螺栓连接结构可拆卸的双转子-支承系统试验台及方法技术方案

本发明专利技术属于航空发动机双转子系统结构设计与振动测试技术领域，公开了螺栓连接结构可拆卸的双转子‑支承系统试验台及方法。该试验台主要由电气驱动系统、双转子‑支承系统、单转子‑支承系统、带传动系统、传感测试系统和底座组成；本发明专利技术考虑了航空发动机低压与高压压气机中的螺栓‑盘毂连接结构，可以反映航空发动机高、低压双转子系统的动力学真实情况；本发明专利技术还可以将双转子系统中的螺栓连接轴段可以替换为无螺栓连接轴段，从而实现高压与低压转子同时带有螺栓连接结构、高压或低压转子单独带有螺栓连接结构的试验研究，也可以进行高压与低压转子均不带有螺栓连接结构的对比试验，无需重新加工制造转子系统。

【技术实现步骤摘要】
螺栓连接结构可拆卸的双转子-支承系统试验台及方法
本专利技术属于航空发动机双转子系统结构设计与振动测试
，特别涉及一种用于研究螺栓法兰连接结构对双转子系统动力学特性影响的试验台及振动测试方法。
技术介绍
航空飞行中，发动机作为动力保证，其工作的可靠性直接关系飞行安全。航空发动机的转子系统一般采用多转子结构，其中双转子结构应用较多，在其实际应用过程中，双转子系统的振动及螺栓连接结构的失效，一直都是航空发动机所面临的严重问题。螺栓联接以结构简单、联接刚性好、安装方便、可操作性强等优点广泛应用于航空发动机结构中。螺栓连接结构的非连续转子系统在高转速，大载荷的工作状态下，可能会使连接结构零件间发生相对变形，导致转子系统局部刚度发生变化，进一步引发非线性振动并增大不平衡量，对发动机的振动产生较大影响。然而目前各高校和科研机构建立的双转子实验装置，绝大多数均没有考虑螺栓连接结构，而且双转子系统的高、低压转子的相互耦合导致其振动特性更为复杂。因此，不含螺栓连接的转子系统无法反映航空发动机高、低压双转子系统的动力学真实情况。目前，国内外众多学者已经认识到螺栓连接结构对航空发动机双转子系统的重要影响，并进行了相应的理论研究，但尚无完善的理论体系，因此，针对航空发动机双转子系统的高、低压转子相互耦合的特点，研究螺栓连接结构对双转子系统动力学特性影响的理论与试验研究具有重要意义。为实现以上目标，并结合双转子系统的结构特点深入分析螺栓连接结构的影响，需要研究高压与低压转子同时带有螺栓连接结构、高压或低压转子单独带有螺栓连接结构，并以高压与低压转子均不带有螺栓连接结构作为对照。因此，为了节约试验成本，需要一种能够实现以上所有情况的螺栓连接双转子试验台。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种螺栓连接结构可拆卸的双转子-支承系统试验台及其测试方法。在结构方面，本专利技术是航空发动机双转子系统的一种简化模型，并将螺栓连接结构设计为航空发动机转子系统中的螺栓-盘毂连接结构；同时将螺栓连接结构设计为可拆卸的轴段，分别将高、低压转子中的螺栓连接结构替换为无螺栓连接结构以实现多种情况的对比试验，从而可以开展高压与低压转子同时带有螺栓连接结构、高压或低压转子单独带有螺栓连接结构的试验研究，以及高压与低压转子均不带有螺栓连接结构的对比试验，无需重新加工制造试验台，节约试验成本。在此基础上进一步改变每个螺栓连接结构的螺栓个数以及安装预紧力，研究在不同工况、不同螺栓连接参数情况下螺栓连接对双转子系统的影响；本专利技术不但能满足航空发动机高压转子的静态固有特性及螺栓预紧力测试，还可以满足航空发动机高压转子的动态振动测试。