Пермяки повысили точность испытаний турбин для авиадвигателей в три раза
Турбины — ключевые компоненты авиадвигателей и электростанций. Перед вводом в эксплуатацию их тестируют на стендах, но традиционные методы дают погрешность 15-20% из-за вибраций. Ученые Пермского Политеха улучшили стенд для испытаний турбин, что позволило снизить погрешность до 4,5-7%, то есть почти в три раза.
На изобретение выдан патент. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Внешне турбина выглядит как большой цилиндрический корпус. Внутри устанавливается ротор – вращающийся элемент с закрепленными лопатками, которые под действием струи газа или жидкости начинают крутиться. Неподвижный элемент – статор – обеспечивает правильное направление этого потока. Вал – вращающаяся ось, которая выходит снаружи конструкции, – приводит в действие генератор, компрессор или другой механизм. Так происходит передача энергии.
Прежде чем запускать в эксплуатацию такой механизм, его нужно досконально протестировать в лабораторных условиях, чтобы избежать возможного брака или неисправности. Для этого проводят стендовые испытания. В ходе них турбина устанавливается на специальную раму или основание стенда, к ней подключается система подачи «рабочего тела», то есть воздуха, пара, воды или другого газа. Далее для того, чтобы измерить силу вращения турбины, к ней подключают измерительный узел – специальное устройство, внутри которого находится рессора – упругий элемент, похожий на вал, но специально спроектированный так, чтобы немного скручиваться под действием вращения.
Один из главных параметров, которые измеряются на стендовых испытаниях, – крутящий момент. Это название физической величины, которая характеризует вращательное действие силы на тело – проще говоря, это мера того, насколько сила может заставить объект вращаться вокруг своей оси. В технике крутящий момент играет ключевую роль при работе двигателей, турбин, редукторов и других механизмов, где важно не только движение, но и передача энергии через него.
В настоящее время при проведении стендовых испытаний используются методы, которые позволяют измерить крутящий момент только косвенно, не напрямую – например, через мощность генератора. Однако они не учитывают дополнительные факторы, влияющие на этот показатель: трение, возникающее между деталями турбины, электрические и тепловые потери, вибрации и температурные изменения. В результате погрешность измерений может достигать 15-20%, что рискованно при сертификации новых двигателей и энергоустановок, где требуется высокая точность и воспроизводимость данных.
Ученые Пермского Политеха модернизировали конструкцию стенда для испытаний и разработали новый способ измерения мощности и крутящего момента турбин.
– В отличие от старых методов, где просто измеряли угол закрутки рессоры, в новом устанавливают парные датчики вибрации, которые крепятся на подшипниках измерительной рессоры и других конструктивных элементах стенда. У измерительной рессоры под действием крутящего момента возникает закрутка, а обороты турбины «плавают» даже на стационарном режиме, особенно при переходных – изменении числа оборотов или нагрузки – возникают крутильные колебания, которые и приводят к погрешности измерения крутящего момента. Установка датчиков под углом 90° друг к другу позволяет измерять не только угол закрутки рессоры и фазовые углы ее смещения, но и параметры вибрации, температуру, а, следовательно, и частоту крутильных колебаний. Система автоматически сопоставляет эти данные и на их основе рассчитывает коэффициенты динамичности, которые корректируют значение измеренного крутящего момента, – рассказывает Алексей Сальников, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ПНИПУ, доктор технических наук.
Таким образом угол закрутки рессоры, который напрямую связан с крутящим моментом турбины, измеряется с высокой точностью, что минимизирует влияние внешних факторов, таких как вибрации и температурные изменения.
– Применение такого подхода позволило снизить общую погрешность измерений с 15-20% до 4,5-7% – практически в три раза. Это имеет огромное значение при тестировании авиационных двигателей, установок, компрессоров и других роторных машин. Более того, наш метод позволяет точно оценивать мощность не только на стационарных режимах, но и при переходных процессах, например, при разгоне или торможении турбины, – комментирует Сергей Бочкарев, профессор кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» ПНИПУ, доктор технических наук.
В ходе натурных испытаний было продемонстрировано, что новый способ действительно позволяет получать более точные данные. Так, например, работа стенда была протестирована в условиях нагрева рессоры – обычно он приводит к более сильной деформации угла закрутки и, как следствие, ошибке в измерении. При частоте вращения 14 000 оборотов в минуту погрешность разработанного стенда составила всего 6,9%.
Новый метод проведения стендовых испытаний турбин открывает перспективы для более точной оценки энергетических характеристик оборудования, что особенно важно для авиационной, энергетической и других отраслей промышленности. Его внедрение позволит не только улучшить качество проверок, но и сократить затраты на доработку конструкций благодаря более надежным данным.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые РТУ МИРЭА и Сибирского федерального университета создали программный комплекс, который анализирует учебные планы вузов быстрее секунды и находит в них слабые места. Большинство учебных планов содержат скрытые противоречия, дублирования и неочевидные перекосы в подготовке специалистов. Это важно, потому что от качества учебного плана напрямую зависит, какие реальные навыки получат студенты и насколько они будут востребованы работодателями.
Около четырех миллиардов лет назад Солнечная система пребывала в хаосе: гигантские планеты сближались, меняли орбиты и выбрасывали своих соседей в межзвездное пространство. Хотя шансы на «выживание» лун Юпитера и Урана в этот период были крайне малы, астрономы показали, что их судьба может хранить следы древней катастрофы с участием «потерянной» планеты.
В популярной литературе сверхмассивные черные дыры чаще всего представляют как разрушители звезд и планет. Авторы новой работы попробовали рассчитать, что на самом деле происходит в окрестностях таких объектов и пришли к противоположному выводу.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно