Вибрационный контроль рабочих лопаток паровых турбин, газовых турбин и компрессоров является неотъемлемой частью технологических процессов по производству турбоагрегатов, их сборке и ремонту. В рамках данного процесса осуществляется практическое определение значений собственных частот лопаток, соответствующих наиболее опасным отстраиваемым формам колебаний.
Цели, которые достигаются путем выполнения вибрационного контроля, подразделяются в зависимости от того в каком из технологических процессов реализуется данный вид работ, например:
- Производство рабочих лопаток – определение собственных частот с целью достижения гарантированных характеристик по частотной отстройке от опасных диапазонов в условиях динамического нагружения, т.е., иными словами, контроль надежности изделия. Побочным, или связанным, продуктом выполнения данного вида контроля является косвенный контроль корректности геометрических характеристик изделия и свойств материала. Также, за счет оценки частотных характеристик всего комплекта и всех комплектов, появляется косвенная возможность осуществлять контроль стабильности качества изготовления и применяемых материалов.
- Облопачивание рабочих колес (сборка в заводских условиях) – определение необходимости корректировки величин натягов рабочих лопаток по промтелам и хвостовикам в тангенциальном направлении на основе изменения статических частотных характеристик рабочих лопаток (характеристик полученных при стендовых испытаниях). Дополнительно решается вопрос по контролю величины разброса собственных частот с целью его минимизации до технических требований.
- Облопачивание рабочих колес (сборка в условиях ремонтных площадок) – входной контроль качества поставляемых изделий и формирование критериев контроля при облопачивании в случае отсутствия входных данных от поставщика рабочих лопаток. Контроль качества облопачивания.
Отдельным видом работ является исследование спектра собственных частот рабочих лопаток, который является одной из неотъемлемых частей исследования головных образцов изделий и служит для целей уточнения расчетных моделей рабочих лопаток, сдаточных критериев и эксплуатационных условий.
Рисунок –Формы собственных колебаний рабочих лопаток
Для выполнения описанных видов работ применяются специализированные решения в виде стационарных и мобильных стендов вибрационного контроля ООО «НПП «Уральская лаборатория вибрации» разной конфигурации. Задачей которых является создание возможностей для реализации полностью контролируемых условий выполнения вибрационного контроля и исследований в том числе с определением граничных значений по требуемым условиям зажатия рабочих лопаток.
Описание непосредственных способов измерений собственных частот рабочих лопаток с получением спектральных характеристик представлено в отдельной статье.
В ряде случаев отсутствие требований на вибрационный контроль, равно как и отсутствие самого вибрационного контроля может сулить значительные неприятности в процессе эксплуатации турбоагрегата. К подобного рода неприятностям можно отнести усталостные поломки лопаточного аппарата вследствие работы вблизи собственных частот рабочих лопаток (работа на резонансе) как из-за некорректно заданных ограничений по рабочим частотам вращения валопровода, так и вследствие нарушения частотной отстройки, поломка хвостового соединения вследствие недостаточности тангенциального натяга при наборке ступени на диск и др.
Рисунок – Примеры поломок рабочих лопаток вследствие неудовлетворительной частотной отстройки
ООО «НПП «Уральская лаборатория вибрации» осуществляет широкий спектр работ по направлению вибрационного контроля лопаточного аппарата:
- Вибрационный контроль на этапе производства рабочих лопаток в условиях производства
- Вибрационный контроль на этапе облопачивания рабочих колес
- Натурное определение условий выполнения вибрационного контроля
- Расчетное определение сдаточных критериев рабочих лопаток
- Численная частотная отстройка конструкций рабочих лопаток и ступеней в сборе (расчетное исследование конструкций)
- Разработка конструкций испытательных стендов вибрационного контроля в стационарном и мобильном исполнении
- Разработка программ испытаний и типовых производственных инструкций