CN105510044B - 高速转子叶片飞脱试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高速转子叶片飞脱试验装置，其包括：驱动系统、真空防爆系统、润滑冷却系统和监测及控制系统，驱动电机通过过渡传动机构与转子试验件连接，真空防爆系统包括一真空舱，真空舱内还设有一飞失防护罩，飞失防护罩内形成一转子旋转空间和一叶片飞失防护空间，转子旋转空间与叶片飞失防护空间之间通过缓冲隔板隔开。真空舱内的飞失防护罩内设有缓冲隔板，在转子试验件上的叶片飞脱后可叶片会停留在叶片飞失防护空间内，这样飞脱的叶片就不会与旋转的转子试验件发生碰撞，这样可保证试验能够正常进行，同时也可有效保证试验人员和试验设备的安全，以确保发动机转子的转动安全性，为发动机设计定型提供重要的实证依据的技术手段。

Description

高速转子叶片飞脱试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及航空发动机转子力学试验技术领域，特别涉及一种用于模拟发动机转子风扇叶片在高速旋转时的飞脱试验装置及试验方法。

背景技术

随着科学技术的发展以及社会的不断进步，人们对安全生产的要求变得越来越高，特别是高速旋转机械的安全性越来越受到人们的重视。对汽车发动机飞轮、离心压缩机叶轮、涡轮增压器转子、航空发动机转子等装置多采用高速旋转设备测试其强度和安全性。如中国实用新型专利（专利号：201320527462.X）就公开了一种高速旋转试验机，包括试验腔体，容纳于试验腔体内供试验转子进行试验的转子系统，驱动转子系统的驱动系统及控制转子系统转速的转速控制系统；驱动系统包括：驱动电机；与驱动电机连接并带动转子系统高速转动的增速装置；转子系统包括：试验转子固定件；主轴，与试验转子固定件连接并由增速装置带动转动；阻尼器，套在主轴外支承主轴；试验腔体带有抽真空口；试验腔体内环绕转子系统设有多层包容环，各包容环之间通过设置在包容环末端的隔离块连接。本实用新型以高速旋转转子作为试验对象，通过增速系统对转子进行加速，模拟转子在高速旋转下的工作状态，测试转子耐高速离心载荷作用的性能要求。

但对于航空发动机转子而言，除了进行高速旋转试验外，还需要进行转子风扇叶片飞脱试验（Fan Blade Out，简称FBO），需要对风扇叶片脱落产生的不平衡及冲击载荷对发动机破坏性进行分析研究，从而验证航空发动机能包容损坏件至少运转15秒不着火，并且其安装节也不失效。在高速旋转的情况下，对叶片脱落后的转子转动特性进行测试验证，确保转子的转动安全性，可为发动机设计定型提供重要的实证依据的技术手段，因此叶片飞脱试验在航空发动机的设计中具有至关重要的作用。模拟转子风扇叶片飞脱试验技术具有高难度、高技术含量及高风险的特点。在叶片从转子上飞脱后，转子的工况会与一般高速旋转时的工况会产生很大的不同，因此现有的高速旋转试验设备很难完成这种转子风扇叶片飞脱试验。目前转子风扇叶片飞脱试验都是直接将转子与发动机连接进行试验，这样就会使试验的成本大幅提高。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于模拟风扇叶片飞脱试验的转子叶片飞脱试验装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高速转子叶片飞脱试验装置，其包括：驱动系统，所述驱动系统用于驱动转子试验件高速旋转；真空防爆系统，所述真空防爆系统包括一真空舱，所述真空舱内设有抽真空装置和试验件安装支架，所述试验件安装支架用于在试验时支撑转子试验件，所述抽真空装置用于对所述真空舱进行抽真空处理；飞失防护罩，所述飞失防护罩位于所述真空舱内，所述飞失防护罩内形成一转子旋转空间和一叶片飞失防护空间，所述转子旋转空间与所述叶片飞失防护空间之间通过缓冲隔板隔开，试验时，转子试验件的风扇段位于所述转子旋转空间内；润滑冷却系统，所述润滑冷却系统用于向所述驱动系统的轴承及试验件安装支架上的轴承提供润滑油；监测及控制系统，所述驱动系统、真空防爆系统、润滑冷却系统均与所述监测及控制系统连接，所述监测及控制系统用于对所述驱动系统、真空防爆系统、润滑冷却系统进行控制、监测。

优选地，所述过渡传动机构包括第一膜盘联轴器、输出轴、第二膜盘联轴器，所述输出轴的一端通过所述第一膜盘联轴器与所述驱动电机的电机轴连接，所述输出轴的另一端通过所述第二膜盘联轴器与所述转子试验件的转轴连接。

优选地，所述输出轴与所述第一膜盘联轴器之间还设有一过载保护器。

优选地，所述输出轴的下方设有激光位移传感器，所述试验件安装支架上设有振动传感器。

优选地，所述真空舱包括上舱体和下舱体两部分，所述上舱体为半圆形结构，所述下舱体为方形结构，所述上舱体与所述下舱体密封配合。

优选地，所述真空舱与所述输出轴密封配合，所述下舱体上设有一连接法兰，所述连接法兰上设有法兰盖，所述输出轴穿过所述法兰盖的安装孔，所述安装孔的前后两端设有轴套，两个轴套之间设有密封圈，所述输出轴通过所述密封圈与所述安装孔密封配合。

优选地，所述真空舱的底部为地基板，所述地基板上设有一框架状的底部安装条，所述底部安装条固定在所述地基板上，所述底部安装条与所述地基板密封配合，所述下舱体的侧板与所述底部安装条固定连接，所述下舱体的侧板与所述底部安装条之间设有密封圈。

优选地，所述飞失防护罩包括一圆形防护罩外壳，所述缓冲隔板为圆形嵌在所述防护罩外壳内，所述缓冲隔板围成所述转子旋转空间，所述防护罩外壳与所述缓冲隔板之间形成所述叶片飞失防护空间，所述叶片飞失防护空间的顶部及侧壁上设有铅块。

优选地，所述润滑冷却系统包括由主油箱、油泵、冷却器、过滤器，所述主油箱内设有脱气塔和油气分离器。

本发明还公开了一种高速转子叶片飞脱试验方法，其包括如下步骤：

1）将转子试验件放置在真空舱的试验件安装支架上，使转子试验件上带有叶片的风扇段位于飞失防护罩的转子旋转空间内，使转子试验件的转轴与驱动系统连接；

2）关闭真空舱，启动抽真空装置对真空舱进行抽真空处理，启动润滑冷却系统对驱动系统及试验件安装支架提供润滑油；

3）启动驱动系统的驱动电机，带动转子试验件在真空舱内高速旋转；

4）当旋转速度达到一定限值时，在惯性及离心力的作用下转子试验件上的扇叶飞脱，穿破缓冲隔板进入到叶片飞失防护空间，并停留在叶片飞失防护空间；

5）高速旋转的转子试验件在叶片飞脱后，监测及控制系统根据传感器的反馈信号使驱动系统的驱动电机停止运行，待整个转子试验件停止转动后，关闭润滑冷却系统，打开真空防爆系统的放气阀至舱内压力与大气压力平衡，这样就可打开真空舱检查转子试验件。

优选地，步骤5）中的传感器包括激光位移传感器和振动传感器，所述激光位移传感器用于检测转子试验件转轴及驱动系统输出轴的径向跳动值，所述振动传感器用于检测转子试验件的振动加速度值。

