CN105258887B - 一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置 - Google Patents

Abstract

一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置，利用磁力激振器对旋转叶片施加激振力，用应变片感知叶片振动信息，信号发射机将应变片感知的叶片振动信息通过无线电实时发射出来，信号接收机通过接收天线实时接收采集叶片振动信息，并将叶片振动信息传给多路控制器。磁带记录仪各路输入输出通道与多路信号控制器连接，用于存储各通道叶片振动信息。利用多路信号控制器选择一路或者多路信号给数据分析仪，用于分析叶片振动特性。温度计、转速表、示波器分别用于实时监测信号发射机附近温度、叶轮转速、各路信号。本发明解决了叶片动频率测试采用气体激振方式会引起设备超温的问题，结构简单，安全性高，成本低，无污染，能够满足叶片动频率测试要求。

Description

一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置

技术领域：

本发明涉及一种叶片动频率测试装置，特别涉及一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置。

背景技术：

叶片动频率测试技术为汽轮机、燃气轮机等叶轮机械叶片设计提供重要的试验数据依据，是叶片设计及试验技术领域的关键技术之一。随着叶片振动与结构强度设计技术的发展及对叶片振动安全性研究的不断深入，对叶片动频率测试系统工作的安全性、可靠性和准确性提出了更高要求。

叶片动频率测试方法的核心是利用无线电信号传输技术在旋转叶盘上安装信号发射机，将应变片感知到得叶片振动信息转换成电信号发射出来，再利用信号接收机和记录仪进行接收、采集，然后利用数据分析仪进行叶片振动分析。

随着叶轮机械不断向大功率、高效率方向发展，叶片长度不断增加，单级叶片功率不断提高，对叶片动频测试技术的要求也不断提高，而传统氮气激振方式的叶片动频测试方式，影响测试环境的真空度，并随着激振气流的不断增加，叶片对气流做功，使得气温升高，引起试验设备超温等不利因素。

目前，叶片动频率测试系统利用氮气喷射激振的方式，这种方式存在如下问题：1、氮气激振会影响试验真空筒体内的真空度；2、会造成试验筒体内温度升高；3、每次试验需要提前储备氮气，成本较高；4、氮气压力有损失，激振力减小；5、试验中需要人工多次开关氮气罐阀门，不方便。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现的：

一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置，包括真空筒体，以及安装在真空筒体内的前置摆架和后置摆架，两个摆架上设置有转轴，该转轴的一端伸出至前置摆架外并与设置在真空筒体外的驱动电机输出轴相连，另一端伸出至后置摆架外并设置有矩形齿轮，两个摆架之间的转轴上设置有叶轮，该叶轮包括轮盘以及均匀设置在轮盘周向上的若干个叶片；

真空筒体内还包括设置在后置摆架上用于根据矩形齿轮转动测速的转速传感器，设置在前置摆架上的接收天线和温度传感器，设置在叶片振动拾取位置上的应变片和设置在轮盘上的信号发射机和发射天线，且应变片通过应变片引线与信号发射机相连，以及用于使得叶片激振的磁力激振器；

真空筒体外设置有信号接收机、多路信号控制器、示波器、转速表、数据分析仪和温度计，其中，温度传感器通过温度传感器引线与温度计相连，接收天线通过接收天线引线与信号接收机相连，信号接收机输出端与多路信号控制器输入端相连，转速传感器通过转速传感器引线与多路信号控制器连接，多路信号控制器输出端分别与示波器输入端、转速表输入端和数据分析仪输入端相连。

本发明进一步的改进在于：转轴的一端通过联轴器与设置在真空筒体外的驱动电机输出轴相连。

本发明进一步的改进在于：真空筒体外还设置有与多路信号控制器相连的磁带记录仪。

本发明进一步的改进在于：真空筒体内安装有两个平行设置的摆架轨道，前置摆架和后置摆架分别安装在该两个摆架轨道上。

本发明进一步的改进在于：每个摆架轨道均通过激振器支架安装有一个磁力激振器。

本发明进一步的改进在于：磁力激振器采用长方体永磁铁或者圆柱体永磁铁，长方体永磁铁或者圆柱体永磁铁分别安装于长方体磁铁安装盒和圆柱体磁铁安装盒内，长方体永磁铁与长方体磁铁安装盒内壁之间以及圆柱体永磁铁与圆柱体磁铁安装盒内壁之间均通过绝缘胶填充，长方体磁铁安装盒或圆柱体磁铁安装盒固定在激振器支架，磁力激振器与叶轮保持水平距离1～30厘米。

