CN107153029B - 一种测试轮盘结合面切向刚度的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测试轮盘结合面切向刚度的装置及方法，其中，该装置包括万能试验机、拉杆转子、数显千分表一、数显千分表二和计算机，所述万能试验机上的压力传感器通过数据线与计算机连接，所述万能试验机还包括机架，所述机架的顶部设有上压头，所述数显千分表一和数显千分表二位于所述上压头的两侧，所述机架的中部设有可移动的横梁，所述横梁上间隔设置两支撑块，所述拉杆转子水平搭设在两支撑块上，所述拉杆转子位于所述上压头的正下方，本技术方案解决了现有技术中尚缺乏针对轮盘结合面进行测试切向刚度的装置及方法的技术问题。

Description

一种测试轮盘结合面切向刚度的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种盘式拉杆转子的轮盘，特别涉及一种测试轮盘结合面切向刚度的装置及方法。
背景技术
盘式周向拉杆转子因其易于加工、便于冷却通道设计而广泛应用于燃气轮机领域。盘式周向拉杆转子是通过若干根周向拉杆贯穿多级轮盘，并通过对周向拉杆施加预紧力将轮盘压紧而成，轮盘之间存在大量的结合面，从而使机械结构或系统具有不连续性，在很大程度上影响了机械系统的整体性能，导致了问题的复杂性。结合面切向刚度作为结合面机械结构整体刚度的重要组成部分，其在很大程度上受到了拉杆预紧力的影响，有时结合面甚至成为整体刚度的薄弱环节，所以在研究机械结构的特性时，必须充分考虑到结合面的切向刚度。但目前，尚缺乏针对轮盘结合面进行测试切向刚度的装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测试轮盘结合面切向刚度的装置及方法，解决了现有技术中尚缺乏针对轮盘结合面进行测试切向刚度的装置及方法的技术问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种测试轮盘结合面切向刚度的装置，包括万能试验机、拉杆转子、数显千分表一、数显千分表二和计算机，所述万能试验机上的压力传感器通过数据线与计算机连接，所述万能试验机还包括机架，所述机架的顶部设有上压头，所述数显千分表一和数显千分表二位于所述上压头的两侧，所述机架的中部设有可移动的横梁，所述横梁上间隔设置两支撑块，所述拉杆转子水平搭设在两支撑块上，所述拉杆转子位于所述上压头的正下方，在测试时，移动横梁，使所述拉杆转子的轮盘与上压头接触，此时计算机上显示的压力值为0kn，分居在上压头两侧的数显千分表一和数显千分表二的测杆均与所述轮盘外轮廓的最高点接触，并且读数归零，然后逐步设置万能试验机的压力，直至轮盘间出现滑移。
依照本申请较佳实施例所述的一种测试轮盘结合面切向刚度的装置，两支撑块通过一T型槽体设置在所述横梁上，所述T型槽体固定设置在所述横梁上，所述T型槽体的上端设置一T型槽，所述T型槽包括上层宽口的上槽部和下层窄口的下槽部，两支撑块通过螺栓对称设置在所述T型槽的上槽部。
依照本申请较佳实施例所述的一种测试轮盘结合面切向刚度的装置，所述支撑块为L型，所述支撑块的上端部开设一V型槽口，所述拉杆转子水平搭设在两V型槽口上。
依照本申请较佳实施例所述的一种测试轮盘结合面切向刚度的装置，所述支撑块包括一体制成的纵向板和横向板，所述横向板上设置两螺纹孔，所述横向板通过T型螺栓穿过螺纹孔紧固在T型槽体上，所述纵向板的上端部开设有V型槽口。
依照本申请较佳实施例所述的一种测试轮盘结合面切向刚度的装置，还包括一校正套筒，所述拉杆转子从所述横梁上拿下并将所述校正套筒搭设在横梁上进行压力测试。
依照本申请较佳实施例所述的一种测试轮盘结合面切向刚度的装置，所述拉杆转子包括轮盘组和若干周向拉杆，所述轮盘组包括若干并排设置的相同粗糙度、相同大小的轮盘，每根周向拉杆的两端依次通过平垫圈、弹簧垫圈和螺母将轮盘组压紧，通过拧动螺母可调整周向拉杆的预紧力。
依照本申请较佳实施例所述的一种测试轮盘结合面切向刚度的装置，所述拉杆转子还包括若干不同粗糙度等级的轮盘组，若干轮盘组根据测试需要可替换地套设在若干周向拉杆上。
依照本申请较佳实施例所述的一种测试轮盘结合面切向刚度的装置，所述数显千分表一通过磁性表座一吸附在所述万能试验机上，所述数显千分表二通过磁性表座二吸附在所述万能试验机上。