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：螺栓连接结构可拆卸的双转子-支承系统试验台，所述的试验台包括电气驱动系统、双转子-支承系统、单转子-支承系统、带传动系统、传感测试系统和底座；所述电气驱动系统包括通过电气箱支座安装在地面上的电气控制箱和被电气控制箱控制的一号转子变频电机和二号转子变频电机；所述电气控制箱内设置一号与二号转子变频电机控制系统，包括变频器、控制面板、接触器和断路器，由变频器调节变频电机转速；一号转子变频电机和二号转子变频电机分别固定于一号电机支座和二号电机支座上，分别通过一号柔性联轴器和二号柔性联轴器将扭矩传递给单转子-支承系统和双转子-支承系统；所述双转子-支承系统，包括低压转子系统、高压转子系统以及中介轴承；低压转子系统与高压转子系统通过中介轴承组装在一起；所述高压转子系统为中空结构，所述低压转子系统穿设在高压转子系统中；所述低压转子系统包括顺次连接的一号低压轴、四号双转子轴承及轴承座、螺栓连接轴段A、二号低压轴、三号双转子轴承及轴承座、低压盘以及一号双转子轴承及轴承座；所述高压转子系统包括顺次连接的一号高压轴、二号双转子轴承及轴承座、螺栓连接轴段B、二号高压轴以及高压盘；其中螺栓连接轴段A和B，通过平行键分别安装在低压转子系统与高压转子系统中；所述螺栓连接轴段A和B分别包括带法兰边的轴、光轴以及转盘，转盘通过Z1型胀紧套以及胀紧套端盖固定于光轴上，并与法兰边通过螺栓连接；所述单转子-支承系统包括单转子轴、一号单转子轴承及轴承座以及二号单转子轴承及轴承座，用于为双转子-支承系统中的高压转子系统提供动力；所述带传动系统包括传动带、主动带轮以及从动带轮；主动带轮与从动带轮均通过Z1型胀紧套分别固定于转子轴和二号高压轴上；主动带轮通过传动带将扭矩从单转子-支承系统传递到双转子-支承系统的高压转子系统中；所述测试传感系统包括固定于底座上的传感器支架、固定于传感器支架上的电涡流位移传感器、力传感器、加速度传感器、模态力锤、振动测试软件、力传感器信号采集卡、电涡流传感器信号采集卡、LMS测试设备，用于激励转子或采集振动信号；所述传感器支架与电涡流位移传感器有两组，分别用于测试低压与高压转子系统的振动信号；所述的加速度传感器粘贴在低压轴、高压轴以及连接轴段上；所述的LMS振动测试系统用于测试转子系统的振型、固有频率等固有特性的测试；所述的力传感器、电涡流传感器信号采集卡用于采集数据，分别与力传感器、电涡流传感器相连，并将数据输送到计算机。所述螺栓连接轴段可拆卸，可以替换为无螺栓连接轴段A或无螺栓连接轴段B，用于对比试验，由于只更换轴段，节约试验成本。所述无螺栓连接轴段包括光轴与转盘，其中无连接轴段中的盘与螺栓连接轴段中的盘、法兰连接后的尺寸以及孔位均相同，且盘仍通过Z1型胀紧套固定于轴上，保证对比试验的合理性，不同之处在于无连接轴段中的盘加工为一个整体。进一步地，上述双转子-支承系统通过将螺栓连接轴段更换为无螺栓连接轴段实现多工况下的螺栓连接双转子实验；所述多工况：高、低压转子系统均安装螺栓连接轴段、将低压或高压转子系统的螺栓连接轴段更换为无螺栓连接轴段可以分别研究高、低压转子系统均存在螺栓连接结构以及高压或低压转子系统单独存在螺栓连接结构对双转子系统动力学特性的影响；将高、低压转子系统的螺栓连接轴段全部更换为无螺栓连接轴段可进行对照试验，进一步分析螺栓连接结构的影响。进一步地，上述所述双转子-支承系统模拟航空发动机双转子系统，其中低压转子系统中的螺栓连接轴段A模拟低压压气机部分；高压转子系统中的螺栓连接轴段B模拟高压压气机部分；低压盘与高压盘分别模拟低压与高压涡轮部分；其中螺栓连接轴段的螺栓-法兰连接方式模拟航空发动机高压与低压压气机中的螺栓-盘毂连接形式。