本发明进一步的改进在于：磁力激振器采用长方体永磁铁时，长方体永磁铁沿其长边平行于叶片出气边方向布置。

本发明进一步的改进在于：真空筒体内还设置有转速传感器支架和天线支架，转速传感器支架一端固定在后置摆架上，另一端为伸出端，转速传感器设置在后置摆架的伸出端上；天线支架套装在转轴上且一端固定在前置摆架上，接收天线和温度传感器分别设置在天线支架上。

本发明进一步的改进在于：叶轮的轮盘端面沿周向上开设有平衡槽或者若干均匀布置的平衡孔；

当轮盘端面上开设有若干均匀布置的平衡孔时，平衡孔内设置有适用平衡孔的发射机盒子，适用平衡孔的发射机盒子内采用树脂胶封装有信号发射机和电池，并通过圆形绝缘盖板密封，该圆形绝缘盖板表面集成有环形发射天线，且圆形绝缘盖板上分布有电源正负端口、应变片端口和天线端口，电池正负极与电源正负端口相连，应变片通过应变片引线与应变片端口相连，环形发射天线与天线端口相连；

当轮盘端面上开设平衡槽时，平衡槽内设置有适用平衡槽的发射机盒子，适用平衡槽的发射机盒子内采用树脂胶封装有信号发射机和电池，并通过近似方形绝缘盖板密封，该近似方形绝缘盖板表面集成有方形发射天线，且近似方形绝缘盖板上分布有电源正负端口、应变片端口和天线端口，电池正负极与电源正负端口相连，应变片通过应变片引线与应变片端口相连，环形发射天线与天线端口相连。

本发明进一步的改进在于：真空筒体的侧壁上开设有真空筒体引线孔，温度传感器引线、接收天线引线以及转速传感器引线均通过真空筒体引线孔引出至真空筒体外。

相对于现有技术，本发明具有如下的技术效果：

本发明一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置，包括安装真空筒体内的伴随叶轮旋转的旋转部件，固定在真空筒体内的非旋转部件，以及设置在真空筒体外的采集、存储与分析设备。采用应变片感知叶片的振动信息，将叶片振动引起的应变变化直接转换成电阻变化，并通过电信号发射出来，无需对振动信息采用其他间接转换方法，可靠性好，准确性高。

采用磁力激振可根据叶片大小、激振力大小，选择不同型号的磁力激振器，磁力在测试过程中能够保持恒定，不会衰减，不会给真空筒体内引入气体，不会影响真空筒体的真空度。采用磁力激振器，无需测试前准备大量高压氮气，测试过程中不需要人工操作，安全性高，并且安装方便，无污染，成本低，可重复利用。

多路控制器使得测试前系统调试与试验中的各个通道之间的切换控制更为简便。磁带记录仪能够保证存储数据的连续性，相比数字存储设备更能还原真实的连续的叶片振动信息。温度传感器固定安装在天线支架上，可实时监控发信号射机的周围温度，保证测试过程信号发射机在安全温度范围内工作，提高设备安全性。

综上所述，本发明一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置，解决了传统叶片动频测试采用氮气激振方式会引起设备超温以及氮气激振力不足的问题，提供了一种旋转状态下测量叶片动态频率的测量办法，适用于各种长短叶片动频测试，能够获得精确的叶片动频率，为叶片设计定型、安全运行提供技术支撑。可广泛应用于叶轮机械，以提高叶片的安全性，增加叶片的服役时间。

