RU2490626C1

RU2490626C1 - Turbo machine blade test device

Info

Publication number: RU2490626C1
Application number: RU2011152473/28A
Authority: RU
Inventors: Тамара Петровна Коновалова; Андрей Валерьевич Узбеков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн")
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-08-20
Also published as: RU2011152473A

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: proposed device comprises turbine bladed wheel, turbine blade butts are locked in disc annular disc. At least, one blade is a tested blade. This device comprises also transducer and electric conductors. Said conductors are secured at blade body and root surfaces and in flange hole, connected to said transducer secured at blade body and means to transmit signal to recording device. Said transducer is composed of resistive-strain sensor. Annular groove bottom has, at least, one recess and two holes communicated therewith for wiring conductors at disc face and rear. Recess length makes, at least, half the blade root thickness. Note here that connection of conductors is made at disc face side, said wires running from transducer and signal transmitter. Recess depth should make, at least, two diameters of electric conductors. Note that the number of recesses communicated with annular disc groove being equal to that of tested blades.

EFFECT: simplified design, higher accuracy of testing, better balancing and longer life of turbine.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для испытаний аэродинамических конструкций, в частности, для определения характеристик лопаток компрессора и турбины с помощью измерения деформаций, путем использования активного сопротивления электрических тензометров.The invention relates to measuring technique, is intended for testing aerodynamic structures, in particular, for determining the characteristics of compressor blades and turbines by measuring deformations, by using the active resistance of electric tensometers.

При работе турбомашины, возникающие динамические нагрузки вращающихся деталей, например лопаток и диска на роторе турбомашины, могут привести к серьезным повреждениям. Поэтому необходимо такие конструктивные элементы перед рабочим использованием или в процессе работы с заданной периодичностью проверять на дефекты или трещины, вызванные коррозионным растрескиванием или их вибрационными установочными характеристиками возникающих при работе заложенных при проектировании турбомашины.When the turbomachine is operating, dynamic stresses arising from rotating parts, such as vanes and discs on the rotor of the turbomachine, can cause serious damage. Therefore, it is necessary to check such structural elements before working use or during operation with a given periodicity for defects or cracks caused by corrosion cracking or their vibrational installation characteristics that occur during operation of the turbomachine involved in the design.

Основания лопаток турбомашины, которые размещены на роторе с фиксацией замковым соединением от проворачивания в кольцевом пазе на диске, по экономическим причинам целесообразно не проверять путем разборки ротора или демонтажа лопаток турбомашины. Такие испытания осуществляют с помощью различных методов контроля с использованием различных типов датчиков. Однако в качестве поверхности для размещения датчиков часто может использоваться только поверхность пера лопаток на боковых стенках диска колеса. Часто доступность к поверхности для размещения датчиков на перьях лопаток внутри турбомашины ограничена соседними контурами ротора.For economic reasons, it is advisable not to check the bases of the turbomachine blades that are placed on the rotor with a locking connection from turning in the ring groove on the disk by disassembling the rotor or dismantling the turbomachine blades. Such tests are carried out using various monitoring methods using various types of sensors. However, as the surface for accommodating sensors, only the feather surface of the blades on the side walls of the wheel disc can often be used. Often the accessibility to the surface for placing sensors on the feathers of the blades inside the turbomachine is limited by the adjacent contours of the rotor.

Наиболее близким, по назначению и достигаемому техническому результату, является известное устройство для испытания лопаток турбомашины, содержащее рабочее колесо с лопатками, хвостовики которых зафиксированы замковым соединением в кольцевом пазе на диске по меньшей мере, одна из которых является испытываемой лопаткой, датчик и электрические провода, провода закреплены по поверхности пера, хвостовика и в отверстии полки лопатки, соединены с датчиком, установленным на поверхности пера лопатки и соединены со средством передачи сигнала на регистрирующий прибор [RU №2349911, МПК G01N 29/04, опубл. 20.03.2009 г.].The closest in purpose and technical result to be achieved is a known device for testing turbomachine blades, comprising an impeller with blades, the shanks of which are fixed with a lock connection in an annular groove on the disk, at least one of which is a test blade, a sensor and electrical wires, wires are fixed on the surface of the pen, shank and in the hole of the blade shelf, connected to a sensor mounted on the surface of the blade blade and connected to the signal transmission means on the recording device [RU No. 2349911, IPC G01N 29/04, publ. March 20, 2009].