所述底座上安装有多颗地脚螺栓，用于固定电机支座、轴承座和电涡流传感器支架，底座底部安装有六个橡胶脚垫；所述力传感器有多个，置于螺母与盘之间；所述的LMS振动测试设备用于测试转子系统的振型、固有频率等固有特性的测试；所述信号转换器、信号采集卡用于采集数据，分别与力传感器、电涡流传感器相连，并将数据输送到计算机；所述振动测试软件有三个，一个为基于图形化编程语言的LabVIEW自写软件，一个为LMS测试软件，一个为螺栓预紧力测试软件。LabVIEW自写软件主要测试振动位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.螺栓连接结构可拆卸的双转子-支承系统试验台，其特征在于，所述的试验台包括电气驱动系统、双转子-支承系统、单转子-支承系统、带传动系统、传感测试系统和底座(10)；所述电气驱动系统包括通过电气箱支座安装在地面上的电气控制箱(1)和被电气控制箱控制的一号转子变频电机(2)和二号转子变频电机(24)；所述电气控制箱内设置一号与二号转子变频电机控制系统，包括变频器、控制面板、接触器和断路器，由变频器调节变频电机转速；一号转子变频电机和二号转子变频电机分别固定于一号电机支座(3)和二号电机支座(23)上，分别通过一号柔性联轴器(4)和二号柔性联轴器(22)将扭矩传递给单转子-支承系统和双转子-支承系统；/n所述双转子-支承系统，包括低压转子系统、高压转子系统以及中介轴承(31)；低压转子系统与高压转子系统通过中介轴承(31)组装在一起；所述高压转子系统为中空结构，所述低压转子系统穿设在高压转子系统中；所述低压转子系统包括顺次连接的一号低压轴(25)、四号双转子轴承及轴承座(21)、螺栓连接轴段A(27)、二号低压轴(28)、三号双转子轴承及轴承座(19)、低压盘(13)以及一号双转子轴承及轴承座(12)；所述高压转子系统包括顺次连接的一号高压轴(29)、二号双转子轴承及轴承座(18)、螺栓连接轴段B(30)、二号高压轴(32)以及高压盘(14)；其中螺栓连接轴段A和B，通过平行键(26)分别安装在低压转子系统与高压转子系统中；所述螺栓连接轴段A和B分别包括带法兰边的轴、光轴以及转盘，转盘通过Z1型胀紧套(34)以及胀紧套端盖(33)固定于光轴上，并与法兰边通过螺栓连接；/n所述单转子-支承系统包括单转子轴(5)、一号单转子轴承及轴承座(6)以及二号单转子轴承及轴承座(9)，用于为双转子-支承系统中的高压转子系统提供动力；/n所述带传动系统包括传动带(7)、主动带轮(8)以及从动带轮(15)；主动带轮与从动带轮均通过Z1型胀紧套(34)分别固定于转子轴(5)和二号高压轴(32)上；主动带轮通过传动带将扭矩从单转子-支承系统传递到双转子-支承系统的高压转子系统中；/n所述测试传感系统包括固定于底座上的传感器支架(17)、固定于传感器支架上的电涡流位移传感器(16)、力传感器(20)、加速度传感器、模态力锤、振动测试软件、力传感器信号采集卡、电涡流传感器信号采集卡、LMS测试设备，用于激励转子或采集振动信号；所述传感器支架与电涡流位移传感器有两组，分别用于测试低压与高压转子系统的振动信号；所述的加速度传感器粘贴在低压轴、高压轴以及连接轴段上；所述的LMS振动测试系统用于测试转子系统的振型、固有频率等固有特性的测试；所述的力传感器、电涡流传感器信号采集卡用于采集数据，分别与力传感器(20)、电涡流传感器(16)相连，并将数据输送到计算机。/n...

