RU2284492C1 - Method of and device for testing bladed machine rotor housing for damage containing ability - Google Patents

Method of and device for testing bladed machine rotor housing for damage containing ability Download PDF

Info

Publication number
RU2284492C1
RU2284492C1 RU2005112082/28A RU2005112082A RU2284492C1 RU 2284492 C1 RU2284492 C1 RU 2284492C1 RU 2005112082/28 A RU2005112082/28 A RU 2005112082/28A RU 2005112082 A RU2005112082 A RU 2005112082A RU 2284492 C1 RU2284492 C1 RU 2284492C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blade
feather
section
zones
rotor
Prior art date
Application number
RU2005112082/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Александрович Балуев (RU)
Борис Александрович Балуев
Николай Григорьевич Бычков (RU)
Николай Григорьевич Бычков
Алексей Викторович Першин (RU)
Алексей Викторович Першин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова"
Priority to RU2005112082/28A priority Critical patent/RU2284492C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2284492C1 publication Critical patent/RU2284492C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention can be used at testing housing of bladed machine rotors for damage containing ability and investigation of impact actions on said housings. According to proposed method, prior to testing, cross-section is weakened on one of blades of rotor which is arranged inside fixed housing. Then rotor is spinned to preset revolutions at which indicated blade breaks off and strikes against housing. Damage containing ability of housing is evaluated by traces left by said blade. Prior to testing, weakening cross cut of blade feather in near-lock part is made and paired cuts parallel to weakening cross cut are made which form zones of thermal expansion, edge and middle bridges arranged successively on cross weakened section of blade feather. Cuts are made so that blade feather section weakened by cross cut is within the limits of cut heights. Stress concentrator-cut is made on surfaces of edge and middle bridges within the limits of which weakening cross cut is made. Then heaters are installed on surfaces of zones of thermal expansion and when rotor attains preset speed, said zones are heated. Device contains rotor with blades including feather and lock arranged inside housing, drive to spin rotor and rotation control system. Weakening cross cut in near-lock zone is made in feather of blade which should break off, and paired cross cuts are made parallel to weakened cross section of blade feather which form thermal expansion zones. Heaters are installed on thermal expansion zones.
EFFECT: reduced labor input, increased reliability of results of tests.
6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к испытаниям корпусов роторов лопаточных машин на непробиваемость и исследованиям ударных воздействий на них.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to testing the impeller rotor bodies of casings for impenetrability and to studying impact effects on them.

Исследования корпусов лопаточных машин на способность удерживать элементы конструкции роторов и их фрагменты в случае разрушения ротора, т.е. на непробиваемость корпуса, является одним из необходимых направлений их исследований на прочность. Поскольку при разрушении ротора или обрыве его лопаток разлетающиеся элементы обладают большой кинетической энергией и при попадании в планер самолета способны нанести ему повреждения, ведущие к катастрофе, то при проектировании современных двигателей выдвигается условие непробиваемости его корпуса в случае обрыва рабочей лопатки. Согласно требованиям нормативных документов непробиваемость корпуса должна быть подтверждена экспериментально. Одним из ключевых условий испытания является обеспечение разрушения лопатки, характерного для усталостного повреждения ее материала, т.н. "хрупкого" разрушения, при котором обрыв лопатки не сопровождается удлинением в месте обрыва. Это наиболее опасный случай разрушения, поскольку до момента обрыва между корпусом и торцом лопатки сохраняется зазор и обрыв сопровождается ударом торцевой части о корпус, что повышает вероятность пробития корпуса. В случае пластичного обрыва лопатки она задевает пером о корпус до полного отделения оторвавшейся части и энергия удара при последующем обрыве значительно снижается. При этом лопатка дезориентируется и попадает в корпус неторцевой частью, что увеличивает поверхность ее контакта с корпусом и уменьшает вероятность его пробивания.Studies of the bodies of blade machines for the ability to hold structural elements of rotors and their fragments in case of rotor failure, i.e. on the impenetrability of the hull, is one of the necessary areas of their research on strength. Since when the rotor is destroyed or its blades break, the flying elements have high kinetic energy and, if hit in an airplane glider, can cause damage to it, leading to disaster, when designing modern engines, the condition of impenetrability of its body in the event of a break of the working blade is put forward. According to the requirements of regulatory documents, the impenetrability of the case must be confirmed experimentally. One of the key test conditions is to ensure the destruction of the blade, characteristic of the fatigue damage of its material, the so-called "brittle" fracture, in which the blade breakage is not accompanied by elongation at the breakage point. This is the most dangerous case of destruction, since up to the moment of a break between the body and the end of the blade, a gap is maintained and the break is accompanied by an impact of the end part against the body, which increases the probability of breaking through the body. In the case of plastic breakage of the blade, it touches the body with the pen until the detached part is completely separated and the impact energy during the subsequent breakage is significantly reduced. In this case, the blade is disoriented and enters the housing with the non-end part, which increases the surface of its contact with the housing and reduces the likelihood of its penetration.

