POSIBILITATI DE REDUCERE A TENSIUNULOR DIN VIBRATII LA PALETE

POSIBILITATI DE REDUCERE A TENSIUNULOR DIN VIBRATII LA PALETE.

Reducerea tensiunilor din vibratii se poate face prin:

- cresterea fortelor de amortizare,

- micsorarea fortelor de excitatie,

- scoaterea regimurilor de rezonanta in afara regimurilor periculoase de lucru ale motorului.

1. Cresterea fortelor de amortizare

Se poate face prin:

1 - Utilizarea unor materiale cu caracteristici de amortizare bune, care sa permita obtinerea unui decrement logaritmic mare, precum si un raport mare intre modulul de
elasticitate E, si densitatea ρ a materialului.

2 - Alegerea judicioasa a jocurilor si ale dimensiunilor piciorului de paleta, deoarece:

- tensiunile de vibratie scad odata cu cresterea dimensiunilor si a masei piciorului de paleta,

- cresterea jocului dintre piciorul de paleta si coroana discului determina o reducere a vibratiilor prin cresterea foitelor de frecare in imbinare,

- forma piciorului de paleta influenteaza marimea tensiunilor de vibratie. Din fig. 116, rezulta ca piciorul de tip con de brad reduce mai mult vibratiile decat cel de forma trapezoidala.

- odata cu antrenarea in miscare de rotatie se reduce efectul de amortizare a vibratiilor, paleta devine, sub actiunea fortei centrifuge, mai aproape de cea incastrata.

Fig. 116 - Influenta formei piciorului de paleta asupra

decrementului logaritmic si a frecventei proprii in functie de turatie.

3 - Cresterea frecarilor din paleta prin realizarea paletelor din doua elemente sau dispunerea a doua palete in acelasi locas al coroanei din disc, fig. 117.

Fig. 117 - Efectul dispunerii a doua palete in acelasi locas

din disc asupra tensiunilor de vibratie.

1 - o singura paleta in locas, 2 - doua palete in acelasi locas

4 - Folosirea amortizorilor de vibratii. (Fig. 118).

Se pot utiliza:

a) Amortizori din masa plastica sau cauciuc.

- amortizorul are forma de pana si este presat prin forta axiala obtinuta din strangerea unui surub care are flanse la capete si prin aceasta se modifica frecventele proprii. Solutia fiind posibila de utilizat numai la palete de compresor axial.

b) Utilizarea unor paste tip araldit, dispusa in jocul dintre piciorul de paleta si coroana discului, ceea ce va asigura o crestere a coeficientului de frecare, mai ales prin utilizarea unei sulfuri de molibden, care poate fi folosita si in conditii de temperaturi si forte centrifuge mari.

Fig. 118 - Utilizarea amortizarii cu elemente plasice si cu paste.

c) Schimbarea temperaturii paletelor prin utilizarea unei raciri exterioare sau interioare corespunzatoare.

d) Amortizarea aeroelastica ,care depinde de caracteristicile elastice ale paletei, dar si de forma profilului aerofoliei si de pozitia paletei in retea. Sunt amortizate mai mult vibratiile cu frecvente joase, precum si cele ale paletelor subtiri, la care amplitudinile de vibratie sunt mai mari. Amortizarea aeroelastica este de 10 ÷ 15 ori mai eficace fata de amortizarea prin frecare.

5 - Schimbarea dimensiunilor si a formei paletei prin:

a) modificarea lungimii aerofoliei. Cresterea lungimii scade mult frecventa proprie,

b) micsorarea grosimii profilului aerofoliei determina cresterea frecventei proprii a aerofoliei,

c) torsionarea paletei mareste frecventa proprie de incovoiere si scade frecventa de torsiune,

d) sectionarea varfului paletei de rotor catre bordul de fuga. Se diminueaza efectul armonicilor superioare care au linii de noduri dispuse aproape de varful paletei, mai ales la cele de turbina,

e) curbarea paletelor de rotor (fig. 119), determina cresterea efectului fortei centrifuge asupra frecventei proprii dinamice, modifica regimurile de rezonanta si efectele fortelor de excitatie, ca urmare a faptului ca profilele aerofoliei trec succesiv prin zonele de siaj de dupa paletele de stator,

f) dispunerea inclinata a paletelor din reteaua de stator (fig. 119), are ca efect:

- deplasarea campului perturbator de dupa reteaua de palete, paletele de rotor intrand sucesiv, cu sectiunile aerofoliei, in zona perturbata,

- scade zgomotul si se reduce gradientul de presiune in lungul aerofoliei.

Efectul se apreciaza prin parametrul:

in care,

γ - unghiul de inclinare al paletei de stator fata de directia radiala

z_s - numarul de palete de stator,

D_m - diametrul mediu al canalului de trecere a gazelor prin retea,

L - lungimea paletei,

- tensiunile din vibratii in paleta de rotor, cand reteaua de palete de stator are paletele dispuse inclinat,

- tensiunile de vibratie in paleta de rotor, cand reteaua de palete de stator are paletele dispuse pe directie radiala.

A rezultat ca dispunerea inclinata a paletelor de rotor reduce tensiunile de vibratie la armonica fundamentala, dar cresc tensiunile pentru armonicile superioare.

