Развитие метода расчета вынужденных колебаний лопаток турбомашин типа «БЛИСК»

Авиационная и ракетно-космическая техника

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов


Авторы

Шорр Б. Ф.*, Буюкли Т. В.**, Шорстов В. А.***, Бортников А. Д.****, Сальников А. В.*****, Фролов В. Н.******, Серебряков Н. Н.*******

Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова, ЦИАМ, Авиамоторная ул., 2, Москва, 111116, Россия

*e-mail: shorr@ciam.ru
**e-mail: buyukli@ciam.ru
***e-mail: shorstov@ciam.ru
****e-mail: adb@ciam.ru
*****e-mail: salnikov@ciam.ru
******e-mail: vnfrolov@ciam.ru
*******e-mail: serebryakov@ciam.ru

Аннотация

Предложен усовершенствованный метод расчета вынужденных колебаний рабочих лопаток турбомашин на основе совместного использования результатов 3D-модального анализа колеса, расчета действующих на лопатку нестационарных аэродинамических нагрузок и амплитудной зависимости коэффициента рассеяния энергии в материале лопатки. Приведен пример использования метода для расчета вынужденных колебаний рабочего колеса блисковой конструкции компрессора, показывающий эффективность метода.

Ключевые слова:

течение потока воздуха в компрессоре, собственные частоты колебаний лопаток, нестационарные аэродинамические силы, вынужденные колебания лопаток, гармоника окружной неравномерности потока, демпфирование в материале лопатки

Библиографический список

  1. Самойлович Г.С. Возбуждение колебаний лопаток турбомашин. – М.: Машиностроение, 1975. – 289 с.

  2. Буюкли Т.В., Шорстов В.А. К вопросу о постановке задачи расчета колебаний решеток компрессоров для определения аэроупругих характеристик // Труды МАИ. 2010. № 39. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=14803

  3. Шкловец А.О., Попов Г.М., Колмакова Д.А. Расчет вынужденных колебаний лопаток рабочего колеса компрессора авиационного газотурбинного двигателя, возникающих от действия окружной неоднородности газового потока // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14. № 1(2). С. 517–520.

  4. Rzadkowski R., Surwiіo J., Kubitz L., Lampart P., Szymaniak M. Unsteady forces in last stage LP steam turbine rotor blades with exhaust hood // ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (June 13 –17, 2016, Seoul, South Korea). Paper No. GT2016-57610, pp. V07BT34A020, 10 p. DOI: 10.1115/GT2016-57610

  5. Шорр Б.Ф., Мельникова Г.В., Серебряков Н.Н., Шадрин Д.В., Бортников А.Д. Расчетно-экспериментальная оценка эффективности демпфирующей вставки для снижения переменных напряжений в рабочих лопатках турбин // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 4. С. 89-99.

  6. Макаров В.Е., Андреев С.П., Шорстов В.А., Буюкли Т.В. Расчет коэффициента аэродинамического демпфирования лопаток рабочего колеса вентилятора ТРДД большой степени двухконтурности // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2015. Т. 19. № 3(69). С. 61-64.

  7. Elder R., Woods I., Patil S., Holmes W., Steed R., Hutchinson B. Investigation of efficient CFD methods for the prediction of blade damping // ASME Turbo Expo 2013: Turbine Technical Conference and Exposition (June 3–7  , 2013, San Antonio, Texas, USA). Paper No. GT2013-95005, pp. V07BT33A009, 9 p. DOI: 10.1115/GT2013-95005

  8. Li L., Yu X., Wang P. Research on aerodynamic damping of bladed disk with random mistuning // ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (June 26-30, 2017, Charlotte, North Carolina, USA). Paper No. GT2017-63877, pp. V07BT36A010, 12 p. DOI: 10.1115/GT2017-63877

  9. Vogel K., Naidu K.G., Fischer M. Comparison of the influence coefficient method and travelling wave mode approach for the calculation of aerodynamic damping of centrifugal compressors and axial turbines // ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (June 26-30, 2017, Charlotte, North Carolina,USA). Paper No. GT2017-64643, pp. V07BT36A022, 9 p. DOI: 10.1115/GT2017-64643

  10. Figaschewsky F., Kuhhorn A., Beirow B., Giersch T., Nipkau J., Meinl F. Simplified estimation of aerodynamic damping for bladed rotors. Part 2 «Experimental validation during operation» // ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (June 13-17, 2016, Seoul, South Korea). Paper No. GT2016-56458, pp. V07BT34A005; 12 p. DOI: 10.1115/GT2016-56458

  11. Martel C., Cuiping L. Maximum mistuned vibration amplitude with aerodynamic damping // ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (June 13-17, 2016, Seoul, South Korea). Paper No. GT2016-57000, pp. V07BT34A011; 9 p. DOI: 10.1115/GT2016-57000

