具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有阻尼塊結(jié)構(gòu)阻尼失諧葉片?輪盤的振動測試裝置，輪盤固定裝置固定在基礎(chǔ)臺架的底板中心；葉根固定裝置通過調(diào)整螺母來增加預緊力，將自身固定在輪盤輪緣和葉片葉根之間；離心力加載裝置一端連接在葉片圍帶的阻尼塊上，另一端繞過整圈滑桿后垂直放置，用于控制葉片阻尼塊的離心力失諧；激振發(fā)生裝置固定在基礎(chǔ)臺架的激振板上；測量裝置安裝在激振板內(nèi)外，通過螺栓固定在基礎(chǔ)臺架底板上；可用來模擬在實際運行工況下，測量具有非線性干摩擦阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片?輪盤系統(tǒng)的振動特性，為高性能發(fā)動機、燃氣輪機和透平的葉片?輪盤的設(shè)計及故障分析提供參考依據(jù)。
【專利說明】
具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及實驗裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]葉片作為透平機械中最重要的零部件之一，其工作環(huán)境極為復雜惡劣，由巨大的振動應力導致的高周疲勞是葉片損壞的主要原因。實際葉片由于加工制造的誤差和使用中的磨損，導致在整圈葉片上存在物理和幾何的微小差別，也就是失諧葉片。失諧葉片-輪盤會產(chǎn)生振動局部化現(xiàn)象，使得局部葉片振動比諧調(diào)時有很大增加，一般可能達到2-4倍，失諧現(xiàn)象對葉片振動安全造成很大威脅。
[0003]由于失諧導致周期對稱喪失，失諧葉片的研究就必須建立在整圈高保真模擬上。對于自由失諧葉片-輪盤結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)很多，但對具有復雜干摩擦阻尼的阻尼失諧葉片-輪盤的研究卻很少。在真實旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下對葉片的阻尼失諧振動特性進行測試難度大，并且費用高。目前對于具有摩擦阻尼結(jié)構(gòu)的失諧葉片-輪盤研究主要是通過數(shù)值模擬來實現(xiàn)，但干摩擦阻尼具有很強的非線性，沒有一種模型能夠準確的描述所有的阻尼特性，通過建立高保真整圈阻尼失諧葉片-輪盤實驗臺來分析失諧現(xiàn)象具有重要的研究價值。
[0004]基于以上原因，對阻尼失諧葉片-輪盤相關(guān)的研究尤其是機理性研究還很不充分，對于在實際運行工況下的性能更是了解甚少。因此，開展模擬實際運行狀態(tài)下具有阻尼塊葉片的阻尼失諧葉片-輪盤的振動特性研究具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對目前透平機械的阻尼失諧葉片-輪盤試驗研究的不足，尤其是對模擬運行狀態(tài)下阻尼失諧葉片-輪盤振動特性的研究不足，提供了一種具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置，其可以用來模擬測量實際運行工況下具有阻尼塊阻尼失諧的葉片-輪盤結(jié)構(gòu)，為進一步研究透平葉盤阻尼失諧現(xiàn)象提供有力工具。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]包括基礎(chǔ)臺架、輪盤固定裝置、葉根固定裝置、離心力加載裝置、激振發(fā)生裝置和測量裝置，輪盤固定裝置固定在基礎(chǔ)臺架的底板中心，葉根固定裝置固定在輪盤輪緣和葉片葉根之間，離心力加載裝置一端連接在葉片圍帶的阻尼塊上，另一端繞過整圈滑桿后懸空放置，激振發(fā)生裝置固定在基礎(chǔ)臺架的激振板上，測量裝置固定在基礎(chǔ)臺架底板上。
