CN106840630A - 带缘板阻尼器结构涡轮叶片的减振试验装置 - Google Patents

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张大义
张嵩
付俭伟
洪杰
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts

Abstract

本发明公开了一种带缘板阻尼器结构涡轮叶片的减振试验装置，该减振试验装置由叶片加载结构，缘板阻尼器加载结构组成，其中阻尼器结构位于缘板下方通过钢丝绳吊挂压紧。通过叶根底部的预紧螺钉提供的顶紧力以及钢丝绳对叶片提供的拉力模拟非旋转状态下试验结构所受到的离心力作用，调节螺钉的顶紧程度同时改变加载梁高度可以模拟不同转速下叶片振动情况。相比于理论与数值方法中的简化计算，此试验装置可对影响叶片振动响应的重要参数进行更精确测量，并可利用试验结果分析参数对缘板阻尼器结构减振效果的影响规律。

Description

带缘板阻尼器结构涡轮叶片的减振试验装置
技术领域
本发明涉及一种振动试验装置，特别涉及一种带缘板阻尼器结构涡轮叶片的减振试验装置，属于航空航天技术领域。
背景技术
航空发动机叶片的振动能量主要通过阻尼的形式进行耗散，其中干摩擦阻尼由于其减振效果明显，结构简单并具有高可靠性和稳定性，使得其在航空发动机中得以广泛应用，目前已经应用到相邻凸肩、相邻叶冠、相邻缘板之间以及缘板下方的缘板阻尼器等。
干摩擦阻尼结构对于叶片振动的抑制效果明显，然而由于干摩擦的非线性以及阻尼结构接触特性和运动行为的不确定性，使得在建立运动模型时必须采用一定的假设与简化，这将使得目前的理论与数值方法很难准确地预测带干摩擦阻尼结构叶片的振动响应，需要进行试验验证。
带缘板阻尼器叶片的减振效果的试验关键是要实现对缘板阻尼器的加载，以模拟缘板阻尼器在实际工作状态下的离心力对其的作用。根据叶片是否旋转，试验器可分为固定式和旋转叶盘式。旋转式试验器可以真实的模拟原版实际的工作状态，然而由于叶盘振动的测量具有一定困难，使得测量结果受到影响；固定式试验器通常通过钢丝吊挂的方式实现对缘板阻尼器的加载。本发明的目的是通过模拟发动机真实的工作状态，对叶片进行准确加载并验证在外界激励的条件下缘板阻尼器的减振效果。
现有的针对叶片减振的试验装置中，干摩擦阻尼结构多应用于叶片凸肩和叶冠，然而对于一些没有凸肩及叶冠的涡轮叶片结构，此类方法则不适用，需要进一步在叶根的位置进行改进；而在叶根部安装阻尼块的方法，在达到叶片减振目的的同时也会增加旋转状态下叶片所受的离心力大小，对叶片振动特性的影响较为严重。相比之下，本发明在缘板下方加装质量很轻的阻尼器结构，达到减振效果的同时可保证试验结果的精度。同时本发明采用的加载方式可以分别对叶片和缘板阻尼器结构进行准确的连续加载，保证试验装置在非旋转状态下模拟出不同的工作转速所对应的离心力与真实工作状态下一致。
发明内容
本发明的目的是提供一种带缘板阻尼器结构涡轮叶片的减振试验装置。由于国内外针对带缘板阻尼器结构叶片减振试验方面鲜有研究，这为其在航空发动机中的应用带来很大阻碍。为弥补由于理论与数值计算所不能精确求解的缺陷，通过试验实现非旋转状态下对叶片及缘板阻尼器的加载，以模拟其在真实受力状态下的离心载荷，用于研究带缘板阻尼器结构叶片在外界激励作用下的振动响应的影响规律。
本发明所采用的技术方案是：一种带缘板阻尼结构涡轮叶片的减振试验装置，由叶片加载装置、缘板阻尼器加载装置构成，其中，
叶片加载装置中包括叶片、基座、底座、垫块、#3号顶紧螺钉、#1号安装螺钉、螺栓和螺母，基座通过#1号安装螺钉固定在底座上，所述底座和垫块可以被螺栓一起固定在实验台上，所述底座中间开有孔可供所述#3号顶紧螺钉穿过，所述基座底部开有螺纹孔可供所述#3号顶紧螺钉穿过并顶在所述叶片上；
缘板阻尼器加载装置包括缘板阻尼器、垫片、支架、横梁、滑道板、加载梁、#2号安装螺钉、#3号安装螺钉、定位块、#4号安装螺钉、#5号安装螺钉、#1号顶紧螺钉、#2号顶紧螺钉、钢丝绳、弹簧、钢丝绳和标尺，所述横梁通过#2号安装螺钉固定在支架上，支架可被#3号安装螺钉固定到实验台上，滑道板通过#5号安装螺钉固定在横梁上，板中间开有两道槽供加载梁上下滑动，钢丝绳上端与加载梁相连接，下端与弹簧上端固定，钢丝绳上端与弹簧下端固定，下端连接缘板阻尼器，垫片位于钢丝绳下端与缘板阻尼器中间。