Проведение испытаний корпуса на непробиваемость имеет ряд технических сложностей. С целью имитации условий эксплуатации рабочая лопатка должна быть оборвана на заданных оборотах в заданном сечении. Лопатка находится на быстро вращающемся роторе внутри корпуса, что затрудняет доступ к ней, ротор с лопатками для своей раскрутки требует подвода к нему большой мощности, при пробое корпуса лопаткой образуются вторичные осколки, которые вместе с обломками лопатки имеют большую энергию. В связи с этим испытания корпуса на непробиваемость проводят, как правило, в бронированных разгонных вакуумных камерах.Testing the hull for impenetrability has a number of technical difficulties. In order to simulate operating conditions, the working blade should be torn off at a given speed in a given section. The blade is located on a rapidly rotating rotor inside the housing, which makes it difficult to access it, a rotor with blades for its promotion requires a large power supply to it, when the body is broken by a blade, secondary fragments are formed, which together with the fragments of the blade have a lot of energy. In this regard, tests of the housing for impenetrability are carried out, as a rule, in armored booster vacuum chambers.

Для обрыва лопаток на рабочих оборотах используют подрезку сечения в месте, где должен происходить обрыв. Однако ослабить сечение настолько, чтобы лопатка оборвалась именно при заданной частоте вращения ротора, невозможно из-за разброса геометрии лопаток и прочностных свойств материала, поэтому подрезку сечения производят в несколько этапов, либо превышают заданную частоту до обрыва лопатки, затем проводят пересчет результатов. Тот и другой способы не являются оптимальными, поскольку в первом случае трудоемкость испытаний возрастает в несколько раз, а именно требуется многократная переборка и балансировка ротора, а во втором случае результаты не вполне достоверны.To break the blades at the working speed, they use section trimming at the place where the break should occur. However, it is impossible to weaken the cross section so that the blade breaks just at the given rotor speed, due to the spread of the blade geometry and strength properties of the material, therefore, the section is trimmed in several stages, or exceed the specified frequency before the blade breaks, then the results are recalculated. Both methods are not optimal, since in the first case the complexity of the tests increases several times, namely, multiple rotor sorting and balancing are required, and in the second case, the results are not entirely reliable.

Известен способ испытаний корпуса на непробиваемость (Кузнецов Н.Д., Цейтлин В.И., Волков В.И. "Технологические методы повышения надежности деталей машин", изд. "Машиностроение", М., 1993 г., с.135), заключающийся в подрыве ослабленного корневого сечения лопатки зарядом взрывчатого вещества после выхода ротора на заданные обороты.A known method of testing the body for impenetrability (Kuznetsov ND, Tseytlin VI, Volkov VI "Technological methods to improve the reliability of machine parts", ed. "Mechanical Engineering", M., 1993, p.135) consisting in undermining the weakened root section of the scapula by the explosive charge after the rotor reaches the given speed.

Данный способ имеет ряд существенных недостатков.This method has several significant disadvantages.

Главным недостатком данного способа является то, что лопатке при подрыве сообщается дополнительная энергия, которой не обладает лопатка, оборвавшаяся при обычном разрушении, при этом ударная волна нарушает ориентацию подрываемой лопатки, ее траектория становится неопределенной и лопатка попадает в корпус в не соответствующем реальным условиям положении. Это существенно снижает достоверность результатов испытания. Кроме того, может произойти разрушение подрываемой лопатки на отдельные осколки, энергия удара которых о корпус будет существенно ниже, чем у целой лопатки. В этом случае испытания не могут рассматриваться как кондиционные.The main disadvantage of this method is that when the blade is blasted, additional energy is supplied that the blade does not have, which broke during normal destruction, while the shock wave disrupts the orientation of the bladed blade, its path becomes undefined and the blade enters the casing in a position that does not correspond to real conditions. This significantly reduces the reliability of the test results. In addition, destruction of the blasted blade into individual fragments can occur, the impact energy of which on the body will be significantly lower than that of a whole blade. In this case, the tests cannot be considered as conditional.