【技术特征摘要】
1.螺栓连接结构可拆卸的双转子-支承系统试验台，其特征在于，所述的试验台包括电气驱动系统、双转子-支承系统、单转子-支承系统、带传动系统、传感测试系统和底座(10)；所述电气驱动系统包括通过电气箱支座安装在地面上的电气控制箱(1)和被电气控制箱控制的一号转子变频电机(2)和二号转子变频电机(24)；所述电气控制箱内设置一号与二号转子变频电机控制系统，包括变频器、控制面板、接触器和断路器，由变频器调节变频电机转速；一号转子变频电机和二号转子变频电机分别固定于一号电机支座(3)和二号电机支座(23)上，分别通过一号柔性联轴器(4)和二号柔性联轴器(22)将扭矩传递给单转子-支承系统和双转子-支承系统；
所述双转子-支承系统，包括低压转子系统、高压转子系统以及中介轴承(31)；低压转子系统与高压转子系统通过中介轴承(31)组装在一起；所述高压转子系统为中空结构，所述低压转子系统穿设在高压转子系统中；所述低压转子系统包括顺次连接的一号低压轴(25)、四号双转子轴承及轴承座(21)、螺栓连接轴段A(27)、二号低压轴(28)、三号双转子轴承及轴承座(19)、低压盘(13)以及一号双转子轴承及轴承座(12)；所述高压转子系统包括顺次连接的一号高压轴(29)、二号双转子轴承及轴承座(18)、螺栓连接轴段B(30)、二号高压轴(32)以及高压盘(14)；其中螺栓连接轴段A和B，通过平行键(26)分别安装在低压转子系统与高压转子系统中；所述螺栓连接轴段A和B分别包括带法兰边的轴、光轴以及转盘，转盘通过Z1型胀紧套(34)以及胀紧套端盖(33)固定于光轴上，并与法兰边通过螺栓连接；
所述单转子-支承系统包括单转子轴(5)、一号单转子轴承及轴承座(6)以及二号单转子轴承及轴承座(9)，用于为双转子-支承系统中的高压转子系统提供动力；
所述带传动系统包括传动带(7)、主动带轮(8)以及从动带轮(15)；主动带轮与从动带轮均通过Z1型胀紧套(34)分别固定于转子轴(5)和二号高压轴(32)上；主动带轮通过传动带将扭矩从单转子-支承系统传递到双转子-支承系统的高压转子系统中；
所述测试传感系统包括固定于底座上的传感器支架(17)、固定于传感器支架上的电涡流位移传感器(16)、力传感器(20)、加速度传感器、模态力锤、振动测试软件、力传感器信号采集卡、电涡流传感器信号采集卡、LMS测试设备，用于激励转子或采集振动信号；所述传感器支架与电涡流位移传感器有两组，分别用于测试低压与高压转子系统的振动信号；所述的加速度传感器粘贴在低压轴、高压轴以及连接轴段上；所述的LMS振动测试系统用于测试转子系统的振型、固有频率等固有特性的测试；所述的力传感器、电涡流传感器信号采集卡用于采集数据，分别与力传感器(20)、电涡流传感器(16)相连，并将数据输送到计算机。


2.根据权利要求1所述的螺栓连接结构可拆卸的双转子-支承系统试验台，其特征在于：所述螺栓连接轴段可拆卸，可替换为无螺栓连接轴段A(35)或无螺栓连接轴段B(36)，用于对比试验；所述无螺栓连接轴段包括光轴与转盘，其中无连接轴段中的盘与螺栓连接轴段中的盘、法兰连接后的尺寸以及孔位均相同，且盘仍通过Z1型胀紧套固定于轴上，保证对比试验的合理性，不同之处在于无...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗忠，李雷，丁喆，李玉奇，何凤霞，刘子嘉，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21