Автоколивання робочих лопаток парових турбін (вимірювання, аналіз, заходи боротьби)
При з'єднанні лопаток замкнутими на коло зв'язками виникають дві різні групи своїх частот і форм [5]. Перша група відповідає синфазним коливанням, у яких амплітуди всіх лопаток вінця рівні одна одній, друга – внутрішньопакетним коливанням, у яких амплітуди лопаток по колу колеса певний час розрізняються як у величині, і знаку. При внутрішньопакетних коливаннях лопаток, з'єднаних замкнутими на коло зв'язками, прогини по колу змінюються за законом cos mj (де m - число вузлових діаметрів), а різні групи форм внутрішньопакетних коливань з однаковими числами вузлових діаметрів ортогональні один одному і відрізняються числом змін знака по висот , тобто. числом вузлових кіл. Неминучі на практиці технологічні відхилення при виготовленні та складанні лопаток і зв'язків призводять до невеликих змін власних частот і форми прогину по висоті лопатки та кола колеса, а також до появи двох близьких власних частот з однаковими числами вузлових діаметрів (в ідеальній циклічно-симетричній системі ці дві частоти збігаються один з одним [5]).
Частоти синфазних коливань виявляються порівняно близькими до «відповідних» частот окремих лопаток, оскільки маса зв'язків призводить до зниження частот, а жорсткість зв'язків – до підвищення, і протилежний вплив цих двох факторів частково компенсує один одного. Частоти внутрішньопакетних коливань, як правило, значно вищі за «відповідні» частоти окремих лопаток, оскільки зміна амплітуд коливань по колу колеса можлива лише за умови розтягування-стиснення, кручення та вигину пояса лопаткових зв'язків абопрослизання по всій площі контактних поверхонь. Слід, однак, мати на увазі, що зусилля, що перешкоджають взаємним зміщенням сусідніх лопаток або лопаток і зв'язків, пропорційні відцентровим силам і силам, що виникають при складанні, і є тому кінцевими величинами, а зусилля, що прагнуть викликати взаємні зміщення, пропорційні амп. З цієї причини прослизання по всій контактній поверхні буде відсутній принаймні при малих амплітудах, а зміна прогинів різних лопаток в тангенціальному напрямку виявиться можливим тільки за рахунок розтягування-стиснення пояса зв'язків. Оскільки жорсткість зв'язків на розтягування-стискання, як правило, значно більша за жорсткість лопаток на вигин [5], то при найбільш збудливій першій групі форм внутрішньопакетних коливань (званих також дисковими або коливаннями з вузловими діаметрами, але без вузлових кіл) прогини різних поперечних перерізів лопа відбуваються в основному в аксіальному напрямку, монотонно збільшуючись від кореня до вершини, а тангенціальна складова прогину виявляється дуже малою через посилення впливу зв'язків.
При найбільш вірогідних в умовах експлуатації навантажень, що обурюють, викликаних незмінною в часі нерівномірністю полів швидкостей, тисків і кутів потоку по колу, небезпека збудження інтенсивних синфазних коливань практично відсутня навіть в умовах резонансу (природно, вони можуть виникнути при іншому характері збудження, наприклад, внаслідок коливань ротора в режимі раптового короткого замикання). Це пов'язано з ортогональністю епюр навантажень, що обурюють, формі прогину по колу колеса при синфазних коливаннях. Чисельно зменшення роботи навантажень, що обурюють, через наявність зсуву по фазі між силами ішвидкостями коливань різних лопаток щаблі характеризується величиною так званого пакетного множника, який при зазначеному збудженні виявляється рівним нулю для всіх форм синфазних коливань (крім дуже високочастотних, які не мають практичного значення для лопаток останніх щаблів потужних турбін) [5]. Мала небезпека резонансних синфазних коливань лопаток, з'єднаних замкнутими на коло зв'язками, враховується нормами, що діють, відповідно до яких ці коливання не підлягають вібраційній відбудові. Для внутрішньопакетних коливань пакетний множник виявляється відмінним від нуля тільки у випадку, коли число вузлових діаметрів збігається з кратністю коливань (числом коливань за оборот) і тому тільки ці власні форми підлягають вібраційній відбудові (як і у разі синфазних коливань, пакетний множник нуля і для деяких високочастотних форм внутрішньопакетних коливань, що не мають практичного значення).