Опыт показывает, что надежность работы газотурбинных установок (ГТУ) в значительной степени определяется вибрационной прочностью облопачивания турбины. Уровень динамических напряжений в лопатках турбомашин представляется возможным определить в настоящее время лишь путем натурных тензометрических испытаний. Поэтому в период отработки головных образцов новых типов машин одним из основных испытаний является тензометрирование лопаточного аппарата. Задачей испытаний является не только определение величин динамических напряжений в лопатках, но и разработка конструктивных мероприятий по их уменьшению.       

В данной статье приводятся результаты Исследования динамических напряжений в лопатках турбины ведущим исполнителем, но учитывается раздельно на предприятиях-изготовителях и предприятиях-потребителях этой техники. Для изготовителей этот эффект рассчитывается с учетом выпускаемой техники, для потребителей — с учетом продукции, производимой на основе использования этой техники.

Такой раздельный хозрасчетный эффект определяет долевое участие в суммарном эффекте.

Система непрерывного планирования работ по новой технике одобрена коллегией Министерства и введена в действие соответствующим приказом министра. Она обусловливает комплексное воздействие экономических рычагов на решение проблем научно-технического прогресса. При этом выплата авансов, если период разработки и освоения превышает три года, разрешается только в случае принятия заказчиком технического задания, согласования лимитной цены или снижения себестоимости выпускаемой продукции. Авансы, выплачиваемые из единого фонда развития науки и техники, компенсируются финансовыми обязательствами заказчика и возвращаются в этот фонд после освоения новой техники.

Фонды материального поощрения, социально-культурных мероприятий и жилищного строительства институтов и организаций формируются по результатам только внедренных работ. Для обеспечения отчислений в эти фонды по мере реализации переходящих и новых договоров предусматриваются соответствующие сроки равномерной в течение всего года сдачи работ, а также согласовываются с предприятиями-заказчиками размеры этих отчислений.

Опыт, накопленный в энергомашиностроении, свидетельствует о необходимости дальнейшего усиления не только хозрасчетных рычагов управления, но и централизованных форм отраслевого планирования научно-технического прогресса. Это особенно важно одного типа промышленных агрегатов с максимальной полезной мощностью 10 МВт.

Основные параметры рабочих лопаток ступеней турбины:

Рабочая температура в °С......................... 300 — 650

Число направляющих лопаток:

I ступени........................................ 54

II ступени....................................36 или 30

Угол установки рабочих лопаток в град.............от 10 до 45 — 50

Относительный шаг решеток:

рабочих лопаток .  ............................ 0,775;

0,55

направляющих лопаток.........................0,63;                0,67

Величины осевых зазоров, к хорде направляющих лопаток:

I ступени..................................... 0,     183

II ступени.................................... 0,     25

Для такой отрасли, как энергомашиностроение, где наряду с решением текущих задач по освоений) новой техники создается научный задел на длительную перспективу, связанный с решением принципиальных проблем энергетики. Применение только хозрасчетных принципов управления обеспечивает экономические преимущества разработчикам, решающим проблемы производства текущего момента. Масштабы стимулирования резко снижаются при разработке принципиально новых направлений, результат которых экономически оценить очень сложно.

В то же время есть резервы для усиления хозрасчетного механизма, повышения степени его обоснованности. Например, механизм объективного распределения фондов экономического стимулирования в зависимости от величины и источника образования экономического эффекта в отрасли нуждается в улучшении. Дело в том, что одинаковая эффективность на рубль затрат при внедрении прогрессивных технологических процессов и новых конструктивных решений имеют различный градиент приращения ФЭС, что экономически необоснованно.

Кроме того, следует отметить, что новая система планирования, хотя и является простой по своим принципам и содержанию, все еще остается сложной в части оформления документов, согласования экономического эффекта с заказчиком, утверждения надбавки к цене на продукцию повышенного качества, распределения экономического эффекта между соисполнителями и в решении ряда других организационных вопросов, которые требуют скорейшего разрешения.

Укрепление централизованных и хозрасчетных методов повысит действенность экономического механизма управления научно-техническим прогрессом и обеспечит успешное претворение в жизнь решений XXV съезда КПСС.

Исследуемые рабочие лопатки I и II ступеней турбины переменного сечения, одиночные (без связей) изготовлены из сплава ЭИ893. Хвост елочный с торцовой заводкой в паз диска.

При этом оказывается, что хорда периферийного сечения равна или даже больше хорды корневого сечения, а момент ииерции значительно (в 3—4 раза) меньше. Возникает так называемая «парусность» профиля, улучшающая аэродинамические н в значительной степени определяющая вибрационные характеристики лопатки.

Частоты и формы собственных колебаний единичных лопаток, а также перераспределения напряжений при различных формах колебаний были найдены в лабораторных условиях (без вращения). Определение фактических амплитуд и частот динамических напряжений в лопатках производилось методом высокотемпературного тензометрирования во время работы натурных агрегатов. Тензодатчики устанавливались на 30% лопаток каждой ступени на цементе Ц-7-165-32 по разработанной ЦНИИТмаш технологии. Ротор с экспериментальными лопатками испытывался в статорах нескольких штатных машин, отличавшихся друг от друга лишь конструкцией элементов проточной части турбины. Преимущества того или иного варианта конструкции определялись по показаниям одних и тех же тензодатчиков. Одновременно с тензометрированием проводились газодинамические испытания.

Результаты испытаний в лабораторных условиях (без вращения) представлены на рис. 1, в котором указаны частоты собственных колебаний рабочих лопаток обеих ступеней, соотношения между ними, а также изменения частот при подрезке выходной кромки. Проводится сравнение с динамическими частотами, полученными при натурном тензометрнровании. Анализ опытных данных показал, что при первых пяти формах колебаний Д—6 напряжения распределяются в пере лопаток сравнительно равномерно. При шестой форме на ограниченном участке периферийных сечений пера вблизи выходной кромки напряжения больше, чем во всех остальных частях лопатки, в 2— 3 раза. Если отрезать часть выходной кромки в этих сечениях, то неравномерность распределения напряжений при /в сглаживается, а все предшествующие формы колебаний изменяются незначительно. Выравнивание распределения напряжений приводит к снижению максимальных амплитуд этих напряжений в работающей машине. Происходит, по-видимому, явление, аналогичное уменьшению величины концентратора напряжений. Энергия потока, израсходованная на поддержание резонансных колебаний лопатки, не сосредотачивается на небольшом участке пера, а распределяется в нескольких сечениях. Описанная форма колебаний наблюдалась на лопатках I и II ступеней турбины. Здесь приведены результаты эксперимента только для лопаток второй ступени. Все частоты собственных колебаний после подрезки кромки повысились.

Изменения температуры металла лопаток в работающих машинах учитывались путем введения поправочных коэффициентов. Снижение частот вследствие нагревания частично или полностью компенсируется действием центробежных сил. Суммарное воздействие обоих факторов лишь незначительно сдвигает лабораторные величины.