CN113567075A - 一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式全尺寸叶片‑轮盘系统振动阻尼测试系统及方法。测试系统包括基础台架、压缩机、安装于叶片上用于测量叶片应变的无线传感器、无线信号接收装置和流量测量装置等。将测试叶片与测试轮盘固定在基础台架上,通过压缩机提供测试气流,测试气流依次通过气流阀门、流量测量装置、压力测量装置进入基础台架,测试气流通过叶栅隔板提供气流激振,电动机通过轴承带动测试叶片‑轮盘系统旋转,安装于叶片上用于测量叶片应变的无线传感器将叶片应变量信号通过无线信号接收装置传递到数据采集分析控制平台。本发明能够对全尺寸叶片‑轮盘系统进行非接触式测量,避免了接触式线路布置对测量的影响,能够有效提高振动阻尼测试的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于试验装置技术领域,具体涉及一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统及方法。
背景技术
叶片-轮盘系统是重型燃气轮机、大型压气机的重要部件。在工作状态下,叶片承受气流压力、热应力、离心应力的共同作用。在变工况状态下,叶片还要承受交变应力的作用,导致叶片-轮盘系统的振动故障经常发生,对旋转机械安全运行构成了较大的威胁。因此对叶片-轮盘系统振动特性进行研究具有重要意义。
由于叶片-轮盘系统之间碰撞或摩擦运动的非线性特性,使得采用数值模拟方法对其振动阻尼进行研究比较困难,尚未完全建立一种普遍认可的振动阻尼评价模型。因此,采用试验方法进行叶片-轮盘系统振动阻尼测试是最常用也是最有效的研究方法。
目前的叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统多为接触式测试系统,采用光学测量方法、加速度传感器法、电阻应变片方法等方法进行研究。由于接触式测量需要把传感器安装在被测对象上,导致一次测试选取的叶片数目有限,会破坏其设计结果,测试系统的使用寿命也较短。
发明内容
本发明的目的在于针对目前接触式叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统及方法的不足,提供了一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统及方法,为提高叶片-轮盘系统振动阻尼测试技术水平提供了试验研究基础。
为了实现上述目的,本发明采用如下的技术方案是:
一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统,包括基础台架、压缩机、安装于叶片上用于测量叶片应变的无线传感器、无线信号接收装置、流量测量装置、压力测量装置、数据采集分析控制平台、气流阀门和电动机;
测试叶片与测试轮盘固定在基础台架上,通过压缩机提供测试所需气流,测试气流能够依次通过气流阀门、流量测量装置、压力测量装置进入基础台架,电动机用于带动测试叶片与测试轮盘旋转,安装于叶片上用于测试叶片应变的无线传感器用于将叶片应变量信号通过无线信号接收装置传递到数据采集分析控制平台。
本发明进一步的改进在于,基础台架中心开设有通流通道,且通流通道长度L>20倍测试轮盘直径D。
本发明进一步的改进在于,基础台架包括有叶栅隔板,叶栅隔板能够根据测试叶片-轮盘系统的不同进行更换,以确保获得不同上级叶片设计下的叶片-轮盘系统振动阻尼。
本发明进一步的改进在于,叶栅隔板上设有开口槽,开口槽数目依据测试要求气流激振频率f确定,通过叶栅隔板模拟上级叶片进气,引发测试叶片的气流激振。
本发明进一步的改进在于,测试轮盘固定于基础台架上,通过轴承与电动机相连。
本发明进一步的改进在于,基础台架能够安装整级全尺寸叶片-轮盘系统对其进行振动阻尼测试。
本发明进一步的改进在于,压缩机用于提供测试气流,数据采集分析控制平台通过调节压缩机输出功率与气流阀门实现气流控制,使得测试气流达到所需测试工况气流条件。
本发明进一步的改进在于,数据采集分析控制平台用于实时采集流量测量装置、压力测量装置反馈的信号,获得测试气流的流量与压力信息,用于控制测试气流,实现测试气流的闭环调节,保障气流能够达到所需气流条件。
本发明进一步的改进在于,电动机通过轴承与测试轮盘相连,能够带动测试叶片-轮盘系统进行旋转,数据采集分析控制平台能够控制电动机转速,进而达到控制测试叶片-轮盘系统转速的目的。
一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试方法,包括以下步骤:
步骤1,通过压缩机产生测试气流,测试气流依次通过气流阀门、流量测量装置和压力测量装置进入通流通道,流量测量装置、压力测量装置将气流流量数据和气流压力数据传递至数据采集分析控制平台,数据采集分析控制平台通过调节气流阀门开度和调节压缩机输出功率实现控制测试气流流量与压力的功能;
步骤2,测试气流通过通流通道整流,达到稳定流动状态,通过叶栅隔板,依据叶栅隔板设有的开口槽引发气流激振频率f,通过叶栅隔板后测试气流达到测试叶片-轮盘系统;
步骤3,电动机通过轴承与测试叶片-轮盘系统相连,数据采集分析控制平台通过控制电动机转速实现控制测试叶片-轮盘系统转速的功能,电动机通过轴承带动测试叶片与测试轮盘旋转,从而激发测试叶片-轮盘系统振动进入共振区,当测试叶片-轮盘系统转速n与气流激振频率f满足:f=nm/60时,m为任意自然数,测试叶片-轮盘系统进入对应的模态共振区;
