CN109612663B - 一种旋转高频交变气流激励试验装置 - Google Patents

Abstract

一种旋转高频交变气流激励试验装置，包括驱动系统、旋转交变气流发生装置和气源系统，采用前置储气箱对压缩气体进行存贮，增加进气量，避免进气量不足缺陷；采用转盘圆周表面布置方式，并结合篦齿密封，避免气体泄露，提高压缩气体使用效率；采用主轴和箱体主、辅进气孔以及主轴椭圆腰孔、箱体锥孔等结构形式，气体流动顺畅，保证气体具有足够的能量；实现了高效、高强度的模拟气流高频交变激励；喷嘴位置与旋转中心重合，有利于试验件的布置，结构更加紧凑。

Description

一种旋转高频交变气流激励试验装置

技术领域

本发明涉及力学激振试验设备领域。

背景技术

燃气涡轮发动机内叶片等零部件在设计过程中和应用之前，需要对其进行振动试验，以探知零件结构的固有特性和振动响应特性。目前通常采用电动振动台对叶片进行疲劳试验。然而叶片等零部件实际处在交变气体激励环境中，气体与叶片间存在复杂耦合关系，如气体粘滞对叶片振动的影响，采用电动振动台往往难以模拟叶片的气体激励实际工作环境，也是不能激发由于耦合影响产生的一些特殊振动性能，导致振动测试数据与实际情况存在很大误差，因此迫切需要一种交变气流激励试验装置，模拟气流高频交变激励的激励环境。

目前，一些厂家或专家提出了一些气体激励装置，如专利一种气流激振试验设备(专利号ZL201320754575.3)一个绕自身轴线旋转的转盘端面设置呈环形分布的复数通孔，使压缩气流供给装置间歇透过转盘并以脉冲方式冲击被测试叶片。然而这种试验装备一方面压缩气流的供给前端没有气流存储装置，导致通过气管的气流不足，另一方面由于转盘上通孔限制导致气流大部分被转盘其他区域阻挡，而且旋转转盘端面难以构建密封，这就导致气流大部分损失，通过转盘圆孔的气流较少，激励力不足，效率低，而且，所采用装置喷嘴位置偏离旋转中心的一段距离，导致结构不够紧凑。在上述专利的基础上，东北大学提出了纤维增强复合薄壁构件的高频气激试验装置(专利号ZL201610091215.8)，在底座上还设置有能够上下移动的活动架，在活动架上设置有气流换向器，在活动架上设置有气流换向器，在气流换向器的下方的底座上设置有实验台，模拟纤维增强复合薄壁构件复合激励，然而依然沿用专利一种气流激振试验设备(专利号ZL201320754575.3)的结构形式，因此依然存在激励力不足、效率不高等一些固有问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有前置气体存贮、转盘周向表面交变、高效密封的旋转高频交变气流激励试验装置，实现高效、高强度气流高频交变激励的模拟。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种旋转高频交变气流激励试验装置，包括驱动系统、旋转交变气流发生装置和气源系统，旋转交变气流发生装置包括交变气流发生主轴、发生装置上箱体、发生装置下箱体、支撑座、支撑轴承、前置储气箱和气嘴，两个支撑座固定安装于生装置上箱体和发生装置下箱体两侧，发生装置上箱体上部安装气源系统的前置储气箱，前置储气箱上部连接气管；发生装置上箱体中心处设有箱体进气孔；交变气流发生主轴中部为转盘，交变气流发生主轴两端分别贯穿两侧支撑座安装，交变气流发生主轴上位于转盘两侧对称安装支撑轴承，交变气流发生主轴通过两侧支撑轴承安装于两侧支撑座上，交变气流发生主轴一端连接驱动系统，交变气流发生主轴另一端安装气嘴；交变气流发生主轴的转盘内均匀分布主轴进气孔，主轴进气孔的中心线与交变气流发生主轴的中心线垂直，主轴进气孔和主轴中心孔贯通连接，主轴中心孔位于交变气流发生主轴中心线上，主轴中心孔深度至主轴进气孔；主轴进气孔与箱体进气孔位置对应安装。

所述交变气流发生主轴的转盘外缘上位于主轴主进气孔两侧设有对称的篦齿，发生装置上箱体和发生装置下箱体内侧分别设有与篦齿相匹配的箱体篦齿凹槽，篦齿为转盘圆周表面的锥形凸起。

