Аксиальных колебаний

Многие машиностроительные материалы представляют собой тот или иной вид композиционных материалов. Например, сталь подвергают окраске, чтобы увеличить стойкость к разрушительному действию коррозии. Стволы первых артиллерийских орудий изготовляли из дерева, а затем дерево скрепляли с латунью, чтобы повысить их стойкость к воздействию внутреннего давления. Прочность бетона повышается при использовании армирующих стержней. Возникновение промышленности, производящей пластмассы, относят к 1868 г., когда Хайдтом был открыт целлулоид. Вслед за этим в 1909 г. Бикландом была получена фенолформальде-гидная смола, в 1938 г. появился найлон. В 1942 г. впервые были изготовлены полиэфиры и полиэтилен. В 1947 г. появились эпоксидные смолы и полимеры на основе сополимера акрилонитрила, бутадиена и стирола [3]. В начале 50-х годов для защиты от коррозии стали использовать термореактивные пластмассы, В это же время началось впервые изготовление коррозионно-стойкого оборудования. Судостроительная промышленность явилась первым крупным потребителем и изготовителем армированных пластиков. Армированные пластики не получили бы такого широкого распространения, которое они имеют в настоящее время, не будь заинтересованности судостроительной промышленности. Долгое время отсутствовала информация об этих материалах, однако, в конечном счете, основные необходимые сведения об армированных пластиках как конструкционных материалах были получены от самих судостроителей.

1 ABS — сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола.

Рис. 6.24. Ударная вязкость термопластических смол, армированных стекловолокном (испытания по Изоду). а — без надреза: / — полиуретан, 2 — нейлон 6, 3 — нейлон 610, 4 — нейлон 66, поликарбонат, 5 — полисуль-фон, 6— полиэфир, 7 — полиэтилен, 8 — ABS (тройной сополимер акрило-нитрила, бутадиена и стирола), 9 — полипропилен, 10 — SAN (сополимер полистирола и акрилонитрила), 11 — ацеталь, 12 — полистирол; б — с надрезом: / — поликарбонат, 2 — нейлон 610, 3 — нейлон 60, 4 — нейлон 66, б — полиэфир, полисульфон, 6 — полипропилен, 7 — ABS (тройной сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола), 8 — полиэтилен, 9 — SAN (сополимер полистирола и акрилонитрила), 10 — полистирол, 11 — ацеталь,

сополимеров стирола, акрилонитрила, бутадиена ........ 34—210 Полиформальдегид 40—70

Термопластичные смолы, используемые для литьевого формования углепластиков1.'. По аналогии с термопластами, армированными стекловолокнами, для литьевого формования углепластиков больше всего подходят термопластичные смолы. Наиболее широко для этих целей используют найлон 66. Наряду с этим применяют найлон 6, поликарбонаты, сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола, полибутилентерефталат, полифениленсульфид и другие термопластичные полимеры. В табл. 3. 5 перечислены некоторые качественные характеристики термопластов, используемых в качестве полимерных матриц для углепластиков. По сравнению с армированными пластиками на основе термореактивных смол наполненные волокнами термопласты содержат меньшее количество

Термопластичные смолы, используемые для литьевого формования углепластиков1.^. По аналогии с термопластами, армированными стекловолокнами, для литьевого формования углепластиков больше всего подходят термопластичные смолы. Наиболее широко для этих целей используют найлон 66. Наряду с этим применяют найлон 6, поликарбонаты, сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола, полибутилентерефталат, полифениленсульфид и другие термопластичные полимеры. В табл. 3. 5 перечислены некоторые качественные характеристики термопластов, используемых в качестве полимерных матриц для углепластиков. По сравнению с армированными пластиками на основе термореактивных смол наполненные волокнами термопласты содержат меньшее количество

Сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола

В последнее время большое значение приобретают полимерные смеси (полимер-полимерные композиции). К полимерным смесям обычно относят как физические смеси гомо- или сополимеров различной структуры или сополимеров с одинаковыми звеньями, но различным их соотношением, так и блок- или привитые сополимеры, которые строго говоря не являются смесями. Трудности с классификацией этого класса полимерных композиций возрастают еще больше при попытке подразделить полимерные смеси на гомогенные и гетерогенные. К типичным гомогенным относятся смеси ПВХ с сополимером бутадиена и акрилонитрила, натурального каучука с полибутадиеном и полистирола с сополимером бутадиена и стирола, а к гетерогенным — смеси полистирола с натуральным или синтетическим каучуками и сополимера стирола и акрилонитрила с нитрильным каучуком ([13, 14] дополнительного списка литературы). Очевидно, что гетерогенные смеси следует рассматривать как композиционные материалы в истинном смысле слова. Однако на микроуровне они обладают обычно очень сложной структурой. Например, блок-сополимер бутадиена и стирола с повышенным содержанием бутадиена имеет в непрерывной матрице полибутадиена фазу полистирольных блоков с размерами фазовых включений 0,02 мкм. Аналогично в сополимере акрилонитрила, бутадиена и стирола, содержащем привитой и механически замешанный каучук, образуются фазовые включения размером 0,1—0,5 мкм, соответственно не агрегированные и агрегированные, что вносит значительные трудности в классификацию полимерных смесей по их структуре.

Ниже обсуждаются результаты не- cf которых из этих работ. Ди Пиетро и I. Степницка [38] исследовали влияние количества брома на кислородный индекс полистирола, ненасыщенного полиэфира и сополимера акрилонитрила, бутадиена и стирола (рис. 8.4).