Недостатками устройства является сложность использования датчиков ультразвукового контроля, особенно в недоступной внутренней области ротора. Воспроизведение результатов ультразвукового контроля наталкивается на проблемы распространения звука на пути до отражателей и фиксирующих устройств, а именно конфигурация пера лопатки, геометрия диска колеса существенно влияют на идентичность результатов измерения.The disadvantages of the device is the difficulty of using ultrasonic sensors, especially in the inaccessible inner region of the rotor. The reproduction of ultrasonic testing results encounters the problems of sound propagation along the path to reflectors and fixing devices, namely, the configuration of the blade pen and the geometry of the wheel disc significantly affect the identity of the measurement results.

Задачей изобретения является создание устройства для испытания и оценки состояния лопатки турбины в смонтированном состоянии на роторе.The objective of the invention is to provide a device for testing and evaluating the state of a turbine blade in a mounted state on a rotor.

Ожидаемый технический результат - упрощение сборки конструкции, повышение точности оценки состояния лопатки, улучшение возможностей балансировки и повышение ресурса турбины.The expected technical result is to simplify the assembly of the structure, increase the accuracy of the assessment of the condition of the blades, improve the balancing capabilities and increase the resource of the turbine.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для испытания лопаток турбомашины, содержащем рабочее колесо с лопатками, хвостовики которых зафиксированы замковым соединением в кольцевом пазе на диске, по меньшей мере, одна из которых является испытываемой лопаткой, датчик и электрические провода, провода закреплены по поверхности пера, хвостовика и в отверстии полки лопатки, соединены с датчиком, установленным на поверхности пера лопатки и соединены со средством передачи сигнала на регистрирующий прибор, по изобретению в качестве датчика оно содержит тензорезистор, в днище кольцевого паза выполнено, по меньшей мере, одно углубление и сообщающиеся с ним два отверстия для прокладки проводов на лицевую и заднюю сторону диска, длина углубления равна не менее половины толщины хвостовика, при этом на лицевой стороне диска выполнено соединение проводов идущих от датчика и от средства передачи сигнала. Толщина углубления должна быть равна не менее двух диаметров электрических проводов, количество углублений сообщающихся с отверстиями в кольцевом пазе диска равно количеству испытываемых лопаток.The expected technical result is achieved by the fact that in the known device for testing the blades of a turbomachine containing an impeller with blades, the shanks of which are fixed by a locking connection in an annular groove on the disk, at least one of which is a tested blade, the sensor and electric wires, the wires are fixed on the surface of the pen, shank and in the hole of the blade shelf, connected to a sensor mounted on the surface of the feather blade and connected to a means of transmitting a signal to a recording device, according to the invention, it contains a strain gauge as a sensor, at least one recess is made in the bottom of the annular groove and two openings connected with it for laying wires on the front and back sides of the disk, the length of the recess is not less than half the thickness of the shank, while on the front The drive side is connected to the wires coming from the sensor and from the signal transmission means. The thickness of the recess should be equal to at least two diameters of the electrical wires, the number of recesses communicating with the holes in the annular groove of the disk is equal to the number of tested blades.

Использование в качестве датчиков тензорезисторов, исключает проблемы непредсказуемого искажения сигнала при отражении. Паз, выполненный в днище диска и сопряженный с двумя отверстиями, позволяет обеспечить сохранность электрических проводов от перетирания при сборке и эксплуатации ротора турбины. Отверстия, сопряженные с пазом и выходящие на лицевую и заднюю сторону диска, позволяют перепускать провода идущие с различных позиций машины на одну из сторон диска, наиболее удобную для выполнения электрического соединения тензорезистора со средством передачи сигнала, при сборке ротора.The use of strain gauges as sensors eliminates the problem of unpredictable signal distortion during reflection. The groove made in the bottom of the disk and paired with two holes, allows you to ensure the safety of electrical wires from grinding during assembly and operation of the turbine rotor. The holes associated with the groove and facing the front and back of the disk allow you to bypass the wires coming from different positions of the machine to one of the sides of the disk, the most convenient for making an electrical connection of the strain gauge to the signal transmission means when assembling the rotor.

Толщина углубления не может быть менее двух диаметров электрических проводов, поскольку к тензорезистору необходимо подвести две жилы подводящего провода. Длина углубления должна быть не менее половины толщины хвостовика лопатки, поскольку только в этом случае можно обеспечить прокладку проводов с напуском без повреждения, возникающего при колебании лопаток в процессе работы. Количество углублений сообщающихся с отверстиями, выполненных в кольцевом пазе диска, должно равняться количеству испытываемых лопаток. Допустимо использование одного углубления для двух и более лопаток.The thickness of the recess cannot be less than two diameters of the electrical wires, since two conductors of the supply wire must be brought to the strain gauge. The length of the recess should be at least half the thickness of the shank of the blade, since only in this case it is possible to ensure the laying of wires with an inlet without damage that occurs when the blades vibrate during operation. The number of recesses in communication with the holes made in the annular groove of the disk should equal the number of tested blades. It is permissible to use one recess for two or more blades.