附图说明：

图1为利用磁力激振的叶片动态频率测试装置的整体示意图；

图2为磁力激振器、应变片、适用叶盘平衡孔的发射机盒安装示意图；

图3为适用叶盘平衡槽发射机盒安装示意图；

图4为适用平衡孔的发射机盒俯视图；

图5为适用平衡孔的发射机盒正视图；

图6为适用平衡槽的发射机盒俯视图；

图7为适用平衡槽的发射机盒正视图；

图8为长方体型磁力激振器俯视图；

图9为长方体型磁力激振器侧视图；

图10为圆柱体型磁力激振器俯视图；

图11为圆柱体型磁力激振器侧视图。

其中：1、叶轮；2、转轴；3、前置摆架；4、后置摆架；5、摆架轨道；6、真空筒体；7、联轴器；8、驱动电机；9、接收天线；10、天线支架；11、温度传感器；12、转速传感器；13、转速传感器支架；14、矩形齿轮；15、磁力激振器；16、磁力激振器支架；17、真空筒体引线孔；18、信号接收机；19、多路信号控制器；20、磁带记录仪；21、示波器；22、转速表；23、数据分析仪；24、温度计；25、接收天线引线；26、温度传感器引线；27、转速传感器引线；28、叶片、29、轮盘；30、应变片；31、适用平衡孔的信号发射机盒；32、平衡孔；33、应变片引线；34、平衡槽；35、适用平衡槽的信号发射机盒；36、圆形绝缘盖板；37、环形发射天线；38、电源正负端口；39、应变片端口；40、天线端口；41、信号发射机；42、电池；43、树脂胶；44、近似方形绝缘盖板；45、方形发射天线；46、长方体永磁铁；47、绝缘胶；48、长方体磁铁安装盒；49、圆柱体永磁铁；50、圆柱体磁铁安装盒。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置，包括真空筒体6，以及安装在真空筒体6内的前置摆架3和后置摆架4，被测叶轮1连同转轴2安装在前置摆架3、后置摆架4上，固定于真空筒体6内摆架轨道5上，转轴2前段用联轴器7与真空筒体6外的驱动电机8输出轴相连接。

可选取一个或者多个磁力激振器15沿叶轮1周向布置，磁力激振器支架16固定在真空筒体6内摆架轨道5上。接收天线9连同天线支架10固定在前置摆架3上，环形天线直径与叶轮平衡孔29或平衡槽31直径相同，安装时与发射机盒水平距离保持3～50厘米。温度传感器11固定安装在天线支架10上，与发射机盒水平距离保持5～80厘米。转速传感器12安装在转轴2末端，转速传感器支架13固定在后摆架4上，通过测量轴端矩形齿轮14的脉冲信号，并换算成转速，转速传感器12与矩形齿轮14保持2～30厘米距离。接收天线引线25、温度传感器引线26、转速传感器引线27分别沿天线支架10、两个摆架及摆架轨道5固定安装，并集中从真空筒体引线孔17引出，然后对真空筒体引线孔17密封。测试中以上设备位于真空筒体6内的设备必须固定安装。

进一步的，通过真空筒体引线孔17出来的三条引线分别连接筒体外监测分析仪器，具体方式为：温度传感器引线26连接温度计24，用于实时监测筒体内信号发射机附件的温度。接收天线引线25连接信号接收机18用于接收各路发射机信号，信号接收机18与多路信号控制器连接19连接。转速传感器引线27直接与多路信号控制器19连接。多路信号控制器19分别与多通道记录仪20、示波器21、转速表22、数据分析仪23连接。多通道记录仪20存储记录各路振动信息和转速信息。示波器21用于实时查看各路振动信号。转速表22用于实时监测叶轮转速。数据分析仪23用于各路振动信号的时域、频域分析，判断叶片各阶动频率。

参见图2，磁力激振器支架16两端用螺栓固定在左右两个摆架轨道5上，两个磁力激振器15沿叶轮1中轴对称布置，并固定在磁力激振器支架16上。磁力激振器15采用长方体永磁铁46或者圆柱体永磁铁49，长方体永磁铁46或者圆柱体永磁铁49分别安装于长方体磁铁安装盒48和圆柱体磁铁安装盒50内，长方体永磁铁46与长方体磁铁安装盒48内壁之间以及圆柱体永磁铁49与圆柱体磁铁安装盒50内壁之间均通过绝缘胶47填充，长方体磁铁安装盒48或圆柱体磁铁安装盒50固定在激振器支架16，对于长方体永磁铁46，其长边平行于叶片出气边，磁力激振器15与叶片间隙保持1～30厘米。

参见图2、3，应变片30布置于叶型底部，距离叶片型台2～50厘米，距离叶片28出气边1～20厘米，采用专用耐高温树脂胶粘贴。发射机盒子固定安装在轮盘平衡孔或者平衡槽(适用平衡孔发射机盒31，适用平衡槽发射机盒35)。应变片30与发射机盒子之间用双股应变片引线33连接，应变片引线33固定布置在叶片28和轮盘29上，应变片引线33先用点焊小卡子间隔固定，再沿引线用环氧树脂胶密封，最后点焊一层薄钢皮进行保护。测试中以上设备随叶片叶盘在真空筒体内高速旋转，必须在叶片和轮盘上固定安装好，防止测试中设备甩出，撞击其它物体。

参见图4、5，适用于平衡孔的发射机盒31上加装圆形绝缘盖板36，圆形绝缘盖板36表面集成环形发射天线37，在圆形绝缘盖板36上分布电源端口38、应变片连接端口39和发射天线端口40。信号发射机41与电池42沿垂直方向间隔放置，并采用树脂胶43封装在发射机盒子31内。

参见图6、7，适用于平衡槽的发射机盒35上近似方形绝缘盖板44，近似方形绝缘盖板44表面集成方形发射天线45，在绝缘盖板44上分布电源端口38、应变片连接端口39和发射天线端口40。信号发射机41与电池42沿水平方向间隔放置，并采用树脂胶43封装在发射机盒子35内。

参见图8、9，长方体永磁铁46安装在长方体型磁铁安装盒48内，长方体永磁铁46四周与磁铁安装盒48距离1～5厘米，四周间隙填充绝缘胶47进行加固。

参见图10、11，圆柱体永磁铁49安装在圆柱体型磁铁安装盒50内，圆柱体永磁铁49四周与磁铁安装盒50距离1～5厘米，四周间隙填充绝缘胶47进行加固。

为了对本发明进一步的了解，现对其工作过程作如下说明。

工作时，利用磁力激振器15对旋转叶片28施加激振力，用应变片30感知叶片28振动信息，信号发射机41将应变片30感知的叶片28振动信息通过无线电实时发射出来，信号接收机18通过接收天线实时接收采集叶片28振动信息，并将叶片28振动信息传给多路信号控制器19。磁带记录仪20各路输入输出通道与多路信号控制器19连接，用于存储各通道叶片振动信息。利用多路信号控制器19选择一路或者多路信号给数据分析仪23，用于分析叶片振动特性。温度计24、转速表22、示波器21分别用于实时监测信号发射机41附近温度、叶轮转速、各路信号。

Claims (8)

1.一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置，其特征在于：包括真空筒体(6)，以及安装在真空筒体(6)内的前置摆架(3)和后置摆架(4)，两个摆架上设置有转轴(2)，该转轴(2)的一端伸出至前置摆架(3)外并与设置在真空筒体(6)外的驱动电机(8)输出轴相连，另一端伸出至后置摆架(4)外并设置有矩形齿轮(14)，两个摆架之间的转轴(2)上设置有叶轮(1)，该叶轮(1)包括轮盘(29)以及均匀设置在轮盘(29)周向上的若干个叶片(28)；

真空筒体(6)内还包括设置在后置摆架(4)上用于根据矩形齿轮(14)转动测速的转速传感器(12)，设置在前置摆架(3)上的接收天线(9)和温度传感器(11)，设置在叶片(28)振动拾取位置上的应变片(30)和设置在轮盘(29)上的信号发射机(41)和发射天线，且应变片(30)通过应变片引线(33)与信号发射机(41)相连，以及用于使得叶片(28)激振的磁力激振器(15)；

