CN103592217A

CN103592217A - 湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统

Info

Publication number: CN103592217A
Application number: CN201310525213.1A
Authority: CN
Inventors: 谢永慧; 袁瑞山; 张荻
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2033-10-29
Also published as: CN103592217B

Abstract

本发明提供了一种湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统，包括湿蒸汽产生装置、摩擦实验装置和测试装置；其中，湿蒸汽产生装置包括蒸汽锅炉、储气罐、调压阀、高压喷水装置、湿度计和喷嘴；摩擦实验装置包括激振器、横梁、摩擦副和气缸，该摩擦副包括相配合的第一摩擦块和第二摩擦块；测试装置包括激光测振仪和压电式力传感器。本发明湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统可以用于测量处在湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性，有效的拓展了金属摩擦研究的范围；使用本发明得到的测量结果，能够为湿蒸汽环境下透平叶片阻尼结构的设计提供准确的数据，对于提高透平叶片的设计水平具有至关重要的意义。

Description

湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统

【技术领域】

本发明涉及实验装置技术领域，具体涉及一种湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统。

【背景技术】

汽轮机作为能源、化工和国防领域重要的动力机械，其安全性对于国民经济和国防安全等至关重要。尤其是近年来，汽轮机朝着大功率、高参数的方向发展，叶片承受着更大的离心力、气流力和更高的温度。叶片的强度和振动特性对于汽轮机的安全极为重要。

由于振动疲劳而导致的叶片断裂是叶片损坏的主要方式，目前解决这个问题主要有两种办法：1、设计时避开叶片的固有振动频率；2、增加叶片的振动阻尼。干摩擦阻尼结构是增加叶片阻尼的一种行之有效的方法。

图1给出的是两种典型的叶片阻尼结构。（a）为阻尼围带结构；（b）为阻尼拉金结构。在汽轮机未运行的时候，不论是阻尼块和叶根平台还是阻尼围带以及拉金结构之间，均存在一定的距离。当汽轮机工作时，由于叶片旋转产生离心力导致叶片扭转，从而使阻尼围带和拉金接触面贴合，使阻尼结构接触面之间产生了相应的正压力，当叶片受到气流冲击发生振动时，阻尼结构接触面之间的摩擦起到了耗散振动能量的作用，从而降低了叶片的振动水平。

大型汽轮机的末几级叶片或者核电汽轮机多数汽轮机级均是运行在湿蒸汽的环境下。但传统的汽轮机摩擦阻尼结构研究，不论是数值方面的研究还是实验研究，均局限于干燥环境下进行，对于湿蒸汽下的相关干摩擦阻尼研究不足。

【发明内容】

本发明的目的是针对现有技术中湿蒸汽环境下的干摩擦阻尼研究的不足，提供一种可以测量湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统，包括湿蒸汽产生装置、摩擦实验装置和测试装置；其中，湿蒸汽产生装置包括蒸汽锅炉、储气罐、调压阀和喷嘴，蒸汽锅炉产生的蒸汽依次通过储气罐、调压阀及喷嘴流出，调压阀设置在储气罐的出口处，用于调节储气罐流出的蒸汽压力；在调压阀与喷嘴之间的蒸汽管道上还设置有高压喷水装置，其产生的雾化水用于调节储气罐流出的蒸汽湿度；

摩擦实验装置包括激振器、横梁、摩擦副和气缸，该横梁的两端固定，其上设置有激振器，其下设置有气缸，气缸内设置有摩擦副，该摩擦副包括相配合的第一摩擦块和第二摩擦块，其中，第一摩擦块伸出气缸的一端与横梁相连，第二摩擦块伸出气缸的一端与测试装置相连；所述气缸还设置有与喷嘴相连的入口和用于湿蒸汽流出的出口；

测试装置包括激光测振仪和压电式力传感器，其中，激光测振仪用于测量第一摩擦块和第二摩擦块之间的相对位移，压电式力传感器与第二摩擦块伸出气缸的一端相接触，用于测量第一摩擦块和第二摩擦块之间的摩擦力。

