CN103743556B - 具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片的测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片的测试装置，包括试验台架、叶跟固定装置、两套加载装置、激振装置和测量装置；其中，叶根固定装置固定在试验台架的底板上；加载装置通过两个加载盘支撑固定在侧板的槽孔上，其中，一套加载装置用于对汽轮机叶片的围带提供周向扭矩，另一套加载装置用于对汽轮机叶片的凸台拉金提供周向扭矩；激振装置通过两个激振器支架立板固定在侧板的槽孔上；测量装置固定在试验台架上。本发明一种具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片的测试装置，其可以用来模拟在实际运行工况下，测量不同长度的具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片，为进一步发展具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片奠定基础。
Description
【技术领域】
本发明涉及实验装置技术领域，具体涉及一种具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片的测试装置。
【背景技术】
汽轮机作为电力行业、工业原动力和船舶驱动的重要动力装置，其安全可靠性对于国民经济和国家安全至关重要。运行实践经验表明，叶片损坏是造成汽轮机事故的主要原因，而大多数的叶片损坏是由叶片振动疲劳引起的。
常用的保证叶片振动安全性的方法是避开叶片的固有振动频率或增加叶片的振动阻尼，发展带有阻尼围带和凸台拉金的阻尼叶片是一种行之有效的方法。干摩擦阻尼具有很强的非线性，没有一种模型能够准确的描述所有的阻尼特性，对于实际旋转起来的叶片之间的阻尼机理更是了解甚少。目前对于金属摩擦阻尼的研究也主要是局限于对于非旋转系统下阻尼特性的研究，几乎没有实际旋转系统下叶片阻尼结构的研究。主要原因有以下两方面：一方面，非旋转系统下的金属阻尼特性仍有待于进一步清楚的认识，学者们主要集中精力于研究此系统下的金属阻尼特性；另一方面，在真实旋转状态下对叶片的阻尼振动特性进行测试难度大，并且费用高。
基于以上原因，虽然阻尼围带和凸台拉金结构已经在叶片上得到了广泛的使用，但是相关的研究尤其是机理性研究还很不充分，对于其在实际运行工况下的性能更是了解甚少。所以，开展在实际运行状态下具有阻尼围带和凸台拉金叶片的振动特性研究具有很大的工程实际价值。
【发明内容】
本发明的目的在于针对目前汽轮机叶片阻尼结构试验研究的不足，尤其是对于实际运行状态下汽轮机阻尼叶片振动特性的研究不足，提供了一种具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片的测试装置，其可以用来模拟在实际运行工况下，测量不同长度的具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片，为进一步发展具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片奠定基础。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片的测试装置，包括试验台架、叶根固定装置、两套加载装置、激振装置和测量装置；其中，试验台架包括底板和对称焊接在底板上的两个侧板两个侧板上焊接有横梁，两个侧板在竖直方向上对称设置有若干槽孔；
叶根固定装置固定在试验台架的底板上，其包括底座和对称焊接在底座上的两个轮槽，该两个轮槽之间具有与汽轮机叶片的叶根外形轮廓相对应的轮缘齿面，底座上从下至上依次设置有千斤顶、应变测量块和施力垫块，两个轮槽上设置有用于紧固连接两个轮槽的若干基座夹块；
每一套加载装置均包括盘面和对称设置的两个加载盘支撑，盘面通过螺栓穿过其周向设置的若干盘面弧形螺栓槽与两个加载盘支撑松连接，盘面的中心开设有供汽轮机叶片穿过的通孔，该通孔的周向设置有用于对汽轮机叶片进行紧固的一对加载顶块，该盘面的周向设置有用于对盘面提供周向扭矩的一对扭矩调节装置，每一个扭矩调节装置的一端与盘面铰连接，其另一端与侧板上的槽孔相连接，加载装置通过两个加载盘支撑固定在侧板的槽孔上，其中，一套加载装置用于对汽轮机叶片的围带提供周向扭矩，另一套加载装置用于对汽轮机叶片的凸台拉金提供周向扭矩；
