CN111693389A - 叶盘激振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种叶盘激振装置，叶盘激振装置包括：波形发生器(2)；移相器(3)，与所述波形发生器(2)连接，用于将所述波形发生器(2)所产生的波转换成具有预定的相位差的一组波；以及激振部件(7)，与所述移相器(3)连接，用于将经所述移相器(3)调节相位后的波作用于叶盘(9)。应用本申请的技术方案，移相器用于将所述波形发生器所产生的波转换成具有预定的相位差的一组波，与采用多个波形发生器得到的激振波相比，移相器所产生的一组波具有更好的一致性，从而能够更加精确地模拟发动机的工作状态。

Description

叶盘激振装置
技术领域
本发明涉及航空发动机叶盘检测设备领域，具体而言，涉及一种叶盘激振装置。
背景技术
在航空发动机设计和分析中，理想的叶盘结构是一个周期对称部件，即叶盘的每一个扇区都是完全一致的。而在实际中，由于材料的分散性、加工和制造的误差、使用磨损等各种原因，造成叶盘扇区结构间存在微小的差异，导致结构动力学上的“失谐”。失谐状态下的叶盘，其周期对称性遭到了破坏，叶盘系统的动力学特性发生改变，可能造成受迫振动响应局部化，振动响应的幅值放大，从而降低叶片的高周疲劳寿命，导致叶片的高周疲劳失效。随着整体叶盘技术应用的推广，叶盘系统的结构阻尼大为降低，因此更容易发生振动响应过大的问题。
叶盘结构所受到的受迫振动源主要来自于叶盘旋转过程中转子叶片之间或转子与静子间的相互作用。在沿叶盘周向分布的流场中，n个均匀分布的阻碍会激起n倍频的激励，每一个激励即一个行波，这n个行波具有完全一致的波形，行波间存在均匀的相位差。
为了更好地了解失谐叶盘动力学特性，需要通过试验测量叶片在行波振动激励下的振动响应。通过振动试验结果与分析结果的对比，得到叶片在失谐状态下的应力，从而更准确地评估叶片的高周疲劳寿命。在试验中，需要避免试验设备本身对叶片状态的影响。同时，由于叶盘的失谐具有随机性，在设计时需要进行大量的试验，以获得具有统计意义的数据，因此，试验一致性问题也需要得到保证。
在研究失谐叶盘振动响应的过程中，需要通过试验模拟叶盘所受到的行波振动，获得发动机叶片在倍频激励下的动力学响应，并以此为基础评估叶片的高周疲劳寿命。然而发动机实际运行过程中，叶盘的转速极高，这对试验过程的安全性、激振的稳定性、数据的准确性和一致性都提出了很高的要求。
发明内容
本发明旨在提供一种更加精确的模拟航空发动机的叶盘的工作状态下的振动的叶盘激振装置。
根据本发明实施例的一个方面，本发明提供了一种叶盘激振装置，叶盘激振装置包括：
波形发生器；
移相器，与波形发生器连接，用于将波形发生器所产生的波转换成具有预定的相位差的一组波；以及
激振部件，与移相器连接，用于将经移相器调节相位后的波作用于叶盘。
可选地，叶盘激振装置还包括连接在移相器和激振部件之间的功率放大器。
可选地，叶盘激振装置还包括连接在移相器和激振部件之间的阻抗匹配器。
可选地，叶盘激振装置还用于承载叶盘的支座，激振部件可沿支座的径向调节位置。
可选地，叶盘激振装置还用于承载叶盘的支座，激振部件可沿支座的周向调节位置。
可选地，叶盘激振装置还用于承载叶盘的支座，叶盘激振装置包括沿支座的周向布置的多个激振部件，激振部件的数量可调。
可选地，叶盘激振装置还包括用于承载激振部件的承载部，承载部包括沿所支座的径向延伸的导轨，激振部件可移动地设置在导轨上。
可选地，导轨可沿支座的周向调节位置。
可选地，承载部还包括用于支撑导轨的承载架，导轨与承载架可拆卸地连接。
可选地，承载架包括套设在支座的外周的第一环状部件和套设在第一环状部件的外周的第二环状部件，导轨的第一端与第一环状部件连接，导轨的第二端与第二环状部件连接。
可选地，
导轨的第一端可沿第一环状部件移动；或
导轨的第二端可沿第二环状部件移动。
可选地，激振部件为非接触式的。
应用本申请的技术方案，移相器用于将所述波形发生器所产生的波转换成具有预定的相位差的一组波，与采用多个波形发生器得到的激振波相比，移相器所产生的一组波具有更好的一致性，从而能够更加精确地模拟发动机的工作状态。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明的实施例的叶盘激振装置的结构示意图；
