CN113740042B - 燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试装置及方法 - Google Patents

燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试装置及方法，所述装置包括：安装支架；固定钳板，所述固定钳板内可拆卸的安装有轮缘；所述固定钳板安装有载荷施加装置；压电力传感器固定安装于所述安装支架上，每个压电力传感器均通过信号分离器与模拟件夹具相连接，所述模拟件夹具上固定安装有叶根模拟件；摩擦阻尼器；离心力加载装置；激光测振仪；激振探头，用于对燃气轮机叶片施加不同频率范围的阶跃正弦信号；电磁激振器；电涡流位移传感器，用于测量振动响应信号；多通道数据采集系统；信号发生器和功率放大器。本发明能够提升燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试的精确性和可靠性。

Description

燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试装置及方法
技术领域
本发明属于金属材料干摩擦阻尼机理测试技术领域，特别涉及一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试装置及方法。
背景技术
在叶轮机械领域，利用干摩擦装置耗散叶片的动能可实现降低叶片振动幅值、维护叶片安全服役的目的。例如，摩擦阻尼器通常放置在燃气轮机压气机和透平叶片的底部，并通过离心力与各个叶片的叶根平台保持接触。如果摩擦阻尼器设计得很好，叶片的振动会引起叶根平台下部和摩擦阻尼器之间的相对运动，在接触中产生摩擦阻尼力，并部分耗散振动能量。
目前，文献中有几种接触模型可以用来模拟摩擦阻尼器与叶根平台之间的接触；然而，由于叶片阻尼器构成的复杂非线性系统，它的实际动力学尚未完全了解，叶片上的实验数据获得的动力学信息不足以提供足够的信息来理解摩擦阻尼特性。
综上，亟需一种新的燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试装置及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明搭建了燃气轮机叶片与不同形式阻尼器构成的摩擦阻尼系统，能够提升燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试的精确性和可靠性。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试装置，包括：
安装支架，用于作为实验测试装置的安装支撑；
固定钳板，所述固定钳板固定安装于所述安装支架上；所述固定钳板内可拆卸的安装有轮缘，所述轮缘用于可拆卸的固定安装燃气轮机叶片的叶根部；所述固定钳板安装有载荷施加装置，用于为燃气轮机叶片施加离心载荷；
压电力传感器，所述压电力传感器的数量为多个，均固定安装于所述安装支架上；每个压电力传感器均通过信号分离器与模拟件夹具相连接；所述模拟件夹具上固定安装有叶根模拟件；
摩擦阻尼器，所述摩擦阻尼器的一侧与所述叶根模拟件相接触，另一侧用于与燃气轮机叶片的叶根部相接触，构成燃气轮机叶片阻尼器系统；
离心力加载装置，用于为所述摩擦阻尼器施加离心力；
激光测振仪，用于采集获取所述燃气轮机叶片阻尼器系统的接触面处的运动位移信号；
激振探头，所述激振探头用于设置于燃气轮机叶片的叶根部，用于对燃气轮机叶片施加不同频率范围的阶跃正弦信号；
电磁激振器，所述电磁激振器与所述激振探头相连接；
电涡流位移传感器，所述电涡流位移传感器的信号采集端用于设置于燃气轮机叶片的顶部预设位置，用于测量振动响应信号；
多通道数据采集系统，所述多通道数据采集系统的输入端与所述电涡流位移传感器的信号输出端相连接；所述多通道数据采集系统用于输出叶片的幅频响应曲线；
信号发生器和功率放大器，用于对所述多通道数据采集系统输出的幅频响应曲线进行处理，获得固有频率处的单频正弦信号，并输送至所述电磁激振器。