激振装置包括激振器支架平板、直板和激振器，激振器支架平板具有对称设置的激振器支架立板和凹槽，其中间设置有若干支架弧形槽，直板的一端设置有若干直槽，其另一端设置激振器，直板和激振器支架平板通过若干直槽和若干支架弧形槽活动连接，激振器支架平板的两个凹槽分别卡在两个侧板上，并通过两个激振器支架立板固定在侧板的槽孔上；
测量装置包括传感器支架竖杆和若干传感器支架水平杆，传感器支架竖杆的上端固定在试验台架的横梁上，其下端固定在试验台架的底板上，若干传感器支架水平杆设置在传感器支架竖杆上，每一个传感器支架水平杆上均设置有一个用于测量汽轮机叶片振幅的位移传感器。
本发明进一步改进在于，试验台架上还设置有用于加强两个侧板的第一组加强筋。
本发明进一步改进在于，叶根固定装置的基座夹块的数量为4个，其通过螺栓将两个轮槽紧固连接，且两个基座夹块设置在两个轮槽相对的内侧的顶端，另两个基座夹块设置在两个轮槽相对的内侧的两侧。
本发明进一步改进在于，叶根固定装置的两个轮槽上还设置有第二组加强筋。
本发明进一步改进在于，每一个加载顶块均包括顶头、顶杆、加载顶块基座和两个调节螺栓，其中加载顶块基座通过螺栓固定在盘面上，且加载顶块基座具有一个水平通孔，顶杆穿过该水平通孔，顶杆的周向设置两个调节螺栓，其位于加载顶块基座的两侧，顶头通过螺纹连接在顶杆的顶端，顶头用于与汽轮机叶片相接触。
本发明进一步改进在于，每一个扭矩调节装置均包括一个用于显示周向扭矩的静态力传感器和加力螺栓，其中，静态力传感器的一端与盘面铰连接，其另一端与加力螺栓相连接，加力螺栓与侧板上的槽孔相连接，并通过旋转加力螺栓实现对汽轮机叶片的围带或凸台拉金提供周向扭矩。
本发明进一步改进在于，激振装置的激振器上还设置有一个激振杆，该激振杆穿过垂直汽轮机叶片表面的激振杆孔，并通过两边的紧固螺母和汽轮机叶片固定。
本发明进一步改进在于，每一个传感器支架水平杆均通过传感器调节机构与传感器支架竖杆相连接，其中，传感器调节机构包括内套筒、水平锁紧螺母和外套筒，内套筒套在传感器支架竖杆上，内套筒的下端设有螺纹孔，其通过紧固螺纹孔处的紧固螺栓固定在传感器支架竖杆上，外套筒套在内套筒上，外套筒的侧面与传感器支架水平杆相连，外套筒通过旋转内套筒上的水平锁紧螺母与内套筒紧固。
本发明进一步改进在于，每一个传感器支架水平杆还设置有用于调节水平杆长度的长度调节机构。
本发明进一步改进在于，每一个传感器支架水平杆还设置有用于调节位移传感器在水平旋转角度的微调铰接机构。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本发明具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片的测试装置，该测试装置采用静止的汽轮机叶片，实现了对于汽轮机叶片旋转下阻尼器接触状况的模拟，能够真正解决实验条件下汽轮机叶片旋转状态难以实现和不方便测量的问题；（2）该测试装置具有围带和凸台拉金两套加载装置，能够模拟同时具有围带和凸台拉金结构叶片的阻尼特性；（3）激振器和加载盘的位置是可调节的，实现了不同高度叶片的测量，并且台架侧板槽上带有刻度，针对不同长度的叶片，加载盘和激振器支架高度调节方便；（4）叶根固定装置结实可靠，能够模拟具有较大离心力载荷长叶片在运行时的情况；（5）阻尼围带和凸台拉金加载盘可以实现载荷连续可调；（6）可以实现对于叶片上多个点的同时测量。
综上所述，本发明在充分研究具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片实际运行时载荷状况的基础上，在非旋转情况下模拟汽轮机叶片的实际运行状态，这样不仅简化了实验测试方法，节省了费用，而且更容易获得精确的叶片阻尼振动特性数据，为发展具有围带和凸台拉金结构的汽轮机叶片提供了重要参数。
【附图说明】
图1是本发明具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片的测试装置的整体结构示意图；
图2是具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片示意图；