其中，所述叶片通过根部榫头与基座上半部分所开的同型榫槽相配合。
其中，缘板阻尼器安装于叶片缘板下方，同时在基座上半部分开有三个榫槽，采取三个叶片两个缘板阻尼器的安装结构，保证缘板阻尼器在叶片两侧均产生减振作用。
其中，叶片受到的顶紧力大小可以由拧紧力矩换算得到，顶紧力矩可通过旋转顶紧螺钉改变。
本发明的有益效果是：
本发明中带缘板阻尼器结构涡轮叶片的减振试验装置的优点在于：(1)在非旋转状态下通过大螺母顶紧来模拟叶片所受的离心力，通过钢丝拉紧缘板阻尼器来模拟缘板阻尼器受到的离心力。(2)安装拆卸方便，易于调整和测量，通过改变弹簧伸长量来模拟不同转速下所受载荷的大小。(3)由于缘板阻尼器安装在两两叶片之间，因此试验方案中采用三个叶片和两个缘板阻尼器的结构形式，中间叶片两侧均有阻尼片作用，相比于文献中所采用的双叶片单阻尼片的结构方案更接近叶片的真实工作状态。
附图说明
图1是涡轮叶片与缘板阻尼器装配结构示意图。
图2是本发明实施例的结构图。
图3是缘板阻尼器加载装置的结构示意图。
图4是叶片加载装置的结构示意图。
图5是叶片加载装置的结构示意图(主视图)。
图中：1.叶片，2.基座，3.缘板阻尼器，4.垫片，5.底座，6.垫块，7.#3号顶紧螺钉，8.#1号安装螺钉，9.螺栓，10.螺母，11.支架，12.横梁，13.滑道板，14.加载梁，15.#2号安装螺钉，16.#3号安装螺钉，17.定位块，18.#4号安装螺钉，19.#5号安装螺钉，20.#1号顶紧螺钉，21.#2号顶紧螺钉，22.钢丝绳，23.弹簧，24.钢丝绳，25.标尺。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
在图1中，缘板阻尼器3安装于叶片1缘板下方，在缘板阻尼器3下方粘结垫片4以防止钢丝绳24对其产生振动影响。叶片1通过根部榫头与基座2上榫槽相配合。
在图2中，支架系统由支架11、横梁12、#2号安装螺钉15、#3号安装螺钉16组成，通过#3号安装螺钉16将支架固定在试验台上并提供系统的稳定性，横梁12通过#2号安装螺钉15固定在支架上。由叶片1、基座2、底座5、垫块6、#3号顶紧螺钉7、#1号安装螺钉8、螺栓9、螺母10等组成叶片加载装置。由缘板阻尼器3、垫片4、滑道板13、加载梁14、定位块17、#4号安装螺钉18、#5号安装螺钉19、#1号顶紧螺钉20、#2号顶紧螺钉21、钢丝绳22、弹簧23、钢丝绳24、标尺28等组成缘板阻尼器加载装置。
在图3中，滑道板13通过#5号安装螺钉19固定在横梁12上，板中间开有两道槽供加载梁14上下滑动，滑动距离可通过#1号顶紧螺钉20和#2号顶紧螺钉21调节限制并通过标尺25的读数确定弹簧伸长量的大小并计算得到加载力的大小。钢丝绳22上端与加载梁14相连接，下端与弹簧23上端固定，钢丝绳24上端与弹簧23下端固定，下端连接缘板阻尼器3，垫片4位于钢丝绳24下端与缘板阻尼器3中间保证压力均匀同时减小阻尼器对自身振动的影响。调整滑道板13与定位块17的位置保证钢丝绳22、弹簧23、钢丝绳24均处于竖直状态，然后拧紧螺钉。当通过调节#1号顶紧螺钉20和#2号顶紧螺钉21使得弹簧23拉紧时，拉力经由钢丝绳24传递使得缘板阻尼器3和垫片4受到径向拉力，可模拟真实旋转过程中受到的离心力作用，并且随着加载梁14上升，钢丝绳24将提供更大的拉力作用。
在图4中，所述叶片1通过根部榫头与基座2上半部分所开的榫槽相配合，基座2可通过#1号安装螺钉8固定在底座5上，所述底座5和垫块6可以被螺栓9一起固定在实验台上。所述底座5中间开有孔可供所述#3号顶紧螺钉7穿过，所述基座2底部开有螺纹孔可供所述#3号顶紧螺钉7穿过并顶在所述叶片1上，将#3号顶紧螺钉7提供的顶紧力传递给叶片1。顶紧力大小可以由拧紧力矩换算得到，
T＝K·P0·d·10-3 (1)
式中，T为拧紧力矩，K为拧紧力系数(与材料的表面状态及硬度有关)，P0为螺钉作用在叶片上的顶紧力，d为螺钉公称直径。
当研究所需要的叶片转速发生变化时，需要对试验器进行重新设置。通过换算得到相应转速对应的拧紧力矩，旋转顶紧螺钉使得其所提供的顶紧力满足要求；通过计算得到相应转速下缘板阻尼器受到离心力大小，改变加载梁位置使得钢丝绳提供的拉力满足要求，此时结构内部受力与所需转速下真实受力情况相等效，试验器设置完毕，可以进行试验。