本发明进一步的改进在于：在高压喷水装置与喷嘴之间的蒸汽管道上设置有湿度计，用于测量蒸汽管道内的湿度。

本发明进一步的改进在于：高压喷水装置包括水箱、加压泵和若干高压喷嘴，其中，流出水箱的水先经过加压泵加压后，再通过若干高压喷嘴流入蒸汽管道。

本发明进一步的改进在于：气缸的出口设置在其底部，且气缸（17）的底部设置有便于凝结水排出的倾角。

本发明进一步的改进在于：在第一摩擦块伸出气缸的一端设置有平台，激光测振仪通过测量平台的位移，得到第一摩擦块和第二摩擦块之间的相对位移。

本发明进一步的改进在于：所述蒸汽管道均采用隔热棉进行包裹。

本发明湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统，将湿蒸汽引入到金属摩擦阻尼特性研究中来，可以用于测量处在湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性，有效的拓展了金属摩擦研究的范围。实验中，本发明能够根据实际实验的需要，实现对于蒸汽湿度的连续调节，并且能够精确地实现对所需蒸汽湿度的控制，使得通过简单的调节即可测量各种湿度条件下的金属摩擦状态；并且，本发明能够实现对于在湿蒸汽下金属摩擦阻尼特性的准确测量和更深入的研究；最后，使用本发明得到的测量结果，能够为湿蒸汽环境下透平叶片阻尼结构的设计提供准确的数据，对于提高透平叶片的设计水平具有至关重要的意义。

【附图说明】

图1（a）为阻尼围带结构，图1（b）为阻尼拉金结构；

图2为本发明湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统示意图；

图3为本发明摩擦实验装置和测试装置示意图。

其中：1、蒸汽锅炉；2、储气罐；3、调压阀；4、加压泵；5、水箱；6、高压喷嘴；7、湿度计；8、喷嘴；9、摩擦实验装置；10、测试装置；11、激振器；12、横梁；13、摩擦副；13a、第一摩擦块；13b第二摩擦块；14、激光测振仪；15、压电式力传感器；16、出口；17、气缸；18、平台。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

参见图2和3，本发明湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统，包括湿蒸汽产生装置、摩擦实验装置和测试装置三个部分。

湿蒸汽产生装置包括蒸汽锅炉1、储气罐2、调压阀3、湿度计7和喷嘴8，蒸汽锅炉1内出来的蒸汽具有一定的压力，储气罐2也能承受较高的压力，蒸汽锅炉1产生的蒸汽依次通过储气罐2、调压阀3及喷嘴8流出，调压阀3设置在储气罐2的出口处，用于调节储气罐2流出的蒸汽压力；在调压阀3与喷嘴8之间的蒸汽管道上还设置有高压喷水装置，其产生的雾化水用于调节储气罐2流出的蒸汽湿度；在高压喷水装置与喷嘴8之间的蒸汽管道上设置有湿度计7，用于测量蒸汽管道内的湿度，需要注意的是，湿度计7安装在距离高压喷嘴6较远的部位，以避免高压喷嘴6喷出的雾化的水对其测量造成影响。其中，高压喷水装置包括水箱4、加压泵5和若干高压喷嘴6，流出水箱4的水先经过加压泵5加压后，再通过若干高压喷嘴6流入蒸汽管道，若干高压喷嘴6与蒸汽管道上的若干个孔相连接，此外，各个高压喷嘴6之间是相互独立的，开或关均是单独控制的。实验时，根据需要的蒸汽湿度，逐个打开高压喷嘴6，根据湿度计7的测量结果决定打开高压喷嘴6的个数，直到达到所需要的湿度要求，最后调节好的蒸汽喷入到摩擦副13所在的位置。