本发明还提供一种测试轮盘结合面切向刚度的方法，包括以下步骤：
S1：将一组同种粗糙度等级轮盘的拉杆转子组装好后搭设在两支撑块上；
S2：移动横梁，使拉杆转子与上压头接触，保持计算机上显示的压力值为0，并将上压头两侧的数显千分表一和数显千分表二的测杆与轮盘外轮廓的最高点接触，确保接触良好，并将数显千分表一和数显千分表二的读数归零；
S3：给万能试验机一个初始压力，达到设定初始压力后停止加压并保持此压力值，读取并记录此时数显千分表一和数显千分表二的示数a1和a2；
S4：逐步上调万能试验机的压力值，并记录相应压力值对应的数显千分表一和数显千分表二的示数，按照上述操作不断对拉杆转子施加压力，直至拉杆转子的轮盘间出现滑移；
S5：将拉杆转子转动一角度，重复S2至S4；
S6：通过拧动拉杆一端的螺母以更改拉杆预紧力后，将拉杆转子重新搭设在两支撑块上，重复S2至S4；
S7：一组轮盘测试完后，更换下一组不同粗糙度等级的轮盘，重复S1至S6；
S8：将轮盘组拆卸下来，将校正套筒搭设在两支撑块上，重复S2至S5的操作，数显千分表示数一和数显千分表二的示数b1和b2；
S9：计算拉杆转子轮盘结合面切向接触刚度kt，包括以下步骤：
S901：由于不能精准控制拉杆转子及校正套筒与万能试验机上压头的接触距离，故而数显千分表一和数显千分表二均存在一个测量误差，定义其为初始接触误差，
通过数显千分表一的示数a1计算得到拉杆转子整体实际形变量：
ω1＝a1-x1，
其中，x1数显千分表一测量拉杆转子的初始接触误差；
通过数显千分表二的示数a2计算得到拉杆转子整体实际形变量：
ω2＝a2-x2，
其中，x2为数显千分表二测量拉杆转子的初始接触误差；
通过数显千分表一的示数b1计算得到校正套筒实际形变量：
μ1＝b1-y1，
其中，y1为数显千分表一测量校正套筒的初始接触误差；
通过数显千分表二的示数b2计算得到校正套筒实际形变量：
μ2＝b2-y2，
其中，y2为数显千分表二测量校正套筒的初始接触误差；
S902：为了使测量更加准确，尽可能排除测量误差，将拉杆转子旋转一定角度，再进行多次切向加载，所以对上述计算得到的实际形变量再求多次切向加载的平均变形量，分别记作
Figure GDA0002111313120000041
平均变形量
Figure GDA0002111313120000042
计算得到的拉杆转子3轮盘结合面的实际形变量：
Figure GDA0002111313120000043
平均变形量
Figure GDA0002111313120000044
计算得到的拉杆转子3轮盘结合面的实际形变量：
Figure GDA0002111313120000045
从而得到一个结合面的平均形变量δ，关系式如下：
Figure GDA0002111313120000046
定义拉杆转子轮盘结合面切向接触刚度为kt，其关系式如下：
kt＝F/2δ
式中：F为施加在被压试样的切向载荷。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
本发明提供一种测试轮盘结合面切向刚度的装置，为了测试不同加工精度(粗糙度等级)的轮盘对切向刚度的影响，设计了多种不同粗糙度等级的轮盘，为了测试不同拉杆预紧力对切向刚度的影响，设定了多种不同的目标拉杆预紧力，万能试验机和拉杆转子自身变形等影响因素进行了“短路”，直接将轮盘结合面变形量通过架设的数显千分表来测量，找到了一种准确测试盘式周向拉杆转子轮盘结合面切向刚度的装置及方法，为燃气轮机拉杆转子轮盘结合面切向刚度测量提供了一种可靠的途径，为以后分析研究拉杆转子拉杆轮盘结合面切向刚度和拉杆预紧力的大小及轮盘粗糙度的规律打下了坚实基础，具有广泛的工程应用前景。
本发明结构简单，操作方便，易于实现。
附图说明
图1为本发明一种测试轮盘结合面切向刚度的装置的结构示意图；
图2a为本发明支撑块的主视图；
图2b为本发明支撑块的俯视图；
图2c为本发明支撑块的左视图；
图3a为本发明校正套筒的主视图；
图3b为本发明校正套筒的左视图；
图4为本发明拉杆转子搭设在支撑块上的装配图；
图5为本发明切向载荷—数显千分表示数的关系图。
具体实施方式
以下结合附图，举一具体实施例加以详细说明。