图2示出了本发明的实施例的叶盘和承载叶盘的支座的结构示意图；
图3示出了本发明的实施例的叶盘激振装置的承载部件的结构示意图；以及
图4示出了本发明的实施例的叶盘激振装置的局部放大图。
图中：
1、控制器；2、波形发生器；3、移相器；4、功率放大器；5、阻抗匹配器；6、承载部；62、导轨；63、滑槽；64、第二环状部件；65、支腿；66、滑块；7、激振部件；8、第二线缆；9、叶盘；91、叶片；10、支座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例中涉及到技术术语：
失谐：由于材料分散性、加工误差、使用中的不均匀磨损等因素造成的转子叶盘各扇区间的微小差别，称为失谐。
行波振动：在旋转机械中，行波振动是指机械波沿周期对称的部件周向连续传播所形成的振动。
倍频激励：倍频激励是指叶盘在每旋转一圈时，流场中的阻碍所产生的等效的行波激励。
如图1所示，本实施例的叶盘激振装置包括波形发射器2、与波形发生器2连接的移相器3和与移相器3连接的激振部件7。
波形发生器2用于产生作用于叶盘9的振动波，以便于模拟叶盘9在旋转状态下所受的倍频激励。移相器用于将由波形发生器2得到的单一激振波转换成为一组具有相位差为θ＝2π(C/N)的波(其中，C为倍频数，N为叶片数)，并保证了这些波的波形一致。与采用多个波形发生器2得到的激振波相比，具有更好的一致性
本实施例的叶盘激振装置还包括控制器1。控制器1与波形发生器2通过第一线缆连接，控制器1用于控制波形发生器2所产生的波的波长、频率和振幅等参数。控制器1与移相器3通过第二线缆8连接，控制器1可以控制移相器3调节行波振动的相位差，以模拟不同倍频的振动。
本实施例中，控制器1为计算机。
激振部件7用于将经移相器3调节相位后的振动波作用于叶盘9。本实施例的激振部件7为非接触式的电磁激振式的激振头，因此无需在叶盘9的叶片91上粘贴压电片等附加部件，因此可降低由激振设备本身引发的失谐干扰。
叶盘激振装置还包括连接在移相器3和激振部件7之间的功率放大器4。叶盘激振装置还包括连接在激振部件7和功率放大器4之间的阻抗匹配器5。
激振部件7为多个，多个激振部件7沿叶盘9的周向布置。多个激振部件7与叶盘9的叶片91一一对应地设置。
参见图1，波形发生器2的一端连接控制器1，另一端连接移相器3。从移相器3输出的具有相同相位差的一组信号，经过功率放大器4和阻抗匹配器5后，输出到每一个激振部件7上。在控制器1中定义所需要的波形、叶片数N和行波数C，波形发生器2将首先产生一个正弦/余弦波，经过移相器3以后，输出N个相位差为2π(C/N)的正弦/余弦波。
如图2所示，叶盘激振装置还包括用于承载叶盘9的支座10，激振部件7可沿支座10的径向调节位置，以根据叶盘9的叶片91的尺寸调节位置。
激振部件7还可沿支座10的周向调节位置，以根据叶盘9的相邻两个叶片91之间的间距调节激振部件7在叶盘9的周向上的位置，从而使的激振部件7与相应的叶片91位于叶盘9的周向上的同一角度。
进一步地，激振部件7的数量可很据叶盘9的叶片91的数量进行调整。
如图3和4所示，叶盘激振装置还包括用于承载激振部件7的承载部6。承载部6包括沿支座10的径向延伸的导轨62，激振部件7可移动地设置在导轨62上，以调整激振部件7在支座10的径向上的位置。
导轨62上设置有沿支座10的径向延伸的滑槽63，承载部6还包括可移动地设置在滑槽63中的滑块66。承载部6还包括用于驱动滑块66在滑槽63中移动的螺纹驱动机构。滑块66上设置有与螺纹驱动机构相适配的螺纹。
导轨62与激振部件7一一对应地布置，激振部件7安装在相应的导轨62上。激振部件7可沿相应的导轨62移动，以调整激振部件7在支座10的径向上的位置。
承载部6还包括用于承载导轨62的承载架，导轨62与承载架可拆卸地连接，以便于调整激振部件7的数量。承载部6还包括用于支撑承载架的支腿65。
承载架包括套设在支座10的外周的第一环状部件61和套设在第一环状部件61的外周的第二环状部件64，导轨62的第一端与第一环状部件61连接，导轨61的第二端与第二环状部件64连接。