Также имеются трудности в организации испытаний. Подрыв при внешнем управлении требует наличия надежного токосъемника на роторе. Подготовка испытаний требует особых организационных мер и мер безопасности, учитывающих использование взрывчатых веществ.There are also difficulties in organizing the tests. Undermining with external control requires a reliable current collector on the rotor. Test preparation requires special organizational and safety measures that take into account the use of explosives.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является "Способ испытаний корпуса на непробиваемость", патент РФ №2176389 от 11.10.1999 г., при котором перо лопатки дорабатывается таким образом, чтобы сечение, в котором должен произойти обрыв, имело запас прочности n≤0,85 для нагрузки от центробежной силы на рабочих оборотах. Для обеспечения неразрушения лопатки ее перо подкрепляется накладками, которые воспринимают часть центробежной нагрузки, действующей на перо лопатки. Накладки изготовлены из материала, имеющего коэффициент линейного расширения больший, чем у материала пера лопатки. Суммарный запас прочности пера лопатки в подрезанном сечении вместе с накладками составляет n≥1,2. В процессе испытаний после выхода ротора на заданные обороты производится нагрев лопатки с накладками, происходит их удлинение, величина которого превышает удлинение пера лопатки, нагрузка перераспределяется на ослабленное сечение пера лопатки и оно обрывается. Прочность накладок недостаточна для удержания оборвавшегося пера лопатки, и они также обрываются, и по следам удара определяется непробиваемость корпуса.The closest technical solution to the claimed one is the "Method of testing the housing for penetration", RF patent No. 2176389 from 11.10.1999, in which the feather of the blade is modified so that the cross section in which the break should occur has a safety margin of n≤0, 85 for load from centrifugal force at working speed. To ensure the non-destruction of the blade, its feather is supported by overlays that absorb part of the centrifugal load acting on the feather of the blade. The pads are made of a material having a linear expansion coefficient greater than that of the material of the blade pen. The total margin of safety of the pen blade in the trimmed section along with the overlays is n≥1.2. In the process of testing, after the rotor reaches the specified speed, the blade with overlays is heated, they are elongated, the value of which exceeds the elongation of the blade feather, the load is redistributed to the weakened section of the blade feather and it breaks. The strength of the linings is insufficient to hold the torn feather of the blade, and they also break off, and the impenetrability of the body is determined by the traces of the impact.

Данная конструкция имеет ряд недостатков, затрудняющих ее применение. Главным из них является то, что из-за разброса свойств и геометрии накладок с обеих сторон пера лопатки их одновременный обрыв маловероятен, что ведет к дезориентации оборвавшейся части лопатки при разрушении. Кроме того, требуется, чтобы при обрыве пера лопатки и накладок величины их пластической деформации не превысили зазора между торцом лопатки и корпусом ротора, поскольку задевание лопатки о корпус изменит картину удара. Лопатки ротора имеют сложную форму с наличием геометрической крутки по высоте ее пера, что делает изготовление накладок весьма сложным.This design has several disadvantages that make it difficult to use. The main one is that, due to the dispersion of the properties and geometry of the pads on both sides of the blade pen, their simultaneous breakage is unlikely, which leads to disorientation of the broken part of the blade during destruction. In addition, it is required that when the blade feather and the pads break off, the values of their plastic deformation do not exceed the gap between the blade end and the rotor body, since grazing the blade on the body will change the pattern of impact. The rotor blades have a complex shape with a geometric twist in the height of its feather, which makes the manufacture of linings very difficult.

Технической задачей заявляемых технических решений является обеспечение гарантированного обрыва лопатки в указанном сечении на заданной частоте вращения ротора и обеспечение ей траектории, максимально близкой к траектории лопатки, оборвавшейся в эксплуатации, при минимальной доработке лопатки и ротора, а именно доработке лопатки без изменения конструкции замка диска.The technical task of the claimed technical solutions is to ensure guaranteed blade breakage in the indicated section at a given rotor speed and provide it with a trajectory as close as possible to the blade trajectory, which was cut off in operation, with minimal modification of the blade and rotor, namely, refinement of the blade without changing the design of the disk lock.