图3（a）是试验台架的主视图，图3（b）是试验台架的左视图；
图4是叶根固定装置的结构示意图；
图5（a）是加载装置的俯视图，图5（b）是加载装置的主视图，图5（c）是加载装置中加载顶块的结构示意图；
图6（a）是激振装置的俯视图，图6（b）是激振装置的主视图；
图7（a）是测量装置在试验台架上的安装示意图，图7（b）是传感器支架水平杆的机构示意图，图7（c）是传感器调节机构的结构示意图。
图中代号含义：1-底板；2-侧板；3-第一组加强筋；4-横梁；5-槽；6-围带；7-凸台拉金；8-叶身；9-叶根；10-底座；11-轮槽；12-基座夹块；13-吊耳；14-第二组加强筋；15-施力垫块；16-应变测量块；17-千斤顶；18-铰接头；19-盘面；20-盘面弧形螺栓槽；21-加载顶块；22-加力螺栓；23-静态力传感器；24-加载盘支撑；25-调节螺栓；26-顶头；27-顶杆；28-；29-激振器支架平板；30-支架弧形槽；31-激振器支架立板；32-凹槽；33-直板；34-直槽；35-激振器；36-传感器支架竖杆；37-传感器支架水平杆；38-传感器调节机构；39-长度调节机构；40-微调铰接机构；41-内套筒；42-水平锁紧螺母；43-外套筒；44-紧固螺栓；45-第三组加强筋；46-第四组加强筋。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1，本发明具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片的测试装置，包括试验台架、叶根固定装置、两套加载装置、激振装置和测量装置。
参见图2，首先对试验中的汽轮机叶片进行介绍。汽轮机叶片由围带6、凸台拉金7、叶身8和叶根9组成。工作时，在离心力的作用下，一方面，叶根9和两个轮槽11之间形成的轮缘齿面之间紧密接触并压紧；另一方面，叶身8发生扭转，并使相邻两个汽轮机叶片之间的围带6和凸台拉金7接触面之间分别接触并压紧，在气流激振力的作用下，相邻汽轮机叶片围带6和凸台拉金7接触面之间产生微观或者宏观滑移，从而起到耗散能量的作用以降低汽轮机叶片振动水平。
参见图3（a）和（b），试验台架由底板1和焊接在其上面的两个侧板2组成，两个侧板2对称焊接在底板1，侧板2上焊接有第一组加强筋3，同时两个侧板2上面焊接有横梁4，用以提高侧板2的刚度。底板1放置于基础平台上，叶根固定装置和装位移传感器的传感器支架竖杆36通过螺栓固定在底板1上。侧板2上开有槽孔5，用来固定两个加载装置和激振装置。槽孔5的边缘上刻有刻度，以方便调整加载装置和激振装置。
参见图4，叶根固定装置由底座10、对称焊接在底座10上的两个轮槽11、基座夹块12、两个吊耳13和第二组加强筋14组成。底座10通过螺栓固定于台架底板1上，两个轮槽11之间具有与汽轮机叶片的叶根9外形轮廓相对应的轮缘齿面，汽轮机叶片的叶根9放置在轮缘齿面内，若干基座夹块12和第二组加强筋14均是用来减小叶根固定装置变形的。对汽轮机叶片进行测试中，用千斤顶17将叶根9顶起来模拟叶根9实际受到的径向载荷，所施加力的大小可以通过应变测量块16读取到，施力垫块15放置于应变测量块16上，直接和叶根9底部接触，两个吊耳13可以方便对叶根固定装置进行起吊。
参见图5（a）至（c），加载装置包括盘面19、加载顶块21、加力螺栓22、静态力传感器23和两个对称设置的加载盘支撑24组成，加载盘支撑24的底部设置有有用于加强其强度的第三加强筋45，此处需要说明的是，围带加载装置和凸台拉金加载装置结构完全相同。加载装置通过加载盘支撑24和紧固螺栓固定于台架侧板2上，侧板2上的槽孔5用来调整加载装置的高度，同时，槽孔5的边缘上刻有刻度，起到方便调整加载装置的作用。盘面19放置于两个对称设置的加载盘支撑24上，通过通过螺栓穿过其周向设置的若干盘面弧形螺栓槽20与两个加载盘支撑24松连接，以便加载时盘面19可以发生转动。与汽轮机叶片围带面和凸台拉金面直接接触的是一对加载顶块21，一对加载顶块21通过螺栓固定于盘面19上。顶杆27固定于加载顶块基座28内，通过配合调整调节螺栓25，可以实现顶杆27缩短与伸长，以适应不同的叶片和围带和凸台拉金。顶头26通过螺纹配合和顶杆27相连接。