CN113514216B - 一种实现金属波纹管组件干湿模态试验的装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现金属波纹管组件干湿模态试验的装置,使用质量压板的重量替代实际产品中波纹管组件内外的气液腔压差、利用弹性气囊的变形实现金属波纹管组件整体轴向伸缩时的位移量变化需求,通过运动封头承受质量压板的重力和弹性气囊的变形,实现金属波纹管组件干湿态下的压缩位移量差别及模态振动时轴向伸缩位移量变化需求。本发明同时公开了利用所述装置进行干湿模态试验的方法。本发明可以进行金属波纹管组件这类横向刚度小、挠度大、质量轻的薄壁对称结构的干湿模态试验,获得较为可靠的模态阻尼、振型和固有频率,为后续金属波纹补偿器、金属膜盒式蓄压器结构设计和随机、正弦振动下的疲劳寿命计算奠定基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种可实现金属波纹管组件干湿模态试验的装置及试验方法,属于稳压与减震设计领域。
背景技术
金属波纹补偿器和金属膜盒式蓄压器是应用较为广泛的工质调节装置,广泛使用于石化、电力、煤气及舰船等行业。这类工质调节装置主要构件一般由筒体外壳和金属波纹管组件组成,筒体外壳和金属波纹管组件外壁之间构成一个密封腔,金属波纹管组件内壁构成另外一个密封腔。根据不同密封腔体内工质的压差变化调节工质的挤出量,进而实现对系统工质的调节作用。
金属波纹管组件是金属波纹补偿器及金属膜盒式蓄压器这类装置的核心部件。以金属波纹补偿器为例,在金属波纹补偿器中金属波纹管组件是整个金属波纹补偿器气液腔的分界,隔离气液的接触防止气液互溶。金属波纹管组件和筒体外壳之间单边间隙为15mm,除此之外波纹管组件的挠度较大、横向刚度较小。因此在金属波纹补偿器进行模态试验时,由于波纹管组件受到外部干扰激励后波纹管组件横向会摆动和碰撞,进而对后续模态试验结果采集造成影响。金属膜盒式蓄压器进行模态试验时,也存在上述问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供一种实现金属波纹管组件干湿模态试验的装置及试验方法。
本发明的技术解决方案是:
一种实现金属波纹管组件干湿模态试验的装置,包括运动封头、质量压板、运动环、金属膜片组、下压板、接嘴封头、接管嘴、刚性底座和弹性气囊;
运动环与运动封头通过氩弧焊接成为一体,运动环、金属膜片组与接嘴封头通过微束等离子焊依次焊接成为金属波纹管组件;质量压板放置于运动封头上端,且质量压板和运动封头之间放置一个弹性气囊;
下压板将接嘴封头压紧于刚性底座上端,下压板、接嘴封头和刚性底座通过螺栓固定;
运动封头、接嘴封头和金属膜片组之间形成封闭腔体;在接嘴封头的中心处设置有接管嘴。
所述装置为轴向对称结构。
金属膜片组由若干金属膜片焊接而成。
金属波纹管组件为薄壁结构。
所述的一种实现金属波纹管组件干湿模态试验的装置的干模态试验方法,包括如下步骤:
一、将所述装置的刚性底座通过螺栓固定于力学振动试验台上;
二、在质量压板和运动环上布置加速度测点,在金属波纹管组件周身上布置非接触性位移测点,在下压板上布置加速度测点;
质量压板和运动环上布置的加速度测点数量远远大于下压板上的加速度测点数量;质量压板和运动环上布置的加速度测点数量远远大于金属波纹管组件周身上布置的非接触性位移测点数量;
三、通过力学振动试验台对装置施加激励,使装置在所述激励下发生共振,采集各测点的数据,进而计算得到振型、固有频率和模态阻尼,完成干模态试验。
所述步骤二中,测点的位置按照如下方式确定:
对实际产品的金属波纹管组件进行初步模态仿真,获得各阶振型分布情况;
根据各阶振型分布情况确定测点位置。
所述的一种实现金属波纹管组件干湿模态试验的装置的湿模态试验方法,包括如下步骤:
一、通过接管嘴向封闭腔体中通入工质;
二、将所述装置的刚性底座通过螺栓固定于力学振动试验台上;
三、在质量压板和运动环上布置加速度测点,在金属波纹管组件周身上布置非接触性位移测点,在下压板上布置加速度测点;
质量压板和运动环上布置的加速度测点数量远远大于下压板上的加速度测点数量;质量压板和运动环上布置的加速度测点数量远远大于金属波纹管组件周身上布置的非接触性位移测点数量;
四、通过力学振动试验台对装置施加激励,使装置在所述激励下发生共振,采集各测点的数据,进而计算得到振型、固有频率和模态阻尼,完成干模态试验。
所述步骤三中,测点的位置按照如下方式确定:
对实际产品的金属波纹管组件进行初步模态仿真,获得各阶振型分布情况;
根据各阶振型分布情况确定测点位置。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
(1)由于金属波纹管组件横向刚度较小、挠度较大,用力锤给予试验件(金属波纹管组件)激励能量则会造成金属波纹管组件持续晃动和碰撞,对模态试验造成干扰。用激励器给与试验件激励能量的频率范围过大,不利于试验件频率的采集。采用力学振动台作为振动器,把激励能量给试验件即可以提供足够的能量又有密度合适的频率范围,克服力锤和激励器等常规能量激振方式的不足,不影响后续模态试验结果采集。
(2)该装置可实现模拟实际工况中气液腔压差对金属波纹管组件的压缩量,使用质量压板的重量替代实际产品中波纹管组件内外的气液腔压差、利用弹性气囊的变形实现金属波纹管组件整体轴向伸缩时的位移量变化需求,通过运动封头承受质量压板的重力和弹性气囊的变形,实现金属波纹管组件干湿态下的压缩位移量差别及模态振动时轴向伸缩位移量变化需求。因此,本发明装置可以进行金属波纹管组件这类横向刚度小、挠度大、质量轻的薄壁对称结构的干湿模态试验,获得较为可靠的模态阻尼、振型和固有频率。为后续金属波纹补偿器、金属膜盒式蓄压器结构设计和随机、正弦振动下的疲劳寿命计算奠定基础。
附图说明
图1为本发明装置示意图。
具体实施方式
由于金属波纹管组件横向刚度较小、挠度较大,若金属波纹管组件模态试验测试前受到外部干扰能量的影响,金属波纹管会持续晃动和碰撞对模态试验采集造成影响。
对金属波纹管在进行干湿模态试验时需模拟金属波纹管组件真实的受力状态。由于具有弹性金属波纹管在接受激励后会轴向伸缩,因此所设计的装置需要既能实现模拟无外部激励时气液腔压差对金属波纹管组件的压缩量,又能模拟接受能量激励后瞬时的轴向弹性伸缩位移。
如图1所示,本发明提供的金属波纹管组件干湿模态试验装置,包括运动封头1、质量压板2、运动环3、金属膜片组4、下压板5、接嘴封头6、接管嘴7、刚性底座8和弹性气囊11。运动环3与运动封头1通过氩弧焊接成为一体,运动环3、金属膜片组4与接嘴封头6通过微束等离子焊依次焊接成为金属波纹管组件;质量压板2放置于金属波纹管组件的运动封头1上端,且质量压板和运动封头之间放置一个弹性气囊11。运动封头1、接嘴封头6和金属膜片组之间形成封闭腔体9,在接嘴封头6的中心处设置有接管嘴7。
质量压板置于气囊上方,两者放置于运动封头上端。
下压板5和刚性底座8配合把波纹管组件的接嘴封头6置于刚性底座的上端。三者之间由螺栓孔10定位再通过长螺栓固定,该长螺栓即可保持质量压板、下压板和刚性底座之间的连接,以便在波纹管组件模态试验时观察波纹管组件低频振动行为。在进行湿态模态试验时液体工质通过接管嘴7进入波纹管组件的液腔9,并用堵塞方式进行密封。最后刚性底座通过螺栓固定于振动试验台上,通过振动试验台把激励能量传递给刚性底座8进而传递给金属波纹管组件上。金属波纹管组件发生共振时由下压板5和质量压板2的长螺栓固定和限位。