本发明的进一步改进在于，所述安装支架包括基础底板和竖直板；
所述基础底板水平设置；所述竖直板固定安装于所述基础底板；所述固定钳板固定安装于所述基础底板，所述压电力传感器安装于所述竖直板。
本发明的进一步改进在于，所述压电力传感器的数量为4个，分别为第一压电力传感器、第二压电力传感器、第三压电力传感器、第四压电力传感器；模拟件夹具的数量为2个，分别为第一模拟件夹具、第二模拟件夹具；叶根模拟件的数量为2个，分别为第一叶根模拟件、第二叶根模拟件；摩擦阻尼器的数量为2个，分别为第一摩擦阻尼器、第二摩擦阻尼器；
第一压电力传感器通过第一信号分离器与第一模拟件夹具相连接，第二压电力传感器通过第二信号分离器与第一模拟件夹具相连接，第一模拟件夹具上固定安装有第一叶根模拟件；其中，第一信号分离器和第二信号分离器的轴线垂直；
第三压电力传感器通过第三信号分离器与第二模拟件夹具相连接，第四压电力传感器通过第四信号分离器与第二模拟件夹具相连接，第二模拟件夹具上固定安装有第二叶根模拟件；其中，第三信号分离器和第四信号分离器的轴线垂直；
第一叶根模拟件与第一摩擦阻尼器的一侧相接触，第一摩擦阻尼器的另一侧用于与燃气轮机叶片的叶根部的一侧相接触；第二叶根模拟件与第二摩擦阻尼器的一侧相接触，第二摩擦阻尼器的另一侧用于与燃气轮机叶片的叶根部的另一侧相接触。
本发明的进一步改进在于，所述载荷施加装置包括：
推块，所述推块用于向燃气轮机叶片施加离心载荷；
调节螺栓，所述调节螺栓可绕自身轴线旋转的安装于所述固定钳板；所述调节螺栓靠近所述推块的一端通过推力球轴承连接有应变测量仪；所述应变测量仪与所述推块之间设置有定位销。
本发明的进一步改进在于，所述摩擦阻尼器为各向同性钴合金材料。
本发明的进一步改进在于，还包括：燃气轮机叶片，所述燃气轮机叶片为单晶镍基合金材料。
本发明的进一步改进在于，所述摩擦阻尼器与燃气轮机叶片、叶根模拟件接触的接触形式为点-面接触、线-面接触或面-面接触。
本发明的进一步改进在于，所述信号分离器为两端细长的中空变截面横梁，法向为刚性、横向为柔性。
本发明的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试方法，基于本发明上述的燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试装置，包括以下步骤：
第一阶段：
对所述摩擦阻尼器施加离心载荷；通过电磁激振器和激振探头对燃气轮机叶片施加不同频率范围的阶跃正弦信号；通过电涡流位移传感器采集振动响应信号；
通过多通道数据采集系统获取采集的振动响应信号，输出叶片的幅频响应曲线；基于所述叶片的幅频响应曲线，分析获得叶片的各阶固有频率；
第二阶段：
基于获得的叶片的幅频响应曲线，得到固有频率处的单频正弦信号，通过电磁激振器产生并施加在叶片；从激光测振仪处获得接触面处的运动位移信号；从压电力传感器中采集得到接触面的法向力信号，保持摩擦阻尼器上的静态法向力和叶片上的激振力的振幅与第一阶段测试时保持相同水平；
经过多通道数据采集系统处理得到摩擦迟滞回线；
根据能量耗散准则及线性化等效方法对时域测量的接触力和相对运动进行后处理，计算得到接触面摩擦系数μ、等效切向刚度Keq及等效切向阻尼Ceq的接触特性曲线；
其中，接触面间的摩擦力由弹性力和阻尼力叠加来计算，表达式为：
Figure BDA0003190360410000041
式中，Keq为摩擦接触面间等效刚度系数，Ceq为摩擦接触面间等效阻尼系数；
根据能量耗散原理，等效刚度系数Keq和等效阻尼系数Ceq的表达式为：
Figure BDA0003190360410000042
Figure BDA0003190360410000043
式中，f(t,θ)表示摩擦迟滞回线，A迟滞回线对应的相对位移幅值。
