Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ из них 9 статьи и 5 тезисов докладов.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложения. Работа содержит страниц машинописного текста, таблиц, рисунков. Список литературы включает 89 наименований. В приложении представлен акт внедрения.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы и приведены основные научные результаты.

центробежный компрессор рабочее колесо

Первая глава содержит анализ современного состояния проблемы усталостной прочности РК ЦК. Отражены исследования физической картины потока в областях, непосредственно примыкающих к РК, и нестационарности потока, определяемой окружной неравномерностью давления около дисков РК, а также приведены методы определения переменных аэродинамических нагрузок и динамических напряжений, действующих на РК. Отмечен значительный вклад Яновского М.И., Скубачевского Г.С., Жирицкого Г.С., Биргера И.А., Шорра Б.Ф., Раера Г.А., Риса В.Ф., Демьянушко И.В., Образцова И.А. и др. в развитие науки о прочности рабочих колес турбомашин. Отражены результаты проведенных ранее исследований Красильникова В.А., Алемасовой Н.А., Измайлова Р.А., Селезнева К.П., Евгеньева С.С., Ильина А.Л. и др. Все указанные работы способствовали улучшению прочностных и газодинамических характеристик. Однако задача получения метода определения переменных аэродинамических нагрузок и динамических напряжений применительно к центробежным ступеням с РК закрытого и полуоткрытого типа с пространственными лопатками в широком диапазоне коэффициентов расхода (Ф₀ =0,025-0,07-0,09) в них не ставилась. В литературе недостаточно отражены результаты экспериментальных исследований переменных аэродинамических нагрузок современных конструкций ступеней ЦК с РК закрытого и полуоткрытого типа с пространственными лопатками, БЛД, ЛД и КК. Отсутствует инженерный метод определения переменных аэродинамических нагрузок и динамических напряжений РК закрытого и полуоткрытого типа с пространственными лопатками.

В результате анализа сформулированы задачи настоящего исследования.

Во второй главе дано описание проведенного экспериментального исследования неравномерности потока по окружности и радиусу около дисков РК. В качестве объектов исследования приняты три характерные ступени концевого типа, каждая из которых включала: входной аппарат, РК, БЛД или ЛД и КК или внутреннюю улитку (ВУ). Параметры этих ступеней приведены в таблице 1.

Экспериментальные исследования проведены на стенде газодинамики ЗАО "НИИтурбокомпрессор им.В.Б. Шнеппа", аттестованном согласно ГОСТ 24555-81. Стенд оснащен всеми необходимыми системами, позволяющими безопасно эксплуатировать его в диапазоне частот вращения ротора исследуемой ступени n=5000-25000об/мин. Система измерения дает возможность определять величины температуры одновременно в 60 точках отбора, избыточного давления в 100 точках отбора и перепада давления на диафрагме с записью и обработкой их на ПЭВМ в процессе испытания.

В работе использованы следующие методы исследования:

пневмометрический - для измерения поля статических давлений в зазорах между дисками РК и корпусом;

термоанемометрический - для выявления частот и амплитуд пульсаций скорости за РК с частотой опроса 2,5 кГц;

тензометрический - для выявления пульсаций статического давления на передней стенке за РК с частотой опроса 5 кГц.

Таблица 1

№ ступени	Тип вых. устройства	Тип РК	bл2		z2	z3	Mu	W	hпол	(расч)	(расч)
№1	КК	Закрытое с цилиндрическими лопатками	90°	0,017	23	0,5-0,7	0,47	0,63	0,27	0,025
№2	КК	Закрытое с пространственными лопатками	45°	0,068	13	Вариант с БЛД
						-	0,5-0,7	0,67	0,82	0,3	0,07
						Вариант с ЛД
						10	0,5-0,7	0,67	0,84	0,23	0,062
№3	ВУ	Полу открытое с пространственными лопатками	50°	0,059	17	19	1,1	0,65	0,81	0,34	0,09

Результаты экспериментальных исследований показали, что переменные безразмерные давления в зависимости от типа ступени, режимов работы, наличия БЛД или ЛД, покрывного или основного диска могут составлять 10-30% от среднего значения давления по окружности.

