В работе описана экспериментальная установка, предназначенная для моделирования вибрационных процессов в газотурбинных двигателях. Она представляет собой трёхвальный роторно-опорный узел с электрическими приводами роторов. Конструкция установки воспроизводит основные особенности роторных систем газотурбинных двигателей различных схем. Предусмотрена возможность варьировать положение и количество опор, расположение и количество нагрузочных дисков, величину дисбалансов, количество и расположение датчиков. Каждый из роторов независимо от остальных приводится во вращение асинхронным двигателем. Управление скоростью вращения роторов и регистрация параметров эксперимента осуществляется при помощи информационно-управляющей системы. Ее основным элементом является многофункциональный контроллер National Instruments, который позволяет осуществлять регистрацию и обработку параметров и управление электродвигателями в режиме реального времени. В лабораторном комплексе реализована возможность регистрации виброперемещений и траекторий движения роторов, виброускорений на опорах, проведения гармонического и порядкового анализа. Описаны примеры проведенных экспериментальных исследований. Получаемые экспериментальные данные используются для верификации математических моделей динамики роторных систем.
The paper describes the experimental setup is designed to simulate the vibration processes in gas turbine engines. It is triple-shaft rotor with AC electric motors drive. The test rig reproduces main features of gas turbine engines rotor systems with different design schemes. It is possible to vary the position and the number of supports, the location and number of loading disks, the amount of imbalances, the number and location of the sensors. Every rotor can be controlled independently. Setting up of rotor speed and recording parameters of the experiment is carried out by information management system. The main element of it is National Instruments controller which allows performing registration and processing of sensors signals and rotating speed in real time. The possibility of recording vibration motion and trajectory of the rotors, acceleration of the supports, harmonic and order analysis performing is realized in laboratory complex. Examples of experimental studies are described. The obtained experimental data are used to verify mathematical models of dynamics of rotor systems.
1. Иноземцев А.А., Нихамкин М.Ш, Сандрацкий В.Л. Динамика и прочность авиационных двигателей и энергетических установок. – М.: Машиностроение, 2008. – Т. 4. – 192 с.
2. Иноземцев А.А., Нихамкин М.Ш., Воронов Л.В., Сенкевич А.Б., Головкин А.Ю., Болотов Б.П. Методика экспериментального модального анализа лопаток и рабочих колес газотурбинных двигателей // Тяжелое машиностроение. – 2010. – № 11. – С. 2–6.
3. Иноземцев А.А., Нихамкин М.Ш., Воронов Л.В., Гладкий И.Л., Головкин А.Ю., Болотов Б.П. Собственные частоты и формы колебаний полой лопатки вентилятора ГТД // Авиационная промышленность. – 2010. – № 3. – С. 2.
4. Кельзон А.С., Журавлев Ю.Н., Январев Н.В. Расчет и конструирование роторных машин. – Л.: Машиностроение, 1977. – 288 с.
5. Леонтьев М.К. Современные методы расчета динамических характеристик роторных систем. NASTRAN или DYNAMICS? // Двигатель. – 2003. – № 33. – C. 14–16.
6. Нихамкин М.Ш., Семенов С.В., Мехоношин Г.В. Экспериментальное исследование демпфирования колебаний двухвальной роторной системы газотурбинного двигателя. Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11–2 – С. 280–284.
7. Нихамкин М.Ш., Мехоношин Г.В., Семенов С.В., Болотов Б.П. Особенности модального анализа роторов с цанговыми соединениями деталей // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 10–2. – С. 280–288.
8. Cеменов С.В., Мехоношин Г.В. Информационно-измерительная система управления модельной двухвальной роторной установкой [Электронный ресурс] // Инновацион-ные технологии: теория, инструменты, практика (InnoTech2013). – Пермь, ПНИПУ, 2013. – Режим доступа: http://conference.msa.pstu.ru/sekcia 1/informatsionno-izmeritelnaya_sistema_upravleniya_modelnoy_dvukhvalnoy_rotornoy_ustanovkoy.doc.
9. Семенов С.В., Мехоношин Г.В. Математическое моделирование вибрации роторной системы ГТД с учетом неосесимметричных форм колебаний имитаторов дисков // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации – 2015. – 2015. – С. 267–270.
10. Bently D.E. Fundamentals of Rotating Machinery Diagnostics. – Bently Pressurized Bearing Company, 2002. – 764 p.
11. Muszynska A. Rotordynamics. – Boca raton: Taylor&Francis Group, 2005. – 1074 p.
12. Nikhamkin M., Semenov S., Mekhonoshin G., Semenova I. and Sazhenkov N. Twin Shaft Rotor System Vibration Damping Experimental Investigation. Applied Mechanics and Materials Vols. 752–753 (2015) // Trans Tech Publications, Switzerland. – P. 918–921.
13. Semenov S.V., Nikhamkin M.Sh., Korepanova O.V., Berendorf Y.A. Experimental investigation of rotor dynamics in aircraft engine with two-axis stiffness anisotropy of supports. 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS 2014 CD-ROM PROCEEDINGS. 2014.
14. Semenov, S.V., Nikhamkin, M.S., Sazhenkov, N.A., & Semenova, I.V. (2015). Condition monitoring of aircraft engine rotor system with stiffness anisotropy of rotor supports. Comparative analysis of accelerometers mounting schemes. In Advances in Condition Monitoring of Machinery in Non-Stationary Operations. – Р. 463–471. doi: 10.1007/978-3-319-20463-5_35.