Технический результат в заявляемых способе и устройстве для испытаний корпуса ротора лопаточных машин на непробиваемость достигается за счет того, что внутри неподвижного корпуса устанавливают ротор с испытуемой доработанной лопаткой, раскручивают его до заданных оборотов, на которых обеспечивают ее обрыв с последующим ударом о корпус, и по следам на корпусе оценивают его непробиваемость, при этом перед испытанием ослабляют поперечное сечение пера испытуемой лопатки, которая должна оборваться, в околозамковой ее части путем поперечной подрезки. Затем выполняют в пере лопатки парные прорези, которые образуют зоны термического расширения, разделяющие кромочные и среднюю перемычки, причем зоны термического расширения располагают последовательно на поперечном ослабленном сечении пера лопатки, устанавливают на поверхности зон термического расширения нагреватели, а на поверхности кромочных и средней перемычек, в пределах которых выполняют ослабляющую поперечную подрезку, наносят подрезку-концентратор напряжений. Подрезку пера лопатки производят таким образом, чтобы ее ослабленное поперечное сечение находилось в пределах высоты прорезей. При испытаниях после выхода ротора на заданные обороты нагревателями производят нагрев зон термического расширения. При нагреве зоны термического расширения расширяются и нагружают кромочные перемычки, отделенные от средней перемычки парными прорезями, изгибающим моментом. Такая конструкция позволяет нагрузить кромочные перемычки, при этом нагрузки зон термического расширения на среднюю перемычку лопатки взаимно компенсируются. В момент превышения напряжений от действия суммарной нагрузки, составленной из нагрузок от зон термического расширения и центробежной нагрузки предела прочности, произойдет разрушение кромок с последующим перераспределением центробежной нагрузки на среднюю перемычку пера лопатки, величина запаса прочности которой в ее ослабленном сечении недостаточна для его удержания.The technical result in the inventive method and device for testing the rotor housing of the blade machines for impenetrability is achieved due to the fact that the rotor with the tested modified blade is installed inside the stationary housing, it is untwisted to the specified speed, at which it breaks off with a subsequent impact on the housing, and traces on the casing assess its impenetrability, while before testing the cross section of the feather of the test blade, which is supposed to break off, is weakened in the circum-castle part by transverse nd trimming. Then, pair slots are made into the shoulder blades, which form the thermal expansion zones separating the edge and middle jumpers, the thermal expansion zones being arranged sequentially on the transverse weakened cross section of the blade feather, heaters are installed on the surface of the thermal expansion zones, and on the surface of the edge and middle jumpers, within which a weakening transverse trimming is performed, a trimming-stress concentrator is applied. The blade feather is trimmed so that its weakened cross section is within the height of the slots. In tests after the rotor reaches the specified speed, the heaters heat the zones of thermal expansion. When heated, the zones of thermal expansion expand and load the edge lintels, separated from the middle lintel by paired slots, bending moment. This design allows you to load the edge jumpers, while the loads of the zones of thermal expansion on the middle bridge of the blade mutually offset. When stresses from the action of the total load composed of loads from the zones of thermal expansion and centrifugal load of the tensile strength are exceeded, the edges will be destroyed with the subsequent redistribution of the centrifugal load on the middle bridge of the blade feather, the margin of safety of which in its weakened section is insufficient to hold it.

Для обеспечения гарантированного обрыва пера лопатки запас прочности ее ослабленного поперечного сечения на рабочих оборотах не превышает величины 1,2-1,3. При этом для разрушения кромочных перемычек пера лопатки зонами термического расширения площадь каждой кромочной перемычки в ослабленном поперечном сечении пера лопатки составляет 20% от общей площади ее ослабленного поперечного сечения. И вес подготовленной к испытаниям лопатки, с установленными на ней нагревателями, сохранен на первоначальном ее уровне.To ensure guaranteed breakage of the blade pen, the safety margin of its weakened cross-section at working revolutions does not exceed 1.2-1.3. In this case, for the destruction of the edge bridges of the blade feather by the zones of thermal expansion, the area of each edge bridge in the weakened cross section of the blade feather is 20% of the total area of its weakened cross section. And the weight of the blade prepared for testing, with the heaters installed on it, is kept at its initial level.

Для обеспечения разрушения кромки пера лопатки необходимо, чтобы уровень напряжений, создаваемых зонами термического расширения, вместе с осевой центробежной силой при расширении превышал предел прочности в ее ослабленном поперечном сечении. Величину напряжений, необходимую для догрузки материала кромки пера лопатки, определяют соотношением жесткостей кромочных перемычек и зон термического расширения, которые в свою очередь зависят от геометрии зон термического расширения и геометрии кромок лопатки и определяются по соотношению:To ensure the destruction of the edge of the blade feather, it is necessary that the level of stresses created by the zones of thermal expansion, together with the axial centrifugal force during expansion, exceed the tensile strength in its weakened cross section. The magnitude of the stresses necessary for loading the material of the edge of the feather of the blade is determined by the ratio of the stiffness of the edge jumpers and zones of thermal expansion, which in turn depend on the geometry of the zones of thermal expansion and the geometry of the edges of the blade and are determined by the ratio:

Figure 00000002
Figure 00000002

где α - коэффициент линейного расширения материала лопатки;where α is the coefficient of linear expansion of the material of the blade;

ΔT - температура нагрева зон термического расширения пера лопатки, образованных парными прорезями, после выхода ротора на заданные обороты;ΔT is the temperature of heating of the zones of thermal expansion of the blade feather, formed by pair slots, after the rotor reaches the specified speed;

Е - модуль упругости материала пера лопатки;E is the modulus of elasticity of the material of the pen blade;

σв - предел прочности материала пера лопатки;σ in - the tensile strength of the material of the feather blades;

σц.б. - величина напряжений, действующих на материал пера лопатки в ослабленном поперечном сечении;σ c. - the magnitude of the stresses acting on the material of the pen blades in a weakened cross section;

С1 - жесткость кромки в ослабленном поперечном сечении пера лопатки;With 1 - the stiffness of the edges in the weakened cross section of the feather blades;

С2 - жесткость зон термического расширения пера лопатки.With 2 - the stiffness of the zones of thermal expansion of the feather blades.