На основе собственных экспериментальных данных и данных других авторов построены обобщенные графики в виде зависимости неравномерности давления на (А - амплитуда неравномерности давления, - среднее давление по окружности на данном радиусе) от степени реактивности РК W (рис.1) и коэффициента затухания неравномерности давления , где - на любом радиусе, от радиуса для ступеней с БЛД и ЛД. Полученные зависимости позволяют найти неравномерность давления на любом радиусе для ступеней с подобной геометрией, исследованных нами и другими авторами. Для ступеней с БЛД и пространственными РК полученные данные дополняют приведенные в литературе данные для РК с цилиндрическими лопатками. Для ступеней с ЛД полученные обобщенные зависимости в литературе отсутствовали.

По обобщенным данным для ступеней с БЛД наибольшее влияние на относительную неравномерность давления на выходе из РК при оказывает реактивность ступени W. С ее уменьшением, т.е. с ростом уровня скоростей за РК, величина заметно растет. Этот рост более заметен для течения около покрывного диска РК и менее - около основного, что связано с меньшей величиной протечки через уплотнение вала.

Коэффициент К_А , позволяющий определить на любом радиусе при известном на , снижается с уменьшением (рис.2). Наиболее заметно это снижение для покрывного диска проявляется при и малых величинах W. Для основного диска характер изменения К_А с уменьшением сохраняется, но проявляется при . Для ступени №1 (, ) величина К_А резко уменьшается на участке .

По полученным обобщенным данным для ступеней с ЛД с увеличением реактивности ступени W величина снижается менее заметно по сравнению с при использовании БЛД (рис.2).

Для основного диска величина К_А заметно снижается на участке и не сильно зависит от режима работы ступени.

Проведен гармонический анализ распределения безразмерного статического давления по окружности за РК в области в программной среде Mathcadс использованием команды CFFT - стандартного преобразования Фурье. Выявлены гармоники, имеющие максимальные амплитуды: для ступени №1 с БЛД (, , ) k=1-6, для ступени №2 с БЛД (, , ) k=1-4 (рис.3).

Гармонический анализ распределения статических давлений по окружности за РК в области , полученных другими авторами, показал для ступени , , цилиндрические лопатки, (ЗАО "НИИтурбокомпрессор") k=1-2, для ступени , , цилиндрические лопатки, (АО "Невский завод") k=1-2. Для ступени , , прямые лопатки, (ЗАО "НИИтурбокомпрессор") k=1-5.

Таким образом, с увеличением , т.е. с уменьшением скорости на выходе из РК, количество гармоник, имеющих максимальные амплитуды, уменьшается.

При исследовании пульсаций скорости термоанемометрическим методом измерительная аппаратура, включающая в себя проволочный датчик, термоанемометр DISA55M, линеаризатор, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и ПЭВМ с программным пакетом для анализа измеренных сигналов, заимствована на кафедре 22 КГТУ им.А.Н. Туполева. С помощью программы, имеющейся в составе измерительной аппаратуры, исходный сигнал разложен в ряд Фурье и найдена энергия сигналов пульсаций скорости Е_k . На основе построения графика зависимости Е_k от кратности гармоник kвыявлены k, имеющие максимальные амплитуды (рис.4). Для ступени №2 с БЛД k=1-4. Для ступени №1 с БЛД k=1. В связи с частотой опроса 2500 Гц выявить гармоники с кратностями k=z₂ и 2z₂ и выше при M_{u 2} =0,5 (f₀ =182Гц) не удалось. Однако с уменьшением частоты вращения эти гармоники также проявлялись.

1 - -

2 - -

3 - -

4 - -