Угол разворота можно определить по формуле

Так же, как и в предыдущем случае, для повышения точности можно использовать осредневные по всем лопаткам значения

Л $1ср И A ^ 2 cp.

5.2.4. Измерение закрутки валов

Прибор ЭЛУРА может быть использован для измерения зак­ рутки и крутильных колебаний валов турбомашин. Для этого на обоих концах вала надо укрепить зубчатки, имеющие произволь­ ное и равное друг другу число зубьев, аналогичные возбудителю корневых импульсов, применяемому при измерении вибраций ло­ паток. Напротив каждой из зубчаток на неподвижных деталях следует установить импульсные датчики (см. рис. 5. 3, д) . Зубчатки лучше изготовлять из ферромагнитного материала, что позволяет применять датчики индукционного типа. Желательно также в лю­ бом месте вала установить оборотный датчик. Если теперь с по­ мощью сигналов одного из датчиков запускать строчную развертку прибора ЭЛУРА, а с помощью сигналов другого — подсвечивать метки, то расстояние меток от базовой линии будет в определен­ ном масштабе соответствовать углу закрутки вала. При этом сле­ дует учесть, что в это расстояние будет входить постоянная состав­ ляющая, зависящая от первоначального взаимного расположения датчиков. Изменение расстояния меток от базовой, линии соответ­ ствует изменению угла закрутки вала.

Если метки начнут размываться в яркие линии, то это будет свидетельствовать о появлении крутильных колебаний вала с час тотой, не кратной числу оборотов вала. Если же, наконец, рас­ стояние меток от базовой линии будет различным для разных зубьев, но метки не будут размыты, то это будет свидетельство­ вать о появлении колебаний вала, кратных частоте его вращения Дробная степень кратности колебаний п/т может быть легко оп­ ределена по числу т меток на каждой строчке.

5.3. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАНИЙ ДЕТАЛЕЙ ТУРБОМАШИН

Приборы дискретно-фазового измерения предоставляют широ­ кие возможности для выполнения самых различных измерений па­ раметров колебаний вращающихся деталей турбомашин и машин иного назначения. В зависимости от поставленной задачи и воз­ можностей препарирования машины могут быть использованы бо­ лее или менее сложные приборы и, соответственно, получена бо­ лее или менее полная информация о вибрации деталей. В частно­ сти, приборы дискретно-фазового измерения могут быть исполь­ зованы как:

а) индикаторы превышения заданного уровня деформаций вра­ щающейся детали;

б) приборы — измерители тех или иных параметров вибраций (амплитуды, частоты, фазы и т. д.);

в) исследовательские приборы, предназначенные для получе­ ния максимально полной информации о колебаниях одновремен­ но большого числа деталей (например, лопаток турбомашин).

Вдвух последних случаях возможно одновременное использо­ вание нескольких (двух-трех) приборов дискретно-фазового мето­ да измерения с целью получения более полной информации о ко­ лебаниях лопаток.

Вданном разделе описаны особенности применения приборов ЦИКЛ и ЭЛУРА для индикации превышения уровня и измерения вибраций лопаток турбомашин. Глава 6 иллюстрирует использо­ вание прибора ЭЛУРА как инструмента научных исследований. Основное внимание уделено методическим особенностям исполь­ зования приборов дискретно-фазового метода измерения, мето­ дам обработки информации, полученной с помощью этих приборов,

зтакже иллюстрации возможностей этих приборов.

Использование приборов дискретно-фазового измерения, разу­ меется, не ограничивается приведенными ниже примерами. Ус­ ложнение конструкции турбомашин приводит к возникновению новых задач, обнаружению новых и весьма сложных механизмов возбуждения вибраций их деталей. Поэтому в каждом случае соз­ дания и доводки той или иной турбомашины возникает свой ком­ плекс проблем, особенности которых и диктуют те или иные спо­ собы использования приборов дискретно-фазового измерения.

5.3.1. Определение природы колебаний лопаток с помощью прибора ЭЛУРА

Определение природы колебаний лопаток турбомашины, поз­ воляющее обычно установить и причину (источник) вибраций, является важнейшим этапом ее вибрационной доводки. Точный «диагноз» дает возможность своевременного оперативного вмеша­ тельства в конструкцию машины, правильного выбора средств устранения или ослабления вибраций, а значит существенно сок­ ращает сроки доводки.

Как и любой другой прибор, используемый для измерения виб­ раций, прибор ЭЛУРА не может идентифицировать тип колебаний лопаток. Однако исследователь, работающий с этим прибором, при некотором весьма небольшом навыке почти безошибочно раз­ личает основные, наиболее распространенные типы вибраций ло­ паток: флаттер (автоколебания), вынужденные (резонансные) колебания, срывные колебания (баффтинг), колебания от враща­

Если лопатка колеблется по закону у = А sin со/, то вероятность того, что при прохождении мимо датчика отклонение лопатки бу­ дет лежать в диапазоне от у/А до (y+dy)/A, подчиняется закону

Эта теоретическая зависимость, представляющая собой плотность вероятности W отклонений лопатки от нейтрального положения в моменты времени, следующие друг за другом с периодом, равным

ческим. Так при широкополосных колебаниях баффтингового ти­ па (см. далее) плотность вероятностей (и, соответственно, плот­

ность меток на строчке) наоборот — плотнее в центре и реже на краях.