В зависимости от выбора места, по которому должен происходить обрыв пера лопатки, ослабленное поперечное сечение может располагаться как параллельно торцу пера лопатки, так и параллельно полке замка.Depending on the choice of the place where the blade feather should break, the weakened cross section can be located both parallel to the end face of the blade feather and parallel to the lock shelf.

Высота подрезки, ослабляющей поперечное сечение пера лопатки, составляет 0,15...0,2 мм.The height of the undercut, weakening the cross section of the feather blade, is 0.15 ... 0.2 mm

Для обеспечения "хрупкого" обрыва лопаток кроме ослабляющей поперечной подрезки выполняют также подрезку-концентратор на поверхности кромочных и средней перемычках, в пределах которых выполнена ослабляющая поперечная подрезка, причем глубина и высота подрезки не должна превышать 0,2...0,5 мм, и она практически не сказывается на прочности ослабленного поперечного сечения пера лопатки. Эта подрезка служит концентратором напряжений во время расширения пера лопатки.In order to ensure a “fragile” breakage of the blades, in addition to the weakening transverse pruning, they also perform a trimming-concentrator on the surface of the edge and middle bridges, within which a weakening transverse pruning is performed, and the depth and height of the pruning should not exceed 0.2 ... 0.5 mm, and it practically does not affect the strength of the weakened cross section of the feather blade. This trimming serves as a stress concentrator during the expansion of the scapula pen.

Нагрев зон термического расширения обеспечивают, например, с помощью электрических нагревателей, выполненных в виде проволочной обмотки из материала с высоким электросопротивлением (нихрома), намотанной поверх изолирующего слоя на зону термического расширения, и с подводом питания через токосъемник. Поскольку масса зон термического расширения и температура их нагрева невелики, то величина тока, который требуется подвести, также мала и обеспечивается применяемым в настоящее время оборудованием.The heating of the zones of thermal expansion is provided, for example, by means of electric heaters made in the form of a wire winding from a material with high electrical resistance (nichrome), wound over the insulating layer on the zone of thermal expansion, and with power supply through the current collector. Since the mass of the zones of thermal expansion and the temperature of their heating are small, the magnitude of the current that needs to be supplied is also small and is provided by currently used equipment.

На фиг.1 изображен внешний вид испытуемой лопатки с нагревателем.Figure 1 shows the appearance of the test blades with a heater.

На фиг.2 показан поперечный разрез лопатки, изображенной на фиг.1, по ослабленному сечению А-А.Figure 2 shows a cross section of the blade shown in figure 1, in a weakened section aa.

На фиг.3 показан поперечный разрез лопатки, изображенной на фиг.1, по верхней прорези Б-Б.Figure 3 shows a cross section of the blade shown in figure 1, along the upper slot BB.

Лопатка, изображенная на фиг.1, включает перо 1, замок 2. В пере 1 лопатки выполнены пары прорезей 3 и 4, которые образуют зоны термического расширения 5 и 6, разделяющие кромочные перемычки 7 и 8 лопатки и среднюю перемычку 9. На зонах термического расширения 5 и 6 расположены нагреватели 10 и 11. Выполненная ослабляющая поперечная подрезка 12 сечения находится в пределах высоты нижних прорезей 3 и 4. На поверхности кромочных перемычек 7 и 8 и средней перемычки 9, в местах, где не производилась ослабляющая поперечная подрезка 12, выполняют подрезку-концентратор 13 напряжений.The blade shown in Fig. 1 includes a feather 1, a lock 2. In the blade 1, pairs of slots 3 and 4 are made, which form the thermal expansion zones 5 and 6, separating the edge bridges 7 and 8 of the blade and the middle bridge 9. On the thermal zones extensions 5 and 6 are located heaters 10 and 11. The performed weakening transverse trimming 12 section is within the height of the lower slots 3 and 4. On the surface of the edge jumpers 7 and 8 and the middle bridge 9, in places where the weakening transverse trimming 12 was not performed concentrate pruning Radiator 13 voltages.

Заявляемое устройство для испытаний корпуса ротора лопаточных машин на непробиваемость по предлагаемому способу работает следующим образом.The inventive device for testing the body of the rotor of blade machines for impenetrability by the proposed method works as follows.