步骤4,测试叶片上安装有所述测量叶片应变的无线传感器,传感器发射的叶片应变信号可以被所述无线接收装置接收并传输至数据采集分析控制平台,数据采集分析控制平台将叶片-轮盘系统振动响应时域数据通过傅里叶变换转换为频域数据,依据结构动力方程,求解出给定进气条件下的叶片-轮盘系统振动阻尼。
本发明至少具有如下有益的技术效果:
(1)本发明采用非接触式的方法将叶片的应变信号传递到数据采集分析控制平台,避免了接触式线路布置对测量的影响,有利于提高测试结果的精度。
(2)本发明能够同时对全尺寸整级叶片-轮盘系统进行振动阻尼测量,与目前测试只选取若干叶片进行振动阻尼测试的系统相比,能够更接近真实运行情况,有利于提高测试结果的可靠性。
(3)本发明能够同时调整叶片-轮盘系统的来流参数与转速参数,可以对叶片-轮盘系统进行不同工况的振动阻尼测量,调节工况方法简单可靠,有利于节省测试成本。
综上所述,本发明可实现非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试,为进一步提高叶片-轮盘系统振动阻尼测试技术研究水平提供了一种方法。
附图说明
图1是本发明的测试系统示意图。
图2是本发明的试验台架示意图。
图3是叶栅隔板示意图。
图4是叶片应变无线传感器安装位置示意图。
图中代号含义:
1-压缩机;2-气流阀门;3-流量测量装置;4-压力测量装置;5-基础台架;6-电动机;7-无线信号接收装置;8-数据采集分析控制平台;9-安装于叶片上用于测量叶片应变的无线传感器;10-叶栅隔板;11-通流通道;12-开口槽;13-测试叶片;14-测试轮盘;15-轴承。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明:
需要说明的是:本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种,为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案,也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一,所以本领域技术人员应该知晓:本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围,本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案。
参见图1,本发明提供的一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统,包括基础台架5、压缩机1、安装于叶片上用于测量叶片应变的无线传感器9、无线信号接收装置7、流量测量装置3、压力测量装置4、数据采集分析控制平台8、气流阀门2和电动机6。
参见图2,基础台架5包括通流通道11、叶栅隔板10,通流通道长度L>20倍测试轮盘直径D。测试轮盘14固定于基础台架5,通过轴承15与电动机1相连,叶栅隔板10上设有开口槽12,通过叶栅隔板10模拟上级叶片进气,引发测试叶片13的气流激振,基础台架5可安装整级全尺寸叶片-轮盘系统对其进行振动阻尼测试。
参见图3,叶栅隔板10可以进行更换,开口槽12数目依据测试要求气流激振频率f确定。
参见图4,安装于叶片上用于测量叶片应变的无线传感器9安装于叶身与叶根交接处,跟随测试叶片13同步旋转,通过内置无线发射装置将叶片应变信号传递到无线接收装置7,无线接收装置7接收叶片应变信号并传输至数据采集分析控制平台8。
以下是基于所述一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统的测试方法,包括以下步骤:
步骤1,通过所述压缩机1产生测试气流,测试气流依次通过所述气流阀门2、流量测量装置3、压力测量装置4进入所述通流通道11,流量测量装置2、压力测量装置3将气流流量数据和气流压力数据传递至所述数据采集分析控制平台8,数据采集分析控制平台8通过调节气流阀门2开度和调节压缩机1输出功率实现控制测试气流流量与压力的功能,数据采集分析控制平台8可以实时记录试验参数,确保试验工况稳定性;
步骤2,测试气流通过通流通道11整流,达到稳定流动状态,通过叶栅隔板10,叶栅隔板10可以拆换,其上设置开口槽12数目由所需测试气流激振频率f所确定,以进行不同工况的测试。依据叶栅隔板10设有的开口槽12引发气流激振频率f,通过叶栅隔板10后测试气流达到测试叶片-轮盘系统;
步骤3,所述电动机6通过轴承15与测试叶片-轮盘系统相连,数据采集分析控制平台8通过控制电动机6转速实现控制测试叶片-轮盘系统转速n的功能,电动机6带动测试叶片13与测试轮盘14旋转,从而激发测试叶片-轮盘系统振动进入共振区,当测试叶片-轮盘系统转速n与气流激振频率f满足:f=nm/60时,m为任意自然数,测试叶片-轮盘系统进入对应的模态共振区;
步骤4,测试叶片13上安装有所述测量叶片应变的无线传感器9,传感器发射的叶片应变信号可以被所述无线接收装置7接收并传输至数据采集分析控制平台8,数据采集分析控制平台8将叶片-轮盘系统振动响应时域数据通过傅里叶变换转换为频域数据,依据结构动力方程,求解出给定进气条件下的叶片-轮盘系统振动阻尼。
