Использование пружинно-массово-демпферных моделей при анализе колебаний и долговечности рабочих колес турбомашин с расстройкой параметров

Цель - исследовать возможность применения эффективной пружинно-массово-демпферной модели, позволяющей уменьшить требуемую оперативную память и увеличить производительность расчетов при проведении анализа влияния расстройки параметров рабочих колес турбомашин, вводимой путем добавления к лопаткам дополнительных масс, на их колебания и долговечность. С использованием пружинно-массово-демпферной модели рабочего колеса с расстройкой параметров, доработанной для расчета вынужденных колебаний путем учета переменной возбуждающей нагрузки, а также метода конечных элементов и методов расчета долговечности был проведен анализ долговечности реального рабочего колеса турбомашины. Сравнение расчетных данных с использованием уточненной пружинно-массово-демпферной модели с данными эксперимента, проведенного в Бранденбургском техническом университете, показало хорошую точность (3-4% для низших форм колебаний) расчетов свободных колебаний с использованием данной пружинно-массово-демпферной модели. Также были проведены расчеты долговечности рабочего колеса и сравнение результатов пяти вариантов распределения массы лопаток по ободу рабочего колеса. Разработаны рекомендации по сборке рабочих колес. Приведенные результаты расчетов свободных колебаний реального рабочего колеса в сравнении с результатами эксперимента, демонстрируют достаточно малую погрешность, что позволило применить разработанную модель для решения задач анализа влияния расстройки параметров колебаний рабочих колес турбомашин на долговечность. При этом показано, что поскольку данная модель содержит лишь 2 степени свободы, ее использование позволит на порядки уменьшить объем требуемой оперативной памяти, что имеет большое значение при моделировании современных конструкций, отличающихся сложной формой. На основании анализа результатов расчета долговечности различных вариантов распределения дополнительных масс лопаток разработана рекомендация соблюдать при сборке рабочих колес турбомашин «пилообразный» закон расположения расстроенных лопаток на ободе колеса.

рабочие лопатки ротора, колебания, расстройка параметров, пружинно-массовая модель, метод конечных элементов, долговечность