CN104265681B - 改变叶片自身固有频率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改变叶片自身固有频率的方法，是用叶片测频仪测出选定目标叶片的固有频率值,将上述目标叶片作为修频叶片分为两类，一类标记为H，一类标记为HH；测出并记录目标叶片至少3个截面的弦宽、型面厚度和截面弦长尺寸；再用叶片定位及型面厚度测量仪测量并记录上述截面上任意三点的厚度尺寸；机械加工目标叶片去材改变叶片固有频率，再对上述测量点位置再次测量目标叶片弦宽、型面厚度，测出目标叶片目前所得实际修频的固有频率，并与目标叶片需要频率值进行比较，比较结果在设定的频率值范围内满足需要，反之，重复上述过程，直至得到符合工艺装配要求的修频叶片。本发明解决了叶片成型后无法改变自身固有频率的难题。

Description

改变叶片自身固有频率的方法
技术领域
本发明涉及一种主要改变发动机压气机转子叶片自身固有频率的方法。
背景技术
压气机由静子(stator)叶片与转子(rotor)叶片组成，静子叶片固定在发动机机匣上，转子叶片安装在鼓盘上，通过转轴与涡轮相连。现役涡扇、涡喷发动机一般为8～12级压气机，级数越多越往后压力越大。发动机压气机叶片因振动而导致的疲劳裂纹故障是航空发动机主要常见故障之一，特别是大推力涡轮风扇发动机振动大导致叶片裂纹故障尤为突出。
涡扇发动机叶片裂纹和涡喷发动机叶片裂纹在空中出现断裂，会造成空中停车，严重威胁正常飞行任务。通过涡扇发动机在试车过程中多次出现高压转子一级叶片断裂，分析发现，高压转子一级叶片38片，频率比较接近，工作时易出现叶片共振，并导致叶片断裂。
由于刚性物体在形状、尺寸不发生改变，其自身固有频率不发生改变。也就是说，对刚性物体，具体到发动机转子叶片，只要改变其形状或型面尺寸即可改变其固有频率。而改变形状是发动机叶片不允许的，在弦宽尺寸、型面厚度尺寸允许范围内改变其型面尺寸是允许的。通常涡扇发动机高压转子一级叶片装配要求：①整级叶片的单片频率不超过687Hz；②整级叶片中频率最大叶片与频率最小叶片频差为(30～35)Hz。因此为避免叶片工作时出现共振，需改变发动机叶片频率，特别是在相邻叶片频率接近时，可以过机械加工方法改变叶片固有频率，使相邻叶片满足频率差值要求。
发明内容
本发明的任务是针对现有技术转子叶片振动故障突出的问题，提供一种可以通过已有成熟加工技术、手段，对成型叶片进行二次加工，改变叶片自身固有频率的方法，在控制型面尺寸和质量的前提下，达到改变叶片固有频率的目的,以解决叶片成型后无法改变其自身固有频率的难题。
本发明可通过以下措施来达到，一种改变叶片自身固有频率的方法，其特征在于包括如下步骤：用叶片测频仪测出选定目标叶片的固有频率值,对目标叶片截面高度进行标注，将上述目标叶片作为修频叶片分为两类，一类标记为“H”，一类标记为“HH”；“H”类在叶身根部，且至少划分为两个截面区域，“HH”类在叶身，至少划分为4-10个截面区域，测出并记录目标叶片至少3个截面的弦宽、型面厚度和截面弦长尺寸；再用叶片定位及型面厚度测量仪测量并记录上述截面上任意三点的厚度尺寸；机械加工目标叶片改变叶片固有频率，对目标叶片型面进行有控制的去材，去材修频后用叶片定位及型面厚度测量仪，对上述测量点位置再次测量目标叶片弦宽、型面厚度尺寸，并用叶片测频仪测出目标叶片目前所得实际修频的固有频率，将上述实际固有频与目标叶片需要得到的频率值进行比较，比较结果在设定的频率值范围内满足需要，反之，重复上述过程，直至得到符合工艺装配要求的修频叶片。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明根据“刚性物体在形状、尺寸不发生改变，其自身固有频率不发生改变”原理，对发动机转子叶片型面二次加工，找出叶片型面尺寸变化与叶片自身固有频率改变之间存在关系，并通过专用测具确保叶片型面二次加工尺寸符合设计文件要求。除解决高压转子一级叶片成套瓶颈外，还可节约备件储存成本，综合平均每台可节约近20万。同时，为以后其它机型叶片修频打下坚实基础。
本发明通过对发动机高压转子80件一级叶片型面进行二次加工(即再加工)，每次加工去材按0.01mm控制，并测量频率变化，得出如下数据。
表1：Ⅸ、Ⅹ截面二次加工频率改变情况
表2：Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ截面二次加工频率改变情况
附图说明
图1是本发明修频叶片的截面划分区域示意图。
图2是对图1目标叶片进行组合测量的示意图。
