Łopatka turbiny
ZESPÓŁ AUTORSKI
Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Lotnictwa
- Grzegorz Moneta
- Michał Fedasz
- Michał Szmidt
- Sławomir Cieślak
- Wiesław Krzymień
CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?
Wynalazek wprowadza nowatorskie rozwiązanie w tłumieniu drgań, które można zastosować w wielu gałęziach przemysłu. Pozwala skutecznie zmniejszać drgania m.in. w łopatkach turbin oraz sprężarek dzięki specjalnym komorom z proszkiem oraz elementom, które rozprowadzają energię drgań. Rozwiązanie to obniża amplitudy drgań, szczególnie w niebezpiecznych warunkach rezonansowych, i tłumi szeroki zakres częstotliwości. Łopatka tubiny może być wytwarzana przy użyciu technologii addytywnej (druk 3D) i wykonana z trwałych materiałów, takich jak stopy metali, co zwiększa ich trwałość i niezawodność. Zastosowanie takiej technologii umożliwi lepsze zarządzanie energią drgań i zmniejszenie ryzyka awarii, szczególnie w warunkach rezonansowych, w których amplitudy drgań są najbardziej niebezpieczne. Struktura ta ma również dodatkową zaletę - tłumi bardzo szerokie spektrum postaci drgań obiektu.
ISTOTA WYNALAZKU
Problem drgań występuje w wielu urządzeniach, powodując zakłócenia ich pracy oraz przedwczesne zużycie. Nadal szczególnie trudnym zadaniem jest redukcja drgań w silnikach lotniczych (łopatki stacjonarne oraz wirnikowe turbin i sprężarek) pomimo ponad 100 lat rozwoju. W praktycznych problemach drgań łopatek, w celu wyeliminowania tego problemu, pożądane jest zmniejszenie amplitud drgań (tożsame ze zwiększeniem tłumienia) o około 4-5 razy. Stosowane są tutaj specjalne rozwiązania zmniejszające amplitudy drgań oraz przesuwające częstotliwości rezonansowe (tłumiki cierne drgań, tłumiki bezwładnościowe, bandaże, półki, tłumienie aktywne z wykorzystaniem piezoelektryków, itp.). Każde takie rozwiązanie ma swoje wady i ograniczenia, a niekiedy wprowadzenie rozwiązania tłumienia tworzy dodatkowe problemy (np. bardzo powszechne dodawanie tłumika ciernego w turbinie zwiększa obciążenie masowe i powoduje zwiększa ryzyko pełzania). Zaproponowane rozwiązanie z tłumieniem proszkiem otwiera nową przestrzeń projektową (wnętrze elementu) i daje nowe możliwości rozwiązania problemu drgań bez zmiany założonego kształtu. Badania na wzbudniku łopatki z implementacją tłumienia proszkiem pokazały około 10-krotny wzrost tłumienia drgań w stosunku do łopatki referencyjnej, co jest więcej niż wymagane w praktycznych przypadkach. Struktura ta ma również dodatkową zaletę - tłumi bardzo szerokie spektrum postaci drgań obiektu. Wynalazek ten ma bardzo uniwersalny charakter i można implementować go również do innych zastosowań wymagających redukcji drgań: lotniczych, energetycznych, kolejowych, budowlanych, energetycznych, itd. (zarówno nowo projektowanych, jak modyfikacji już istniejących).
POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU
Rozwiązanie ma szerokie możliwości komercjalizacji w branżach wymagających efektywnego tłumienia drgań. Technologia ta znajdzie zastosowanie w turbinach i sprężarkach lotniczych silników odrzutowych, zwiększając trwałość, niezawodność i bezpieczeństwo pracy, zmniejszając ryzyko awarii przez redukcję amplitudy drgań, zwłaszcza w warunkach rezonansowych. Może być stosowana w turbinach gazowych i parowych, przedłużając czas eksploatacji i redukując koszty utrzymania. Zastosowanie znajdzie również w przemysłowych maszynach wirnikowych, motoryzacji, transporcie kolejowym, budownictwie oraz w urządzeniach wymagających ograniczenia wibracji.
Technologia jest uniwersalna, co pozwala zarówno na jej wdrożenie w nowych konstrukcjach, jak i modernizację istniejących systemów, co otwiera szerokie perspektywy rynkowe. Ł-ILOT planuje w pierwszej kolejności kierować to rozwiązanie do firm produkujących silniki lotnicze.