本发明的进一步改进在于，还包括以下步骤：通过改变不同激励频率、激振幅值、摩擦阻尼器结构、离心载荷参数，重复测试；测得不同输入条件下叶片阻尼器系统对应的摩擦迟滞回线，并构建各工况下幅频响应曲线和接触特征参数知识图谱。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的装置，搭建了真实燃气轮机叶片与不同形式阻尼器构成的摩擦阻尼系统，可分别对系统的频响特性和接触界面接触特性进行测量，对不同激励频率、接触结构、离心载荷等输入条件对接触状况对系统的影响进行分析，能够提升燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试的精确性和可靠性。具体的，本发明采用轮缘可更换，固定钳板为固定装置，通过改变轮缘形式装入固定钳板可对不同型式叶根的叶片进行振动接触测量实验。
本发明中，测试对象为真实燃气轮机叶片与两侧阻尼器构成的系统，叶片为单晶镍基合金材料，阻尼器为各向同性钴合金材料，增加实验结果可靠性。
本发明中，采用真实燃气轮机叶片作为测试对象，进一步与不同形式阻尼器构成点-面接触、线-面接触、面-面接触等接触结构，测试结果更具可靠性。
本发明中，信号分离器为两侧细长的中空变截面横梁，其法向刚度远远大于横向刚度，可避免传输过程引入干扰信号。
本发明中，采用推力球轴承，在调节载荷大小过程中限制轴向位移，避免增添其他方向的分量对测试结果产生误差。在施加载荷过程中安装定位销，允许各部件之间小角度旋转对中，并可对叶根施加更均匀的压力。
本发明的方法中，测试分为两个阶段，第一阶段为振动特性测量，通过激振器对燃气轮机叶片施加正弦信号，可测量叶片的频响特性，分析叶片的共振频率；第二阶段为接触特性测量，获得在共振频率下叶片阻尼器接触界面的接触特性，计算时域内的接触特征参数。
本发明的方法基于本发明上述的装置，分别对系统的频响特性和接触界面接触特性进行测量，对不同激励频率、接触结构、离心载荷等输入条件对接触状况对系统的影响进行分析，构建各工况下幅频响应曲线和接触特征参数知识图谱，预示燃气轮机叶片材料叶片阻尼器系统的动力学特征，为燃气轮机叶片摩擦阻尼器的设计选择提供方法和思路。具体的，本发明将频域分析和时域分析方法相结合，通过一套装置完成对然汽轮机叶片频响特性、接触特性和多因素影响的分析，集成度高；将实验数据和理论分析方法相结合，经修正的实验结果通过等效线性法则、能量耗散原理计算获得接触特性参数，并形成接触特性代理模型，测试结果更具普遍意义。改变不同激励频率、接触结构、离心载荷等参数，可测得不同输入条件下叶片阻尼器系统对应的摩擦迟滞回线；对摩擦迟滞回线进行分析可以得到切向接触刚度系数、材料摩擦系数、等效刚度系数和等效阻尼系数等反映接触面运动特性的特征参数，构建各工况下幅频响应曲线和接触特征参数知识图谱。
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，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试装置的俯视示意图；
图2是图1实施例所示装置的前视示意图；
图3是本发明实施例的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性测试的整体示意图；其中，图3(a)是振动特性测量示意图，图3(b)是接触特性测量示意图；
图4是本发明实施例中，叶片阻尼器系统示意图；
图5是本发明实施例中，压电力传感器测量及修正示意图；
图6是本发明实施例的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试方法的流程示意图；
图中，1-基础底板；2-竖直板；3-压电力传感器；4-信号分离器；5-叶根模拟件；6-摩擦阻尼器；7-轮缘；8-固定钳板；9-电涡流位移传感器；10-燃气轮机叶片；11-激振探头；12-推块；13-应变测量仪；14-推力球轴承；15-调节螺栓；16-定位销；17-激光测振仪；18-多通道数据采集系统；19-电磁激振器；20-信号发生器；21-功率放大器；22-幅频响应曲线；23-接触特性曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面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，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。