请参考图1，一种测试轮盘结合面切向刚度的装置，包括万能试验机1、拉杆转子2、数显千分表一3、数显千分表二4和计算机7，万能试验机1上自带的压力传感器通过数据线6与计算机7连接，从计算机7上可直接读取压力值；万能试验机1还包括机架101，机架101的顶部设有上压头105，数显千分表一3和数显千分表二4位于上压头105的两侧，机架101的中部设有可移动的横梁102，横梁102上间隔设置两支撑块104，拉杆转子2水平搭设在两支撑块104上，拉杆转子2位于上压头105的正下方，在测试时，移动横梁102，使拉杆转子2的轮盘与上压头105接触，此时计算机7上显示的压力值为0kn，分居在上压头105两侧的数显千分表一3和数显千分表二4的测杆均与轮盘外轮廓的最高点接触，并且读数归零，然后逐步设置万能试验机1的压力，直至轮盘间出现滑移。
在万能试验机1中，横梁102在机架101上的上下移动是现有技术，本发明不做过多描述。
在本实施例中，两支撑块104通过一T型槽体103设置在横梁102上，T型槽体103固定设置在横梁102上，T型槽体103的上端设置一T型槽，T型槽包括上层宽口的上槽部和下层窄口的下槽部，两支撑块104通过螺栓对称设置在T型槽的上槽部。
请参考图2a—图2c，在本实施例中，支撑块104为L型，支撑块104的上端部开设一V型槽口10411，拉杆转子2水平搭设在两V型槽口10411上。支撑块104包括一体制成的纵向板1041和横向板1042，横向板1042上设置两螺纹孔，横向板1042通过T型螺栓穿过螺纹孔紧固在T型槽体103的上槽部，并且横向板1042的最外侧面抵在上槽部的槽壁上。纵向板1041的上端部开设有V型槽口10411，拉杆转子2搭设在两V型槽口10411上。在本实施例中，两L型支撑块104背对背固定在T型槽上。
由于在加压的过程中，万能试验机1自身将发生形变，其自带的位移传感器不能真实测量拉杆转子2轮盘结合面之间的位移，但其自动的压力传感器能真实测量拉杆转子2轮盘的加载压力，为此本装置加装了数显千分表一3和数显千分表二4，数显千分表一3通过磁性表座一51吸附在万能试验机1上，数显千分表二4通过磁性表座二52吸附在万能试验机1上，数显千分表一3和数显千分表二4直接测量轮盘的形变量。
请参考图3a和图3b，在本发明中，本装置还包括一校正套筒，当拉杆转子2在万能试验机1上测试完后，将拉杆转子2从横梁102上拿下并将校正套筒搭设在两支撑块104上进行压力测试，其作用是排除测量误差的干扰，提高测量的准确性。在本实施例中，校正套筒的结构跟拉杆转子2的结构类似，此校正套筒为圆柱型的筒状结构。
拉杆转子2为盘式拉杆转子，为已经成熟的现有技术，本装置适用于所有的盘式拉杆转子，因此，本实施例描述的只是盘式拉杆转子中的其中一种结构，但本发明并不局限于这一种结构。拉杆转子2包括轮盘组202和若干周向拉杆201，轮盘组202包括若干并排设置的相同粗糙度、相同大小的轮盘，每一个周向拉杆201的两端依次通过平垫圈、弹簧垫圈和螺母205将轮盘组202压紧，通过拧动螺母205可调整周向拉杆201的预紧力，本实施例对周向拉杆的个数不做限制。在本实施例，周向拉杆的个数为八个，由于在附图1中的装配图中空间有限，因此，附图1只画出了两个周向拉杆，省略其他六个周向拉杆。拉杆转子2搭设在支撑块104上的装配图如图4所示，拉杆转子2两端的轮盘直接搭在支撑块104的V型槽口10411上。
为了测试不同加工精度的轮盘对切向刚度的影响，设计了多种不同粗糙度等级的轮盘，拉杆转子2还包括若干不同粗糙度等级的轮盘组202，若干轮盘组202可替换地套设在若干周向拉杆201上。
本装置为了测试不同加工精度的轮盘对切向刚度的影响，设计了多种不同粗糙度等级的轮盘；为了测试不同拉杆201预紧力对切向刚度的影响，设定了多种不同的目标拉杆201预紧力。在进行拉杆转子2轮盘结合面切向刚度测试前，先选定同一种粗糙度等级的轮盘组装拉杆转子2，再拧紧拉杆转子2两端的螺母来施加设定的目标拉杆201预紧力。通过分析比较试验数据，就可以得出不同预紧力及不同粗糙度等级下的拉杆转子2轮盘结合面切向刚度的变化规律。
本发明提供一种测试轮盘结合面切向刚度的方法，包括以下步骤：
S1：将一组同种粗糙度等级轮盘的拉杆转子组装好后搭设在横梁的两支撑块上；