Claims (4)

1.一种带缘板阻尼结构涡轮叶片的减振试验装置，其特征在于：由叶片加载装置、缘板阻尼器加载装置构成，其中，
叶片加载装置中包括叶片(1)、基座(2)、底座(5)、垫块(6)、#3号顶紧螺钉(7)、#1号安装螺钉(8)、螺栓(9)和螺母(10)，基座(2)通过#1号安装螺钉(8)固定在底座(5)上，所述底座(5)和垫块(6)可以被螺栓(9)一起固定在实验台上，所述底座(5)中间开有孔可供所述#3号顶紧螺钉(7)穿过，所述基座(2)底部开有螺纹孔可供所述#3号顶紧螺钉(7)穿过并顶在所述叶片(1)上；
缘板阻尼器加载装置包括缘板阻尼器(3)、垫片(4)、支架(11)、横梁(12)、滑道板(13)、加载梁(14)、#2号安装螺钉(15)、#3号安装螺钉(16)、定位块(17)、#4号安装螺钉(18)、#5号安装螺钉(19)、#1号顶紧螺钉(20)、#2号顶紧螺钉(21)、钢丝绳(22)、弹簧(23)、钢丝绳(24)和标尺(25)，所述横梁(12)通过#2号安装螺钉(15)固定在支架(11)上，支架(11)可被#3号安装螺钉(16)固定到实验台上，滑道板(13)通过#5号安装螺钉(19)固定在横梁(12)上，板中间开有两道槽供加载梁(14)上下滑动，钢丝绳(22)上端与加载梁(14)相连接，下端与弹簧(23)上端固定，钢丝绳(24)上端与弹簧(23)下端固定，下端连接缘板阻尼器(3)，垫片(4)位于钢丝绳(24)下端与缘板阻尼器(3)中间。
2.根据权利要求1所述的带缘板阻尼结构的涡轮叶片振动试验装置，其特征在于：所述叶片(1)通过根部榫头与基座(2)上半部分所开的同型榫槽相配合。
3.根据权利要求1所述的带缘板阻尼结构涡轮叶片的减振试验装置，其特征在于：缘板阻尼器(3)安装于叶片(1)缘板下方，同时在基座(2)上半部分开有三个榫槽，采取三个叶片(1)两个缘板阻尼器(3)的安装结构，保证缘板阻尼器(3)在叶片(1)两侧均产生减振作用。
4.根据权利要求1所述的带缘板阻尼结构涡轮叶片的减振试验装置，其特征在于：叶片受到的顶紧力大小可以由拧紧力矩换算得到，顶紧力矩可通过旋转#3号顶紧螺钉(7)改变。
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