现有实验中一方面大多采用普通碳钢及铝合金等材料，而没有采用真实叶片及对其合金材料的研究，导致测试结果不具可靠性；另一方面，现有各实验只针对各自工况进行了测量研究，没有形成适用于的摩擦接触特性代理模型，导致测试结果不具普遍性。基于此，本发明具体提供了一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试装置及方法，以提升燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试的精确性和可靠性。
请参阅图1和图2，本发明实施例的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试装置，主要由叶片-阻尼器摩擦阻尼系统、固定装置、载荷施加装置和信号测量处理装置组成。
叶片-阻尼器摩擦阻尼系统由叶根模拟件5、摩擦阻尼器6和燃气轮机叶片10组成；固定装置有基础底板1和竖直板2组成；载荷施加装置由轮缘7、固定钳板8、推块12、推力球轴承14、调节螺栓15和定位销16组成；信号测量处理装置包括压电力传感器3、信号分离器4、电涡流位移传感器9、激振探头11、应变测量仪13、激光测振仪17、多通道数据采集系统18、电磁激振器19、信号发生器20和功率放大器21。
其中，燃气轮机叶片10的叶根装配在轮缘7中，通过装入固定钳板8安装在基础底板1上。在燃气轮机叶片10叶根处安装激振探头11，通过连接电磁激振器19可对叶片施加不同频率范围的阶跃正弦信号。燃气轮机叶片10顶部安装有电涡流位移传感器9，对振动响应信号进行测量。燃气轮机叶片10叶根平台两侧为摩擦阻尼器6，与叶片接触构成摩擦阻尼系统，摩擦阻尼器6与叶根模拟件5相邻，叶根模拟件5分别连接两个垂直的信号分离器4，信号分离器4将力学信号传送至另一端的压电力传感器3中，压电力传感器3通过螺栓安装在竖直板2上。燃气轮机叶片10根部连接有推块12，其顶杆穿过轮缘7内部的通槽向叶片施加离心载荷。调节螺栓15安装在固定钳板8底板的中心螺栓孔中，通过旋入旋出位移对施加载荷进行调节。调节螺栓15一端连接在推力球轴承14内，以限制调节螺栓15调节的位移方向为轴向。应变测量仪13与调节螺栓15顶部相连，实时测量载荷大小。定位销16安插在推块12和应变测量仪13中间，允许两者之间的小角度旋转，消除不对中现象，并可以对叶根施加更均匀的压力。激光测振仪17垂直安装在基础底板1上，发射的激光分别照射到叶根模拟件5与摩擦阻尼器6的接触区域。
请参阅图3，本发明实施例的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试装置的测试过程中分为两个阶段：
图3(a)为振动特性测量，采用电磁激振器19产生简谐正弦信号，通过靠近叶根处的激振探头11，在所需的频率范围和激振力下对燃气轮机叶片10进行激振，从电涡流位移传感器9处实时收集叶顶处的响应信号，并将信号传递至多通道数据采集系统18中，获得叶片的幅频响应曲线22，分析叶片的各阶固有频率。
图3(b)为接触特性测量，摩擦阻尼器6上的静态法向力和叶片上的激振力的振幅与第一阶段测试保持相同水平。根据幅频响应曲线22，由信号发生器20和功率放大器21处理，得到固有频率处的单频正弦信号，通过电磁激振器19产生并施加在叶片，从激光测振仪17处获得叶片阻尼器接触面处的运动位移信号。同时从压电力传感器3中采集得到接触面的法向力信号经传回多通道数据采集系统18处理得到摩擦磁滞回线，并记录控制叶片加速度，以确保在与振动特性测量时观察到的相同动态条件下测量接触变量。根据能量耗散准则及线性化等效方法对时域测量的接触力和相对运动进行后处理，计算得到接触面摩擦系数μ、等效切向刚度Keq及等效切向阻尼Ceq等接触特性曲线23。
