CN105868451A - 一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法 - Google Patents

一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法 Download PDF

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王增全
邢卫东
王阿娜
李广瑞
李静
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Abstract

本发明涉及一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法，首先根据压气机叶轮的三维模型利用仿真计算方法初步确定出压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置，然后在压气机叶轮叶片表面布置应变片，并进行压气机叶轮叶片激振试验，通过分析各应变片在压气机叶轮在叶片激振试验中应变测量值的大小，确定出压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置关键点，进一步根据关键点的位置利用样条曲线确定出涡轮增压器压气机叶轮叶片的一阶振动节线。本发明能够准确地测定出涡轮增压器压气机叶轮叶片的振动节线，为压气机叶轮的结构优化设计以及压气机叶轮产品的质量检验提供科学依据。

Description

一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法
技术领域
本发明属于涡轮增压器结构可靠性技术领域，具体涉及一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法。
背景技术
涡轮增压器是柴油机实现功率密度提升和改善高原环境适应性的关键部件之一。压气机叶轮作为涡轮增压器的核心部件之一，其可靠性对整个涡轮增压器有着重要的影响。叶片振动疲劳断裂是涡轮增压器压气机叶轮的一种典型失效模式，特别是当涡轮增压器随车用发动机在高海拔地区工作时，涡轮增压器的工作转速总体上会呈现出增大的趋势，增压器转速的增大则会造成压气机叶轮发生叶片振动疲劳断裂风险的增加。增压器压气机叶轮一旦发生叶片振动疲劳断裂，不仅会引起涡轮增压器的损坏，而且会使发动机无法正常工作。
涡轮增压器随发动机工作时，压气机叶轮叶片上不仅承受着离心载荷的作用，而且还承受着由气流不稳定性造成的气体激振力作用。当压气机叶轮叶片上所受到的气体激振力频率与叶片的振动固有频率接近或成整数倍时，压气机叶轮便会发生叶片共振，此时叶片节线位置的应力将急剧增大。对于涡轮增压器压气机叶轮而言，压气机叶轮的叶片振动疲劳失效位置通常位于叶片的一阶振动节线位置。压气机叶轮在气体激振力作用下，叶片一阶振动节线位置的振动应力最大，而且该部位还同时承受着由离心载荷作用所引起的离心应力。
因此，在涡轮增压器的研制过程中，需要准确地确定压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置，在此基础上，通过对压气机叶轮叶片的结构优化，有效降低压气机叶轮叶片一阶振动节线位置的应力；同时，可以通过对压气机叶轮叶片一阶振动节线位置的缺陷检查，充分保证压气机叶轮的可靠性。
发明内容
本发明为解决涡轮增压器压气机叶轮叶片的结构优化设计问题，提出一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法。该方法综合利用仿真计算与试验测量手段，在根据仿真计算结果初步确定涡轮增压器压气机叶轮叶片一阶振动节线位置的基础上，采用在压气机叶轮叶片表面布置应变片，并进行压气机叶轮叶片激振试验，通过分析应变片在压气机叶轮在叶片激振试验中应变测量值的大小，确定压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置关键点，然后根据关键点利用样条曲线确定出涡轮增压器压气机叶轮叶片的一阶振动节线。
本发明技术方案：一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法，包括以下步骤：
a、初步确定涡轮增压器压气机叶轮叶片一阶振动节线位置；
b、在涡轮增压器压气机叶轮的叶片上布置应变片；
c、对涡轮增压器压气机叶轮进行叶片激振试验；
d、确定涡轮增压器压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置关键点；
e、确定涡轮增压器压气机叶轮叶片的一阶振动节线。
进一步的:a、初步确定涡轮增压器压气机叶轮叶片一阶振动节线位置：根据涡轮增压器压气机叶轮的三维模型，利用有限元仿真方法通过对压气机叶轮叶片进行振动特性分析，初步确定出压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置。
b、在涡轮增压器压气机叶轮的叶片上布置应变片：根据步骤a初步确定的压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置，在涡轮增压器压气机叶轮的叶片上沿步骤a中初步确定的一阶振动节线5-20mm的带宽范围内粘贴应变片，应变片在沿叶片径向布置不少于3行，应变片在沿叶片轴向布置不少于5列，对粘贴在压气机叶轮叶片表面的所有应变片进行编号，并将应变片通过信号线与应变测量仪相连接。
c、对涡轮增压器压气机叶轮进行叶片激振试验：对已粘贴好应变片的压气机叶轮叶片进行激振试验，在试验过程中监测并记录压气机叶轮叶片表面粘贴的各个应变片的应变测量值。
d、确定涡轮增压器压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置关键点：根据步骤c中测量得到的各个应变片的应变测量值和步骤b确定的应变片编号，沿着压气机叶轮叶片的轴向，依次分别从每一列中确定出应变测量值最大的应变片及其对应的位置，并对该应变片所粘贴的位置进行标记，将沿叶片轴向分别从每一列中确定出的应变测量值最大的应变片所粘贴位置作为压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置关键点。
e、确定涡轮增压器压气机叶轮叶片的一阶振动节线：根据步骤d中所确定的压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置关键点，利用样条曲线确定出涡轮增压器压气机叶轮叶片的一阶振动节线。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
针对涡轮增压器压气机叶轮叶片的振动节线位置确定问题，采用仿真计算与试验测试相结合的方法，根据仿真计算结果初步确定涡轮增压器压气机叶轮叶片一阶振动节线位置，在压气机叶轮叶片表面布置应变片，通过分析压气机叶轮叶片激振试验中应变测量值的大小，确定压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置关键点，进一步根据关键点位置利用样条曲线确定出涡轮增压器压气机叶轮叶片的一阶振动节线。采用仿真计算手段初步确定涡轮增压器压气机叶轮叶片一阶振动节线位置，可以有效地缩小应变片的粘贴范围；通过在叶片表面布置应变片并监测应变片在叶片激振试验中的应变测量值，可以准确地确定出压气机叶轮叶片的振动节线位置关键点。该方法能够准确地测定出涡轮增压器压气机叶轮叶片的振动节线，为压气机叶轮的结构优化设计以及压气机叶轮产品的检验提供科学依据。
附图说明
图1是本发明一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法的流程图。
具体实施方式
本发明一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法，如图1所示，包括以下步骤：
a、初步确定涡轮增压器压气机叶轮叶片一阶振动节线位置：根据涡轮增压器压气机叶轮的三维模型，利用有限元仿真方法通过对压气机叶轮叶片进行振动特性分析，初步确定出压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置。
b、在涡轮增压器压气机叶轮的叶片上布置应变片：根据步骤a初步确定的压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置，在涡轮增压器压气机叶轮的叶片上沿步骤a中初步确定的一阶振动节线5-20mm的带宽范围内粘贴应变片，应变片在沿叶片径向布置不少于3行，应变片在沿叶片轴向布置不少于5列，对粘贴在压气机叶轮叶片表面的所有应变片进行编号，并将应变片通过信号线与应变测量仪相连接。本发明实施例中，对于某型车用涡轮增压器压气机叶轮，在步骤a初步确定的叶片一阶振动节线9mm的带宽范围内粘贴应变片，应变片在沿叶片径向布置3行，应变片在沿叶片轴向布置6列，对粘贴在压气机叶轮叶片表面的所有应变片进行编号，依次为A11，A12，A13，A14，A15，A16，A21，A22，A23，A24，A25，A26，A31，A32，A33，A34，A35，A36。
c、对涡轮增压器压气机叶轮叶片进行激振试验：对已粘贴好应变片的压气机叶轮叶片进行激振试验，在试验过程中监测并记录压气机叶轮叶片表面粘贴的各个应变片的应变测量值。
d、确定涡轮增压器压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置关键点：根据步骤c中测量得到的各个应变片的应变测量值和步骤b确定的应变片编号，沿着压气机叶轮叶片的轴向，依次分别从每一列中确定出应变测量值最大的应变片及其对应的位置，并对该应变片所粘贴的位置进行标记，将沿叶片轴向分别从每一列中确定出的应变测量值最大的应变片所粘贴位置作为压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置关键点。
e、确定涡轮增压器压气机叶轮叶片的一阶振动节线：根据步骤d中所确定的压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置关键点，利用样条曲线确定出涡轮增压器压气机叶轮叶片的一阶振动节线。