所述发生装置上箱体上部中心处设有主进气孔，发生装置上箱体内位于主进气孔下部中心重合设有箱体辅进气孔；交变气流发生主轴的转盘外侧圆周上均匀分布主轴主进气孔，主轴主进气孔的中心线与交变气流发生主轴的中心线垂直，主轴主进气孔内部为主轴辅进气孔，主轴辅进气孔与主轴主进气孔和主轴中心孔贯通连接，主轴中心孔位于交变气流发生主轴中心线上，主轴中心孔深度至主轴辅进气孔；主轴主进气孔与箱体辅进气孔位置对应安装。

所述驱动系统和旋转交变气流发生装置安装于底台上，底台上设有T形槽，T形槽内安装被试件及夹具系统。

所述交变气流发生主轴一端为主轴驱动系统连接端，交变气流发生主轴另一端为设有内螺纹的喷嘴安装孔，交变气流发生主轴上对称设有支撑轴承安装端。

所述驱动系统由驱动电机和联轴器构成，驱动电机通过联轴器连接交变气流发生主轴的主轴驱动系统连接端，所述驱动电机为变频电机或伺服电机。

所述支撑轴承为滚动轴承或滑动轴承。

所述箱体主进气孔为锥形结构，主轴主进气孔为长形腰孔结构。

所述发生装置上箱体和发生装置下箱体两侧构成阶梯孔式结构的箱体支撑座安装孔，支撑座安装于箱体支撑座安装孔内。

所述前置储气箱下部连接面与发生装置上箱体的上部连接面之间设有密封圈。

本发明的旋转高频交变气流激励试验装置，采用前置储气箱对压缩气体进行存贮，增加进气量，避免进气量不足缺陷；采用转盘圆周表面布置方式，并结合篦齿密封，避免气体泄露，提高压缩气体使用效率；采用主轴和箱体主、辅进气孔以及主轴椭圆腰孔、箱体锥孔等结构形式，气体流动顺畅，保证气体具有足够的能量；实现了高效、高强度的模拟气流高频交变激励；喷嘴位置与旋转中心重合，有利于试验件的布置，结构更加紧凑。

附图说明

图1是本发明旋转高频交变气流激励试验装置总体结构图。

图2是本发明旋转交变气流发生装置主剖视图。

图3是本发明旋转交变气流发生装置三维爆炸图。

图4是本发明交变气流发生主轴主剖视图。

图5是本发明交变气流发生主轴A-A剖视图。

图6是本发明交变气流发生主轴三维轴侧图。

图7是本发明旋转交变气流发生装置上下箱体剖视图。

图8是本发明图2中A部分在交变气流发生主轴与上箱体配合通气状态的局部放大图。

图9是本发明图2中A部分在交变气流发生主轴与上箱体配合闭气状态的局部放大图。

图中：1、驱动系统，2、旋转交变气流发生装置，3、被试件及其夹具系统，4、底台，5、气源系统，6、T形槽，21、交变气流发生主轴，22、发生装置上箱体，23、发生装置下箱体，24、支撑座，25、支撑轴承，26、前置储气箱，27、气嘴，211、主轴驱动系统连接端，212、支撑轴承安装端，213、转盘，214、篦齿，215、主轴主进气孔，216、主轴辅进气孔，217、主轴中心孔，218、喷嘴安装孔，221、箱体篦齿凹槽，222、箱体主进气孔，223、箱体辅进气孔，224、箱体支撑座安装孔。

具体实施方式

本发明的所述旋转高频交变气流激励试验装置如图1所示由驱动系统1、旋转交变气流发生装置2、被试件及其夹具系统3、底台4以及气源系统5组成，驱动系统1由驱动电机和联轴器组成，两者固定连接，其中驱动电机为变频电机或伺服电机，旋转交变气流发生装置2与驱动系统1连接，在一定转速范围内高速旋转，产生高频交变气流；被试件及其夹具系统3由被试件以及夹具组成，被试件固定安装于夹具上。底台4用于支撑并安装驱动系统1、旋转交变气流发生装置2、被试件及其夹具系统3；底台4设有长形T形槽，用于调整被试件及其夹具系统3与喷嘴的相对距离。气源系统5由空气压缩机提供气源，并通过气管将压缩空气输入到旋转交变气流发生装置2上。

