CN105388004A - 一种航空发动机整体叶盘安全超转试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空发动机整体叶盘安全超转试验系统及方法，根据试验整体叶盘中每个叶片的一弯频率、不同航空发动机的最大工作转速以及整体叶盘中所有叶片的一弯频率大于3倍的超转最高转速所对应的频率，确定超转合格标准；试验时，整体叶盘在进行安全超转试验时需对试验器的振动和叶盘叶片一弯处应力进行监控，振动通过振动传感器监测，叶片应力通过中心轴将应变线引出，经过滑环引电器将信号接到动态应变仪上；本发明根据超转转频与叶片一弯频率的控制关系、限制了试验过程中叶片最大动应力值，使整体叶盘安全超转试验顺利进行，能够适用于各类型航空发动机整体叶盘安全超转试验的考核。

Description

一种航空发动机整体叶盘安全超转试验系统及方法

【技术领域】

本发明属于航空发动机试验与测试领域，涉及一种航空发动机整体叶盘安全超转试验系统及方法。

【背景技术】

航空发动机整体叶盘是新型发动机的重大改进部件，不仅应用于在研型号，而且还将在未来高推重比发动机上广泛应用。为了暴露整体叶盘在材质、设计和制造方面的问题，安全超转试验是其中重要的一项内容。试验结果对航空发动机的安全、可靠使用或改进改型非常重要。而整体叶盘安全超转试验方法与通常的不带叶片的盘类零件的试验方法应有所区别，在达到盘心和盘缘的考核标准的同时，应考虑试验过程中叶片的振动、应力的变化，避免叶片先于盘破坏而使试验被迫中止。

【发明内容】

本发明提出一种航空发动机整体叶盘安全超转试验系统及方法，该方法用于验证新航空发动机整体叶盘是否安全可靠，是否达到航空发动机研制任务书要求的指标。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种航空发动机整体叶盘安全超转试验方法，包括以下步骤：

1)利用锤击法测量试验整体叶盘中每个叶片的一弯频率；

2)确定不同类型航空发动机的最大工作转速；

3)检测超转转速满足整体叶盘中所有叶片的一弯频率大于3倍的超转最高转速所对应的频率；

4)确定超转合格标准；

5)将试验整体叶盘与试验转接轴、试验控制台进行连接，然后利用锁紧装置进行锁紧，保证整体叶盘与试验器连接可靠；

6)整体叶盘在进行安全超转试验时需对试验器的振动和叶盘叶片一弯处应力进行监控，振动通过振动传感器监测，叶片应力通过中心轴将应变线引出，经过滑环引电器将信号接到动态应变仪上；

7)试验时，试验转速应逐步提高；

8)试验卸载后，关闭试验器，分解试验整体叶盘，残余变形测量和无损检查及测量尺寸，根据检查结果，给出试验结论，试验结束。

本发明进一步的改进在于：

所述步骤3)中，如果3倍的超转转频等于或小于叶片的一弯频率，则应重点监测其中一弯频率等于或接近3倍超转转速对应频率的叶片。

所述步骤4)中，超转合格标准为在超转转速条件下，盘心和盘缘径向残余变形小于等于0.1％，同时试验件荧光探伤无缺陷。

所述步骤6)中，最大应力值小于叶盘材料的σ-1，整体叶盘叶片粘贴应变片为2～6片，采用对称的方式粘贴，粘贴完成后整体叶盘进行动平衡。

所述步骤7)中，超转转速下停留时间为2分钟或5分钟。

本发明还公开了一种用于航空发动机整体叶盘安全超转试验方法的试验系统，包括试验整体叶盘以及试验转接轴，试验整体叶盘通过锁紧装置与试验转接轴锁紧；试验转接轴通过信号传输导线与监测控制系统相交互；试验转接轴的上端与试验控制台固定连接。

其进一步的改进在于：

所述锁紧装置为套装在试验转接轴上、并配合使用的压板、锁紧螺母以及圆螺母。

所述检测控制系统采用动态应变仪。

所述试验整体叶盘为风扇、压气机整体叶盘中的一个或几个组合体。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了航空发动机整体叶盘安全超转试验的试验方法，根据试验整体叶盘中每个叶片的一弯频率、不同航空发动机的最大工作转速以及整体叶盘中所有叶片的一弯频率大于3倍的超转最高转速所对应的频率，确定超转合格标准；试验时，整体叶盘在进行安全超转试验时需对试验器的振动和叶盘叶片一弯处应力进行监控，振动通过振动传感器监测，叶片应力通过中心轴将应变线引出，经过滑环引电器将信号接到动态应变仪上；本发明根据超转转频与叶片一弯频率的控制关系、限制了试验过程中叶片最大动应力值，使整体叶盘安全超转试验顺利进行，能够适用于各类型航空发动机整体叶盘安全超转试验的考核。