如上所述，本发明的高速转子叶片飞脱试验装置具有以下有益效果：该高速转子叶片飞脱试验装置通过驱动系统带动转子试验件高速旋转，在真空舱内模拟转子试验件上的风扇叶片飞脱的试验，真空舱内的飞失防护罩内设有缓冲隔板，在转子试验件上的叶片飞脱后可叶片会停留在叶片飞失防护空间内，这样飞脱的叶片就不会与旋转的转子试验件发生碰撞，这样可保证试验能够正常进行，同时也可有效保证试验人员和试验设备的安全。同时通过监测及控制系统可对整个装置的运行进行控制和检测，从而可有效保证该试验装置安全可靠的运行，对叶片脱落后的转子转动特性进行测试验证，以确保发动机转子的转动安全性，为发动机设计定型提供重要的实证依据的技术手段。

附图说明

图1为本发明实施例的结构框图。

图2为本发明实施例的整体结构示意图。

图3为本发明实施例驱动系统的结构示意图。

图4为本发明实施例制动机构的结构示意图。

图5为本发明实施例真空舱的主视图。

图6为本发明实施例真空舱的侧视图。

图7为本发明实施例真空舱底部的密封示意图。

图8为本发明实施例真空舱与输出轴的密封机构示意图。

图9为本发明实施例飞失防护罩的结构示意图。

图10为本发明实施例飞失防护罩的纵向结构示意图。

元件标号说明

1、驱动系统 11、驱动系统安装座 12、底座安装板 13、驱动电机 14、第一膜盘联轴器 15、过载保护器 16、制动机构 161、制动器 162、支撑轴承 17、输出轴 18、扭矩传感器 19、第二膜盘联轴器 。 2、真空防爆系统 21、真空舱 22、飞失防护罩 211、上舱体 212、下舱体 213、底部安装条 214、底部密封圈 215、法兰盖 216、轴套 217、密封圈 218、吊耳219、翻转机构 220、紧固螺钉 221、加工面 222、连接法兰 223、密封圈 224、密封圈 225、紧固螺钉 226、防护罩外壳 227、舱段筋板 228、缓冲隔板 229、缓冲材料 230、顶部铅板231、侧面铅板 232、叶片飞失防护空间 233、转子旋转空间。

3、润滑冷却系统 4、监测及控制系统 5、转子试验件 50、转子试验件的转轴 51、试验件安装支架 52、试验件安装支架 53、转子轴限位套 6、地基 7、地基板 8、试件安装板。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图10。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种高速转子叶片飞脱试验装置，其包括主要包括驱动系统1、真空防爆系统2、润滑冷却系统3和监测及控制系统4四个部分，驱动系统1、真空防爆系统2、润滑冷却系统3均与监测及控制系统4连接。其中驱动系统1主要用于驱动高速转子试验件5高速旋转，使高速转子试验件5上的风扇叶片飞脱。真空防爆系统2保证模拟高速转子试验件风扇叶片飞脱工况试验安全，降低风扇叶片鼓风摩擦发热及功率损耗。润滑冷却系统3向驱动系统中设备及高速转子试验件供给润滑油对其进行润滑和冷却。监测控制系统4用于高速转子试验件、驱动系统、真空防爆系统及润滑冷却系统的相关参数显示、报警、控制、调节及联锁逻辑保护，集中在控制台控制运行及监测。

如图2所示，该试验装置设置在地基6上，地基6上设有地基板7，地基板7通过螺栓与地基连接，驱动系统1、真空防爆系统2均设置在地基板7上。驱动系统1包括底座安装板12，底座安装板12上设有驱动系统安装座11，驱动系统安装座11为一整体底座，底座安装板12上设有T型槽，驱动系统安装座11通过T型槽螺钉与底座安装板12固定连接，驱动系统安装座11采用整体底座，这样便于设备的装配和调试。

如图3所示，驱动系统1包括一驱动电机13，驱动电机13为三相异步高速电动机，采用变频器控制调节其转速。驱动电机13通过过渡传动机构与高速转子试验件连接，驱动电机13通过过渡传动机构驱动高速转子试验件高速旋转。过渡传动机构包括第一膜盘联轴器14、过载保护器15、输出轴17、第二膜盘联轴器19。驱动电机13的电机轴通过第一膜盘联轴器14与过载保护器15连接，过载保护器15与输出轴17连接，输出轴17通过第二膜盘联轴器19与转子试验件的转轴50连接。