  12. Patil S., Zori L., Galpin P., Morales J.C., Godin P. Investigation of Time/Frequency Domain CFD Methods to Predict Turbomachinery Blade Aerodynamic Damping // ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (June 13-17, 2016, Seoul, South Korea). Paper No. GT2016-57962, pp. V07BT34A028; 12 p. DOI: 10.1115/GT2016-57962

  13. DSouza K., Dunn M., Epureanu B.I. Mistuning and damping experiments at design speed combined with computational tools // ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (June 26-30, 2017, Charlotte, North Carolina, USA). Paper No. GT2017-63287, pp. V07BT35A005; 8 p. DOI: 10.1115/GT2017-63287

  14. Charleux D., Gibert C., Thouverez F., Dupeux J. Numerical and experimental study of friction damping in blade attachments of rotating bladed disks // International Journal of Rotating Machinery. 2006. Article ID 71302, 13 p. DOI: 10.1155/IJRM/2006/71302

  15. Rao J.S., Gupta K., Vyas N.S. Blade damping measurements in a spin rig with nozzle passing excitation simulated by electromagnets // Shock and Vibration Bull. 1986. No. 56, pt. 2, pp. 109-116.

  16. 16. Bo S., Feilong Y., Jingyao D., Song G., Junfeng X., Xu Z. A fractal contact friction model and nonlinear vibration response studies of loosely assembled blade with dovetail root // ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (June 13-17, 2016, Seoul, South Korea). Vol. 7A «Structures and Dynamics». Paper No. GT2016-56271, pp. V07AT32A004; 10 p. DOI: 10.1115/GT2016-56271

  17. Torsten Heinze, Lars Panning-von Scheidt, Jorg Wallaschek, Andreas Hartung. A taylor series expansion approach for nonlinear blade forced response prediction considering variable rotational speed // ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. (June 13-17, 2016, Seoul, South Korea). Vol. 7A «Structures and Dynamics». Paper No. GT2016-56375, pp. V07AT32A005; 14 p. DOI:10.1115/GT2016-56375

  18. Firrone C.M., Battiato G., Epureanu B.I. Modeling the microslip in the flange joint and its effect on the dynamics of a multi-stage bladed disk assembly // ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (June 13-17, 2016, Seoul, South Kore). Paper No. CND-16-1614, 10 p. DOI: 10.1115/1.4037796

  19. Mitra M., Zucca S., Epureanu B.I. Effects of contact mistuning on shrouded blisk dynamics // ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (June 13-17, 2016, Seoul, South Korea). Paper No. GT2016-57812, pp. V07AT32A026; 12 p. DOI: 10.1115/GT2016-57812

  20. Kaneko Y. Vibration response analysis of mistuned bladed disk with under-platform damper: effect of variation of contact condition on vibraton characteristics // ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (June 26-30, 2017, Charlotte, North Carolina,USA). Paper No. GT2017-63027, pp. V07BT35A001, 10 p. DOI: 10.1115/GT2017-63027

  21. Бауэр В.О., Биргер И.А., Исаев Р.И., Касьяненко В.Я. Динамика авиационных газотурбинных двигателей. – М.: Машиностроение, 1981. – 232 с.

  22. Шорр Б.Ф., Серебряков Н.Н. Расчетно-экспериментальный анализ амплитудно-зависимых характеристик демпфирования в деталях и материалах // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2011. № 3. С. 91-99.

  23. Шорр Б.Ф., Мельникова Г.В., Серебряков Н.Н., Бортников А.Д. К расчету динамических напряжений в лопатках компрессоров авиационных ГТД при амплитудно-зависимом рассеянии энергии в материале // Труды X Всероссийской научной конференции им. Ю.И. Неймарка «Нелинейные колебания механических систем» (Нижний Новгород, 26-29 сентября 2016) / Под ред. Д.В. Баландина, В.И. Ерофеева, И.С. Павлова. – Нижний Новгород: Издательский дом «Наш дом», 2016. С. 846-855.

  24. Frana K., Honzejk V. An numerical investigation of the turbulent flows using the detached-eddy simulation // V European Conference on Computational Fluid Dynamics (Lisbon, Portugal, 14-17 June 2010) / Eds. J.C.F. Pereira and A. Sequeira, 14 p.

  25. Федорченко Ю.П., Шорстов В.А., Макаров В.Е. Программный комплекс COBRA NG v1.0 («ПК COBRA NG v1.0»). Свидетельство о государственной регистрации № 2011615671. Бюлл. № 4. Ч. 1. 20.12.2011. С. 124.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024