一种叶片‑轮盘耦合振动的试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种叶片‑轮盘耦合振动试验装置，包括叶片加载结构、施力介质、离心力调节结构、环形框、支撑架台等。该试验装置针对通过榫结构相连接的叶片、轮盘，一方面通过叶片加载结构、施力介质、离心力调节结构将叶片连接于环形框上，另一方面模拟真实装载方式将轮盘约束于支撑台架上；通过离心力调节结构可以相应调节施加于叶片上载荷的大小，模拟旋转状态下不同转速的离心力；布置相应传感器和施加一定的激励，可以开展叶片‑轮盘耦合振动试验。该装置模拟了旋转状态下叶片‑轮盘受载状态，为开展叶片‑轮盘耦合振动研究提供了一套试验手段。

A test device for blade disc coupled vibration.

The invention provides a test blade disc coupled vibration device, comprising a blade loading structure, Shi Li medium, centrifugal force adjusting structure, circular frame, support frame etc.. The test device for the blade, connected by tenon structure of the wheel, through a blade loading structure, Shi Li medium, centrifugal force regulating structure of blade connected to the annular frame, on the other hand, simulate the real loading mode will be constrained to wheel supporting bracket can be adjusted; the size of the load applied to the blade by centrifugation force adjusting structure, rotating centrifugal force in different speed simulation; layout corresponding sensors and applying certain incentives, can carry out the coupling vibration of the blade wheel test. The device simulates the rotating blade wheel load state, provides a set of test methods for carrying out the study of coupling vibration of blade wheel.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种叶片-轮盘耦合振动的试验装置，可用于航空发动机、燃气轮机、汽轮机等叶片-轮盘耦合振动的试验测试。
技术介绍
航空发动机、燃气轮机、汽轮机等叶轮机械被广泛应用于航空、航天、电力、交通等工业领域，在国民经济中起着至关重要的作用。作为上述叶轮机械的核心关键部件，叶片、轮盘通常采用榫结构相连接。在气动激励、不平衡质量等作用下，叶片和轮盘会发生强迫振动导致产生振动疲劳甚至共振破坏，研究表明叶片振动疲劳破坏占其破坏失效的68％左右。因此开展叶片、轮盘等核心关键的振动特性研究，对于航空发动机等叶轮机械的设计和日常维护具有重要意义。早期的航空发动机等叶轮机械中，叶片相对较薄、轮盘相对较厚，叶片刚度相比轮盘刚度相差很大，因此在振动特性分析中，往往忽略叶片、轮盘间的耦合，单独进行叶片和轮盘的动力学设计和分析。比如专利CN102840968A(如图1)采用专用工装夹将叶片固定于电磁振动台上，确保连接刚性足够，在叶片应力较大的叶盆进气边缘和排气边缘沿叶片轴向粘贴应变片。找出叶片一阶弯曲振动频率，确定最大应力点及其幅值。