在电机轴与输出轴17之间设置第一膜盘联轴器14，在输出轴17与高速转子试验件的转轴50之间设置第二膜盘联轴器19，使轴与轴之间形成柔性连接。第一膜盘联轴器14、第二膜盘联轴器19为采用弹性膜盘联轴器。弹性膜盘联轴器在高速旋转传递扭矩的同时，依靠特定型面的弹性金属膜盘变形吸收两个机器的不对中以及冲击载荷。输出轴17上设有扭矩传感器18，由于测量输出轴的输出扭矩。

在高速转子试验件5在高速运转过程中，风扇叶片脱落产生的不平衡及冲击载荷会触发整个高速转子系多种自激振动，引起高速转子的挠曲和内应力，使设备产生振动和噪声的急剧增大，加速轴承及轴封等零件磨耗，严重时会引起零部件严重变形、断裂等驱动系统破坏的重大事故。为了防止高速转子试验件风扇叶片脱落导致驱动系统破坏事件出现，驱动系统在电机轴与输出轴17之间设置了过载保护器15。过载保护器15选用扭矩限制器，扭矩限制器是一种机械式过载保护装置，安装于动力传动的驱动侧和被驱动侧之间，传递扭矩超过设定值便会脱开，从而使动力传动的主、被动侧分离，使机械设备免遭过载而引起的损坏。扭矩限制器的过载扭矩可以根据需要进行调节，过载瞬间可向监测及控制系统4提供过载电信号，从而控制试验装置做出快速反应。

为了能够在出现紧急情况时能够使输出轴17快速制动，该过渡传动机构还设有用于对所述输出轴进行制动的制动机构16。如图4所示，该制动机构16包括三组制动器161，这样可增加制动力矩。制动器161采用电磁式制动器，制动器161直接与监测及控制系统4连接，由监测及控制系统4控制其动作。在制动器161的两侧还分别设有支撑轴承162，这样可放置输出轴在制动过程中出现抖动。

在进行试验时，转子试验件5安装在一试件安装板8上，试件安装板8为整体板，板上表面设计T形槽，转子试验件5通过试验件安装支架51、52支撑在试件安装板8上，验件安装支架51、52用螺钉固定在T形槽上，两个支架可以在T形槽内前后移动，适应不同发动机安装位置的要求。试件安装板8上还设有两个套设在转子试验件转轴上的转子轴限位套53，转子轴限位套53用于支撑转子试验件，转子轴限位套53内设有橡胶缓冲件，橡胶缓冲件能够为叶片飞失产生的变形预留间隙，可有效防止转子轴50产生大变形，造成转子轴50的损坏。

真空防爆系统2包括一真空舱21，真空舱21内设有抽真空装置，通过抽真空装置可使真空舱21内形成真空环境，这样当转子试验件5在真空舱内高速旋转时可降低风扇叶片鼓风摩擦发热及功率损耗。抽真空装置包括一真空泵，真空泵通过一个电动蝶阀给真空舱充气，电动蝶阀和真空舱之间安装一个调节阀，用于调节进气量。真空舱管路上安装一个放气阀，放气阀打开，外部空气进入真空舱，和真空舱内压力平衡。

如图5、6所示，真空舱21分为上舱体211和下舱体212两部分，上舱体211与下舱体212之间设有O型密封圈217，上舱体211与下舱体212之间密封配合。上舱体211上设有吊耳218，上舱体211和下舱体212之间设有翻转机构219，上舱体211与下舱体212为上下合盖机构。采用这种机构上舱体211虽然承受的外压不大，但是受力面积大，因此需要设计为加筋结构。为了便于安装试验件和增大使用空间，上舱体211为半圆形结构，下舱体212为方形结构。