图中：1底座支架，2叶片底座，3厚度感应装置及千分表，4垫块组。
具体实施例方式
参阅图1、图2。根据本发明，按发动机高压转子叶片装配要求，选取一级叶片38件中频率最大叶片与频率最小叶片，频差为30Hz～35Hz各3片，最大和最小叶片两两成对形成三个隔离带，隔离带定义：为避免发动机振动时造成转子叶片共振损伤转子叶片，装配时需要将一圈叶片分成多个区域，将频率相近的叶片隔离开，区域边界的叶片被称为隔离带。隔离带上两个叶片的频差不低于16Hz；区域内不含隔离带的叶片数为9～13个叶片，隔离带叶片与相邻叶片频率差不小于20Hz；三个区域内相邻2片叶片频差为不小于(15～20)Hz；允许有一组叶片频差大于25Hz，不允许连续三组叶片频差相同。
在实际装配时，为避免叶片频率相近出现共振，装配要求十分严格，通常需要对叶片进行修频(即通过二次型面加工改变叶片自身频率)。通过装配叶片时频率要求，选定需要改变固有频率的叶片。测量目标叶片原始数据,对目标叶片截面高度进行测量并使用金属铅笔进行标记，同时测量需要加工截面的弦宽尺寸及型面厚度尺寸；测量时需要在SY007-045叶片定位及型面厚度测量仪底座上记录测量点，以保证下一次测量在同一点位置。因此可用CPY-SMS-3叶片测频仪测出选定目标叶片的固有频率值,对目标叶片截面高度按图2所示进行标注。首先将上述目标叶片作为修频叶片分为两类，一类标记为“H”，一类标记为“HH”；“H”类在叶身根部，且至少划分为两个截面区域，“HH”类在叶身，至少划分为4-10个截面区域。测出并记录目标叶片至少3个截面的弦宽、型面厚度和截面弦长尺寸；再用叶片定位及型面厚度测量仪测量并记录上述截面上任意三点的厚度尺寸；本实施例主要对目标叶片Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ截面进行标注，测量目标叶片Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ截面的弦宽尺寸及型面厚度尺寸。然后根据叶片状态确定修频叶片编制工艺流程：挑选符合要求的叶片→除榫头RTV-596胶→用CPY-SMS-3叶片测频仪测频→在目标叶片叶身表面划截面，确定二次加工位置→使用SY007-045叶片定位及型面厚度测量仪测量厚度→通过4B(70-4020)抛光机进行型面去材进行修频→测量厚度→测频→荧光以确保二次加工没有对目标叶片造成损伤→喷丸→振动光饰→……。
由于相同叶片存在个体差异，在去除同一型面、同一去材量时，可能出现不同的频率变化。试验发现这种频率变化范围在1～15Hz。将修频叶片分为两类，一类标记为“H”，一类标记为“HH”。“H”类是在叶身根部Ⅸ、Ⅹ截面进行修频，“HH”类是在叶身Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ截面进行修频，且抛修去除材料深度不超过0.05mm。用SY007-024叶片弦长专用测具测量目标叶片Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ截面弦长尺寸，做好记录；再使用SY007-045叶片定位及型面厚度测量仪测量Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ截面上任意三点厚度尺寸，做好记录。在图2所示的SY007-045叶片定位及型面厚度测量仪各组件测量目标叶片中，用底座支架1通过底座对目标叶片测量位置进行标注定位，以保证多次测量位置为同一位置；底座支架1为千分表提供定位，叶片底座2固定目标叶片，并保证叶片测量精度；厚度感应装置及千分表3通过杠杆原理测量不规则型面尺寸，并通过千分表输出测量数据；Ⅰ～Ⅲ垫块组4调整支架高度，保证测量叶片不同高度截面的各点厚度。
二次加工叶片，这里把叶片的原始制造称为一次加工，把本次加工称为二级加工。主要是通过4B(70-4020)抛光机，采用机械去材方法对叶片型面进行有控制的去材。机械加工目标叶片改变叶片固有频率，对目标叶片型面进行有控制的去材，在二次加工后，叶片固有频率会有不同程度的改变。去材修频后用SY007-045叶片定位及型面厚度测量仪，对上一次测量点位置再次测量目标叶片弦宽尺寸、型面厚度尺寸，使用CPY-SMS-3叶片测频仪测出目标叶片目前所得实际修频的固有频率，将上述实际固有频与目标叶片需要得到的频率值进行比较，比较结果在设定的频率值范围内满足需要。如果不能满足需要，则在弦宽尺寸、型面厚度尺寸允许范围内重复上述过程，直至得到符合工艺装配要求的修频叶片。

Claims (8)

1.一种改变叶片自身固有频率的方法，其特征在于包括如下步骤：用叶片测频仪测出选定目标叶片的固有频率值,对目标叶片截面高度进行标注，将上述目标叶片作为修频叶片分为两类，一类标记为“H”，一类标记为“HH”；“H”类在叶身根部，且至少划分为两个截面区域，“HH”类在叶身，至少划分为4～10个截面区域，测出并记录目标叶片至少3个截面的弦宽、型面厚度和截面弦长尺寸；再用叶片定位及型面厚度测量仪测量并记录上述截面上任意三点的厚度尺寸；机械加工目标叶片改变叶片固有频率，对目标叶片型面进行有控制的去材，去材修频后用叶片定位及型面厚度测量仪，对上述测量点位置再次测量目标叶片弦宽、型面厚度尺寸，并用叶片测频仪测出目标叶片目前所得实际修频的固有频率，将上述实际固有频与目标叶片需要得到的频率值进行比较，比较结果在设定的频率值范围内满足需要，反之，重复上述过程，直至得到符合工艺装配要求的修频叶片。
2.如权利要求1所述的改变叶片自身固有频率的方法，其特征在于：按发动机高压转子叶片装配要求，选取一级叶片中频率最大叶片与频率最小叶片，频差为30 Hz～35Hz 各3片，最大和最小叶片两两成对形成三个隔离带区域,所述隔离带为将一圈叶片分成多个区域，将频率相近的叶片隔离开，区域边界的叶片被称为隔离带。
3.如权利要求2所述的改变叶片自身固有频率的方法，其特征在于：隔离带上两个叶片的频差不低于16 Hz；三个区域内不含隔离带的叶片数为9～13个叶片，隔离带叶片与相邻叶片频率差不小于20 Hz；三个区域内相邻2片叶片频差为不小于（15～20）Hz；允许有一组叶片频差大于25 Hz，不允许连续三组叶片频差相同。
4.如权利要求1所述的改变叶片自身固有频率的方法，其特征在于：根据叶片状态确定修频叶片编制工艺流程：挑选符合要求的叶片→除榫头RTV-596胶→用CPY-SMS-3叶片测频仪测频→在目标叶片叶身表面划截面，确定二次加工位置→使用SY007-045叶片定位及型面厚度测量仪测量厚度→通过4B（70-4020）抛光机进行型面去材进行修频→测量厚度→测频→荧光以确保二次加工没有对目标叶片造成损伤→喷丸→振动光饰。
5.如权利要求1所述的改变叶片自身固有频率的方法，其特征在于：“H”类是在叶身根部Ⅸ、Ⅹ截面进行修频，“HH”类是在叶身Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ截面进行修频，且抛修去除材料深度不超过0.05mm。
6.如权利要求5所述的改变叶片自身固有频率的方法，其特征在于：Ⅸ、Ⅹ截面二次加工频率改变为：型面去材量0.01 mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm，相对应的频率变化量分别为1～2Hz、2～5Hz、5～8Hz、8～10Hz、9～11Hz；Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ截面二次加工频率改变为：型面去材量0.01 mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm，相对应的频率变化量分别为：1～3Hz、3～7Hz、6～9Hz、8～12Hz、10～15Hz。
7.如权利要求1所述的改变叶片自身固有频率的方法，其特征在于：在叶片定位及型面厚度测量仪测量目标叶片中，用底座支架（1）通过底座对目标叶片测量位置进行标注定位，以保证多次测量位置为同一位置。
8.如权利要求7所述的改变叶片自身固有频率的方法，其特征在于：底座支架（1）为千分表提供定位，叶片底座（2）固定目标叶片，并保证叶片测量精度；厚度感应装置及千分表（3）通过杠杆原理测量不规则型面尺寸，并通过千分表输出测量数据；垫块组（4）调整支架高度，保证测量叶片不同高度截面的各点厚度。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113587849B (zh) * 2021-09-07 2023-12-22 无锡航亚科技股份有限公司 一种应用于精锻叶片前尾缘轮廓实现的抛修方法
US11905845B1 (en) * 2021-10-21 2024-02-20 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method and system for repairing turbine airfoils