采用固定支承把该装置固定于力学振动试验台上,试验台的最低弹性频率远高于试验装置的最高频率,因此使用振动台施加激励不会对模态试验结果采集造成干扰。由于金属波纹管组件是属于薄壁对称结构且结构横向刚度较小、挠度较大,根据金属波纹管组件初步模态仿真结果可知该金属波纹管组件的前六阶模态振型,主要以摆振和轴向伸缩为主,因此可在质量压板和运动环上布置大量加速度传感器采集模态特性参数。由于金属膜片组由各金属膜片焊接而成,膜片组之间无法布置测试点,因此采用非接触位移传感器(激光传感器)记录周向上的加速度变化。由于金属波纹管组件常处于压缩状态,为使该装置可进行干湿模态两用试验且可模拟实际产品金属波纹管组件外的气液压差带来的压缩位移,用质量压板重量替代实际产品中金属波纹管组件外的气液腔压差,借助质量压板和弹性气囊对于运动封头的压力实现对金属波纹管组件整体弹性压缩的效果。具体方法为根据质量压板重量结合金属波纹管组件的整体轴向刚度,调整质量压板重量使金属波纹组件达到干湿态试验前的压缩状态。调整公式为
Δs为干湿模态试验前金属波纹管组件的初始压缩量,m为质量压板质量,k为金属波纹管组件的轴向刚度。
本发明装置为轴向对称薄壁结构。金属膜片组由若干金属膜片焊接而成。
利用本发明装置的干模态试验方法,包括如下步骤:
一、将所述装置的刚性底座通过螺栓固定于力学振动试验台上;
二、在质量压板2和运动环3上布置大量加速度测点,在金属波纹管组件4周身上布置少量非接触性位移测点,在下压板5上布置少量加速度测点;
测点的位置按照如下方式确定:
对实际产品的金属波纹管组件进行初步模态仿真,获得各阶振型分布情况;根据各阶振型分布情况确定测点位置。
质量压板2和运动环3上布置的加速度测点数量远远大于下压板5上的加速度测点;质量压板2和运动环3上布置的加速度测点数量远远大于金属波纹管组件4周身上布置的非接触性位移测点。
三、通过力学振动试验台对装置施加激励,使装置在所述激励下发生共振,采集各测点的数据,进而计算得到振型、固有频率和模态阻尼,完成干模态试验。
湿模态试验方法,包括如下步骤:
一、通过接管嘴7向封闭腔体9中通入工质;
二、将所述装置的刚性底座通过螺栓固定于力学振动试验台上;
三、在质量压板2和运动环3上布置大量加速度测点,在金属波纹管组件周身上布置少量非接触性位移测点,在下压板5上布置少量加速度测点;
测点的位置按照如下方式确定:
对实际产品的金属波纹管组件进行初步模态仿真,获得各阶振型分布情况;根据各阶振型分布情况确定测点位置。
质量压板2和运动环3上布置的加速度测点数量远远大于下压板5上的加速度测点;质量压板2和运动环3上布置的加速度测点数量远远大于金属波纹管组件周身上布置的非接触性位移测点。
四、通过力学振动试验台对装置施加激励,使装置在所述激励下发生共振,采集各测点的数据,进而计算得到振型、固有频率和模态阻尼,完成干模态试验。
该装置在进行湿模态试验时用质量压板2重量替代实际产品中金属波纹管组件外的气液腔压差,借助质量压板2和弹性气囊11对于运动封头1的压力实现对金属波纹管整体弹性压缩的效果。
本发明装置可实现模拟实际工况中气液腔压差对金属波纹管组件的压缩量,使用质量压板的重量替代实际产品中波纹管组件内外的气液腔压差、利用弹性气囊的变形实现金属波纹管组件整体轴向伸缩时的位移量变化需求,通过运动封头承受质量压板的重力和弹性气囊的变形,实现金属波纹管组件干湿态下的压缩位移量差别及模态振动时轴向伸缩位移量变化需求。因此,本发明装置可以进行金属波纹管组件这类横向刚度小、挠度大、质量轻的薄壁对称结构的干湿模态试验,获得较为可靠的模态阻尼、振型和固有频率。为后续金属波纹补偿器、金属膜盒式蓄压器结构设计和随机、正弦振动下的疲劳寿命计算奠定基础。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (8)
1.一种实现金属波纹管组件干湿模态试验的装置,其特征在于:包括运动封头(1)、质量压板(2)、运动环(3)、金属膜片组(4)、下压板(5)、接嘴封头(6)、接管嘴(7)、刚性底座(8)和弹性气囊(11);