S2：移动横梁，使拉杆转子与上压头接触，保持计算机上显示的压力值为0kn，并将上压头两侧的数显千分表一和数显千分表二的测杆与轮盘外轮廓的最高点接触，确保接触良好，并将数显千分表一和数显千分表二的读数归零；
S3：给万能试验机一个初始压力，达到设定初始压力后停止加压并保持此压力值，读取并记录此时数显千分表一和数显千分表二的示数a1和a2；
S4：逐步上调万能试验机的压力值，并记录相应压力值对应的数显千分表一和数显千分表二的示数，按照上述操作不断对拉杆转子施加压力，直至拉杆转子的轮盘间出现滑移；请参考图5，计算机上压力值在30kn下拟合的图线，得到切向载荷——数显千分表示数关系式；
S5：将拉杆转子转动一角度，重复S2至S4；
S6：通过拧动拉杆一端的螺母以更改拉杆预紧力后，将拉杆转子重新搭设在两支撑块上，重复S2至S4；
S7：一组轮盘测试完后，更换下一组不同粗糙度等级的轮盘，重复S1至S6；
S8：将轮盘组拆卸下来，将校正套筒搭设在横梁的两支撑块上，重复S2至S5的操作，数显千分表示数一和数显千分表二的示数b1和b2；
S9：计算拉杆转子轮盘结合面切向接触刚度kt，包括以下步骤：
S901：由于不能精准控制拉杆转子及校正套筒与万能试验机上压头的接触距离，故而数显千分表一和数显千分表二均存在一个测量误差，定义其为初始接触误差，
通过数显千分表一的示数a1计算得到拉杆转子整体实际形变量：
ω1＝a1-x1，
其中，x1数显千分表一测量拉杆转子的初始接触误差；
通过数显千分表二的示数a2计算得到拉杆转子整体实际形变量：
ω2＝a2-x2，
其中，x2为数显千分表二测量拉杆转子的初始接触误差；
通过数显千分表一的示数b1计算得到校正套筒实际形变量：
μ1＝b1-y1，
其中，y1为数显千分表一测量校正套筒的初始接触误差；
通过数显千分表二的示数b2计算得到校正套筒实际形变量：
μ2＝b2-y2，
其中，y2为数显千分表二测量校正套筒的初始接触误差；
S902：为了使测量更加准确，尽可能排除测量误差，将拉杆转子旋转一定角度，再进行多次切向加载，所以对上述计算得到的实际形变量再求多次切向加载的平均变形量，分别记作
Figure GDA0002111313120000091
平均变形量
Figure GDA0002111313120000092
计算得到的拉杆转子3轮盘结合面的实际形变量：
Figure GDA0002111313120000093
平均变形量计算得到的拉杆转子3轮盘结合面的实际形变量：
Figure GDA0002111313120000095
从而得到一个结合面的平均形变量δ，关系式如下：
Figure GDA0002111313120000096
定义拉杆转子轮盘结合面切向接触刚度为kt，其关系式如下：
kt＝F/2δ
式中：F为施加在被压试样的切向载荷，此F值为计算机上直接显示的压力传感器的压力值。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (7)

1.一种测试轮盘结合面切向刚度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将一组同种粗糙度等级轮盘的拉杆转子组装好后搭设在两支撑块上；
S2：移动横梁，使拉杆转子与上压头接触，保持计算机上显示的压力值为0kN，并将上压头两侧的数显千分表一和数显千分表二的测杆与轮盘外轮廓的最高点接触，确保接触良好，并将数显千分表一和数显千分表二的读数归零；
S3：给万能试验机一个初始压力，达到设定初始压力后停止加压并保持此压力值，读取并记录此时数显千分表一和数显千分表二的示数a1和a2；
S4：逐步上调万能试验机的压力值，并记录相应压力值对应的数显千分表一和数显千分表二的示数，按照上述操作不断对拉杆转子施加压力，直至拉杆转子的轮盘间出现滑移；
S5：将拉杆转子转动一角度，重复S2至S4；
S6：通过拧动拉杆一端的螺母以更改拉杆预紧力后，将拉杆转子重新搭设在两支撑块上，重复S2至S4；
S7：一组轮盘测试完后，更换下一组不同粗糙度等级的轮盘，重复S1至S6；
S8：将轮盘组拆卸下来，将校正套筒搭设在两支撑块上，重复S2至S5的操作，数显千分表示数一和数显千分表二的示数b1和b2；
S9：计算拉杆转子轮盘结合面切向接触刚度kt，包括以下步骤：