每一个加载顶块21均包括顶头26、顶杆27、加载顶块基座28和两个调节螺栓25，其中，加载顶块基座28具有一个水平通孔，顶杆27穿过该水平通孔，顶杆27的周向设置两个调节螺栓25，其位于加载顶块基座28的两侧，顶头26通过螺纹连接在顶杆27的顶端，顶头26前端面为半圆面，以适应不同角度的汽轮机叶片围带面和凸台拉金面。加载时，通过两边同步调节加力螺栓22，盘面19受到来自加力螺栓22的力而发生转动，加载顶块21在未加力之前与围带面和凸台拉金面是接触的。盘面19的周向设置有用于对盘面19提供周向扭矩的一对扭矩调节装置，每一个扭矩调节装置的一端与盘面19铰连接，其另一端与侧板2上的槽孔5相连接，每一个扭矩调节装置均包括一个用于显示周向扭矩的静态力传感器23和加力螺栓22，其中，静态力传感器23的一端与盘面19铰连接，其另一端与加力螺栓22相连接，加力螺栓22与侧板2上的槽孔5相连接，并通过旋转加力螺栓22实现对汽轮机叶片的围带或凸台拉金提供周向扭矩。当盘面19发生转动时就会对汽轮机叶片围带6或凸台拉金7施加扭矩，扭矩的大小可以通过静态力传感器23读取并计算得到。
参见图6（a）和（b），激振装置包括激振器支架平板29、垂直于汽轮机叶片表面的直板33和激振器35，激振器支架平板29具有对称设置的激振器支架立板31和凹槽32，其中间设置有若干用于调节激振器35水平方向的角度的支架弧形槽30，且在激振器支架平板29底部设置有用于加强其强度的第四组加强筋46，直板33的一端设置有若干用于调整激振器35的伸出长度的直槽34，其另一端设置激振器35，直板33和激振器支架平板29通过若干直槽34和若干支架弧形槽30活动连接，激振器支架平板29的两个凹槽32分别卡在两个侧板2上，并通过两个激振器支架立板31固定在侧板2上的槽孔5。激振器35和汽轮机叶片之间通过激振杆相连接，激振杆穿过垂直叶片表面的激振杆孔，并通过两边的螺母和叶片固定。
参见图7（a）至（c），传感器支架竖杆36下端固定在底板1上，上端通过铰接的方式固定于横梁4上，以增加其刚度。传感器支架水平杆37通过传感器调节机构38和传感器支架竖杆36相连接。传感器调节机构38既可以调节竖直方向的高度，又可以调节水平方向的角度，传感器支架竖杆36从内套筒41穿过，可以保证传感器支架水平杆37能够上下自由运动，调节到合适的高度之后，通过紧固螺钉44将内套筒41竖直位置固定。松开水平锁紧螺母42，外套筒43可以水平转动，实现对传感器支架水平杆37角度的粗调。微调铰接机构40可以实现对于传感器水平角度的微调，调节好后将调节螺钉锁死。长度调节机构39则可以调节传感器支架水平杆37的伸长程度。
为了对本发明具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片的测试装置进一步了解，现对其操作步骤做一说明。
首先，将汽轮机叶片的叶根9固定在叶根固定装置上，按照预紧力要求拧紧相应的螺栓之后，开始用千斤顶17对叶根9施加压力，来模拟叶根9受到的离心力；其次，将激振器35调节到合理的高度，将激振杆和汽轮机叶片连接好；再次，分别调整围带加载装置和凸台拉金加载装置，分别将其固定在合适的高度，然后开始施加扭矩来模拟汽轮机叶片在受到离心力时所发生的扭转；接下来，调节所有的位移传感器到所要测量的位置，位移传感器和汽轮机叶片表面之间保持在1mm左右；最后，开始激振汽轮机叶片，通过调整激振器的力和频率，模拟不同运行工况下汽轮机叶片的受理情况，采用位移传感器测量其振动响应，通过数据分析以后获得其阻尼振动特性，为开发和利用具有围带和凸台拉金的汽轮机叶片提供重要参考数据。
Claims (3)
1.具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片的测试装置，其特征在于，包括试验台架、叶根固定装置、两套加载装置、激振装置和测量装置；其中，
试验台架包括底板(1)和对称焊接在底板(1)上的两个侧板(2)，两个侧板(2)上焊接有横梁(4)，两个侧板(2)在竖直方向上对称设置有若干槽孔(5)；