【附图说明】

图1为航空发动机整体叶盘安全超转试验系统简图；

图2为航空发动机整体叶盘叶片一弯频率监测简图；

图3为航空发动机整体叶盘安全超转试验方法流程简图。

其中：1为试验整体叶盘；2为监测控制系统；3为试验控制台；4为试验转接轴；5为压板；6为锁紧螺母；7为圆螺母；8为应变片；9为信号传输导线。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，本发明航空发动机整体叶盘安全超转试验系统，包括试验整体叶盘1以及试验转接轴4，试验整体叶盘1通过锁紧装置与试验转接轴4锁紧；锁紧装置为套装在试验转接轴4上、并配合使用的压板5、锁紧螺母6以及圆螺母7。试验转接轴4通过信号传输导线9与检测控制系统2相交互；试验转接轴4的上端与试验控制台3固定连接。试验整体叶盘1可以是风扇、压气机整体叶盘中的一个或几个组合体。图2航空发动机整体叶盘叶片一弯频率监测简图示出了应变片的粘贴方式。

如图3所示，试验方法的步骤如下：

1)利用锤击法测量试验整体叶盘中每个叶片的一弯频率；

2)确定不同类型航空发动机的最大工作转速；

3)检测超转转速满足整体叶盘中所有叶片的一弯频率大于3倍的超转最高转速所对应的频率；如果3倍的超转转频等于或小于叶片的一弯频率，则应重点监测其中一弯频率等于或接近3倍超转转速对应频率的叶片。

4)确定超转合格标准，在超转转速条件下，盘心和盘缘径向残余变形满足要求，同时试验件荧光探伤无缺陷；

5)将试验整体叶盘与试验转接轴、试验控制台进行连接，然后利用锁紧装置进行锁紧，保证整体叶盘与试验器连接可靠；

6)整体叶盘在进行安全超转试验时需对试验器的振动和叶盘叶片一弯处应力进行监控，振动通过振动传感器监测，叶片应力通过中心轴将应变线引出，经过滑环引电器将信号接到动态应变仪上；最大应力值小于叶盘材料的σ-1，整体叶盘叶片粘贴应变片一般为2～6片，采用对称的方式粘贴，粘贴完成后整体叶盘进行动平衡。

7)试验时，试验转速应逐步提高；超转转速下停留时间为2分钟或5分钟。

8)试验卸载后，关闭试验器，分解试验整体叶盘，残余变形测量和无损检查及测量尺寸，根据检查结果，给出试验结论，试验结束。

实施例1：

为了验证发明的试验方法，超转转速3倍转频选择与其中某一片叶片一弯频率相等，并在试验中未对叶片最大动应力幅值进行限制。试验结果为试验整体叶盘在达到超转转速而未达到保载时限时一片叶片出现共振断裂，试验被迫中止。

1)叶片实测一弯频率(Hz)

序号	频率	序号	频率	序号	频率	序号	频率	序号	频率	序号	频率
												1	803	11	842	21	850	31	809	41	850	51	842
2	850	12	846	22	848	32	807	42	846	52	836
												3	848	13	848	23	800	33	816	43	842	53	828
4	810	14	812	24	832	34	818	44	830	54	820
												5	812	15	852	25	834	35	832	45	820	55	806
6	822	16	514	26	832	36	846	46	811	56	842
												7	826	17	830	27	808	37	852	47	846	57	838
8	825	18	845	28	850	38	843	48	838
												9	806	19	810	29	844	39	838	49	824
10	806	20	810	30	832	40	838	50	816

2)超转转速确定：

3)试验件安装：

转接轴通过6件M10×1双头螺柱与试验器的旋转头连接，转接轴与旋转头定位形式为止口定位。试验件与转接轴定位方式是盘心孔与转接轴的外圆定位。定位定心可靠。

4)试验器振动监测控制

整体叶盘带工装组件进行了动平衡，平衡精度按G1.0(单面剩余不平衡量≤15g.mm)控制，实际值为前侧剩余不平衡量为4.4g.mm，后侧剩余不平衡量为8.3g.mm。设定限制值为12g。

