RU2029269C1 - Способ испытания лопаток турбомашины на усталость - Google Patents
Способ испытания лопаток турбомашины на усталость Download PDFInfo
- Publication number
- RU2029269C1 RU2029269C1 SU4871684A RU2029269C1 RU 2029269 C1 RU2029269 C1 RU 2029269C1 SU 4871684 A SU4871684 A SU 4871684A RU 2029269 C1 RU2029269 C1 RU 2029269C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- blade
- testing
- shank
- fatigue
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Использование: при испытании лопаток турбомашины на усталость. Сущность изобретения: закрепляют лопатку за хвостовик и периферийное сечение профиля пера в приспособлении, причем элементы крепления фиксируют на упругих элементах, соединенных с основанием приспособления, устанавливают на вибростенд и возбуждают колебания лопаток по основному тону для двухопорной схемы закрепления. 3 ил.
Description
Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам испытания лопаток турбомашин на усталость.
В процессе доводки авиадвигателей часто возникает необходимость определения несущей способности и коэффициентов запаса по переменным напряжениям лопаток турбины. Запас по усталости является нормируемой величиной. Значение предела выносливости определяется, как правило, экспериментальным методом.
Анализ существующих схем и конструкций показал, что они имитируют нагруженность пера лопатки, но не достаточно близко к реальным условиям. При закреплении лопатки за тонкую бандажную полку и зуб "елочного" замка в радиусе перехода бандажной полки в перо и в корневом сечении наводятся статические напряжения, которые вызывают разрушение лопатки при испытаниях. Особенно это сказывается при испытаниях лопаток последних ступеней турбомашин, имеющих значительную длину пера, тонкую ножку хвостовика и малую толщину бандажной полки.
Для анализа причин разрушения, оценки влияния различных технологических факторов (модифицирования сплава, качества, заполировки кромок, наличие расширенных литейных дефектов) на усталостные свойства лопаток необходимо приближение условий испытаний к реальным.
Известен способ испытания на усталость лопаток турбин, при котором лопатку зажимают на вибростенде консольно, за замок, зажатие замка осуществляют за пару противоположных зубьев или впадин со стороны его свободного конца, а полку лопатки фиксируют с двух сторон в направлении усилия зажатия замка [1].
Недостатком этого способа является то, что при закреплении лопатки за хвостовик максимальные динамические напряжения действуют в корневом сечении в отличие от распределения напряжений в пере лопатки при работе ее в реальных условиях и колебаниях по высокочастотным формам. Зажатие нижней бандажной полки точечными упорами приводит к разрушению полки от фреттинга. Кроме того, при значительной длине лопатки, тонкой и высокой бандажной полке возникают разрушения как в радиусе перехода профильной части пера в бандажную полку, так и самой полке. Разрушения такого рода приводят к необходимости проведения повторного испытания, что увеличивает стоимость исследования.
Наиболее близким техническим решением является способ для усталостных испытаний лопаток турбомашин [2], заключающийся в том, что лопатку при испытаниях дополнительно фиксируют за полку, а зажатие хвостовика осуществляют в крайней точке со стороны его свободного конца, например за первый зуб хвостовика.
К недостаткам этого способа следует отнести действие значительных оптических напряжений от зажатия бандажной полки, действие зоны максимальных напряжений только в прикорневых сечениях пера лопатки, а также фреттинг-усталость бандажной полки с последующим разрушением.
Целью изобретения является приближение условий испытания к эксплуатационным.
Цель достигается тем, что в способе испытания лопаток турбомашин на усталость производят закрепление лопатки в приспособлении, устанавливают на вибростенд и создают колебания. Закрепляют лопатку в приспособлении за хвостовик и периферийное сечение профиля пера, причем элементы крепления фиксируют на упругих элементах, соединенных с основанием приспособления и возбуждают колебания лопаток по основному тону для двухопорной схемы закрепления.