Подготовленную к испытаниям лопатку, в пере 1 которой выполнены пары прорезей 3 и 4, образующие зоны 5 и 6 термического расширения, а так же кромочные перемычки 7 и 8, среднюю перемычку 9, и с расположенными на зонах 5 и 6 термического расширения нагревателями 10 и 11, устанавливают на ротор, расположенный внутри испытываемого корпуса (не показан), и затем ротор уравновешивают. При этом на пере 1 лопатки в пределах высоты нижних прорезей 3 и 4 выполнена ослабляющая поперечная подрезка 12 сечения, а на поверхности кромочных перемычек 7 и 8 и средней перемычки 9, в местах, где не производилась ослабляющая поперечная подрезка 12, выполнена подрезка-концентратор 13 напряжений. Затем ротор раскручивают до заданных оборотов, и с помощью нагревателей 10 и 11 нагревают зоны термического расширения 5 и 6. Расширяясь, зоны термического расширения нагружают кромочные перемычки 7 и 8. В момент, когда суммарные напряжения от действия зон 5 и 6 термического расширения и центробежной нагрузки превысят предел прочности материала кромочных перемычек 7 и 8, в ослабленном поперечном сечении произойдет их обрыв. Причем вследствие наличия подрезки-концентратора 13 напряжений обрыв произойдет с незначительной деформацией, т.е. обрыв будет носить "хрупкий" характер.A blade prepared for testing, in the pane 1 of which pairs of slots 3 and 4 are made, forming zones 5 and 6 of thermal expansion, as well as edge lintels 7 and 8, the middle jumper 9, and with heaters 10 and located on zones 5 and 6 of thermal expansion 11 are mounted on a rotor located inside a test case (not shown), and then the rotor is balanced. At the same time, weakening transverse cutting 12 of the cross section was made on feather 1 of the blade within the height of the lower slots 3 and 4, and on the surface of the edge bridges 7 and 8 and the middle bridge 9, in places where the weakening transverse cutting 12 was not performed, cutting-concentrator 13 was performed stresses. Then the rotor is untwisted to the specified speed, and with the help of heaters 10 and 11 the zones of thermal expansion 5 and 6 are heated. When expanding, the zones of thermal expansion load edge lintels 7 and 8. At the moment when the total stresses from the action of zones 5 and 6 of thermal expansion and centrifugal the loads will exceed the tensile strength of the material of the edge jumpers 7 and 8, in a weakened cross section they will break. Moreover, due to the presence of trimming-concentrator 13 stresses, breakage will occur with slight deformation, i.e. the cliff will be "fragile" in nature.

После обрыва кромочных перемычек 7 и 8 центробежная нагрузка перераспределится на среднюю перемычку 9, запас прочности которой ниже необходимого для удержания пера 1 лопатки. Вследствие наличия подрезки-концентратора 13 напряжений обрыв средней перемычки 9 пера 1 лопатки также будет иметь "хрупкий" характер.After the edge jumper 7 and 8 are broken, the centrifugal load is redistributed to the middle jumper 9, the safety margin of which is lower than that required to hold feather 1 of the blade. Due to the presence of trimming-concentrator 13 voltages, the breakage of the middle jumper 9 feather 1 blades will also have a "fragile" character.

Оборвавшееся перо лопатки, с зонами термического расширения и нагревателями, ударяет о корпус, и по следам удара оценивают его непробиваемость.A broken feather of a scapula, with zones of thermal expansion and heaters, strikes the body, and its impenetrability is evaluated based on the traces of the impact.

Применение предложенных способа и устройства для испытания корпуса на непробиваемость обеспечивает гарантированный управляемый обрыв лопатки при заданном числе оборотов ротора, причем траектория движения лопатки после обрыва будет соответствовать реальной. Для осуществления требуется незначительная доработка лопатки, причем ее вес и габариты не меняются. Нагрев зон термического расширения пера лопатки на заданных оборотах может быть достаточно просто осуществлен из-за небольшой массы нагревателя, например электронагревателя с использованием сигнального (малоточного) токосъемника, что позволяет управлять процессом обрыва. Метод вполне применим как для исследований на реальном двигателе, на компрессоре, так и в турбине, причем возможные погрешности расчетов и неучет некоторых факторов может быть скомпенсирован некоторым увеличением запаса прочности ослабленного сечения лопатки и соответствующими изменениями геометрии зон термического расширения.The application of the proposed method and device for testing the housing for impenetrability provides a guaranteed controlled break of the blade at a given number of rotor revolutions, and the path of the blade after the break will correspond to the real one. For implementation, a slight modification of the blade is required, and its weight and dimensions do not change. Heating of the zones of thermal expansion of the blade pen at given speeds can be quite simple due to the small mass of the heater, for example, an electric heater using a signal (low-current) current collector, which allows you to control the process of breakage. The method is quite applicable both for research on a real engine, on a compressor, and in a turbine, and the possible calculation errors and the neglect of some factors can be compensated by a certain increase in the safety factor of the weakened section of the blade and the corresponding changes in the geometry of the zones of thermal expansion.