摩擦实验装置包括激振器11、横梁12、摩擦副13和气缸17，该横梁12的两端固定，其上设置有激振器11，其下设置有气缸17，气缸17内设置有摩擦副13，该摩擦副13包括相配合的第一摩擦块13a和第二摩擦块13b，其中，第一摩擦块13a伸出气缸17的一端与横梁12相连，第二摩擦块13b伸出气缸17的一端与测试装置相连。实验时，第一摩擦块13a由激振器11激励，产生上、下简谐振动，第二摩擦块13b是固定的，但是只限制其水平两个方向的自由度，不限制其竖直方向的自由度，以方便测力；另外，摩擦副13放在气缸17中，气缸一方面能够保证湿蒸汽环境，另一方面也起到了保护传感器的作用。气缸17侧端连接喷嘴8，湿蒸汽产生装置产生的蒸汽由喷嘴8进入气缸17内，其底部是出口16，一方面是排气，另一方面，气缸17的底部设置有一定的倾角，以方便于凝结水排出。

测试装置包括激光测振仪14和压电式力传感器15，其中，激光测振仪14通过测量在第一摩擦块13a伸出气缸17的一端设置的平台18，得到第一摩擦块13a和第二摩擦块13b之间的相对位移，从而避免了直接测量摩擦副13位置处的位移时，湿蒸汽对测量结果造成的影响。压电式力传感器15与第二摩擦块13b伸出气缸17的一端相接触，用于测量第一摩擦块13a和第二摩擦块13b之间动态的摩擦力的大小。

此外，本发明所有的蒸汽管道均用隔热棉进行包裹，以达到抑制蒸汽管道散热，防治蒸汽湿度在流动过程中发生改变。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims

1.湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统，其特征在于：包括湿蒸汽产生装置、摩擦实验装置和测试装置；其中，

湿蒸汽产生装置包括蒸汽锅炉（1）、储气罐（2）、调压阀（3）和喷嘴（8），蒸汽锅炉（1）产生的蒸汽依次通过储气罐（2）、调压阀（3）及喷嘴（8）流出，调压阀（3）设置在储气罐（2）的出口处，用于调节储气罐（2）流出的蒸汽压力；在调压阀（3）与喷嘴（8）之间的蒸汽管道上还设置有高压喷水装置，其产生的雾化水用于调节储气罐（2）流出的蒸汽湿度；

摩擦实验装置包括激振器（11）、横梁（12）、摩擦副（13）和气缸（17），该横梁（12）的两端固定，其上设置有激振器（11），其下设置有气缸（17），气缸（17）内设置有摩擦副（13），该摩擦副（13）包括相配合的第一摩擦块（13a）和第二摩擦块（13b），其中，第一摩擦块（13a）伸出气缸（17）的一端与横梁（12）相连，第二摩擦块（13b）伸出气缸（17）的一端与测试装置相连；所述气缸（17）还设置有与喷嘴（8）相连的入口和用于湿蒸汽流出的出口（16）；

测试装置包括激光测振仪（14）和压电式力传感器（15），其中，激光测振仪（14）用于测量第一摩擦块（13a）和第二摩擦块（13b）之间的相对位移，压电式力传感器（15）与第二摩擦块（13b）伸出气缸（17）的一端相接触，用于测量第一摩擦块（13a）和第二摩擦块（13b）之间的摩擦力。

2.根据权利要求1所述的湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统，其特征在于：在高压喷水装置与喷嘴（8）之间的蒸汽管道上设置有湿度计（7），用于测量蒸汽管道内的湿度。

3.根据权利要求1或2所述的湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统，其特征在于：高压喷水装置包括水箱（4）、加压泵（5）和若干高压喷嘴（6），其中，流出水箱（4）的水先经过加压泵（5）加压后，再通过若干高压喷嘴（6）流入蒸汽管道。

4.根据权利要求1所述的湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统，其特征在于：气缸（17）的出口（16）设置在其底部，且气缸（17）的底部设置有便于凝结水排出的倾角。

5.根据权利要求1所述的湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统，其特征在于：在第一摩擦块（13a）伸出气缸（17）的一端设置有平台（18），激光测振仪（14）通过测量平台（18）的位移，得到第一摩擦块（13a）和第二摩擦块（13b）之间的相对位移。

6.根据权利要求1至5任一项所述的湿蒸汽环境下的金属摩擦阻尼特性测试试验系统，其特征在于：所述蒸汽管道均采用隔热棉进行包裹。