叶根固定装置固定在试验台架的底板(1)上，其包括底座(10)和对称焊接在底座(10)上的两个轮槽(11)，其中，叶根固定装置的两个轮槽(11)上还设置有第二组加强筋(14)；该两个轮槽(11)之间具有与汽轮机叶片的叶根(9)外形轮廓相对应的轮缘齿面，底座(10)上从下至上依次设置有千斤顶(17)、应变测量块(16)和施力垫块(15)，两个轮槽(11)上设置有用于紧固连接两个轮槽(11)的若干基座夹块(12)；其中，叶根固定装置的基座夹块(12)的数量为4个，其通过螺栓将两个轮槽(11)紧固连接，且两个基座夹块(12)设置在两个轮槽(11)相对的内侧的顶端，另两个基座夹块(12)设置在两个轮槽(11)相对的内侧的两侧；
每一套加载装置均包括盘面(19)和对称设置的两个加载盘支撑(24)，盘面(19)通过螺栓穿过其周向设置的若干盘面弧形螺栓槽(20)与两个加载盘支撑(24)松连接，盘面(19)的中心开设有供汽轮机叶片穿过的通孔，该通孔的周向设置有用于对汽轮机叶片进行紧固的一对加载顶块(21)，该盘面(19)的周向设置有用于对盘面(19)提供周向扭矩的一对扭矩调节装置，每一个扭矩调节装置的一端与盘面(19)铰连接，其另一端与侧板(2)上的槽孔(5)相连接，加载装置通过两个加载盘支撑(24)固定在侧板(2)的槽孔(5)上，其中，一套加载装置用于对汽轮机叶片的围带提供周向扭矩，另一套加载装置用于对汽轮机叶片的凸台拉金提供周向扭矩；其中，每一个扭矩调节装置均包括一个用于显示周向扭矩的静态力传感器(23)和加力螺栓(22)，其中，静态力传感器(23)的一端与盘面(19)铰连接，其另一端与加力螺栓(22)相连接，加力螺栓(22)与侧板(2)上的槽孔(5)相连接，并通过旋转加力螺栓(22)实现对汽轮机叶片的围带或凸台拉金提供周向扭矩；
激振装置包括激振器支架平板(29)、直板(33)和激振器(35)，激振器支架平板(29)具有对称设置的激振器支架立板(31)和凹槽(32)，其中间设置有若干支架弧形槽(30)，直板(33)的一端设置有若干直槽(34)，其另一端设置激振器(35)，直板(33)和激振器支架平板(29)通过若干直槽(34)和若干支架弧形槽(30)活动连接，激振器支架平板(29)的两个凹槽(32)分别卡在两个侧板(2)上，并通过两个激振器支架立板(31)固定在侧板(2)上的槽孔(5)；其中，每一个加载顶块(21)均包括顶头(26)、顶杆(27)、加载顶块基座(28)和两个调节螺栓(25)，其中加载顶块基座(28)通过螺栓固定在盘面(19)上，且加载顶块基座(28)具有一个水平通孔，顶杆(27)穿过该水平通孔，顶杆(27)的周向设置两个调节螺栓(25)，其位于加载顶块基座(28)的两侧，顶头(26)通过螺纹连接在顶杆(27)的顶端，顶头(26)用于与汽轮机叶片相接触；
测量装置包括传感器支架竖杆(36)和若干传感器支架水平杆(37)，其中，每一个传感器支架水平杆(37)均通过传感器调节机构(38)与传感器支架竖杆(36)相连接，其中，传感器调节机构(38)包括内套筒(41)、水平锁紧螺母(42)和外套筒(43)，内套筒(41)套在传感器支架竖杆(36)上，内套筒(41)的下端设有螺纹孔，其通过紧固螺纹孔处的紧固螺栓(44)固定在传感器支架竖杆(36)上，外套筒(43)套在内套筒(41)上，外套筒(43)的侧面与传感器支架水平杆(37)相连，外套筒(43)通过旋转内套筒(41)上的水平锁紧螺母(42)与内套筒(41)紧固；每一个传感器支架水平杆(37)还设置有用于调节水平杆长度的长度调节机构(39)；每一个传感器支架水平杆(37)还设置有用于调节位移传感器在水平旋转角度的微调铰接机构(40)；传感器支架竖杆(36)的上端固定在试验台架的横梁(4)上，其下端固定在试验台架的底板(1)上，若干传感器支架水平杆(37)设置在传感器支架竖杆(36)上，每一个传感器支架水平杆(37)上均设置有一个用于测量汽轮机叶片振幅的位移传感器。
2.根据权利要求1所述的具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片的测试装置，其特征在于，试验台架上还设置有用于加强两个侧板(2)的第一组加强筋(3)。
3.根据权利要求1所述的具有围带和凸台拉金结构汽轮机叶片的测试装置，其特征在于，激振装置的激振器(35)上还设置有一个激振杆，该激振杆穿过垂直汽轮机叶片表面的激振杆孔，并通过两边的紧固螺母和汽轮机叶片固定。
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