如图7所示，下舱体212的底面为地基板7，地基板7上设有一框架状的底部安装条213，底部安装条213固定在地基板上，底部安装条213与地基板7之间通过底部密封圈214密封配合。下舱体212的侧板与底部安装条213固定连接，下舱体212的侧板与底部安装条213之间设有密封圈。在下舱体的侧板有一个加工面221，加工面221上设有螺丝孔，下舱体侧板的底面和底部安装条侧面配合，并沉入底部安装条213中，下舱体侧板的底面和底部安装条之间通过紧固螺钉220连接，这样可保证下舱安装的精度。另外，抽真空时舱体承受的外压，底部安装条213也起到支撑的作用。底部安装条213上平面安装一个环形O形密封圈（或者平面密封圈），下舱底部平面压在密封圈上，周围用螺钉固定在底部底部安装条上。本密封方式为平面密封，这样就能保证密封的可靠性。

在进行试验时，转子试验件5放置在该真空舱21内，输出轴17将伸入到真空舱21内与转子试验件5连接。为了保证真空舱21的密封，如图8所示，在下舱体212上焊接一连接法兰222，连接法兰222外表面为加工面，应保证平面度，将法兰盖215安装在连接法兰222上，端面用O形密封圈224密封，沿圆周方向安装16个紧固螺钉225压紧法兰盖并实现密封。输出轴17穿过法兰盖215的安装孔，在安装孔的内外两侧设置铜的轴套216，轴套216用于输出轴17的导向，在两个轴套216之间设置一个耐高温密封圈223来实现输出轴17与真空舱21的密封配合。采用这种机构便于在安装过程中，输出轴与转子试验件轴同心度的调整，同时也便于密封。

在真空舱21内还设有一飞失防护罩22，当转子试验件放置在真空舱21内时，转子试验件的风扇段位于该飞失防护罩22内，飞失防护罩22用于缓冲和收集叶片的飞失碎片。如图9、10所示，飞失防护罩22包括一圆形防护罩外壳226，在防护罩外壳226的内周面上由外向内依次设有缓冲材料229、顶部铅板230和缓冲隔板228，在防护罩226的两侧还设有侧面铅板231，顶部铅板230、侧面铅板231均通过螺钉固定在舱段筋板227上。缓冲隔板228将圆形防护罩外壳226内形成的空间分为叶片飞失防护空间232和转子旋转空间233两部分，转子旋转空间233位于中央，叶片飞失防护空间232位于转子旋转空间233外围，两者通过缓冲隔板228隔开。在试验时，转子试验件上带有叶片的风扇段位于转子旋转空间233内。顶部铅板230、侧面铅板231分别位于飞失防护空间232的顶部和两个侧面。

缓冲材料229采用高密度泡沫板，用于飞失叶片的缓冲。叶片飞失到顶部铅板230上由铅板的塑性变形吸收能量，两个侧面安装侧面铅板231用于侧面的缓冲。最里层的缓冲隔板228采用5mm熟铝板，在飞失叶片先穿过缓冲隔板228进行第一次缓冲，然后再碰撞到铅板上，实现两级缓冲。飞脱叶片首先穿透缓冲隔板228进行初步缓冲，初步缓冲后的飞失叶片接着与顶部铅板230发生碰撞，利用铅块产生塑性变形吸收飞失叶片的能量，碰撞后的飞失叶片或嵌入铅块内或掉入由顶部铅板230、缓冲隔板228及侧面铅板231形成的叶片飞失防护空间232内，这样可避免飞失叶片重新跌落回来与转子试验件上其它高速运动的叶片发生碰撞，从而保证整个试验可以正常运行。