[0008]基礎(chǔ)臺架包括底板和底板上的圓柱臺、激振板和整圈滑桿，圓柱臺固定在底板中心，其上表面中心還開有螺栓孔，圓柱臺外依次是激振板和整圈滑桿，激振板下連接有六個對稱分布的支撐桿，支撐桿下連接的底板固定到底板，整圈滑桿下也連接有六個對稱分布的支撐桿，支撐桿下的環(huán)形平板固定在底板上。
[0009]輪盤固定裝置固定在基礎(chǔ)臺架的底板上，包括輪盤、夾緊輪盤用的圓板和大內(nèi)六角螺栓，輪盤中心開有螺栓通過的圓形通孔，輪盤外部開有輪槽，輪槽具有與葉片葉根對應輪廓的輪緣齒面，圓板設(shè)置在輪盤上方，中心同樣開有螺栓通過的通孔，輪盤被圓板和圓柱臺通過內(nèi)六角螺栓夾緊。
[0010]葉根固定裝置包括上弓形板、下弓形板和對應弓形板兩端的兩個螺桿，上弓形板、下弓形板兩端均開有螺桿通過的槽孔，在槽孔兩側(cè)的螺桿上設(shè)置有對應的兩個螺母，通過調(diào)整螺母來控制弓形板之間的距離和夾緊力。
[0011]離心力加載裝置包括鋼絲、靜態(tài)力傳感器、秤盤和質(zhì)量塊。鋼絲一端穿入開有小孔的阻尼塊并固定，另一端穿過秤盤中心并固定，鋼絲中間連有靜態(tài)力傳感器，不同質(zhì)量的質(zhì)量塊加載在秤盤上，用于模擬不同葉片阻尼塊的離心力。
[0012]激振發(fā)生裝置包括激振器套筒、固定螺栓和非接觸式激振器，激振器套筒固定在非接觸式激振器上，非接觸式激振器通過激振板上開的槽孔，通過激振板外側(cè)設(shè)置的固定螺栓來固定套筒，非接觸式激振器垂直對應葉片葉身70 %?80 %葉高截面的中間位置。
[0013]測量裝置包括傳感器支架豎桿和傳感器傾斜桿，傳感器支架豎桿下端固定在基礎(chǔ)臺架的底板上，傳感器傾斜桿設(shè)置在傳感器支架豎桿上，每一個傳感器傾斜桿末端設(shè)置有一個用于測量透平葉片振幅的電渦流位移傳感器，傳感器垂直對應葉片80?90%和50?60%兩處葉高位置。
[0014]套筒在非接觸式激振器上的位置上下移動，非接觸式電磁激振器為整圈布置，通過控制系統(tǒng)來對整圈激振器的激振大小和相位進行控制。
[0015]葉根固定裝置的上弓形板和下弓形板中間還設(shè)有分別對應葉根和輪緣位置的凸臺。
[0016]整圈滑桿可以支撐連接秤盤的鋼絲，起到滑輪結(jié)構(gòu)的作用，滑桿下部的支撐桿和滑桿平面的夾角為70度，防止支撐桿阻擋住秤盤位置。
[0017]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0018](I)本發(fā)明一種具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置，針對具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的透平葉盤，提供了一種真實情況下測試阻尼失諧對葉片-輪盤振動影響的方法，能夠解決實驗條件下葉片旋轉(zhuǎn)狀態(tài)不方便測量的問題；(2)該裝置能模擬真實情況下的阻尼塊離心力，離心力載荷連續(xù)可調(diào)；(3)通過調(diào)整阻尼塊形狀、表面粗糙度等還可以模擬阻尼接觸剛度失諧現(xiàn)象；(4)本裝置測量原理還可以應用到阻尼塊在葉根平臺葉片甚至多個復雜阻尼塊結(jié)構(gòu)葉片；(5)采用的葉根固定裝置結(jié)構(gòu)簡單，方便可靠，可以模擬工作狀態(tài)下葉片葉根固定在輪盤上的現(xiàn)象。
[0019]綜上所述，本發(fā)明實現(xiàn)了在非旋轉(zhuǎn)情況下模擬具有阻尼塊結(jié)構(gòu)葉片-輪盤的實際運行狀態(tài)，可以測量影響阻尼剛度失諧的各因素變化，本實驗方法操作方便，為研究具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的葉片-輪盤失諧振動提供了重要參數(shù)。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖2是具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼葉片示意圖；