通过在叶尖上下固定电流探针，被测叶片同时触碰两个探针使相应毫伏表同时显出电压时，检测得到被测叶片的幅值确定疲劳考核应力所对应的叶片振动幅值。专利CN103175667A(如图2)用夹具将叶片利用压紧螺钉刚性固定在夹具上，将夹具连同叶片刚性固定在电动振动台的工作台面上。通过夹具上的加速度传感器、叶身上应变传感器和激光位移传感器测量叶片的振动频率、选定部位的应力与振幅。监控叶身应力及其与选定部位振幅关系，直到叶片完成疲劳次数或失效导致共振频率下移为止，实现叶片疲劳非接触测量的自动化。两个专利均建立了一种叶片振动试验装置和方法，可以对单个叶片进行振动特性测试，但是这种试验装置均采用了叶片刚性固定，无法考虑轮盘弹性对叶片振动的影响。伴随着技术的进度，叶轮机械面向高转速、经量化趋势发展，使得轮盘的设计越来越薄，轮盘刚度不断接近于叶片刚度甚至处于同一数量级，这使得叶片-轮盘件的耦合振动越来越强烈，因此需要开展叶片-轮盘耦合振动特性研究，避免工作过程中发生的耦合振动失效。然而，目前的试验装置多是针对单一叶片或轮盘振动试验设计的，没有考虑叶片、轮盘间榫连接的特点，较难模拟叶片、轮盘旋转时的离心载荷，因此叶片-轮盘耦合振动方面的研究基本集中在数值分析方面，缺乏有效的试验验证。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是：为研究叶片-轮盘间耦合振动问题，本专利技术提出一种叶片-轮盘耦合振动试验装置，针对榫结构相连接的叶片-轮盘结构，通过离心力模拟器施加可调节的离心载荷，在静态条件下模拟旋转状态下叶片-轮盘结构的受力情况，布置相应传感器、施加一定激励后就可以开展叶片-轮盘耦合振动试验。本专利技术的技术方案是：一种叶片-轮盘耦合振动试验装置，包括叶片1、轮盘2、榫连接接头3、叶片加载结构4、施力介质5、离心力模拟器6、环形框7、和支撑架台8，支撑架台8底端置于实验台上或与激振台连接，顶端用于固定轮盘2中心；叶片1和轮盘2通过榫连接接头3进行连接；叶片1、叶片加载结构4、施力介质5和离心力模拟器6依次进行连接，从而形成一组连接；离心力调节结构位于环形框上，且若干组连接沿环形框7周向均布；离心力模拟器6施加载荷力，通过施力介质5和叶片加载结构4将载荷力传递至叶片1，且传递的载荷力通过叶片1的重心；调节离心力模拟器施加载荷大小模拟叶片受不同离心力大小，使得叶片1和轮盘2达到工作状态；通过敲击方法，或将实验装置与振动台相连，产生振动激励进行振动试验。本专利技术进一步的技术方案是：当所述叶片2为不带冠叶片时，叶片加载结构4为两个结构相同的夹持片叶片1位于两个夹持片之间，且其与叶片1接触的表面和叶片1紧密贴合；夹持片两端通过螺栓进一步夹紧，螺栓轴线与两个夹持片轴线相互垂直。本专利技术进一步的技术方案是：当所述叶片2为带冠叶片时，叶冠为耙状；叶片加载结构4主体为两个承重部件，位于叶冠近轮盘一侧；承重部件和叶冠之间通过Z字型锁扣进行固定锁紧；承重部件延伸出的部分与施力介质5进行连接。本专利技术进一步的技术方案是：施力介质5承受拉力，不承受压力，采用钢丝绳、钢绞线、弹力绳或弹力带。本专利技术进一步的技术方案是：离心力模拟器6调节施加力的大小，在施力介质5上安装应力传感器或在离心力模拟器6上安装应力传感器实时显示。本专利技术进一步的技术方案是：离心力模拟器6采用液压作动筒或电动马达。本专利技术进一步的技术方案是：所述环形框7或叶片加载结构4采用镁铝合金、碳纤维材料这类密度低强度大的金属材料或复合材料制成。专利技术效果本专利技术的技术效果在于：①可以开展通过榫结构相连接的叶片-轮盘耦合振动试验；②将叶片旋转时的离心载荷转化为施加于叶片上的均布载荷，利用静止状态模拟叶片-轮盘旋转状态时的受载情况，试验较为容易实现；③该试验装置可以直接针对实际的叶片、轮盘开展耦合振动试验，无需对叶片/轮盘进行再次设计或者破坏加工，可以广泛应用于叶轮机械叶片-轮盘的耦合振动试验；④该试验装置适用于采用燕尾、纵树型等各类榫结构相连接叶片-轮盘耦合振动；⑤通过离心力模拟器可以施加不同的离心载荷，研究离心力对叶片-轮盘耦合振动特性的影响。附图说明图1为现有技术中的叶片振动试验装置第一结构示意图。图2为现有技术中的叶片振动试验装置第二结构示意图。图3为本专利技术结构示意图。