请参阅图4，本发明实施例中的燃气轮机叶片阻尼器系统，其中燃气轮机叶片10为真实单晶镍基合金叶片，叶根处横向装入轮缘7内，通过叶根齿配合固定，叶根平台两侧与摩擦阻尼器接触，可选择不同型式的摩擦阻尼器与叶片形成点-面接触、线-面接触和面-面接触等不同接触状态。以圆柱体摩擦阻尼器为例，其中间段与叶片平台接触，两端设计成半剖面状伸出，并在轴向和横向设置有通槽，用于悬挂砝码模拟叶片在实际工作条件下阻尼器承受的离心载荷。
请参阅图5，本发明实施例分别采用压电力传感器A、B测量接触面在x轴和z轴方向上的受力Fx和Fz，实际过程中需要对测量值FAN和FBN进行修正。一方面，压点力传感器一端固定在竖直板上，信号分离器为两侧细长的中空变截面横梁，其法向刚度远远大于横向刚度，因此可看作是一端固定约束切向位移为零的旋臂梁结构，在A、B两处会分别引入误差量FAT和FBT：
Figure BDA0003190360410000091
其中，L为固定点到接触面距离，Ix、Iz为分别为对x轴和z轴惯性矩，E为材料弹性模量，δx、δz分别横向和纵向位移。另一方面，由于摩擦阻尼器形状不一，其接触面上的合力F不一定在几何中心，即不一定在两个垂直信号分离器的交线上，会有在x轴和z轴上有一定程度的偏移量d1和d2，在这种情况下，会在系统中引入扭矩Fzd1-Fxd2，从而在压电力传感器引入测量误差。综上考虑两种效应的影响，需对测量值进行修正，得到修正公式为：
Figure BDA0003190360410000101
Figure BDA0003190360410000102
其中，
Figure BDA0003190360410000103
通过修正计算，可得到摩擦接触器接触面受力测量的准确值。
图中，L-固定点到接触面距离，Ix、Iz-对x轴和z轴惯性矩，E-材料弹性模量，δx、δz-摩擦接触面横向和纵向位移，d1，d2-偏移量，Fx、Fz、F-测量接触面在x轴和z轴方向上的实际受力，FAT、FBT-压电传感器引入误差量，FAN、FBN-压电传感器实际测量量。
本发明实施例中，测试对象为真实燃气轮机叶片与两侧阻尼器构成的系统，叶片为单晶镍基合金材料，阻尼器为各向同性钴合金材料，增加实验结果可靠性。
本发明实施例中，可选择两侧阻尼器的形式，与叶片形成点-面接触、线-面接触、面-面接触等，可研究不同接触结构对叶根阻尼器系统接触特性的影响。
本发明实施例中，摩擦阻尼器中间段与叶片平台接触，两端设计成半剖面状伸出，并在轴向和横向设置有通槽，用于悬挂砝码模拟叶片在实际工作条件下阻尼器承受的离心载荷。
本发明实施例中，在叶片顶部安装有电磁激振器，对叶片施加不同阶跃正弦信号。信号分离器为两侧细长的中空变截面横梁，其法向刚度远远大于横向刚度，可避免传输过程引入干扰信号。
本发明实施例中，采用轮缘可更换，钳板为固定装置，通过改变轮缘形式装入固定钳板可对不同型式叶根的叶片进行振动接触测量实验。
本发明实施例中，采用推力球轴承，在调节载荷大小过程中限制轴向位移，避免增添其他方向的分量对测试结果产生误差。在施加载荷过程中安装定位销，允许各部件之间小角度旋转对中，并可对叶根施加更均匀的压力。
请参阅图6所示，本发明实施例的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性测试方法，包括以下步骤：
步骤1，施加载荷：旋入调节螺栓，至应变测量仪参数达到叶片预定离心载荷；在摩擦阻尼器两端通槽悬挂相同质量的砝码，模拟摩擦阻尼器受到的离心载荷。
步骤2，振动特性测量：采用电磁激振器产生简谐正弦信号，通过靠近叶根处的激振探头，在所需的频率范围和激振力下对燃气轮机叶片进行激振，从电涡流位移传感器处实时收集叶顶处的响应信号；
步骤3，频域分析：将信号传递至多通道数据采集系统中，获得叶片的幅频响应曲线，分析叶片的各阶固有频率；
步骤4，接触特性测量：根据步骤1获得的幅频响应曲线，由信号发生器和功率放大器处理，得到固有频率处的单频正弦信号，通过电磁激振器产生并施加在叶片，从激光测振仪处获得叶片阻尼器接触面处的运动位移信号，同时从压电力传感器中采集得到接触面的法向力信号，并保持摩擦阻尼器上的静态法向力和叶片上的激振力的振幅与第一阶段测试保持相同水平；