По сравнению с известными заявляемое техническое решение имеет отличительные признаки: закрепление лопатки в приспособлении за хвостовик и периферийное сечение профиля; элементы крепления фиксируют на упругих элементах, соединенных с основанием приспособления; возбуждение колебаний лопаток по основному тону для двухопорной схемы закрепления. Следовательно предложенное техническое решение соответствует требованию "новизна". По всем отличительным признакам проведен поиск по научно-технической и патентной литературе. Аналогичных технических решений со сходными признаками не найдено. Следовательно, предложенное техническое решение соответствует требованию "Существенные отличия".
На фиг.1 изображена схема закрепления лопатки в двухопорным приспособлении; на фиг.2, 3 - распределение напряжений вдоль профиля пера лопатки в зависимости от способа закрепления, где 1 - спинка; 2 - входная кромка; 3 - выходная кромка.
Сущность заявляемого способа заключается в том, что испытываемую лопатку закрепляют за хвостовик и периферийное сечение профиля в приспособлении с двумя упругими элементами, соединенными с основанием приспособления и возбуждают колебания по основному тону для двухопорной схемы закрепления. Замок лопатки 1 устанавливают в зажиме 2, который при помощи болтов жестко крепят в рамке 3. Другой конец лопатки - часть пера у верхней бандажной полки - жестко крепят в профильном ложементе 4. Рама 3 и профильный ложемент 4 расположены на упругих элементах 5, которые с помощью болтов прикреплен к основанию приспособления 6, установленному на стол вибростенда.
При возбуждении колебаний по первой изгибной форме распределение напряжений вдоль пера лопатки характеризуется пологим максимумом, расположенным на расстоянии 0,5 - 0,7 длины лопатки от подошвы хвостовика. Напряжение в ножке лопатки при этом в 1,6-2,0 раза ниже, чем в месте максимальных напряжений. Величину амплитуды перемещения лопатки контролируют в средней части пера (см.фиг.1).
П р и м е р. Для обработки методики проведения усталостных испытаний при двухопорном закреплении были использованы лопатки III ступени турбины вентилятора двигателя Д-18Т. Для построения эпюры распределения напряжений и проведения динамической тарировки 6 шт. лопаток были препарированы тензорезисторами типа КФ базой 5 мм по схеме, представленной на фиг.2,3. Динамический модуль упругости для сплава ЖС3ДК Еg = 2,12˙104 кгс/мм2. Эпюра действия напряжений представлена на фиг.3, откуда следует, что распределение напряжений вдоль пера лопатки характеризуется пологим максимумом, расположенным на расстоянии 150-180 мм от подошвы хвостовика. Напряжения в ножке лопатки при этом в 1,6-2,0 раза ниже, чем в месте максимальных напряжений. В результате тарировки получили зависимость
σ = 15 кгс/мм2 _→ 2А = 1,0 мм, где σ - динамические напряжения;
2А - амплитуда колебаний точки контроля.
σ = 15 кгс/мм2 _→ 2А = 1,0 мм, где σ - динамические напряжения;
2А - амплитуда колебаний точки контроля.
Испытание по определению предела выносливости проводили при комнатной температуре стандартным методом в соответствии с требованиями ОСТ 100870-77. База испытаний для лопаток из сплава ЖС3ДК N = 20 ˙106циклов. Частота колебаний лопаток III ступени по основному тону при двухопорном закреплении f = 350 Гц. При закреплении такой же лопатки по схеме прототипа f = 120 Гц. За предел выносливости принимали уровень напряжения, при котором заданную базу испытаний отработали без разрушения не менее 8 лопаток.
Точка контроля амплитуды условно находится на входной кромке на расстоянии В/2, где В = 230 мм - расстояние между элементами крепления замка лопатки и периферийного сечения. Разрушение лопаток происходило по входной и выходной кромкам на расстоянии 140-200 мм от подошвы хвостовика, в то время как при испытании по способу прототипа имели место разрушения по ножке и полке замка.
В результате проведенных работ по испытанию лопаток I-IV ступеней ТВ двигателя Д-18Т выявлен ряд преимуществ предлагаемого способа двухопорного закрепления лопаток при усталостных испытаниях: метод позволяет повысить частоту колебаний лопаток в 2-3 раза, что ускоряет проведение испытаний; позволяет контролировать большую часть пера лопатки, расположенную на расстоянии 0,5 - 0,7 длины лопатки от подошвы хвостовика, что приближает условия работы лопатки к реальным; исключает разрушение нижней бандажной полки лопатки и ножки замка.
