Основной задачей вибрационного контроля рабочих лопаток является определение спектра собственных частот и определение его соответствия проектным значениям с целью обеспечения безопасной и надежной эксплуатации турбоагрегата.
Выполнение работ по вибрационному контролю может осуществляться различными способами и методами. Для удобства можно ввести следующую классификацию видов вибрационного контроля:
- По виду и способу возбуждения колебаний
- По способу определения собственных частот
По виду и способу возбуждения колебаний допустимо выделить следующие основные группы:
- Свободные колебаний
- Путем возбуждения колебаний с применением импульсного молотка
- Путем возбуждения колебаний импульсной подачей широкополосной вибрации с малого модального вибратора, либо пьезоэлемента
- Вынужденные колебания
- Возбуждение колебаний модальным вибратором с пошаговым увеличением частоты в заданном диапазоне
- Возбуждение колебаний воздушным модулирующим устройством
- Возбуждение колебаний с применением электромагнитного вибратора
Наиболее распространенной формой возбуждения является возбуждение колебаний путем импульсного воздействия молотком для модальным испытаний в виду простоты применения метода и дешевизны самого решения.
Рисунок – Пример вида импульсного молотка
Возбуждение колебаний с применением вибратора в режиме удара также имеет распространённое применение, однако стоимость данного решения может оказаться несопоставимой по сравнению с первым подходом. При этом необходимо отметить, что применение вибратора подразумевает также возможность применения методов возбуждения из второй группы т.е. вынужденных колебаний и, как следствие, значительно расширяет функциональные возможности испытательного комплекса.
Рисунок – Примеры модального электродинамического вибратора и пьезорезонатора
В обоих случаях определение собственной частоты основывается на оценке уровня отклика в спектре сигнала колебаний лопатки, либо на оценке фигур Лиссажу.
Методы испытаний с вынужденными колебаниями позволяют осуществлять более широкий спектр работ, чем просто вибрационный контроль, однако целесообразность и необходимость реализации данных методов должна оцениваться на основании целей и ожидаемых новых результатов исследований. В наиболее распространенном сценарии выполнения типового производственного контроля данный подход может оказаться избыточным.
Рисунок – Пример системы управления виброиспытаниями
Возбуждение колебаний вибратором в диапазоне частот требует наличия непосредственно самого вибратора, легкой и прочной оснастки для закрепления лопаток, системы управления вибратором и обратной связи управления вибратором. Непосредственное определение собственной частоты основывается либо на основе анализа АЧХ отклика лопатки в диапазоне частот возбуждения, либо путем определения узловых форм колебаний лопатки на заданной частоте.
Рисунок — Пример модулирующего диска пневматической системы возбуждения колебаний
Возбуждение колебаний воздушным модулирующим устройством по своей сути является аналогичным методу с электродинамическими вибраторами с той лишь разницей, что вибрация передается путем моделирования пульсирующего потока воздуха. Преимуществом данного метода является отсутствие возможного дополнительного влияния вибратора непосредственно на рабочую лопатку (например как с случае с возбуждением через металлические тяги, которая вносит некоторую величину изменений в механическую систему). Недостатком данного метода может оказаться сравнительно небольшая величина действующего усилия.
Возбуждение колебаний с применением электромагнитной системы является промежуточным решением между использованием электродинамических вибраторов и модулированным потоком воздуха. Данный метод также позволяет возбуждать колебания лопаток без непосредственного механического воздействия с силами большими, чем от воздушного потока, однако имеет ограничения по материалам самих лопаток (в частности по их магнитным свойствам). Максимальное силовое воздействие при этом все-же меньше чем при возбуждении электродинамическими вибраторами.
Необходимо отметить, что электромагнитные системы в основном применяются для выполнения усталостных испытаний и имеют внушительные габаритные размеры и высокую сложность в эксплуатации и обслуживании в сравнении с остальными способами.
Конкретный выбор способа возбуждения колебаний должен основываться на целях испытаний, решаемых задачах и целесообразности применения методов.