[0022]圖3是基礎(chǔ)臺架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是輪盤固定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5是葉根固定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6是離心力加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7是激振發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖8(a)是測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖8(b)是激振器激振示意圖。
[0029]圖中代號含義:1-底板;2-圓柱臺；3-激振板;4-激振板支撐桿;5-激振板底板;6_整圈滑桿;滑桿支撐;8-環(huán)形平板;9-圍帶；10-阻尼塊；11-葉身；12-葉根;13-輪盤;14-夾緊圓盤；15-大內(nèi)六角螺栓；16-上弓形板；17-下弓形板；18-螺桿；19-螺母;20-凸臺；21_鋼絲;22-靜態(tài)力傳感器;23-秤盤;24-質(zhì)量塊;25-非接觸式電磁激振器;26套筒;27-螺栓;28-激振器線；29-傳感器支架豎桿;30-傳感器傾斜桿;31-支架豎桿底板;32-螺栓;33-電渦流位移傳感器。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0031]參見圖1，本發(fā)明一種具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置，包括基礎(chǔ)臺架、輪盤固定裝置、葉根固定裝置、離心力加載裝置、激振發(fā)生裝置和測量裝置。
[0032]參見圖2，首先對試驗中的透平葉片進行介紹。透平葉片由圍帶9、阻尼塊10、葉身11和葉根12組成。在工作狀態(tài)下由于離心力的作用，一方面，葉片葉根12和輪盤13對應輪槽齒面緊密接觸并壓緊；另一方面，葉身11發(fā)生扭轉(zhuǎn)恢復，使得相鄰葉片圍帶9之間接觸并壓緊。在氣流激振力的作用下，相鄰葉片圍帶9接觸面之間產(chǎn)生相對滑移，干摩擦阻尼通過摩擦作用將葉片結(jié)構(gòu)振動能轉(zhuǎn)換為熱能進行耗散，以達到降低透平葉片振動水平的目的。
[0033]參見圖3，基礎(chǔ)臺架由底板I和固定于底板上的圓柱臺2、激振板3和整圈滑桿6組成，圓柱臺2中心開有固定輪盤13的螺栓孔，圓柱臺2外布置有整圈環(huán)形的激振板3，激振板3上有布置非接觸式電磁激振器25通過的槽孔，激振板3下部通過支撐桿4連接到底部的底板5上，底板5通過螺栓固定在基礎(chǔ)臺架的底板I上。激振板3外布置有整圈滑桿6，用作離心力加載裝置的滑輪結(jié)構(gòu)，整圈滑桿6下部同樣設(shè)置有支撐桿7，支撐桿7與滑桿6平面之間呈60?70度的夾角，支撐桿7下部設(shè)置有固定在基礎(chǔ)臺架底板I上的環(huán)形平板8。
[0034]參見圖4，輪盤固定裝置由輪盤13、夾緊輪盤的圓盤14和大內(nèi)六角螺栓15組成，輪盤13和圓盤14中心均開有和螺栓15尺寸大小對應的通孔，輪盤13安放在圓柱臺2上，通過擰緊內(nèi)六角螺栓15來對輪盤13進行對位和夾緊。
[00；35]參見圖5，葉根固定裝置由上弓形板16、下弓形板17、弓形板兩側(cè)的螺桿18和固定弓形板位置的螺母19組成，上弓形板16和下弓形板17中間位置均有一個凸臺20，用于分別對葉片葉根12和輪盤輪緣中心加載力，弓形板兩側(cè)開有通孔，螺桿18穿過通孔并通過弓形板通孔兩側(cè)的螺母19來對上下弓形板之間的距離進行調(diào)節(jié)，從而達到葉片葉根12固定在輪盤13上的目的。弓形板的弓形結(jié)構(gòu)還可以避免葉片意外掉落摔壞。