旋转交变气流发生装置2结构如图2和图3所示，由交变气流发生主轴21、发生装置上箱体22、发生装置下箱体23、支撑座24、支撑轴承25、前置储气箱26和气嘴27等组成。发生装置箱体为分体式结构，分别为发生装置上箱体22和发生装置下箱体23；支撑座24为两个，采用螺栓固定连接分别安装于发生装置上箱体22和发生装置下箱体23的两侧面；左右两侧支撑座24内部各装有支撑轴承25，支撑轴承25为滚动轴承或滑动轴承，优先选用滚动轴承；交变气流发生主轴21贯穿安装于发生装置上箱体22、发生装置下箱体23内，并安装在支撑轴承25上，同时交变气流发生主轴21一侧端部的主轴驱动系统连接端211与驱动系统1中的联轴器相连接，驱动系统1驱动交变气流发生主轴21旋转；气嘴27采用螺栓连接方式安装于交变气流发生主轴21的另一侧端部的喷嘴安装孔218内，气嘴27方便更换，且为多种结构形式，用于不同气流形式的激励的产生；前置储气箱26固定安装于发生装置上箱体22上部端面，前置储气箱26上部有螺纹孔，用于连接气管，接入压缩气体，且前置储气箱26下部连接面与发生装置上箱体22的上部连接面之间内置密封圈用于保证密封。

交变气流发生主轴21结构如图4-6所示，由主轴驱动系统连接端211、支撑轴承安装端212、转盘213、篦齿214、主轴主进气孔215、主轴辅进气孔216和主轴中心孔217以及喷嘴安装孔218等结构特征组成。主轴驱动系统连接端211在交变气流发生主轴21一侧端部，用于安装驱动系统1中联轴器；支撑轴承安装端212为两侧对称式结构，用于安装左右两支撑轴承25；转盘213位于交变气流发生主轴21中部，整个交变气流发生主轴21为阶梯式结构，转盘213直径要大于其他结构特征；篦齿214为转盘213圆周表面的多个锥形凸起，用于交变气流发生主轴21与发生装置箱体间的气体轴向密封；主轴主进气孔215位于转盘213圆周表面及对称篦齿214中间周向布置多个孔，且孔的中心线与交变气流发生主轴21中心线垂直，采用长形腰孔结构，增加进气量；主轴辅进气孔216位于主轴主进气孔215内部，且贯通至交变气流发生主轴21中部中心线，个数与主轴主进气孔215个数相同；主轴中心孔217位于交变气流发生主轴21中心线上，深度至主轴辅进气孔216，使两气孔贯通；所述螺纹孔218位于交变气流发生主轴21的端部，中心与主轴中心孔217重合，用于安装气嘴27；为了减小气流流动过程中扰流影响，主轴中心孔217直径与气嘴27内孔直径相同。

发生装置上箱体22和发生装置下箱体23结构如图2、图3和图5所示，为分体式结构，方便交变气流发生主轴21安装与拆卸；发生装置上箱体22的上端面具有箱体锤形主进气孔222，箱体锤形主进气孔222为锥形结构，用于增大进气量，使气体流动更加顺畅；箱体辅进气孔223与箱体锤形主进气孔222中心重合，且为通孔。发生装置上箱体22和发生装置下箱体23组装后形成几处周向封闭的篦齿凹槽221以及箱体支撑座安装孔224，其中篦齿凹槽221数量与交变气流发生主轴21的篦齿214相同，箱体支撑座安装孔224为阶梯孔式结构，用于固定安装支撑座24。

