Оптимизация частотных характеристик удлиненных лопаток осевых вентиляторов

Цель исследования заключается в предотвращении возникновения резонанса в системе «воздушный поток — лопатка» путем изменения геометрических и физико-механических характеристик рабочих лопаток осевых вентиляторов. Осевые вентиляторы высокой быстроходности имеют рабочие лопатки с большим отношением длины пера к хорде. В настоящее время такие лопатки изготавливаются из полимерных композитов. Особенности физико-механических свойств композитов могут привести к совпадению частоты собственных колебаний лопатки с частотой возмущающих воздействий со стороны воздушного потока. Периодические деформации лопаток также изменяют структуру потока, в результате наступают самоподдерживающиеся колебания (автоколебания). Резонанс или близкий к нему режим может привести к разрушению лопатки. Теоретическое исследование показало, что опасность резонанса возникает из-за сил инерции в период разгона двигателя. Рассмотрены основные нагрузки на перо лопатки в период разгона, получена аналитическая зависимость деформации пера от нагрузок и геометрических параметров пера, выведены формулы для расчета частоты и вероятной амплитуды колебаний инерционного флаттера. Получено уравнение частоты колебаний лопатки, учитывающее как физико-механические, так и геометрические характеристики лопатки. Частотой внешних возмущающих воздействий считается частота вращения колеса и ее гармоники. Уравнение показывает, как следует изменить материал и размеры пера лопатки для того, чтобы избежать опасности резонанса.

Таугер В. М., Матеров А. Ю., Макаров В. Н., Макаров Н. В., Угольников А. В. Оптимизация частотных характеристик удлиненных лопаток осевых вентиляторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2019. – № 11. – С. 131–138. DOI: 10.25018/02361493-2019-11-0-131-138.

Таугер Виталий Михайлович¹ — канд. техн. наук, зав. кафедрой,
e-mail: tauger53@mail.ru,
Матеров Артем Юрьевич — руководитель группы ООО НПК «ОйлГазМаш»,
Макаров Владимир Николаевич¹ — д-р техн. наук, профессор,
Макаров Николай Владимирович¹ — канд. техн. наук,
зав. кафедрой, e-mail: mnikolay84@mail.ru.
Угольников Александр Владимирович¹ — канд. техн. наук, зав. кафедрой,
¹ Уральский государственный горный университет.

Таугер В.М., e-mail: tauger53@mail.ru.

1. Алимов С. В., Прокопец А. О., Кубаров С. В. и др. Модернизация вентиляторов АВО газа при реконструкции КС МГ // Газовая промышленность. — 2009. — № 4. — С. 54—56.
2. Калинин А. Ф., Меркурьева Ю. С., Халлыев Н. Х. Оценка эффективности эксплуатации аппаратов воздушного охлаждения газа нового поколения // Территория «НЕФТЕ-ГАЗ». —
2018. — № 9. — С. 74—80.
3. Тютюнников Н. П. К вопросу о выборе размеров и расположения отверстий узла крепления композитной лопасти несущего винта // Механика композиционных изделий и конструкций. — 2018. — Т. 24. — № 3. — С. 349—361.
4. Таугер В. М., Холодников Ю. В., Альшиц Л. Прогрессивные технологии производства композитных изделий. Универсальность и высокая производительность. — Саарбрюккен (ФРГ): LAP, 2014. — 110 с.
5. Караджи В. Г., Московко Ю. Г. Выбор вентилятора по шуму // Сантехника. Отопление. Кондиционирование. — 2006. — № 6. — С. 106—109.
6. Torshizi S. A. M., Benisi A. H., Durali M. Multilevel Optimization of the Splitter Blade Profile in the Impeller of a Centrifugal Compressor. Scientia Iranica, 2017, No 24, pp. 707—714.
7. Wang P. Multi-Objective Design of a Transonic Turbocharger Compressor with Reduced Noise and Increased Efficiency. Ph. D. Thesis. UCL University, London, 2017, 213 р.
8. Torshizi S. A. M., Benisi A. H., Durali M. Numerical Optimization and Manufacturing of the Impeller of a Centrifugal Compressor by Variation of Splitter Blades. ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, Seoul, 13—17 June 2016, рр. 1—7.
9. Bousman W. G. Rotocraft Airloads Measurements: Extraordinary Costs, Extraordinary Benefits. The 31st Alexander Nikolsky Honorary Lecture. Journal of the American Helicopter Society, 2014, Vol. 59, No 3, pp. 32—38.
10. Потапова Л. Б. Механика материалов при сложном напряженном состоянии. Как прогнозируют предельные напряжения? — Тамбов: ТГТУ, ЭБС АСВ, 2012. — 244 с.
11. Mao Y. F. Numerical Study of Correlation between the Surge of Centrifugal Compressor and the Piping System. Ph. D. Thesis. Xian Jiaotong University, Xian, 2016, 174 p.
12. Тимухин С. А., Копачев В. Ф. Осерадиальные вентиляторы. — Екатеринбург: УГГУ, 2011. — 252 с.
13. Биргер И. А., Шорр Б. Ф., Иосилевич Г. Б. Расчет на прочность деталей машин: справочник. — М.: Машиностроение, 1993. — 640 с.
14. Таугер В. М., Мухачева Л. В., Волков Е. Б. Предотвращение резонансных колебаний рабочих лопаток осевых вентиляторов // Известия вузов. Горный журнал. — 2018. — № 4. —
С. 119—123.