润滑冷却系统3主要用于给高速转子试验件上的轴承及驱动系统上的轴承提供润滑油，润滑系统由主油箱、油泵、冷却器、过滤器、事故停车保护装置等组成。油泵供油口经过冷却系统、过滤器后，由一个总进油阀控制，主供油管道提供多路供油回路，主要有真空舱内试验件润滑油路、驱动电机润滑油路及设备支撑轴承润滑油路（包括：真空舱内试验件两路、真空舱外试验件两路、驱动电机润滑两路、设备支撑轴承两路）。对于在真空舱内真空环境下的润滑，为了保证润滑油可靠回油，可在主油箱内设置脱气塔和油气分离器，与齿轮油泵和油脱气抽真空泵组一起运行来脱出润滑油中含有的溶解性气体，避免其在真空状态下逸出影响润滑效果。冷却器采用集中油雾润滑冷却方案，集中油雾润滑冷却器，耗油量小，润滑、冷却充分，安装简单，维修方便。集中油雾润滑冷却器是一种喷雾润滑、冷却系统，由润滑泵、喷嘴、控制器和润滑附件组成。该润滑冷却器能连续供给精确雾状润滑油，对被润滑体进行喷雾润滑、冷却，调节喷嘴可控制喷雾状态，达到喷雾细密，雾化均匀，注油精确。为了防止断电，断电，可设置一高位油箱与润滑冷却系统的主油路连接。

监测及控制系统4分为控制部单元和检测单元两部分。控制单元用于转子试验件、驱动系统、真空防爆系统及润滑冷却系统的启停顺序、运行状态相关参数控制、调节及联锁逻辑保护。系统启动顺序：转子试验件5安装找正完成，确认真空舱21关闭，首先启动抽真空装置，抽真空结束后再启动润滑冷却系统，最后启动驱动系统，停止顺序按照启动相反顺序操作。真空舱开启条件为真空舱内压力等于环境大气压力，方可开启。该控制单元的控制逻辑设置为联锁逻辑控制，保证系统协调与安全运行。如真空舱门闭合检查通过接触式位置传感器实现，一旦舱门未可靠锁紧，试验立即停止，并锁上硬件软件的所有控制按扭，同时在显示器上显示“舱门打开”提示，直至舱门锁紧。另外，通过转速传感器及真空压力传感器对舱门的开启与主轴实行连锁控制，只有当主轴转速低于设定的转速安全值、舱内压力高于设定的压力安全值，舱门才能打开，

控制单元采用分布-集中组合控制方式，即下位机和上位机相组合的方式，在上位机上可直接对各系统组件的控制参数进行设置、修改，再通过下位机PLC控制各系统组件工作。控制单元应设有手动/自动两种操作模式可供选择。整个试验系统控制部分集中在控制室内操作、控制和测量，控制室内的测控系统包括上、下位机、手动控制柜、控制电源线、信号线、数据采集显示处理系统、仪表柜、监控显示器、打印机等，并设置防爆窗，以方便操作人员在安全位置对试验装置进行实时的数据监控测量、操作及试验。

监测单元用于试验系统运行状态参数显示与报警等监测，集中在控制台控制运行及监测。主要包括驱动系统输出转速及扭矩、输出轴振动位移，试验件运转状态实时视频，真空舱压力，润滑油供给温度、流量及压力，电机运行参数（电压、电流、频率、效率等），真空舱开闭状态监测。监测单元能够实时显示各监测参数，设定系统运行控制参数（如升速曲线），具有故障报警功能，设定故障报警值，具有监测数据的存储、回放、输出等相关功能。工作状态通过监视器及各传感器监测。监视器或获取防爆真空舱内的试验状态，显示在监视屏上；各传感器采集到的数据均可设置容差，一旦超出容差，系统自动启动蜂鸣器发出警报，并在软件上作出相应的显示。

采用该高速转子叶片飞脱试验装置进行试验时，首先将转子试验件放置在真空舱21的试验件安装支架52上，并使转子试验件5上带有叶片的风扇段位于飞失防护罩的转子旋转空间233内，使转子试验件5的转轴与驱动系统连接，并在真空舱内设置用于检测转子试验件旋转状况的传感器。传感器可设置多种，如可在转子试验件的转轴及输出轴17的下方设置激光位移传感器，在试验件安装支架51、52上设有振动传感器。