导轨62的第一端可沿第一环状部件61移动；或导轨62的第二端可沿第二环状部件64移动。导轨62沿第一环状部件61或第二环状部件62移动，从而携带激振部件7沿叶盘9的周向调整位置。
第一环状部件61设置有用于引导导轨62的第一端沿第一环状部件61移动的滑槽，或者第二环状部件64设置有用于引导导轨62的第二端沿第二环状部件64移动的滑槽。
激振部件7和导轨62的数量均由叶盘9的叶片91的数量决定。激振部件7和导轨62在叶盘9的周向的分布情况也由叶片91在叶盘9的周向上的分布情况决定，以使激振部件7与相应的叶片91相对应。
承载部6还包括用于将导轨62固定在叶盘9的周向上的预定位置的固定部件，固定部件包括紧固螺栓。
由此可见，导轨62与承载架可拆卸地连接，以便于根据叶盘9的叶片91的数量调整导轨62和激振部件7数量。导轨62可沿第一环状部件61或第二环状部件64移动，以根据叶片91在叶盘9的周向上的分布调整导轨62和激振部件7在叶盘9的周向上的分布。激振部件7可沿相应的导轨62移动，以根据叶片91的尺寸调整激振部件7在叶盘9的径向上的位置。因此，本实施例的叶盘激振装置可适用于多种型号的叶盘9。
本发明的有益效果：
1.本发明的叶盘激振装置可以通过对静止状态的叶盘9进行行波振动试验，模拟发动机叶盘9在高速旋转状态下所受到的倍频激励，试验的难度和费用大为降低。
2.本发明的的行叶盘激振装置可以对具有不同尺寸或不同叶片数的叶盘9进行测试，也可以模拟任意倍频的行波振动，具有很高的灵活性。
3.本发明的叶盘激振装置采用非接触式的电磁激振方式，可降低试验设备本身造成失谐所引发的干扰。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种叶盘激振装置，其特征在于，包括：
波形发生器(2)；
移相器(3)，与所述波形发生器(2)连接，用于将所述波形发生器(2)所产生的波转换成具有预定的相位差的一组波；以及
激振部件(7)，与所述移相器(3)连接，用于将经所述移相器(3)调节相位后的波作用于叶盘(9)。
2.根据权利要求1所述的叶盘激振装置，其特征在于，还包括连接在所述移相器(3)和所述激振部件(7)之间的功率放大器(4)。
3.根据权利要求1所述的叶盘激振装置，其特征在于，还包括连接在所述移相器(3)和所述激振部件(7)之间的阻抗匹配器(5)。
4.根据权利要求1所述的叶盘激振装置，其特征在于，还用于承载所述叶盘(9)的支座(10)，所述激振部件(7)可沿所述支座(10)的径向调节位置。
5.根据权利要求1所述的叶盘激振装置，其特征在于，还用于承载所述叶盘(9)的支座(10)，所述激振部件(7)可沿所述支座(10)的周向调节位置。
6.根据权利要求1所述的叶盘激振装置，其特征在于，还用于承载所述叶盘(9)的支座(10)，叶盘激振装置包括沿所述支座(10)的周向布置的多个激振部件(7)，所述激振部件(7)的数量可调。
7.根据权利要求4至6中共任一项所述的叶盘激振装置，其特征在于，还包括用于承载所述激振部件(7)的承载部(6)，所述承载部(6)包括沿所支座(10)的径向延伸的导轨(62)，所述激振部件(7)可移动地设置在所述导轨(62)上。
8.根据权利要求7所述的叶盘激振装置，其特征在于，所述导轨(62)可沿所述支座(10)的周向调节位置。
9.根据权利要求7所述的叶盘激振装置，其特征在于，所述承载部(6)还包括用于支撑所述导轨(62)的承载架，所述导轨(62)与所述承载架可拆卸地连接。
10.根据权利要求9所述的叶盘激振装置，其特征在于，所述承载架包括套设在所述支座(10)的外周的第一环状部件(61)和套设在所述第一环状部件(61)的外周的第二环状部件(64)，所述导轨(62)的第一端与所述第一环状部件(61)连接，所述导轨(61)的第二端与第二环状部件(64)连接。
11.根据权利要求10所述的叶盘激振装置，其特征在于，
所述导轨(62)的第一端可沿所述第一环状部件(61)移动；或
所述导轨(62)的第二端可沿所述第二环状部件(64)移动。
12.根据权利要求1所述的叶盘激振装置，其特征在于，所述激振部件(7)为非接触式的。
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