Смеси полимеров или сополимеров. Типичными материалами этого класса являются АБС-пластики — смеси тройных сополимеров акрилонитрила, бутадиена и стирола, получаемые различными методами. Их свойства варьируются в широких пределах в зависимости от состава и способа получения. АБС-пластики отличаются высокой ударной вязкостью, стойкостью к растрескиванию и химстойкостью, однако не выдерживают воздействия метилэтил-кетона и некоторых других растворителей, в частности эфиров. Часто их путают с ударопрочными полистиролами (УПС), обладающими аналогичными свойствами. УПС подробнее будут рассмотрены ниже.

ческих машин, имеющих массу от 6,5 до 17 кг, показали, что чем больше угол перекоса, тем интенсивнее аксиальные колебания. Здесь важно отметить, что возникновение интенсивных аксиальных колебаний имеет место даже при перекосах в пределах допусков ~0,5° [97].

35. С т р у н к и н В. А. К расчету аксиальных колебаний дисков осевых турбин и компрессоров. «Известия АН СССР» ОТН, 1958, № 11.

форме колебаний. Таким образом, в случае необходимости определения частоты колебаний пакета лопаток постоянного сечения для любого из указанных трех типов (А0, Во, AI), если известна частота основного тона единичной лопатки, можно воспользоваться данными рис. 14. Причина возникновения аксиальных колебаний та же, что и тангенциальных колебаний,—неравномерный поток пара, вытекающий из частота решетки направляющих лопа-

Эффект от воздействия аэродинамических сил зависит от числа Струхаля. В МЭИ были выполнены экспериментальные исследования [74] по определению аэродинамического декремента для колеблющейся в решетке лопатки проф'иля Р2617А при относительном шаге t/b = =0,6 и угле установки ру=80°. Экспериментально была получена зависимость для тангенциальных и аксиальных колебаний 6arip=/(p&2/mSh). Значение числа Маха М^ ^0,35. Было установлено, что аэродинамическое демпфи-162

/ — первый тон тангенциальных колебаний; 2 — аксиальные колебания системы диск — лопатки; 3 — первый тон аксиальных колебаний пакетов; 4 — крутильные колебания первого тона пакетов с одним узлом; 5 — крутильные колебания первого тона пакетов с двумя узлами; 6 — тангенциальные колебания второго топа пакетов; 7 — крутильные колебания первого тона пакетов с двумя узлами у крайних лопаток; 8 — крутильные колебания первого тона единичных лопаток; 9 — крутильные колебания второго тона пакетов с одним узлом; 10 — крутильные колебания второго тона пакетов с двумя узлами; Ч — крутильные колебания второго тона единичных лопаток; 12 — крутильные колебания второго тона пакета с тремя узлами; / — крутильные колебания второго тона; // — внутрнпакетиые колебания второго тона; /// — слабые колебания сложных форм единичных лопаток; IV — линия nz; т — число узловых диаметров.

12,8%- Частоты аксиальных колебаний системы диск — лопатки определены до 13 узловых диаметров. До 10 узловых диаметров частоты этих форм колебаний находились вне опасных зон. Колебания же с большим числом узловых диаметров опасности, обычно не представляют. Частоты внутрипакетных тангенциальных колебаний (не включенных в таблицу) составляли 2600— 3000 Гц, а частоты второго тона тангенциальных колебаний для разных ступеней принимали значения от 2940 до 3220 Гц. В обоих случаях эти частоты далеки от частоты возмущающей силы nz. Частоты второго тона аксиальных колебаний находились в пределах 4450— 4800 Гц, а частоты внутрипакетных крутильных колебаний— в пределах 4500—5150 Гц. Частоты же возмущающих импульсов nz=4900 Гц.

Из таблицы видно, что с точностью до 2%, соответствующей степени точности измерений, из 11 ступеней, испытанных при внутрипакетных крутильных колебаниях, лопатки 8 ступеней находились в резонансе с частотой возмущающих импульсов от кромок сопл лопатки 2 ступеней имели запас от резонанса всего 5% и лишь в 1 ступени — 8%. Из 8 ступеней, испытанных при втором тоне аксиальных колебаний, лопатки 4 ступеней работали в резонансе с частотой возмущающих усилий от направляющих лопаток. При этом частоты колебаний лопаток указанных 4 ступеней одновременно находились в резонансе при внутрипакетных крутильных колебаниях. Лопатки остальных ступеней имели запас от 6 до 9%. Таким образом, было экспериментально установлено, что лопатки находились в резонансе с частотой возмущающих усилий nz при внутрипакетных крутильных колебаниях, а лопатки 4 ступеней одновременно и при втором тоне аксиальных колебаний. Это и явилось причиной их усталостных поломок. В связи с этим было принято решение изменить число направляющих лопаток. После реализации этого решения поломки лопаток прекратились.

3. Поломки лопаток при неудовлетворительной отстройке от аксиальных колебаний системы диск— лопатки

Вследствие указанных причин необходимо было разработать новые средства точного уравновешивания высокооборотных роторов электрических машин. Савеловским машиностроительным заводом были изготовлены высокооборотные балансировочные машины ДБН-50 (рис. 1) и ДБН-10 (рис. 2) с неподвижными опорами, обеспечивающие дополнительную возможность индикации правильности монтажа шарикоподшипников на основе выявления аксиальных колебаний ротора [1, 2].

ступеней турбин можно пренебречь. Однако иногда (при большой длине лопаток, которая достигает в последних ступенях современных стационарных турбин 1 м) эта закрутка может существенно снизить аксиальную частоту лопаток. На рис. 9 показаны частоты свободных аксиальных колебаний лопаток и лопаток с диском, вычисленные с учетом и без учета закрутки, ошибка составляет больше 20%. Еще больше сказывается закрутка лопаток на частоте колебаний высших тонов.

Уравнение, определяющее форму колебаний лопатки в плоскости максимальной жесткости (аксиальных колебаний), отличается от уравнения (108) только тем, что вместо минимального момента инерции