Claims (1)
- СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИНЫ НА УСТАЛОСТЬ путем размещения хвостовика лопатки в элементах крепления приспособления, установку последнего на вибростенде с последующим возбуждением колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем приближения условий испытания к натурным, при выполнении элементов крепления упругими дополнительно устанавливают периферийное сечение пера лопатки в элемент крепления, а колебания осуществляют с заданной частотой по основному тону для двухопорной схемы крепления.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4871684 RU2029269C1 (ru) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | Способ испытания лопаток турбомашины на усталость |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4871684 RU2029269C1 (ru) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | Способ испытания лопаток турбомашины на усталость |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2029269C1 true RU2029269C1 (ru) | 1995-02-20 |
Family
ID=21539105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4871684 RU2029269C1 (ru) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | Способ испытания лопаток турбомашины на усталость |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2029269C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2675078C1 (ru) * | 2017-12-29 | 2018-12-14 | Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Устройство для закрепления рабочей лопатки турбомашины с замковым элементом при усталостных испытаниях |
CN111811762A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-10-23 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种叶片疲劳试验夹具 |
-
1990
- 1990-10-08 RU SU4871684 patent/RU2029269C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 996894, кл. G 01M 7/00, 1985. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 1276937, кл. G 01M 7/00, 1989. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2675078C1 (ru) * | 2017-12-29 | 2018-12-14 | Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Устройство для закрепления рабочей лопатки турбомашины с замковым элементом при усталостных испытаниях |
CN111811762A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-10-23 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种叶片疲劳试验夹具 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6601456B1 (en) | Fretting fixture for high-cycle fatigue test machines | |
US8479586B2 (en) | Device for fatigue testing a specimen | |
CN112710448B (zh) | 一种可施加联合应力载荷的谐振疲劳试验方法 | |
EP1602914A2 (en) | An apparatus and a method for testing attachment features of components | |
CN105209882A (zh) | 将高频摩擦应力和低周疲劳结合的试验台 | |
Bessone et al. | Investigation on the dynamic response of blades with asymmetric under platform dampers | |
Braut et al. | Application of modified Locati method in fatigue strength testing of a turbo compressor blade | |
RU2029269C1 (ru) | Способ испытания лопаток турбомашины на усталость | |
CN110849568B (zh) | 一种结构疲劳寿命的试验方法 | |
Wang et al. | Investigation of vibration characteristics of titanium wide-chord fan blade | |
RU2767594C1 (ru) | Способ усталостных испытаний лопастей воздушного винта и установка для его осуществления | |
Afolabi | Natural frequencies of cantilever blades with resilient roots | |
Qu et al. | Experimental crack propagation and fracture failure analysis of the titanium alloy blade subjected to high cycle fatigue | |
D’Ambrosio et al. | Forced response of shrouded bladed disc assemblies: A jointed experimental numerical approach | |
Feiner et al. | System identification of mistuned bladed disks from traveling wave response measurements | |
RU2052787C1 (ru) | Стенд для динамических испытаний конструкций балочного типа воздушного винта летательного аппарата | |
Orsagh et al. | Examination of successful modal analysis techniques used for bladed-disk assemblies | |
Ahmed et al. | Experimental Investigation of Three-Dimensional Shroud Contact Forces in Forced-Vibration Testing of a Shrouded Blade | |
Witek | Experimental crack propagation analysis of the compressor blades working in high cycle fatigue condition | |
RU2196313C2 (ru) | Способ динамических испытаний лопастей рулевого винта вертолёта на усталостную прочность | |
CN221667217U (zh) | 一种带缘板阻尼器叶片的振动测试装置 | |
Toor | A unified engineering approach to the prediction of multiaxial fatigue fracture of aircraft structures | |
Datko Jr et al. | The Aeromechanical Response of an Advanced Transonic Compressor to Inlet Distortion | |
RU2770538C1 (ru) | Способ повышения надежности щелевого устройства компрессора газотурбинного двигателя | |
Berruti et al. | Friction damping of interlocked vane segments: experimental results |