Claims (6)

1.一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法，其特征是包括以下步骤：
a、初步确定涡轮增压器压气机叶轮叶片一阶振动节线位置；
b、根据步骤a初步确定的一阶振动节线位置，在涡轮增压器压气机叶轮的叶片上布置若干应变片；
c、对布置应变片后的涡轮增压器压气机叶轮进行叶片激振试验，获得应变片的应变测量值；
d、通过比较应变片的应变测量值，确定涡轮增压器压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置关键点；
e、根据关键点确定涡轮增压器压气机叶轮叶片的一阶振动节线。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法，其特征是：在步骤a中，根据涡轮增压器压气机叶轮的三维模型，利用有限元仿真方法通过对压气机叶轮叶片进行振动特性分析，初步确定出压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置。
3.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法，其特征是：在步骤b中，在涡轮增压器压气机叶轮的叶片上沿步骤a中初步确定的一阶振动节线5-20mm的带宽范围内粘贴应变片，应变片在沿叶片径向布置不少于3行，应变片在沿叶片轴向布置不少于5列，对粘贴在压气机叶轮叶片表面的所有应变片进行编号，并将应变片通过信号线与应变测量仪相连接。
4.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法，其特征是：在步骤c中，对已粘贴好应变片的压气机叶轮叶片进行激振试验，在试验过程中监测并记录压气机叶轮叶片表面粘贴的各个应变片的应变测量值。
5.根据权利要求3所述的一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法，其特征是：在步骤d中，根据步骤c中测量得到的各个应变片的应变测量值和步骤b确定的应变片编号，沿着压气机叶轮叶片的轴向，依次分别从每一列中确定出应变测量值最大的应变片及其对应的位置，将此位置作为压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置关键点。
6.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器压气机叶轮叶片振动节线精确测定方法，其特征是：在步骤e中，根据步骤d中所确定的压气机叶轮叶片的一阶振动节线位置关键点，利用样条曲线确定出涡轮增压器压气机叶轮叶片的一阶振动节线。
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