая лопатка; 5- резиновый молоток; 6- щуп; 7- осциллограф; 8- генератор. 4. Таблица замеренных размеров лопаток Измерение лопаток проводились такими средствами измерения как линейка. Поэтому измеренные геометрические величины являются довольно приближенными.Таблица 1
Расчетная и экспериментальная собственные частоты колебаний лопаток Таблица 2
5.Расчетная собственная частота колебаний Расчетная собственная частота колебаний лопатки определялась по приближенной формуле на основе замеренных геометрических характеристик исследуемых лопаток по следующей формуле.  где Iк и Fк – минимальный момент инерции и площадь корневого сечения, Fп – площадь периферийного сечения, м; Е – модуль упругости, Н/м2; l – длина лопатки, м; - плотность лопатки, кг/м3. Площадь поперечного сечения лопатки F определяется по следующей формуле: F = 0,7٠b٠Cmax, м; b – хорда профиля, м; Cmax – максимальная толщина профиля, м. Момент инерции вычисляется также по приближенной формуле:  где h – максимальный подъем средней линии профиля. С учетом вышеприведенных формул и данных таблицы 1 можно приближенно определить собственные частоты колебаний различных типов лопаток, данные расчетов сведены в таблицу 2. В качестве примера ниже представлен расчет собственной частоты колебаний для первой лопатки. Момент инерции:  = 0,04٠0,105٠0,0173٠ = 9,15٠10-8 м4.Площадь поперечного сечения лопатки в корне и на периферии: Fк = 0,7٠0,105٠0,017 = 0,001249 м2; Fп = 0,7٠0,061٠0,004 = 0,000178 м2. Собственная частота колебаний:  =  ==138,32 Гц. 6. Выводы о согласии расчетных и экспериментальных данных Из таблицы видно, что экспериментальные и расчетные данные не совпадают. Это можно объяснить тем, что были допущены существенные погрешности при измерении геометрических параметров лопатки, а также погрешности, допущенные при измерении собственной частоты лопатки на стенде. Так же результат расчета собственных частот не является надежным вследствие сильного влияния трудно учитываемых факторов (формы перехода от пера лопатки к хвостовику, характера закона изменения площади поперечного сечения по высоте лопатки). Поэтому для практических целей лучше использовать значения собственных частот, которые были получены опытным путем. Из данной работы видно, что частота колебаний снижается с увеличением длины турбинных лопаток и повышается с увеличением ширины хорды, максимального подъема средней линии профиля и максимальной толщины профиля. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||