Фиг.1 - схема установки тензорезистора вид в продольной плоскости к оси ротора.Figure 1 - installation diagram of the strain gauge view in the longitudinal plane to the axis of the rotor.

Фиг.2 - схема выполнения углубления в пазе диска рабочего колеса. Рабочее колесо турбомашины в устройстве для испытания лопаток, выполненной в виде пера лопатки 1, хвостовика 2, полки 3, отверстия в полке 4, установленной на диске 5, в кольцевой паз 6, углубление 7 в пазе диска 5, отверстие 8 в диске для вывода провода на лицевую сторону, отверстие 9 в диске для вывода провода на заднюю сторону, тензорезистор 10, провод датчика 11, удлинительные провода 12 от средства передачи сигнала, место сварки проводов 13.Figure 2 - diagram of the implementation of the recess in the groove of the disk of the impeller. The impeller of a turbomachine in a device for testing blades made in the form of a blade blade 1, a shank 2, a shelf 3, an opening in a shelf 4 mounted on a disk 5, in an annular groove 6, a recess 7 in a groove of a disk 5, an opening 8 in the output disk wires to the front side, a hole 9 in the disk for outputting wires to the rear side, a strain gauge 10, a sensor wire 11, extension wires 12 from the signal transmission means, the place of welding of the wires 13.

Датчик-тензорезистор 10 и провода 11 датчика наклеиваются на перо лопатки 1. Провода 11 прокладываются через отверстие 4 в полке 3, и прокладываются по хвостовику 2 лопатки в углубление 7 в пазе диска 5 к месту соединения сваркой 13. Удлинительные провода 12 от средства передачи сигнала на регистрирующий прибор (на фигурах не показаны) прокладываются через отверстия 8 и 9 и углубление 7 в пазе диска 5 к месту сварки проводов 13.The strain gage sensor 10 and the sensor wires 11 are glued to the feather of the blade 1. The wires 11 are laid through the hole 4 in the shelf 3, and laid along the shank 2 of the blade in the recess 7 in the groove of the disk 5 to the connection point by welding 13. Extension wires 12 from the signal transmission means on the recording device (not shown in the figures) are laid through holes 8 and 9 and a recess 7 in the groove of the disk 5 to the place of welding of the wires 13.

При работе турбомашины в рабочих лопатках, из-за действия аэродинамических и центробежных сил, возникают механические напряжения, и лопатки деформируются. Вместе с лопаткой деформируется и тензорезистор, при этом изменяется его электрическое сопротивление, вследствие чего изменяется электрический сигнал, приходящий на регистрирующий прибор. Регистрирующий прибор считывает сигнал и строит спектрограммы изменения механических напряжений, по характеру изменения спектрограмм оценивают состояние лопатки.During operation of a turbomachine in working blades, due to the action of aerodynamic and centrifugal forces, mechanical stresses arise and the blades are deformed. Together with the blade, the strain gauge is deformed, and its electrical resistance changes, as a result of which the electrical signal arriving at the recording device changes. The recording device reads the signal and builds spectrograms of the change in mechanical stresses, the condition of the scapula is assessed by the nature of the change in spectrograms.

Использование изобретения позволяет без разборки ротора компрессора оценить свойства лопаток в условия максимально приближенных к рабочим условия, повысить точность оценки состояния лопатки, упростить сборку конструкции, улучшить возможности балансировки и увеличить ресурс турбины.The use of the invention allows, without disassembling the compressor rotor, to evaluate the properties of the blades in conditions as close as possible to the working conditions, to improve the accuracy of assessing the condition of the blades, to simplify the assembly of the structure, to improve the balancing possibilities and to increase the turbine resource.

Claims

1. A device for testing the blades of a turbomachine, comprising an impeller with blades, the shanks of which are fixed by a locking connection in an annular groove on the disk, at least one of which is a test blade, a sensor and electric wires, wires are fixed on the surface of the pen, shank and the holes of the blade shelf are connected to a sensor mounted on the surface of the blade pen and connected to a means for transmitting a signal to a recording device, characterized in that it contains strain gauges as a sensor side, in the bottom of the annular groove is made at least one recess and two openings connected with it for laying wires on the front and rear sides of the disk, the length of the recess is not less than half the thickness of the shank, while on the front side of the disk the connection of wires going from the sensor and from the signal transmission means.

2. The test device according to claim 1, characterized in that the thickness of the recess is equal to at least two diameters of the electrical wires.

3. The test device according to claim 1, characterized in that the number of recesses in communication with the holes in the annular groove of the disk is equal to the number of blades tested.