[0036]參見圖6，離心力加載裝置包括阻尼塊10、鋼絲21、靜態(tài)力傳感器22、秤盤23和質(zhì)量塊24組成，阻尼塊10上開有小孔，鋼絲21的一端固定在阻尼塊10上，鋼絲21另一端通過整圈滑桿6垂直向下連接到秤盤23上，鋼絲21中間還有顯示加載離心力大小的靜態(tài)力傳感器22，在秤盤23上加載不同大小的質(zhì)量塊24模擬阻尼塊離心力，通過改變質(zhì)量塊24大小和分布可以模擬阻尼整圈失諧的影響。
[0037]參見圖7，激振裝置包括非接觸式電磁激振器25、套在激振器上的套筒26和固定套筒的內(nèi)六角螺栓27組成，激振板3上設(shè)有一定傾斜角度的激振器25通過的通孔，激振板3外側(cè)開有螺栓孔通到激振板3的通孔，套筒26套在激振器25上并安裝在激振板3的通孔位置通過螺栓27擰緊固定。激振器25垂直對準葉片約75 %葉身高度位置，套筒26和激振板3通孔之間有一定間隙，以方便激振器25激振方向可以實現(xiàn)微調(diào)。
[0038]參見圖8(a)和(b)，測振裝置包括傳感器支架豎桿29、傳感器傾斜桿30、電渦流位移傳感器33和螺栓32組成，傳感器支架豎桿29焊接在底部豎桿底板31上，豎桿底板31通過螺栓32固定在基礎(chǔ)臺架底板I上，傳感器傾斜桿30焊接在傳感器支架豎桿29上，并與支架豎桿29呈一定角度，角度大小與豎直支架29長度和葉片葉身11曲線有關(guān)。電渦流位移傳感器33固定在傳感器傾斜桿30上，與葉片葉身保持0.5mm距離。傳感器支架豎桿29分別對應葉身90%和50%葉高的位置。
[0039]為了對本發(fā)明一種具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置進一步了解，現(xiàn)對其操作步驟做一說明。
[0040]首先，將葉片的輪盤13固定在輪盤固定裝置上，擰緊上部的螺栓15通過圓盤14固定住輪盤位置;其次，將葉片放置在輪盤對應的輪槽位置，按照預緊力要求調(diào)整葉根固定裝置的螺母19來將葉片葉根與輪盤夾緊;接著，安裝調(diào)整非接觸式電磁激振器25，將其調(diào)節(jié)到合理的高度和角度并擰緊激振板外側(cè)的螺栓27，安裝調(diào)整好測振裝置;然后，調(diào)整阻尼塊離心加載裝置，將鋼絲21連接好阻尼塊10、靜態(tài)力傳感器22和秤盤23，然后拉伸放置到整圈滑桿6上;然后，重復第2到4步，依次安裝好整圈葉片及其對應的激振裝置、測振裝置和離心力加載裝置;最后，加載質(zhì)量不同的質(zhì)量塊24并開始激振透平葉片，通過調(diào)整質(zhì)量塊24的不同布置方式和激振器25激振的大小及相位，測量葉片響應并分析阻尼失諧對整圈葉片振動特性的影響，為研究和設(shè)計具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼減振葉片-輪盤提供重要參考數(shù)據(jù)。
【主權(quán)項】
1.具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置，其特征在于，包括基礎(chǔ)臺架、輪盤固定裝置、葉根固定裝置、離心力加載裝置、激振發(fā)生裝置和測量裝置，輪盤固定裝置固定在基礎(chǔ)臺架的底板中心，葉根固定裝置固定在輪盤輪緣和葉片葉根之間，離心力加載裝置一端連接在葉片圍帶的阻尼塊上，另一端繞過整圈滑桿后懸空放置，激振發(fā)生裝置固定在基礎(chǔ)臺架的激振板上，測量裝置固定在基礎(chǔ)臺架底板上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置，其特征在于，基礎(chǔ)臺架包括底板(I)和底板上的圓柱臺(2)、激振板(3)和整圈滑桿(6)，圓柱臺(2)固定在底板中心(I)，其上表面中心還開有螺栓孔，圓柱臺外依次是激振板(3)和整圈滑桿(6)，激振板(3)下連接有六個對稱分布的支撐桿(4)，支撐桿(4)下連接的底板(5)固定到底板(I)，整圈滑桿(6)下也連接有六個對稱分布的