高速转子试验件安装完毕后，关闭真空舱21，启动抽真空装置对真空舱21进行抽真空处理，根据真空度要求：小于1000Pa，流量要求：S>440L/min，本真空舱密封后漏气量少，流量裕度取1.2倍，则实际选用流量为：528L/s。接着启动润滑冷却系统对驱动系统及试验件安装支架提供润滑油，使轴承处于润滑、冷却状态。然后启动驱动系统的驱动电机13，带动高速转子试验件5在真空舱21内高速旋转；当高速转子试验件旋转速度达到一定限值时（≥20000 r/min），高速转子试验件上的有缺陷的叶片将飞脱，在惯性及离心力的作用下穿破缓冲隔板进入到叶片飞失防护空间，并停留在叶片飞失防护空间；飞脱叶片首先穿透缓冲隔板228进行初步缓冲，初步缓冲后的飞失叶片接着与顶部铅板230发生碰撞，利用铅块产生塑性变形吸收飞失叶片的能量，碰撞后的飞失叶片或嵌入铅块内或掉入由顶部铅板230、缓冲隔板228及侧面铅板231形成的叶片飞失防护空间232内，这样可避免飞失叶片重新跌落回来与高速转子试验件上其它高速运动的叶片发生碰撞，从而保证整个试验可以正常运行。

当转子试验件在高速运转过程中，风扇叶片脱落产生的不平衡及冲击载荷，触发整个转子系多种自激振动，引起高速转子试验件的挠曲和内应力，使设备产生振动和噪声的急剧增大，同时转子轴及输出轴的径向跳动均会变大，这样通过振动传感器可测量转子试验件的振动大小，通过激光位移传感器就可检测到轴的变形量，并反馈给监测单元，监测及控制系统5将启动报警逻辑联锁，使驱动系统的驱动电机停止运行，待整个转子试验件惰转停止转动后，关闭润滑冷却系统，打开真空防爆系统的放气阀至舱内压力与大气压力平衡，这样就可打开真空舱检查转子试验件。

该高速转子叶片飞脱试验装置及试验方法通过驱动系统带动转子试验件高速旋转，在真空舱内模拟转子试验件上的风扇叶片飞脱的试验，真空舱内的飞失防护罩内设有缓冲隔板，在高速转子试验件上的叶片飞脱后可叶片会停留在叶片飞失防护空间内，这样飞脱的叶片就不会与旋转的转子试验件发生碰撞，这样可保证试验能够正常进行，同时也可有效保证试验人员和试验设备的安全。同时通过监测及控制系统可对整个装置的运行进行控制和检测，从而可有效保证该试验装置安全可靠的运行，对叶片脱落后的转子转动特性进行测试验证，以确保发动机转子的转动安全性，为发动机设计定型提供重要的实证依据的技术手段。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种高速转子叶片飞脱试验装置，其特征在于，其包括：

驱动系统，所述驱动系统用于驱动转子试验件高速旋转；

真空防爆系统，所述真空防爆系统包括一真空舱，所述真空舱内设有抽真空装置和试验件安装支架，所述试验件安装支架用于在试验时支撑转子试验件，所述抽真空装置用于对所述真空舱进行抽真空处理；

飞失防护罩，所述飞失防护罩位于所述真空舱内，所述飞失防护罩内形成一转子旋转空间和一叶片飞失防护空间，所述转子旋转空间与所述叶片飞失防护空间之间通过缓冲隔板隔开，试验时，转子试验件的风扇段位于所述转子旋转空间内；