Характерным для флаттера лопаток турбомашин является сох­ ранение формы колебаний лопаточного венца, т. е. распределения амплитуд по лопаткам венца. Форма колебаний венца сохраняет­ ся обычно при многократных подходах к границе флаттера в весь­ ма значительном диапазоне частот вращения колеса. На аналогич­ ных режимах работы данного экземпляра колеса эта форма пов­ торяется и в других экспериментах, проявляясь в весьма широ­ ком диапазоне изменения параметров потока — давления и тем­ пературы перед турбомашиной. Следует отметить, однако, что на различных режимах (например, на дозвуковых и сверхзвуковых) обтекания лопаток даже на одном и том же рабочем колесе могут проявляться различные формы колебаний венцз (более подробно о6 этом см. в гл. 6 ).

Низкочастотные автоколебания обычно характеризуются фор­ мами возбуждения с одновременными колебаниями всех (или большей части) лопаток венца. При этом амплитуды лопаток мо­ гут существенно различаться и разброс амплитуд достигает 5—6 р#з. При высокочастотных (например, крутильных) автоколеба­

ниях обычно возбуждается относительно небольшая группа шесть-восемь стоящих рядом лопаток.

Более уверенное «разделение» изгибных и крутильных авто­ колебаний требует измерения частоты колебаний (см. разд. 5. 3.3), что может быть выполнено путем одновременного измерения амп­ литуды колебаний и амлитуды скорости колебаний лопаток. В практической работе полезно также пользоваться иногда таким признаком высокочастотных автоколебаний лопаток, как наличие характерного звука («пения») компрессора. Характерное звуча­ ние компрессора связано с повышенным излучением высокочас­ тотных акустических колебаний газа (вызванных колебаниями лопаток) из входного канала компрессора по сравнению с низко­ частотными звуковыми волнами, практически полностью отражающимися назад от открытого конца воздухозаборного канала.

Естественно, что при идентификации флаттера лопаток следует использовать и такие хорошо известные его свойства, как зависи­ мость от приведенных параметров компрессора, сильная зависи­ мость от давления (для изгибных колебаний) и температуры (для крутильных колебаний) и т. д.

В отдельных случаях, когда частота автоколебаний близка к значениям, составляющим целую кратность с частотой вращения ротора, на каждой строчке на экране прибора ЭЛУРА проявляет­ ся одна или несколько меток, совершающих периодические коле­ бания с размахом, пропорциональным амплитуде колебания. По­ скольку, как показывают расчетные оценки (см. разд. 2 .1 ), а так­ же практика измерений, строгая кратность частоты флаттера частоте вращения никогда не реализуется (в частности, из-за не­ которого непостоянства частоты вращения турбомашины), флат­ тер лопаток удается практически безошибочно отличить от резо­ нансных колебаний.

Резонансные колебания лопаток. Так как частота резонансных колебаний лопаток от неподвижной неравномерности потока стро­ го кратна частоте вращения колеса, при неизменном режиме рабо­ ты компрессора они не проявляются на экране прибора ЭЛУРд. Однако при прохождении резонансной области оборотов метки ца строчках прибора ЭЛУРА изменяют свое положение, описывая траекторию, размеры которой по вертикали пропорциональны мак­ симальной амплитуде колебаний лопаток (см. разд. 2 .6 ). Таким образом, диапазон оборотов, при проходе которого метки прояв­ ляют «беспокойство», перемещаясь (однократно) по строчкам сначала в одном, а затем в другом направлении, является диапа­ зоном резонанса. Поскольку частота вращения турбомашины и амплитуда вынужденных колебаний лопаток никогда не сохраня­ ются постоянными, то даже на неизменном режиме ее работы, по характерному малому взаимному перемещению меток можно при некотором опыте установить наличие резонансных колебаний.

-вести к проявлению отдельных собственных форм возбуждения венца, а значит и к появлению заметного разброса длин ярких

линий на экране прибора ЭЛУРА.

Для баффтингового флаттера и баффтинга характерно посте­ пенное нарастание амплитуд по мере изменения режима работы

турбомашины.

Происходящие всегда слабые случайные колебания лопаток (из-за турбулентности и завихренности любого реального потока), обычно называемые «фоном», по существу также являются баффтингом лопаток.

Рис. 5.13. Примеры регистрации срывиых колебании лопаток с помо­ щью прибора ЭЛУРА:

а—колебания от вращающегося срыва; б—срывные колебания (баффтинговыК

флаттер)

Колебания от вращающегося срыва. Поскольку частота воз­ буждения колебаний от вращающегося срыва не кратна частоте вращения, эти колебания также проявляются в виде ярких линий. По картине, наблюдаемой на экране прибора ЭЛУРА, колебания от вращающегося срыва довольно похожи на баффтинг или баффтинговый флаттер (см. рис. 5.13). Однако существуют два важ­ ных момента, позволяющих практически безошибочно опреде­ лить этот вид колебаний лопаток. Во-первых, вращающийся срыв и колебания лопаток, вызванные им, часто возникают скачкооб­ разно, с появлением характерного шума. Во-вторых, по своей природе вращающийся срыв является периодическим процессом и в спектре силового воздействия потока на режиме вращающе­ гося срыва присутствуют интенсивные дискретные составляющие, предопределяющие возникновение разброса амплитуд колебаний отдельных лопаток венца (т. е. возбуждение отдельных собствен­ ных форм колебаний венца) в зависимости от близости их часто­ ты к частоте той или иной дискретной составляющей спектра. В результате при вращающемся срыве с одной стороны в процес­ се колебаний принимают участие все лопатки (поскольку на этом режиме имеется сильный фон случайных возмущений), а с дру­ гой стороны — заметна некоторая дифференциация амплитуд.