如图8和图9所示，交变气流发生主轴21的转盘213与发生装置上箱体22和发生装置下箱体23之间均存在小间隙，交变气流发生主轴21的篦齿214与发生装置箱体的篦齿凹槽221配合并存在小间隙，共同构成交变气流发生装置的气体轴向密封，防止气体的轴向泄露；箱体辅进气孔223与交变气流发生主轴21的主轴辅进气孔216轴线重合。当主轴主进气孔215旋转到与箱体辅进气孔223重合后，气流通过箱体辅进气孔223进入主轴主进气孔215，气流能够产生冲击激励作用；当主轴主进气孔215旋转到与箱体辅进气孔223错开后，气流不能通过箱体辅进气孔223进入主轴主进气孔215，气流不能产生冲击激励作用。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种旋转高频交变气流激励试验装置，其特征在于：包括驱动系统(1)、旋转交变气流发生装置(2)和气源系统(5)，旋转交变气流发生装置(2)包括交变气流发生主轴(21)、发生装置上箱体(22)、发生装置下箱体(23)、支撑座(24)、支撑轴承(25)、前置储气箱(26)和气嘴(27)，两个支撑座(24)固定安装于发生装置上箱体(22)和发生装置下箱体(23)两侧，发生装置上箱体(22)上部安装气源系统(5)的前置储气箱(26)，前置储气箱(26)上部连接气管；发生装置上箱体(22)中心处设有箱体进气孔；交变气流发生主轴(21)中部为转盘(213)，交变气流发生主轴(21)两端分别贯穿两侧支撑座(24)安装，交变气流发生主轴(21)上位于转盘(213)两侧对称安装支撑轴承(25)，交变气流发生主轴(21)通过两侧支撑轴承(25)安装于两侧支撑座(24)上，交变气流发生主轴(21)一端连接驱动系统(1)，交变气流发生主轴(21)另一端安装气嘴(27)；交变气流发生主轴(21)的转盘(213)内均匀分布主轴进气孔，主轴进气孔的中心线与交变气流发生主轴(21)的中心线垂直，主轴进气孔和主轴中心孔(217)贯通连接，主轴中心孔(217)位于交变气流发生主轴(21)中心线上，主轴中心孔(217)深度至主轴进气孔，主轴中心孔(217)连接气嘴(27)；主轴进气孔与箱体进气孔位置对应安装；交变气流发生主轴(21)的转盘(213)外缘上位于主轴主进气孔(215)两侧设有对称的篦齿(214)，发生装置上箱体(22)和发生装置下箱体(23)内侧分别设有与篦齿(214)相匹配的箱体篦齿凹槽(221)。

2.根据权利要求1所述的一种旋转高频交变气流激励试验装置，其特征在于：所述篦齿(214)为转盘(213)圆周表面的锥形凸起。

3.根据权利要求1所述的一种旋转高频交变气流激励试验装置，其特征在于：所述发生装置上箱体(22)上部中心处设有主进气孔(22)，发生装置上箱体(22)内位于箱体主进气孔(222)下部中心重合设有箱体辅进气孔(223)；交变气流发生主轴(21)的转盘(213)外侧圆周上均匀分布主轴主进气孔(215)，主轴主进气孔(215)的中心线与交变气流发生主轴(21)的中心线垂直，主轴主进气孔(215)内部为主轴辅进气孔(216)，主轴辅进气孔(216)与主轴主进气孔(215)和主轴中心孔(217)贯通连接，主轴中心孔(217)位于交变气流发生主轴(21)中心线上，主轴中心孔(217)深度至主轴辅进气孔(216)；主轴主进气孔(215)与箱体辅进气孔(223)位置对应安装。

4.根据权利要求1所述的一种旋转高频交变气流激励试验装置，其特征在于：所述驱动系统(1)和旋转交变气流发生装置(2)安装于底台(4)上，底台(4)上设有T形槽(6)，T形槽(6)内安装被试件及夹具系统(3)。

5.根据权利要求1所述的一种旋转高频交变气流激励试验装置，其特征在于：所述交变气流发生主轴(21)一端为主轴驱动系统连接端(211)，交变气流发生主轴(21)另一端为设有内螺纹的喷嘴安装孔(218)，交变气流发生主轴(21)上对称设有支撑轴承安装端(212)。

6.根据权利要求5所述的一种旋转高频交变气流激励试验装置，其特征在于：所述驱动系统(1)由驱动电机和联轴器构成，驱动电机通过联轴器连接交变气流发生主轴(21)的主轴驱动系统连接端(211)，所述驱动电机为变频电机或伺服电机。

7.根据权利要求1的一种旋转高频交变气流激励试验装置，其特征在于：所述支撑轴承(25)为滚动轴承或滑动轴承。

8.根据权利要求3的一种旋转高频交变气流激励试验装置，其特征在于：所述箱体主进气孔(222)为锥形结构，主轴主进气孔(215)为长形腰孔结构。

9.根据权利要求1的一种旋转高频交变气流激励试验装置，其特征在于：所述发生装置上箱体(22)和发生装置下箱体(23)两侧构成阶梯孔式结构的箱体支撑座安装孔(224)，支撑座(24)安装于箱体支撑座安装孔(224)内。

10.根据权利要求1的一种旋转高频交变气流激励试验装置，其特征在于：所述前置储气箱(26)下部连接面与发生装置上箱体(22)的上部连接面之间设有密封圈。

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