 |
Разработка ученых Пермского Политеха позволит снизить погрешность испытаний турбин практически в 3 раза
Турбины широко используются в авиации, энергетике, транспорте и промышленности. Новые модели перед использованием необходимо протестировать, чтобы не допустить к использованию бракованную конструкцию. Ученые ПНИПУ улучшили стенд для испытаний турбин, что позволило снизить погрешность с 15-20% до 4,5-7%, то есть практически в 3 раза.
Турбины широко используются в авиации, энергетике, транспорте и промышленности. Это важные элементы самолетов и электростанций, поскольку они приводят в движение компрессоры двигателя, генераторы электрического тока и другие механизмы. Новые модели перед использованием необходимо протестировать – это делается с помощью стендовых испытаний, которые позволяют получить достоверные данные о работе механизма в различных условиях и режимах. Это нужно, чтобы не допустить к использованию бракованную конструкцию. Однако традиционные методы часто сталкиваются с проблемами из-за влияния вибраций и других динамических факторов, что приводит к значительным ошибкам измерений. Ученые Пермского Политеха улучшили стенд для испытаний турбин, что позволило снизить погрешность с 15-20% до 4,5-7%, то есть практически в 3 раза.
На изобретение выдан патент № 2842783. 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 3 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 об/мин 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.
На фото: Dylan McLeod, Unsplash
Контактное лицо: Лидия Евгеньевна Попова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 05:54, 22.07.2025
Количество просмотров: 55
Страна: Россия
| Ученые Пермского Политеха назвали топ-7 опасных растений, к которым опасно даже приближаться, ПНИПУ, 05:34, 22.07.2025, Россия |
44 |
| Помимо борщевика есть и другие токсичные представители флоры. Ученые ПНИПУ рассказали, можно ли прикасаться к борщевику ночью, как безобидный ландыш может привести к летальному исходу, а чистотел к отказу почек, и что будет если съесть мед, собранный с ядовитых растений. |
 |
| Исследование ученых Пермского Политеха поможет снизить шум двигателей самолетов на 5%, ПНИПУ, 06:23, 20.07.2025, Россия |
177 |
| В современной авиации важным фактором комфорта пассажиров и пилотов является снижение уровня шума двигателей. Излишний шум вреден для здоровья человека. Для его уменьшения используются специальные звукопоглощающие конструкции. Ученые ПНИПУ модернизировали их элемент, что позволило повысить поглощение звука конкретной конструкции с 85% до 90-95%. |
 |
| Ученые Пермского Политеха разработали надежную радиостанцию, устойчивую к помехам, ПНИПУ, 00:00, 20.07.2025, Россия |
65 |
| В условиях чрезвычайных ситуаций, при работе в удаленных условиях важен вопрос о том, как передавать информацию друг другу без телефона. Связи необходимо быть надежной, защищенной от сбоев и потери данных. Ученые ПНИПУ представили переносную цифровую радиостанцию, которая обеспечивает высокую надежность и достоверность передаваемой информации. |
 |
| Ученый СПбГАУ получил грант РНФ на решение важной экологической проблемы, ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, 23:46, 19.07.2025, |
56 |
| Доцент кафедры почвоведения и агрохимии им. Л.Н. Александровой Санкт-Петербургского государственного аграрного университета, Максим Маричев, получил поддержку Российского научного фонда (РНФ) для реализации инновационного проекта. |
|
| Ученые Пермского Политеха выяснили, как снизить вязкость нефти в 14 раз, ПНИПУ, 11:51, 13.07.2025, Россия |
51 |
| Более половины нефтяных запасов в России состоит из высоковязкой нефти – труднодобываемой. Это негативно сказывается на перекачивающих насосах. Ученые ПНИПУ исследовали процесс тепломассопереноса в нефтяной скважине. Результаты позволят в 14 раз снизить вязкость нефти, обеспечить бесперебойную работу оборудования и увеличить уровень добычи нефти. |
 |
| Стартап ВИШ: Измеритель снега — не имеющий аналогов в России, ФГАОУ ВО Российский университет транспорта, Высшая инженерная школа, 16:55, 12.07.2025, Россия |
32 |
| Студенты Высшей инженерной школы образовательной программы «Системы мобильной связи и сетевые технологии на транспорте» разработали прототип уникального устройства, позволяющего автоматически измерять уровень снежного покрова при подготовке горнолыжных трасс. Аналогов этой технологии на российском рынке не существует. |
|
|
|