运动环(3)与运动封头(1)通过氩弧焊接成为一体,运动环(3)、金属膜片组(4)与接嘴封头(6)通过微束等离子焊依次焊接成为金属波纹管组件;质量压板(2)放置于运动封头(1)上端,且质量压板和运动封头之间放置一个弹性气囊(11);用质量压板重量替代实际产品中金属波纹管组件外的内外气液腔压差,借助质量压板和弹性气囊对运动封头的压力实现金属波纹管组件整体弹性压缩的效果;
下压板(5)将接嘴封头(6)压紧于刚性底座(8)上端,下压板(5)、接嘴封头(6)和刚性底座(8)通过螺栓固定;
运动封头(1)、接嘴封头(6)和金属膜片组(4)之间形成封闭腔体(9);在接嘴封头(6)的中心处设置有接管嘴(7);
下压板(5)、刚性底座(8)、质量压板(2)之间由螺栓孔(10)定位再通过长螺栓固定,该长螺栓即可保持质量压板、下压板和刚性底座之间的连接,以便在波纹管组件模态试验时观察波纹管组件低频振动行为;在进行湿模态试验时液体工质通过接管嘴(7)进入波纹管组件的封闭腔体(9),并用堵塞方式进行密封;最后刚性底座通过螺栓固定于振动试验台上,通过振动试验台把激励能量传递给刚性底座(8)进而传递给金属波纹管组件。
2.根据权利要求1所述的一种实现金属波纹管组件干湿模态试验的装置,其特征在于:所述装置为轴向对称结构。
3.根据权利要求1所述的一种实现金属波纹管组件干湿模态试验的装置,其特征在于:金属膜片组由若干金属膜片焊接而成。
4.根据权利要求1所述的一种实现金属波纹管组件干湿模态试验的装置,其特征在于:金属波纹管组件为薄壁结构。
5.利用权利要求1-4任一项所述的一种实现金属波纹管组件干湿模态试验的装置的干模态试验方法,其特征在于包括如下步骤:
一、将所述装置的刚性底座通过螺栓固定于力学振动试验台上;
二、在质量压板(2)和运动环(3)上布置加速度测点,在金属波纹管组件周身上布置非接触性位移测点,在下压板(5)上布置加速度测点;
质量压板(2)和运动环(3)上布置的加速度测点数量远远大于下压板(5)上的加速度测点;质量压板(2)和运动环(3)上布置的加速度测点数量远远大于金属波纹管组件周身上布置的非接触性位移测点;
三、通过力学振动试验台对装置施加激励,使装置在所述激励下发生共振,采集各测点的数据,进而计算得到振型、固有频率和模态阻尼,完成干模态试验。
6.根据权利要求5所述的干模态试验方法,其特征在于,所述步骤二中,测点的位置按照如下方式确定:
对实际产品的金属波纹管组件进行初步模态仿真,获得各阶振型分布情况;
根据各阶振型分布情况确定测点位置。
7.利用权利要求1-4任一项所述的一种实现金属波纹管组件干湿模态试验的装置的湿模态试验方法,其特征在于包括如下步骤:
一、通过接管嘴(7)向封闭腔体(9)中通入工质;
二、将所述装置的刚性底座通过螺栓固定于力学振动试验台上;
三、在质量压板(2)和运动环(3)上布置加速度测点,在金属波纹管组件周身上布置非接触性位移测点,在下压板(5)上布置加速度测点;
质量压板(2)和运动环(3)上布置的加速度测点数量远远大于下压板(5)上的加速度测点数量;质量压板(2)和运动环(3)上布置的加速度测点数量远远大于金属波纹管组件周身上布置的非接触性位移测点数量;
四、通过力学振动试验台对装置施加激励,使装置在所述激励下发生共振,采集各测点的数据,进而计算得到振型、固有频率和模态阻尼,完成湿模态试验。
8.根据权利要求7所述的湿模态试验方法,其特征在于,所述步骤三中,测点的位置按照如下方式确定:
对实际产品的金属波纹管组件进行初步模态仿真,获得各阶振型分布情况;
根据各阶振型分布情况确定测点位置。
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