Fig. 119 - Sectionarea varfului si Fig. 120 - Dispunerea inclinata a

curbarea paletei.  paletelor in reteaua de stator.

g) Dispunerea neuniforma a paletelor de stator in retea (pas neuniform pe circumferinta), are caracteristicile:

- reteaua de palete se imparte in 3 - 4 grupe, fiecare avand pasul putin diferit de cel optim,

- se obtin distributii neuniforme ale vibratiilor paletelor de stator prin scaderea amplitudinii la prima forma de vibratie, dar cresc fortele de excitatie la armonicile superioare.

h) Sortarea paletelor de rotor in functie de: masa, frecventele proprii, momentul static si dispunerea lor in retea, astfel ca paletele vecine sa aibe frecvente proprii diferite, si sa se asigure si o echilibrare a rotorului.

i) Utilizarea bandajelor la varful paletelor de turbina, care pot fi fara joc intre bandajele vecine sau cu joc.

Paletele cu bandaje fara joc sunt greu de realizat, nu se monteaza usor si se deformeaza datorita dilatarilor termice.

Paletele cu joc intre bandaje au caracteristicile (fig. 121):

- jocul Δ este inclinat sau in zig-zag, iar prin deformatia paletelor de rotor
jocul se poate anula.

- tensiunile de vibratie cele mai mari se obtin la bandajele continue, sudate sau la cele cu jocul foarte mare,

- paletele cu aceeasi frecveta proprie, in toata reteaua, vibreaza in faza, si bandajele nu se lovesc, tensiunile din vibratie cresc,

- paletele cu frecvente proprii diferite, vibreaza in contrafaza si bandajele se ciocnesc intre ele, reducand tensiunile de vibratie.

Fig. 121 - Bandaje pentru palete de rotor turbina avand joc

cu forma inclinata sau zig-zag.

j) Influenta momentului incovoietor rezultant pe paleta produce asupra amortizarii vibratiilor o schimbare a valorii decrementului logaritmic, (fig. 122), care depinde de numarul si pozitia bandajelor pe paleta, dar si de felul bandajelor.

Pentru bandajele de sarma sau de teava, a rezultat:

- retea cu un inel de sarma dispus pe corpul aerofoliei,

- pentru inel de sarma,

- pentru inel de teava,

- retea cu doua inele de sarma dispuse pe corpul aerofoliei,

- pentru inele de sarma,

- pentru inele de teava,

Fig. 122 - Influenta tensiunilor de incovoiere din aerofolie

asupra decrementului logaritmic.

1 - bandaj continuu dispus la capatul aerofoliei,

2 - bandaje cu joc la capete,

3 - bandaje cu doua inele de sarma pe aerofolie,

4 - bandaj cu un inel de sarma pe corpul aerofoliei.

Prezenta bandajelor dispuse pe aerofolie mareste amortizarea vibratiilor si eficienta creste cand sunt dispuse la distanta optima pe aerofolie, precum si la utilizarea unor tronsoane de bandaj asamblate intre ele (fig. 122). Distanta optima este cand bandajul se dispune la distanta 0,5 ÷ 0,7 L, pentru care se obtine frecventa proprie minima a aerofoliei.

Fig. 123 - Influenta dispunerii bandajului pe aerofolie asupra decrementului

si a frecventei proprii.

5 - Asigurarea coeficientului de siguranta n_v, la vibratii, prin cresterea rezervei de rezistenta la oboseala,

in care,

- limita de curgere a materialului paletei cu considerarea concentrarilor de tensiuni, a temperaturii si a asimetriei ciclului de solicitari,

- tensiunile de vibratie maxime care apar in aerofolie.

Limita de curgere creste cand se reduc concentrarile de tensiuni prin:

- polizarea fina a aerofoliei si a piciorului paletei,

- cresterea razelor de racordare intre aerofolie si piciorul paletei,

- reducerea ecruisarilor la prelucrarea mecanica a paletei,

- rotunjirea bordului de atac si de fuga a profilului,

- durificarea superficiala a aerofoliei prin ciocnirea cu bile de otel.

2. Modificarea surselor de excitatie la vibratie.

Se poate face prin:

- Schimbarea numarului de elemente perturbatoare, respectiv a numarului de palete de stator, de montanti sau de tuburi de foc,

- Micsorarea tensiunilor de incovoiere date de forta de presiune a gazelor,

- Reducerea neuniformitatii curentului de fluid in lungul motorului dar si pe directie radiala, prin schimbarea parametrilor gazodinamici si modificarea jocurilor axiale si radiale.

BIBLIOGRAFIE

I. Manole Calculul si constructia motoarelor cu turbine de gaze pentru aviatie.

Ed. Academia Militara -Bucuresti, 1971.

I. Manole Calculul de rezistenta si vibratie a paletelor turbomotoarelor de aviatie. Ed. Academia Militara -Bucuresti, 1978.

I. Manole Turbomotoare de aviatie.

- Calculul de rezistenta si constructia ansamblului motorului -

Ed. Universitatea Politehnica Bucuresti, 1998.

I. Manole Sisteme de protectie pentru turbomotoare de aviatie. Ed. Universitatea Politehnica Bucuresti , 1998.

I. Manole Calculul si constructia motoarelor aeroreactoare. - Lucrari de laborator -Ed. Universitatea Politehnica Bucuresti, 1997.

I. Manole Solutii constructive de turbomotoare de aviatie, Vol.I si Voi. II. Ed. Academia Militara - Bucuresti, 1977.

I. Manole Compendiu asupra elaborarii proiectelor la disciplina 'Calculul si constructia motoarelor aeroreactoare' Ed. Universitatea Politehnica Bucuresti.,

- Facultatea de Inginerie Aerospatiala -, 2002.