ЕФЕКТИВНІСТЬ ВИКОРИСТАННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕМПФУВАННЯ КОЛИВАНЬ ЛОПАТОК ТУРБІН ДЛЯ ДІАГНОСТИКИ ТРІЩИН

Анатолій Бовсуновський; Олександр Носаль

doi:10.20535/1813-5420.4.2024.315578

Автор(и)

Анатолій Бовсуновський Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-9562-0250
Олександр Носаль Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-3253-9652

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.4.2024.315578

Ключові слова:

вібраційна діагностика, лопатки турбін, характеристика демпфування, пошкодження, навантаження, тріщина.

Анотація

Лопатки турбін в процесі експлуатації зазнають інтенсивних механічних (статичних та динамічних) і термічних навантажень у корозійно-агресивному середовищі. Наслідком такого навантаження є поступове накопичення розсіяного втомного пошкодження, яке зрештою локалізується у вигляді тріщини втоми. При досягненні тріщиною критичного розміру виникає небезпека руйнування лопатки з катастрофічними наслідками для всієї турбіни. Вчасне виявлення пошкодження лопатки можливе на етапі ремонту турбіни з використанням вібраційної діагностики.

Метою роботи є створення аналітичного підходу, що дозволяє моделювати зміну характеристики демпфування коливань лопатки турбіни з тріщиною втоми, а також дослідження впливу параметрів тріщини та геометричних параметрів лопатки на характеристики демпфування коливань лопатки для оцінки ефективності вібраційної діагностики пошкоджень.

Представлено результати дослідження впливу поверхневої поперечної тріщини на характеристики демпфування коливань лопатки турбіни. В результаті експериментально-аналітичного дослідження встановлено вплив параметрів тріщини (розміру та розташування тріщини) та геометричних параметрів лопатки на характеристику демпфування коливань лопатки.

Вібродіагностика лопаток турбін, заснована на зміні характеристики демпфування її коливань, є достатньо ефективною діагностичною ознакою для виявлення відносно невеликих тріщин, розмір яких не становить загрози цілісності лопаток.

Посилання

Vasinyuk, I.M., Khamaza, L.A. A criterional evaluation of the fatigue strength of metals // Strength of Materials. 1973. Vol.5(4). P.471–474. https://doi.org/10.1007/BF00762821.

Sidorov, O.T., Rakshin, A.F. & Fenyuk, M.I. Determination of the zones of distribution of cracks in flexible samples // Strength of Materials.1983. Vol.15(6). P.858–860. https://doi.org/10.1007/BF01524780.

Rytter A., Brincker R., Kirkegaard P.H. An experimental study of the modal parameters of a cantilever // Fructura & Dynamics, Paper No.37, Department of Building Technology and Structural Engineering, University of Aalborg, Denmark, 1992, 76 p.

Panteliou S.D., Chondros T.G., Argyrakis V.C., Dimarogonas A.D. Damping factor as an indicator of crack severity // J. of Sound and Vibration. 2001. Vol. 241(2). P. 235-245. https://doi.org/10.1006/jsvi.2000.3299.

Ratcliffe C.P. Damage detection using a modified Laplacian operator on mode shape data // J. of Sound and Vibration. 1997. Vol. 204(3). P. 505-517. https://doi.org/10.1006/jsvi.1997.0961.

Sujatha C., Thanooja S., Hanumantha M., Swarnamani S. A study on change in modal parameters with damage in composite specimens // Proc. of the 15th IMAC, Orlando, Florida, USA. 1997. Vol. 2. P. 1607-1613.

Lai J.Y., Young K.F. Dynamics of graphite/epoxy composite under delamination fracture and environmental effects // J. of Composite Structures. 1995. Vol. 30(1). P. 25-32.

Sidorov, O.T. Investigation of the dynamic characteristics of a part for evaluating its technical condition // Strength of Materials. 1983. Vol. 15(6). P. 872–874. https://doi.org/10.1007/BF01524784.

Bovsunovsky A., Nosal O. Highly sensitive methods for vibration diagnostics of fatigue damage in structural elements of aircraft gas turbine engines // Procedia Structural Integrity. 2022. Vol. 35. P. 74-81. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2021.12.050.

Salane H.J., Baldwin J.W. Identification of modal properties of bridges // ASCE J. of Structural Engineering. 1990. Vol 116(7). P. 2008-2021. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1990)116:7(2008).

Bovsunovskii, A.P. On the efficiency of using damping characteristics of structural components for damage diagnostics // Strength of Materials. 2002. Vol. 34(6). P. 560–569. https://doi.org/10.1023/A:1022022601601.

Krawczuk M., Ostachowicz W. Damage indicators for diagnostic of fatigue cracks in structures by vibration measurements - a survey // Mechanica teoretyczna i stosowana. 1996. Vol. 34(2). P. 307-326. https://doi.org/10.1007/978-3-662-05615-8_4.

Agardh L. Modal analyses of two concrete bridges in Sweden // Structural Engineering International. 1991. Vol. 1(1). P. 35-39.

Kennedy J.B., Grace N.F. Prestressed continuous composite bridges under dynamic loading // ASCE J. of Structural Engineering. 1990. Vol. 116(6). P. 1660-1678. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1990)116:6(1660).

Baldwin J.W., Salane H.J., Duffield R.C. Fatigue test of a three span composite highway bridge // Final Report 73-1, Missouri Highway Research Programme, Colambia, Mo., 1978.

Rytter A., Brincker R., Pilegaard L. Vibrational based inspection of civil engineering structures // Bygningsstatiske Meddelelser. 1991. Vol. 62(4). P. 79-110.

Bovsunovsky A.P. The mechanisms of energy dissipation in the non-propagating fatigue cracks in metallic materials // Engineering fracture mechanics. 2004. Vol.71(16-17). P.2271-2281.

https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2004.02.003.

Savage R.J., Hewlett P.C. A new NDT method for structural integrity assessment // NDT International. 1978. Vol. 11. P. 61-66. https://doi.org/10.1016/0308-9126(78)90064-0.

Pisarenko G.S., Yakovlev A.P., Matveev V.V. Vibration-absorbing properties of structural materials. Directory. Kyiv: Naukova dumka, 1071. 375 p.

Bovsunovskii, A.P. On the Mechanism of Energy Dissipation in a Fatigue Crack // Strength of Materials. 2002. Vol. 34(5). P. 482–496. https://doi.org/10.1023/A:1021002728045.

Stress intensity factors handbook. (1987) In 3 vol. Vol. 2. - (Editor-in-chif Y. Murakami). The Society of Materials Sci., Japan and Pergamon Press.

Matveev V.V., Bovsunovsky A.P. Vibration-based diagnostics of fatigue damage of beam-like structures // J. of Sound and Vibration. 2002. Vol. 249(1). P. 23-40. https://doi.org/10.1006/jsvi.2001.3816.

Pippan R., Kolednik O., Lang M. A mechanism for plasticity-induced crack closure under plane strain conditions // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 1994. Vol. 17(6). P. 721–726. doi:10.1111/j.1460-2695.1994.tb00269.x.