Аэродинамические нагрузки и динамические напряжения, действующие на рабочее колесо центробежного компрессора (стр. 3 из 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_kот 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_u2=0,5 (f₀=182Гц) не удалось. Однако с уменьшением частоты вращения эти гармоники также проявлялись.

1 -

-

2 -

-

3 -

-

4 -

-

5 -

-

6 -

, -

7 -

-

Рис. 2. Зависимость

для покрывного диска РК ступеней с БЛД
1, 2, 3, 4 – данные других авторов; 5, 6, 7 – данные автора

Исследование пульсаций давлений на передней стенке за РК проведено с использованием аппаратуры, включающей датчик тензометрического типа, изготовленный в ЗАО "НИИтурбокомпрессор", АЦП и ПЭВМ с пакетом программ, позволяющих проводить гармонический анализ измеренных сигналов. Измерительная система имела частоту опроса 5000 Гц. В процессе измерения исходный сигнал разложен в ряд Фурье и построен график зависимости амплитуды пульсаций давления p_kот кратности гармоник k (рис.5). На основе этого графика выявлены k, имеющие максимальные амплитуды. Для ступени №2 с БЛД k=1-4, k=z₂ и 2z₂; для ступени №1 с БЛД k=1-2 и k=z₂; для ступени №2 с ЛД k=1, k=z₂ и 2z₂. Измерение пульсаций статических давлений за РК с частотой опроса 5000 Гц подтверждает данные, полученные с помощью термоанемометра, и дополняет их выявленными кратностями гармоник k=z₂ и 2z₂ имеющих максимальные амплитуды.

Рис. 3. Гармонический анализ зависимости

за РК на

а) ступень №1 с БЛД (

, )

б) ступень №2 с БЛД (

, )

а) при

, б) при , в) при

1 - датчик в центре (b₃/2), 2 - датчик около покрывного диска.

Рис. 4. Зависимость Е_k=f(k) на

для ступени №2 с БЛД ( , )

Рис. 5. Зависимость p_k=f(k) на

при

а) Ступень №1 с БЛД (

, ), f₀=182,4 Гц; 1 - ; 2 - ; 3 -

б) Ступень №2 с БЛД (

, ), f₀=182,4 Гц; 1 - , 2 - , 3 -

Таким образом, на основе стандартного Фурье-анализа переменных аэродинамических нагрузок, полученных экспериментально тремя разными методами дополняющими друг друга, определены кратности гармоник с наибольшими амплитудами. Частоты возмущающих переменных аэродинамических нагрузок определены по выражению

f_k=k×n,

где n - частота вращения РК (об/с), и использованы в дальнейшем для определения резонансов РК.

В третьей главе на основании обобщенных данных разработан метод расчета давлений, с учетом неравномерности по окружности, действующих с внешней стороны на диски РК. В качестве исходных данных необходима геометрия ступени и газодинамическая характеристика в безразмерном виде.

Из обобщенных данных по графику на рис.1, при известных

и W, определяется значение для радиуса . Далее находится используя рис.2 и величины и далее А для каждого последующего по формуле

. (1)

и величина аэродинамической нагрузки с учетом амплитуды неравномерности

по формуле

. (2)

Рассчитанная величина аэродинамической нагрузки с учетом амплитуды неравномерности

в последующем используется для определения динамических нагрузок на внешние поверхности дисков РК.

Определение мгновенных изменений давлений на диски и лопатки в межлопаточных каналах РК, возникающих за счет разного противодавления из-за неравномерности давления на выходе РК за 1 оборот проводилось с помощью программного комплекса, в котором решаются задачи: расчета осесимметричного потока в меридиональном канале РК; обтекания решеток профилей на осесимметричных поверхностях тока. Среднее давление на выходе из РК

при определялось на основе расчета потока на осесимметричных поверхностях тока при известных начальных параметрах (p_н, Т_н, М_u, R, k, Ф₀) и заданной геометрии ступени; оно сравнивалось со средним давлением p₂, известным из опытной газодинамической характеристики ступени. Это отличие определялось коэффициентом коррекции К_К, который меньше 1, т.к. при расчете не учитываются потери. К_К рассчитывался по формуле