真空筒体(6)外设置有信号接收机(18)、多路信号控制器(19)、示波器(21)、转速表(22)、数据分析仪(23)和温度计(24)，其中，温度传感器(11)通过温度传感器引线(26)与温度计(24)相连，接收天线(9)通过接收天线引线(25)与信号接收机(18)相连，信号接收机(18)输出端与多路信号控制器(19)输入端相连，转速传感器(12)通过转速传感器引线(27)与多路信号控制器(19)连接，多路信号控制器(19)输出端分别与示波器(21)输入端、转速表(22)输入端和数据分析仪(23)输入端相连；

真空筒体(6)外还设置有与多路信号控制器(19)相连的磁带记录仪(20)；

真空筒体(6)内安装有两个平行设置的摆架轨道(5)，前置摆架(3)和后置摆架(4)分别安装在该两个摆架轨道(5)上。

2.根据权利要求1所述的一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置，其特征在于：转轴(2)的一端通过联轴器(7)与设置在真空筒体(6)外的驱动电机(8)输出轴相连。

3.根据权利要求1所述的一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置，其特征在于：每个摆架轨道(5)均通过激振器支架(16)安装有一个磁力激振器(15)。

4.根据权利要求3所述的一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置，其特征在于：磁力激振器(15)采用长方体永磁铁(46)或者圆柱体永磁铁(49)，长方体永磁铁(46)或者圆柱体永磁铁(49)分别安装于长方体磁铁安装盒(48)和圆柱体磁铁安装盒(50)内，长方体永磁铁(46)与长方体磁铁安装盒(48)内壁之间以及圆柱体永磁铁(49)与圆柱体磁铁安装盒(50)内壁之间均通过绝缘胶(47)填充，长方体磁铁安装盒(48)或圆柱体磁铁安装盒(50)固定在激振器支架(16)，磁力激振器(15)与叶轮(1)保持水平距离1～30厘米。

5.根据权利要求4所述的一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置，其特征在于：磁力激振器(15)采用长方体永磁铁(46)时，长方体永磁铁(46)沿其长边平行于叶片(28)出气边方向布置。

6.根据权利要求1所述的一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置，其特征在于：真空筒体(6)内还设置有转速传感器支架(13)和天线支架(10)，转速传感器支架(13)一端固定在后置摆架(4)上，另一端为伸出端，转速传感器(12)设置在后置摆架(4)的伸出端上；天线支架(10)套装在转轴(2)上且一端固定在前置摆架(3)上，接收天线(9)和温度传感器(11)分别设置在天线支架(10)上。

7.根据权利要求1所述的一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置，其特征在于：叶轮(1)的轮盘(29)端面沿周向上开设有平衡槽(34)或者若干均匀布置的平衡孔(32)；

当轮盘(29)端面上开设有若干均匀布置的平衡孔(32)时，平衡孔(32)内设置有适用平衡孔的发射机盒子(31)，适用平衡孔的发射机盒子(31)内采用树脂胶(43)封装有信号发射机(41)和电池(42)，并通过圆形绝缘盖板(36)密封，该圆形绝缘盖板(36)表面集成有环形发射天线(37)，且圆形绝缘盖板(36)上分布有电源正负端口(38)、应变片端口(39)和天线端口(40)，电池(42)正负极与电源正负端口(38)相连，应变片(30)通过应变片引线(33)与应变片端口(39)相连，环形发射天线(37)与天线端口(40)相连；

当轮盘(29)端面上开设平衡槽(34)时，平衡槽(34)内设置有适用平衡槽的发射机盒子(35)，适用平衡槽的发射机盒子(35)内采用树脂胶(43)封装有信号发射机(41)和电池(42)，并通过近似方形绝缘盖板(44)密封，该近似方形绝缘盖板(44)表面集成有方形发射天线(45)，且近似方形绝缘盖板(44)上分布有电源正负端口(38)、应变片端口(39)和天线端口(40)，电池(42)正负极与电源正负端口(38)相连，应变片(30)通过应变片引线(33)与应变片端口(39)相连，环形发射天线(37)与天线端口(40)相连。

8.根据权利要求1所述的一种利用磁力激振的叶片动态频率测试装置，其特征在于：真空筒体(6)的侧壁上开设有真空筒体引线孔(17)，温度传感器引线(26)、接收天线引线(25)以及转速传感器引线(27)均通过真空筒体引线孔(17)引出至真空筒体(6)外。