Claims (6)

1. Способ испытаний корпуса ротора с лопатками на непробиваемость, заключающийся в том, что на одной из лопаток, установленных на роторе, который расположен внутри неподвижного корпуса, производят ослабление сечения, раскручивают до заданных оборотов, на которых происходит обрыв доработанной лопатки с последующим ее ударом о корпус, и по следам на корпусе оценивают его непробиваемость, отличающийся тем, что перед испытанием выполняют ослабляющую поперечную подрезку пера лопатки в околозамковой части, парные прорези, параллельные ослабляющей поперечной подрезке, которые образуют зоны термического расширения, кромочные и среднюю перемычки, расположенные последовательно на поперечном ослабленном сечении пера лопатки, причем прорези выполняют таким образом, чтобы ослабленное поперечной подрезкой сечение пера лопатки находилось в пределах высоты прорезей, а на поверхности кромочных и средней перемычек, в пределах которых выполняют ослабляющую поперечную подрезку, наносят подрезку-концентратор напряжений, затем устанавливают на поверхности зон термического расширения нагреватели, и после выхода ротора на заданные обороты производят нагрев этих зон.1. The method of testing the rotor body with blades for impenetrability, which consists in the fact that on one of the blades mounted on the rotor, which is located inside the stationary body, the section is weakened, untwisted to the desired speed, at which the finished blade breaks, followed by its impact about the casing, and following the marks on the casing, its impenetrability is evaluated, characterized in that before the test they perform a weakening transverse cutting of the feather of the blade in the circum-castle part, paired slots parallel to the weakening the transverse undercut, which form the zones of thermal expansion, the edge and middle lintels, located sequentially on the transverse weakened section of the blade feather, and the slots are made so that the cross section of the blade feather weakened by transverse cutting is within the height of the slots, and on the surface of the edge and middle lintels within which a weakening transverse undercut is performed, a stress concentrator undercut is applied, then installed on the surface of the thermal expansion zones heaters, and after entering the rotor turns predetermined produce heating of these zones. 2. Устройство для испытаний корпуса ротора лопаточных машин на непробиваемость, включающее ротор, расположенный внутри корпуса, с лопатками, включающими перо и замок, привод для раскрутки ротора, систему управления вращением, отличающееся тем, что в пере лопатки, которая должна оборваться, выполнена ослабляющая поперечная подрезка в ее околозамковой части, выполнены парные поперечные прорези, параллельные ослабленному поперечному сечению пера лопатки, которые формируют зоны термического расширения, кромочные и среднюю перемычки, и расположены последовательно вдоль ослабленного поперечного сечения пера лопатки, при этом ослабленное поперечное сечение пера лопатки находится в пределах высоты прорезей и выполнено параллельно полке замка, а на поверхности зон термического расширения установлены нагреватели, причем кромочные и средняя перемычки пера лопатки в ослабленном поперечном сечении имеют подрезку-концентратор напряжений.2. Device for testing the impeller's rotor housing for impenetrability, including a rotor located inside the housing, with blades including a feather and a lock, a drive for spinning the rotor, a rotation control system, characterized in that the weakening of the blade of the blade, which is to break, is made weakening transverse undercutting in its circum-castle part, pairwise transverse cuts are made parallel to the weakened cross section of the blade feather, which form the zones of thermal expansion, edge and middle lintels, and laid sequentially along the weakened cross section of the blade feather, while the weakened cross section of the blade feather is within the height of the slots and is parallel to the lock shelf, and heaters are installed on the surface of the thermal expansion zones, the edge and middle lintels of the blade feather in the weakened cross section have undercut- stress concentrator. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ослабляющая поперечная подрезка пера лопатки выполнена параллельно торцу пера лопатки.3. The device according to claim 2, characterized in that the weakening transverse trimming of the blade feather is made parallel to the end face of the blade feather. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что запас прочности ослабленного поперечного сечения пера лопатки на рабочих оборотах не превышает величины 1,2-1,3, при этом площадь каждой кромочной перемычки в ослабленном поперечном сечении составляет 20% от общей площади ее ослабленного поперечного сечения.4. The device according to claim 2, characterized in that the margin of safety of the weakened cross section of the feather of the blade at the working speed does not exceed 1.2-1.3, while the area of each edge jumper in the weakened cross section is 20% of its total area weakened cross section. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что геометрические размеры образованных парными прорезями зон термического расширения пера лопатки, кромочных и средней перемычек, в пределах которых выполнена ослабляющая поперечная подрезка, определяют по соотношению5. The device according to claim 2, characterized in that the geometric dimensions of the thermal expansion zones formed by the pair of slots of the blade feather, the edge and middle bridges, within which the weakening transverse trimming is performed, is determined by the ratio
Figure 00000003
,
Figure 00000003
,
где α - коэффициент линейного расширения материала лопатки;where α is the coefficient of linear expansion of the material of the blade; ΔТ - температура нагрева зон термического расширения пера лопатки, образованных парными прорезями, после выхода ротора на заданные обороты;ΔТ is the heating temperature of the zones of thermal expansion of the blade feather, formed by paired slots, after the rotor reaches the specified speed; Е - модуль упругости материала пера лопатки;E is the modulus of elasticity of the material of the pen blade; σв. - предел прочности материала пера лопатки;σ in. - tensile strength of the material of the feather blades; σц.б. - величина напряжений, действующих на материал пера лопатки в ослабленном поперечном сечении;σ c. - the magnitude of the stresses acting on the material of the pen blades in a weakened cross section; C1 - жесткость кромки в ослабленном поперечном сечении пера лопатки;C 1 - the stiffness of the edges in the weakened cross section of the feather blades; С2 - жесткость зоны термического расширения.C 2 - the stiffness of the thermal expansion zone.
6. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что высота подрезки пера лопатки в ослабленном поперечном сечении составляет 0,15-2 мм.6. The device according to claim 2 or 3, characterized in that the height of the cutting feather of the blade in a weakened cross section is 0.15-2 mm
RU2005112082/28A 2005-04-25 2005-04-25 Method of and device for testing bladed machine rotor housing for damage containing ability RU2284492C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005112082/28A RU2284492C1 (en) 2005-04-25 2005-04-25 Method of and device for testing bladed machine rotor housing for damage containing ability