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3095203B2 (ja) * 1994-03-07 2000-10-03 キャリア コーポレイション 横型ファン用インペラー
CN1690366A (zh) * 2004-04-01 2005-11-02 通用电气公司 频率调整的压缩机定子叶片和相关方法
CN101013109A (zh) * 2007-01-26 2007-08-08 东南大学 基于声卡的旋转机械叶片频率智能测试方法
CN101029648A (zh) * 2006-02-27 2007-09-05 诺沃皮尼奥内有限公司 用于压缩机的第二级的转子叶片
CN102538950A (zh) * 2010-12-23 2012-07-04 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种发动机零部件固有频率的声学测试方法
CN102564561A (zh) * 2010-12-30 2012-07-11 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种整体叶盘叶片固有频率的测试方法
CN103512732A (zh) * 2012-06-15 2014-01-15 上海同韵环保能源科技有限公司 风力发电机组风轮叶片疲劳加载试验装置及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001234893A (ja) * 2000-02-23 2001-08-31 Hitachi Ltd 軸流送風機

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3095203B2 (ja) * 1994-03-07 2000-10-03 キャリア コーポレイション 横型ファン用インペラー
CN1690366A (zh) * 2004-04-01 2005-11-02 通用电气公司 频率调整的压缩机定子叶片和相关方法
CN101029648A (zh) * 2006-02-27 2007-09-05 诺沃皮尼奥内有限公司 用于压缩机的第二级的转子叶片
CN101013109A (zh) * 2007-01-26 2007-08-08 东南大学 基于声卡的旋转机械叶片频率智能测试方法
CN102538950A (zh) * 2010-12-23 2012-07-04 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种发动机零部件固有频率的声学测试方法
CN102564561A (zh) * 2010-12-30 2012-07-11 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种整体叶盘叶片固有频率的测试方法
CN103512732A (zh) * 2012-06-15 2014-01-15 上海同韵环保能源科技有限公司 风力发电机组风轮叶片疲劳加载试验装置及方法

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