Игорь Николаевич Рыжиков, кандидат технических наук, доцент,доцент кафедры
кафедра материаловедения, сварочных и аддитивных технологий
664074
ул. Лермонтова, 83
Иркутск
Igor N. Ryzhikov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department
Department of Materials Science, Welding and Additive Technology
664074
83 Lermontov St.
Irkutsk
Олег Владимирович Репецкий, доктор технических наук, профессор,проректор по международным связям
664038
Иркутская область
Иркутский р-н
п. Молодежный, 1/1
Oleg V. Repetskiy, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Vice-Rector for International Relations
664038
Irkutsk region
Irkutsk district
1/1, Molodezhny settlement
Ван Винь Нгуен, аспирант
664038
Иркутская область
Иркутский р-н
п. Молодежный, 1/1
Van Vinh Nguyen, Postgraduate Student
Irkutsk region
Irkutsk district
Molodezhny settlement
Цель – разработать высокоточный алгоритм расчета долговечности рабочих колес роторов газотурбинных двигателей с расстройкой параметров. При компьютерном моделировании свободных и вынужденных колебаний рабочих колес использовался метод конечных элементов, лежащий в основе программного комплекса Ansys. При экспериментальных исследованиях расстройка имитировалась прикреплением дополнительных масс к лопаткам колеса. Расчеты частот, форм вынужденных колебаний, а также динамических напряжений, возникающих при вынужденных колебаниях, проводились с использованием рядов Фурье. При расчете долговечности использовался метод схематизации динамических напряжений, т. е. разделения полученных напряжений по уровням с соответствующими амплитудами. Основным результатом исследований является разработанный алгоритм расчета долговечности рабочих колес роторов газотурбинных двигателей с расстройкой параметров. Данный алгоритм был положен в основу компьютерной программы Ocs_Rotor, предназначенной для исследования собственных колебаний лопаток и рабочих колес с расстройкой параметров. С помощью данной программы были рассчитаны собственные частоты и формы колебаний лопаток с расстройкой параметров. На основе полученных результатов были рассчитаны динамические напряжения при вынужденных колебаниях, а также долговечность рабочего колеса. Анализ полученных результатов расчетов долговечности реального рабочего колеса с тремя вариантами расположения лопаток с расстройкой позволил выбрать вариант конструкции с максимальной долговечностью, составившей 1,75 * 105 ч. Сравнение результатов расчетов, полученных с помощью программы Ocs_Rotor, с результатами натурного эксперимента, проведенного в Бранденбургском техническом университете (г. Котбус, Германия), демонстрирует хорошую точность с максимальной погрешностью 4 %. Это позволяет сделать вывод о возможности применения данной программы при проектировании конструкций с максимальной долговечностью. Анализ полученных результатов расчетов долговечности реального рабочего колеса с разными вариантами расположения лопаток с расстройкой в колесе позволил выработать практические рекомендации для проектировщиков по порядку расположения лопаток с расстройкой в колесе.
In this work, an accurate algorithm for calculating the durability of rotor wheels in gas turbine engines undergoing detuning of parameters was developed. The finite element method, underlying the Ansys Software, was used for modelling free and forced oscillations of rotor wheels. During the experiments, the detuning was simulated by attaching additional masses to the wheel blades. The calculations of frequencies, modes of forced oscillations, as well as dynamic stresses arising due to these oscillations, were carried out using the Fourier series. The schematisation of dynamic stresses, i.e. differentiation of obtained stresses into levels having specific amplitudes, was used to calculate durability. The main research result comprises the developed algorithm for calculating the durability of rotor wheels of gas-turbine engines subjected to parameter detuning. This algorithm served as a basis for the Ocs_Rotor software for investigating the natural oscillations of blades and rotor wheels under parameter detuning. Using this software, the natural frequencies and oscillation modes of the blades were calculated. Dynamic stresses under forced oscillations, as well as durability of the rotor wheel, were calculated using the obtained results. The results of calculating the service life of an actual rotor wheel having three different positions of blades under detuning allowed the construction having the maximum service life of 1.75 * 105 hours to be selected. Comparing the results of calculations, obtained using the Ocs_Rotor software, with those of field experiments, carried out at Brandenburg Technical University (Cottbus, Germany), demonstrated high accuracy characterised by a maximum error of 4 %. This suggests that the software may be used to design structures of maximum service life. The results of durability calculations of an actual rotor wheel having different blade positions under detuning allowed practical recommendations for engineers on the positioning of the blades in the wheel to be established.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.