5)试验结果：

转速缓慢上升，达到超转转速，保载2分30秒后(要求保载5分钟)，一片叶片从叶根处断裂(该叶片的一弯频率为842Hz，恰好为超转转速16848r/min的3倍频)。试验被迫终止。

试验终止原因为3倍的工作转速激起叶片的一弯固有频率共振，导致叶片大应力断裂。

实施例2：

按本发明步骤进行试验，试验顺利完成。

1)叶片实测一弯频率(Hz)

2)超转转速确定：

3)试验件安装：

转接轴通过6件M10×1双头螺柱与试验器的旋转头连接，转接轴与旋转头定位形式为止口定位。试验件与转接轴定位方式是盘心孔与转接轴的外圆定位。定位定心可靠。

4)监测控制

①叶片一弯处应力监测：

选择一弯频率实测值与3倍的超转转速对应频率最相近的叶片重点监测4片，在叶片一弯处粘贴应变片，监测试验过程中叶片一弯动应力变化，动应力10MPa左右，证明整体叶盘在试验过程中叶片未出现共振。

②整体叶盘振动监测：

整体叶盘带工装组件进行了动平衡，平衡精度按G1.0(单面剩余不平衡量≤15g.mm)控制，实际值为前侧剩余不平衡量为4.2g.mm，后侧剩余不平衡量为8.1g.mm。设定限制值为12g。

5)试验结果：

转速缓慢上升，达到超转转速，保载5分钟(要求保载5分钟)，完成对整体叶盘的考核试验。

该试验中叶片一弯频率范围高于3倍的超转转速对应频率值。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种航空发动机整体叶盘安全超转试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用锤击法测量试验整体叶盘中每个叶片的一弯频率；

2)确定不同类型航空发动机的最大工作转速；

3)检测超转转速满足整体叶盘中所有叶片的一弯频率大于3倍的超转最高转速所对应的频率；

4)确定超转合格标准；

5)将试验整体叶盘与试验转接轴、试验控制台进行连接，然后利用锁紧装置进行锁紧，保证整体叶盘与试验器连接可靠；

6)整体叶盘在进行安全超转试验时需对试验器的振动和叶盘叶片一弯处应力进行监控，振动通过振动传感器监测，叶片应力通过中心轴将应变线引出，经过滑环引电器将信号接到动态应变仪上；

7)试验时，试验转速应逐步提高；

8)试验卸载后，关闭试验器，分解试验整体叶盘，残余变形测量和无损检查及测量尺寸，根据检查结果，给出试验结论，试验结束。

2.根据权利要求1所述的航空发动机整体叶盘安全超转试验方法，其特征在于，所述步骤3)中，如果3倍的超转转频等于或小于叶片的一弯频率，则重点监测其中一弯频率等于或接近3倍超转转速对应频率的叶片。

3.根据权利要求1所述的航空发动机整体叶盘安全超转试验方法，其特征在于，所述步骤4)中，超转合格标准为在超转转速条件下，盘心和盘缘径向残余变形小于等于0.1％，同时试验件荧光探伤无缺陷。

4.根据权利要求1所述的航空发动机整体叶盘安全超转试验方法，其特征在于，所述步骤6)中，最大应力值小于叶盘材料的σ-1，整体叶盘叶片粘贴应变片(8)为2～6片，采用对称的方式粘贴，粘贴完成后整体叶盘进行动平衡。

5.根据权利要求1所述的航空发动机整体叶盘安全超转试验方法，其特征在于，所述步骤7)中，超转转速下停留时间为2分钟或5分钟。

6.一种用于实现权利要求1至5任意一项所述航空发动机整体叶盘安全超转试验方法的试验系统，其特征在于，包括试验整体叶盘(1)以及试验转接轴(4)，试验整体叶盘(1)通过锁紧装置与试验转接轴(4)锁紧；试验转接轴(4)通过信号传输导线(9)与监测控制系统(2)相交互；试验转接轴(4)的上端与试验控制台(3)固定连接。

7.根据权利要求6所述的航空发动机整体叶盘安全超转试验系统，其特征在于，所述锁紧装置为套装在试验转接轴(4)上、并配合使用的压板(5)、锁紧螺母(6)以及圆螺母(7)。

8.根据权利要求6所述的航空发动机整体叶盘安全超转试验系统，其特征在于，所述检测控制系统(2)采用动态应变仪。

9.根据权利要求6所述的航空发动机整体叶盘安全超转试验系统，其特征在于，所述试验整体叶盘(1)为风扇、压气机整体叶盘中的一个或几个组合体。