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005112082/28A RU2284492C1 (en) 2005-04-25 2005-04-25 Method of and device for testing bladed machine rotor housing for damage containing ability

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2284492C1 true RU2284492C1 (en) 2006-09-27

Family

ID=37436570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005112082/28A RU2284492C1 (en) 2005-04-25 2005-04-25 Method of and device for testing bladed machine rotor housing for damage containing ability

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2284492C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Кузнецов Н.Д., Цейтлин В.И., Волков В.И. Технологические методы повышения надежности деталей машин. Машиностроение, 1993, с.135. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109940459A (en) A kind of multiple dimensioned recognition methods of efficient milling cutter damage
CN112648024A (en) Finite element-based method for acquiring torsional vibration stress of last-stage long blade of steam turbine
CN114330055A (en) Disk-shaft integrated rotor rupture rotating speed prediction method based on rotor steady-state deformation assumption
RU2284492C1 (en) Method of and device for testing bladed machine rotor housing for damage containing ability
Jin A review of research on bird impacting on jet engines
Puneeth et al. Influence of bird mass and impact height on the fan-blade of an aero-engine
RU2336511C1 (en) Method of blade machine rotor body test for impenetrability and device for its implementation
Witek Fatigue investigations of the compressor blades with mechanical defects
JP2013253599A (en) Method and system for determining creep capability of turbine components prior to operation
RU2284491C1 (en) Method of and device for testing bladed machine rotor housing for damage containing ability
Sahoo et al. Effect of shot peening on low cycle fatigue life of compressor disc of a typical fighter class aero-engine
CN114964784A (en) Design method of flying test blade, blade and blade flying test method
CN103575601A (en) Method for detecting stator slot wedge of turbonator
CN113654918A (en) Method for assessing damage tolerance of aircraft engine turbine disk
RU2311626C2 (en) Method and device for testing housing of rotor blade machine
RU2371692C1 (en) Method for impenetrability testing of rotor body in impeller machines and device for its realisation
EP2363274A1 (en) Process for manufacturing a layered composite component
RU2301979C1 (en) Method and device for testing housing of rotor of blade machines
RU2262089C2 (en) Method of and device for testing bladed machine rotor housing for resistance to break
RU2411483C1 (en) Device for testing blade machine case for impenetrability
CN105043775B (en) A kind of aero-engine critical system hazard analysis system and method
Zhang et al. Research on the explosion release method and damage mechanism of titanium alloy fan blade
Wang et al. Failure Assessment of the First Stage High Pressure Turbine Blades
Witek Experimental crack propagation analysis of the compressor blades working in high cycle fatigue condition
CN115683643A (en) Test blade for aero-engine blade containment test

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080426