图4为一种不带冠叶片加载结构示意图图5为一种带冠叶片加载结构左视图图6位一种带冠叶片加载结构轴测视图图7为一种离心力调节结构安装方式第一示意图。图8为一种离心力调节结构安装方式第二示意图。图9为一种离心力调节结构安装方式第三示意图。图中：1—叶片，2—轮盘，3—榫连接接头，4—叶片加载结构，5—施力介质，6—离心力调节结构，7—环形框，8—支撑结构，9—叶片加载结构压力面部分，10—叶片加载结构吸力面部分，11—螺栓1，12—带冠叶片加载结构支撑部件,13—带冠叶片加载结构锁扣，14—螺栓2,15—液压作动筒支架1，16—液压作动筒，17—液压作动筒支架2，18—销钉。具体实施方式下面结合具体实施实例，对本专利技术技术方案进一步说明。1、参见图1，针对通过榫结构相连接的叶片、轮盘，叶片上安装有加载结构，加载结构通过施力介质与安装在环形框上的离心力模拟器相连接，轮盘被约束在固定于激振台的支撑台架上。通过离心力调节结构可以施加不同大小的离心载荷，均为拉力施加在加载结构上，只是可以调节载荷大小，模拟叶片旋转过程中不同大小的离心载荷。通过上述试验装置，可以在静态条件下模拟旋转状态下叶片-轮盘结构的受力情况，布置相应的传感器和施加激励载荷，即可开展叶片-轮盘耦合振动试验。所述的叶片和盘耦合振动试验装置采用真实的叶片、轮盘，并通过真实的榫结构相连接。所述的叶片加载结构固定于不带冠叶片表面或带冠叶片的叶冠上，通过与所述加载结构相连的施力介质施加通过叶片重心的载荷。所述加载结构采用密度低刚度大的金属材料或复合材料。对于不带冠叶片，所述加载结构固定于叶片表面，所述加载结构主要由两个夹持部件和螺栓组成。所述加载结构两个夹持部件分为压力面部分和吸力面部分，分别对应叶片吸力面与压力面，其中间区域具有与叶片相同的型面，两侧区域为平行延伸区域。在夹持部件两侧区域开有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叶片‑轮盘耦合振动试验装置，包括叶片(1)、轮盘(2)、榫连接接头(3)、叶片加载结构(4)、施力介质(5)、离心力模拟器(6)、环形框(7)、和支撑架台(8)，其特征在于：支撑架台(8)底端置于实验台上或与激振台连接，顶端用于固定轮盘(2)中心；叶片(1)和轮盘(2)通过榫连接接头(3)进行连接；叶片(1)、叶片加载结构(4)、施力介质(5)和离心力模拟器(6)依次进行连接，从而形成一组连接；离心力调节结构位于环形框上，且若干组连接沿环形框(7)周向均布；离心力模拟器(6)施加载荷力，通过施力介质(5)和叶片加载结构(4)将载荷力传递至叶片(1)，且传递的载荷力通过叶片(1)的重心；调节离心力模拟器施加载荷大小模拟叶片受不同离心力大小，使得叶片(1)和轮盘(2)达到工作状态；通过敲击方法，或将实验装置与振动台相连，产生振动激励进行振动试验。

【技术特征摘要】
1.一种叶片-轮盘耦合振动试验装置，包括叶片(1)、轮盘(2)、榫连接接头(3)、叶片加载结构(4)、施力介质(5)、离心力模拟器(6)、环形框(7)、和支撑架台(8)，其特征在于：支撑架台(8)底端置于实验台上或与激振台连接，顶端用于固定轮盘(2)中心；叶片(1)和轮盘(2)通过榫连接接头(3)进行连接；叶片(1)、叶片加载结构(4)、施力介质(5)和离心力模拟器(6)依次进行连接，从而形成一组连接；离心力调节结构位于环形框上，且若干组连接沿环形框(7)周向均布；离心力模拟器(6)施加载荷力，通过施力介质(5)和叶片加载结构(4)将载荷力传递至叶片(1)，且传递的载荷力通过叶片(1)的重心；调节离心力模拟器施加载荷大小模拟叶片受不同离心力大小，使得叶片(1)和轮盘(2)达到工作状态；通过敲击方法，或将实验装置与振动台相连，产生振动激励进行振动试验。2.根据权利要求1中所述的一种叶片-轮盘耦合振动试验装置，其特征在于，当所述叶片(2)为不带冠叶片时，叶片加载结构(4)为两个结构相同的夹持片叶片(1)位于两个夹持片之间，且其与叶片(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：高文静，仝福娟，李磊，陈太宇，张猛创，岳珠峰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61