本发明实现了非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试,能够对全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼进行测试,通过改变气流激振频率,对不同进气工况下的叶片-轮盘系统振动阻尼进行测试,避免了接触式线路布置对测量的影响,为进一步提高叶片-轮盘系统振动阻尼测试技术研究水平提供了一种方法。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统,其特征在于,包括基础台架(5)、压缩机(1)、安装于叶片上用于测量叶片应变的无线传感器(9)、无线信号接收装置(7)、流量测量装置(3)、压力测量装置(4)、数据采集分析控制平台(8)、气流阀门(2)和电动机(6);
测试叶片(13)与测试轮盘(14)固定在基础台架(5)上,通过压缩机(1)提供测试所需气流,测试气流能够依次通过气流阀门(2)、流量测量装置(3)、压力测量装置(4)进入基础台架(5),电动机(6)用于带动测试叶片(13)与测试轮盘(14)旋转,安装于叶片上用于测试叶片应变的无线传感器(9)用于将叶片应变量信号通过无线信号接收装置(7)传递到数据采集分析控制平台(8)。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统,其特征在于,基础台架(5)中心开设有通流通道(11),且通流通道(11)长度L>20倍测试轮盘直径D。
3.根据权利要求1所述的一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统,其特征在于,基础台架(5)包括有叶栅隔板(10),叶栅隔板(10)能够根据测试叶片-轮盘系统的不同进行更换,以确保获得不同上级叶片设计下的叶片-轮盘系统振动阻尼。
4.根据权利要求3所述的一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统,其特征在于,叶栅隔板(10)上设有开口槽(12),开口槽(12)数目依据测试要求气流激振频率f确定,通过叶栅隔板(10)模拟上级叶片进气,引发测试叶片的气流激振。
5.根据权利要求1所述的一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统,其特征在于,测试轮盘(14)固定于基础台架(5)上,通过轴承(15)与电动机(6)相连。
6.根据权利要求1所述的一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统,其特征在于,基础台架(5)能够安装整级全尺寸叶片-轮盘系统对其进行振动阻尼测试。
7.根据权利要求1所述的一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统,其特征在于,压缩机(1)用于提供测试气流,数据采集分析控制平台(8)通过调节压缩机(1)输出功率与气流阀门(2)实现气流控制,使得测试气流达到所需测试工况气流条件。
8.根据权利要求1所述的一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统,其特征在于,数据采集分析控制平台(8)用于实时采集流量测量装置(3)、压力测量装置(4)反馈的信号,获得测试气流的流量与压力信息,用于控制测试气流,实现测试气流的闭环调节,保障气流能够达到所需气流条件。
9.根据权利要求1所述的一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试系统,其特征在于,电动机(6)通过轴承(15)与测试轮盘(14)相连,能够带动测试叶片-轮盘系统进行旋转,数据采集分析控制平台(8)能够控制电动机(6)转速,进而达到控制测试叶片-轮盘系统转速的目的。
10.一种非接触式全尺寸叶片-轮盘系统振动阻尼测试方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,通过压缩机(1)产生测试气流,测试气流依次通过气流阀门(2)、流量测量装置(3)和压力测量装置(4)进入通流通道(11),流量测量装置(3)、压力测量装置(4)将气流流量数据和气流压力数据传递至数据采集分析控制平台(8),数据采集分析控制平台(8)通过调节气流阀门(2)开度和调节压缩机(1)输出功率实现控制测试气流流量与压力的功能;
步骤2,测试气流通过通流通道(11)整流,达到稳定流动状态,通过叶栅隔板(10),依据叶栅隔板(10)设有的开口槽(12)引发气流激振频率f,通过叶栅隔板(10)后测试气流达到测试叶片-轮盘系统;
步骤3,电动机(6)通过轴承(15)与测试叶片-轮盘系统相连,数据采集分析控制平台(8)通过控制电动机(6)转速实现控制测试叶片-轮盘系统转速的功能,电动机(6)通过轴承(15)带动测试叶片(13)与测试轮盘(14)旋转,从而激发测试叶片-轮盘系统振动进入共振区,当测试叶片-轮盘系统转速n与气流激振频率f满足:f=nm/60时,m为任意自然数,测试叶片-轮盘系统进入对应的模态共振区;
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