支撐桿(7)，支撐桿(7)下的環(huán)形平板(8)固定在底板(I)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置，其特征在于，輪盤固定裝置固定在基礎(chǔ)臺架的底板(I)上，包括輪盤(13)、夾緊輪盤用的圓板(14)和大內(nèi)六角螺栓(15)，輪盤(13)中心開有螺栓通過的圓形通孔，輪盤外部開有輪槽，輪槽具有與葉片葉根(12)對應輪廓的輪緣齒面，圓板(14)設(shè)置在輪盤上方，中心同樣開有螺栓通過的通孔，輪盤(13)被圓板(14)和圓柱臺(2)通過內(nèi)六角螺栓(15)夾緊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置，其特征在于，葉根固定裝置包括上弓形板(16)、下弓形板(17)和對應弓形板兩端的兩個螺桿(18)，上弓形板(16)、下弓形板(17)兩端均開有螺桿(18)通過的槽孔，在槽孔兩側(cè)的螺桿(18)上設(shè)置有對應的兩個螺母(19)，通過調(diào)整螺母(19)來控制弓形板之間的距離和夾緊力。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置，其特征在于，離心力加載裝置包括鋼絲(21)、靜態(tài)力傳感器(22)、秤盤(23)和質(zhì)量塊(24)，鋼絲(21)—端穿入開有小孔的阻尼塊(10)并固定，另一端穿過秤盤(23)中心并固定，鋼絲(21)中間連有靜態(tài)力傳感器(22)，不同質(zhì)量的質(zhì)量塊(24)加載在秤盤(23)上，用于模擬不同葉片阻尼塊的離心力。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置，其特征在于，激振發(fā)生裝置包括激振器套筒(26)、固定螺栓(27)和非接觸式激振器(25)，激振器套筒(26)固定在非接觸式激振器(25)上，非接觸式激振器(25)通過激振板(3)上開的槽孔，通過激振板(3)外側(cè)設(shè)置的固定螺栓(27)來固定套筒(26)，非接觸式激振器(25)垂直對應葉片葉身70 %?80 %葉高截面的中間位置。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置，其特征在于，測量裝置包括傳感器支架豎桿(29)和傳感器傾斜桿(30)，傳感器支架豎桿(29)下端固定在基礎(chǔ)臺架的底板(I)上，傳感器傾斜桿(30)設(shè)置在傳感器支架豎桿(29)上，每一個傳感器傾斜桿(30)末端設(shè)置有一個用于測量透平葉片振幅的電渦流位移傳感器(33)，傳感器垂直對應葉片80?90 %和50?60 %兩處葉高位置。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置，其特征在于，套筒(26)在非接觸式激振器(25)上的位置上下移動，非接觸式電磁激振器(25)為整圈布置，通過控制系統(tǒng)來對整圈激振器的激振大小和相位進行控制。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置，其特征在于，葉根固定裝置的上弓形板(16)和下弓形板(17)中間還設(shè)有分別對應葉根和輪緣位置的凸臺(20)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有阻尼塊結(jié)構(gòu)的阻尼失諧葉片-輪盤的振動測試裝置，其特征在于，整圈滑桿(6)可以支撐連接秤盤(23)的鋼絲(21)，起到滑輪結(jié)構(gòu)的作用，滑桿(6)下部的支撐桿(7)和滑桿平面的夾角為70度，防止支撐桿(7)阻擋住秤盤(23)位置。
【文檔編號】G01M7/02GK105928676SQ201610225126
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】張荻, 趙偉, 劉天源, 謝永慧
【申請人】西安交通大學