润滑冷却系统，所述润滑冷却系统用于向所述驱动系统的轴承及试验件安装支架上的轴承提供润滑油；

监测及控制系统，所述驱动系统、真空防爆系统、润滑冷却系统均与所述监测及控制系统连接，所述监测及控制系统用于对所述驱动系统、真空防爆系统、润滑冷却系统进行控制、监测。

2.根据权利要求1所述的高速转子叶片飞脱试验装置，其特征在于：所述驱动系统包括驱动电机和过渡传动机构，所述过渡传动机构包括第一膜盘联轴器、输出轴、第二膜盘联轴器，所述输出轴的一端通过所述第一膜盘联轴器与所述驱动电机的电机轴连接，试验时，所述输出轴的另一端通过所述第二膜盘联轴器与所述转子试验件的转轴连接。

3.根据权利要求2所述的高速转子叶片飞脱试验装置，其特征在于：所述输出轴的下方设有激光位移传感器，所述试验件安装支架上设有振动传感器。

4.根据权利要求2所述的高速转子叶片飞脱试验装置，其特征在于：所述真空舱包括上舱体和下舱体两部分，所述上舱体为半圆形结构，所述下舱体为方形结构，所述上舱体与所述下舱体密封配合。

5.根据权利要求4所述的高速转子叶片飞脱试验装置，其特征在于：所述真空舱与所述输出轴密封配合，所述下舱体上设有一连接法兰，所述连接法兰上设有法兰盖，所述输出轴穿过所述法兰盖的安装孔，所述安装孔的前后两端设有轴套，两个轴套之间设有密封圈，所述输出轴通过所述密封圈与所述安装孔密封配合。

6.根据权利要求5所述的高速转子叶片飞脱试验装置，其特征在于：所述真空舱的底部为地基板，所述地基板上设有一框架状的底部安装条，所述底部安装条固定在所述地基板上，所述底部安装条与所述地基板密封配合，所述下舱体的侧板与所述底部安装条固定连接，所述下舱体的侧板与所述底部安装条之间设有密封圈。

7.根据权利要求1所述的高速转子叶片飞脱试验装置，其特征在于：所述飞失防护罩包括一圆形防护罩外壳，所述缓冲隔板为圆形嵌在所述防护罩外壳内，所述缓冲隔板围成所述转子旋转空间，所述防护罩外壳与所述缓冲隔板之间形成所述叶片飞失防护空间，所述叶片飞失防护空间的顶部及侧壁上设有铅块。

8.根据权利要求1所述的高速转子叶片飞脱试验装置，其特征在于：所述润滑冷却系统包括主油箱、油泵、冷却器、过滤器，所述主油箱内设有脱气塔和油气分离器。

9.一种高速转子叶片飞脱试验方法，其特征在于，其包括如下步骤：

将转子试验件放置在真空舱的试验件安装支架上，使转子试验件上带有叶片的风扇段位于飞失防护罩的转子旋转空间内，使转子试验件的转轴与驱动系统连接；

关闭真空舱，启动抽真空装置对真空舱进行抽真空处理，启动润滑冷却系统对驱动系统及试验件安装支架提供润滑油；

启动驱动系统的驱动电机，带动转子试验件在真空舱内高速旋转；

当旋转速度达到一定限值时，在惯性及离心力的作用下转子试验件上的扇叶飞脱，穿破缓冲隔板进入到叶片飞失防护空间，并停留在叶片飞失防护空间；

高速旋转的转子试验件在叶片飞脱后，监测及控制系统根据传感器的反馈信号使驱动系统的驱动电机停止运行，待整个转子试验件停止转动后，关闭润滑冷却系统，打开真空防爆系统的放气阀至舱内压力与大气压力平衡，这样就可打开真空舱检查转子试验件。

10.根据权利要求9所述的高速转子叶片飞脱试验方法，其特征在于：所述传感器包括激光位移传感器和振动传感器，所述激光位移传感器用于检测转子试验件转轴及驱动系统输出轴的径向跳动值，所述振动传感器用于检测转子试验件的振动加速度值。