S901：由于不能精准控制拉杆转子及校正套筒与万能试验机上压头的接触距离，故而数显千分表一和数显千分表二均存在一个测量误差，定义其为初始接触误差，
通过数显千分表一的示数a1计算得到拉杆转子整体实际形变量：
ω1＝a1-x1，
其中，x1数显千分表一测量拉杆转子的初始接触误差；
通过数显千分表二的示数a2计算得到拉杆转子整体实际形变量：
ω2＝a2-x2，
其中，x2为数显千分表二测量拉杆转子的初始接触误差；
通过数显千分表一的示数b1计算得到校正套筒实际形变量：
μ1＝b1-y1，
其中，y1为数显千分表一测量校正套筒的初始接触误差；
通过数显千分表二的示数b2计算得到校正套筒实际形变量：
μ2＝b2-y2，
其中，y2为数显千分表二测量校正套筒的初始接触误差；
S902：为了使测量更加准确，尽可能排除测量误差，将拉杆转子旋转一定角度，再进行多次切向加载，所以对上述计算得到的实际形变量再求多次切向加载的平均变形量，分别记作
Figure FDA0002238933530000021
平均变形量
Figure FDA0002238933530000022
计算得到的拉杆转子3轮盘结合面的实际形变量：
平均变形量
Figure FDA0002238933530000024
计算得到的拉杆转子3轮盘结合面的实际形变量：
Figure FDA0002238933530000025
从而得到一个结合面的平均形变量δ，关系式如下：
Figure FDA0002238933530000026
定义拉杆转子轮盘结合面切向接触刚度为kt，其关系式如下：
kt＝F/2δ
式中：F为施加在被压试样的切向载荷，此F值为计算机上直接显示的压力传感器的压力值。
2.一种实施权利要求1所述的方法的测试轮盘结合面切向刚度的装置，其特征在于，包括万能试验机、拉杆转子、数显千分表一、数显千分表二和计算机，所述万能试验机上的压力传感器通过数据线与计算机连接，所述万能试验机还包括机架，所述机架的顶部设有上压头，所述数显千分表一和数显千分表二位于所述上压头的两侧，所述机架的中部设有可移动的横梁，所述横梁上间隔设置两支撑块，所述拉杆转子水平搭设在两支撑块上，所述拉杆转子位于所述上压头的正下方，在测试时，移动横梁，使所述拉杆转子的轮盘与上压头接触，此时计算机上显示的压力值为0kN，分居在上压头两侧的数显千分表一和数显千分表二的测杆均与所述轮盘外轮廓的最高点接触，并且读数归零，然后逐步设置万能试验机的压力，直至轮盘间出现滑移；
还包括一校正套筒，所述拉杆转子从所述横梁上拿下并将所述校正套筒搭设在横梁上进行压力测试；
所述拉杆转子包括轮盘组和若干周向拉杆，所述轮盘组包括若干并排设置的相同粗糙度、相同大小的轮盘，每根周向拉杆的两端依次通过平垫圈、弹簧垫圈和螺母将轮盘组压紧，通过拧动螺母可调整周向拉杆的预紧力。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述拉杆转子还包括若干不同粗糙度等级的轮盘组，若干轮盘组根据测试需要可替换地套设在若干周向拉杆上。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述数显千分表一通过磁性表座一吸附在所述万能试验机上，所述数显千分表二通过磁性表座二吸附在所述万能试验机上。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，两支撑块通过一T型槽体设置在所述横梁上，所述T型槽体固定设置在所述横梁上，所述T型槽体的上端设置一T型槽，所述T型槽包括上层宽口的上槽部和下层窄口的下槽部，两支撑块通过螺栓对称设置在所述T型槽的上槽部。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述支撑块为L型，所述支撑块的上端部开设一V型槽口，所述拉杆转子水平搭设在两V型槽口上。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述支撑块包括一体制成的纵向板和横向板，所述横向板上设置两螺纹孔，所述横向板通过T型螺栓穿过螺纹孔紧固在T型槽体上，所述纵向板的上端部开设有V型槽口。
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