步骤5，时域分析：根据修正计算公式对压电传感器返回值进行修正，得到接触面摩擦阻尼力的准确值，并经过多通道数据采集系统处理得到摩擦磁滞回线。根据能量耗散准则及线性化等效方法对时域测量的接触力和相对运动进行后处理，计算得到接触面摩擦系数μ、等效切向刚度Keq及等效切向阻尼Ceq等接触特性曲线23：
根据等效线性原理，非线性摩擦接触可以由线性刚度和线性阻尼来代替，假设线性刚度和粘性阻尼平行排列来模拟摩擦接触的影响，则接触面间的摩擦力可以由弹性力和阻尼力叠加来计算，即：
Figure BDA0003190360410000111
其中，Keq为摩擦接触面间等效刚度系数，Ceq为摩擦接触面间等效阻尼系数。根据能量耗散原理，摩擦耗散能即为迟滞回线包围的面积，因此对一个振动周期Γ内对应的摩擦迟滞回线求取面积分可以得到等效刚度系数Keq和等效阻尼系数Ceq：
Figure BDA0003190360410000121
Figure BDA0003190360410000122
其中f(t,θ)表示摩擦迟滞回线，A迟滞回线对应的相对位移幅值；
步骤6，多因素分析：通过改变不同激励频率、激振幅值、摩擦阻尼器结构、离心载荷等参数，分别重复步骤1-3，可测得不同输入条件下叶片阻尼器系统对应的摩擦迟滞回线，并构建各工况下幅频响应曲线和接触特征参数知识图谱。
本发明实施例中，改变不同激励频率、接触结构、离心载荷等参数，可测得不同输入条件下叶片阻尼器系统对应的摩擦迟滞回线。对摩擦迟滞回线进行分析可以得到切向接触刚度系数、材料摩擦系数、等效刚度系数和等效阻尼系数等反映接触面运动特性的特征参数，构建各工况下幅频响应曲线和接触特征参数知识图谱。
本发明公开了一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性测试装置及方法，搭建了真实燃气轮机叶片与不同形式阻尼器构成的摩擦阻尼系统，主要由叶片-阻尼器摩擦阻尼系统、固定装置、载荷施加装置和信号测量处理装置组成，将频域分析与时域分析方法相结合，分别对系统的振动特性和接触界面接触特性进行测量，并对不同激励频率、接触结构、离心载荷等输入条件对接触状况对系统的影响进行分析，构建各工况下幅频响应曲线和接触特征参数知识图谱，预示燃气轮机叶片材料叶片阻尼器系统的动力学特征，进一步为燃气轮机叶片摩擦阻尼器的设计选择提供方法和思路。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试方法，其特征在于，所述实验测试方法采用的燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试装置，包括：
安装支架，用于作为实验测试装置的安装支撑；
固定钳板(8)，所述固定钳板(8)固定安装于所述安装支架上；所述固定钳板(8)内可拆卸的安装有轮缘(7)，所述轮缘(7)用于可拆卸的固定安装燃气轮机叶片的叶根部；所述固定钳板(8)安装有载荷施加装置，用于为燃气轮机叶片施加离心载荷；
压电力传感器(3)，所述压电力传感器(3)的数量为多个，均固定安装于所述安装支架上；每个压电力传感器(3)均通过信号分离器(4)与模拟件夹具相连接；所述模拟件夹具上固定安装有叶根模拟件(5)；
摩擦阻尼器(6)，所述摩擦阻尼器(6)的一侧与所述叶根模拟件(5)相接触，另一侧用于与燃气轮机叶片的叶根部相接触，构成燃气轮机叶片阻尼器系统；
离心力加载装置，用于为所述摩擦阻尼器(6)施加离心力；
激光测振仪(17)，用于采集获取所述燃气轮机叶片阻尼器系统的接触面处的运动位移信号；
激振探头(11)，所述激振探头(11)用于设置于燃气轮机叶片的叶根部，用于对燃气轮机叶片施加不同频率范围的阶跃正弦信号；
电磁激振器(19)，所述电磁激振器(19)与所述激振探头(11)相连接；
电涡流位移传感器(9)，所述电涡流位移传感器(9)的信号采集端用于设置于燃气轮机叶片的顶部预设位置，用于测量振动响应信号；
多通道数据采集系统(18)，所述多通道数据采集系统(18)的输入端与所述电涡流位移传感器(9)的信号输出端相连接；所述多通道数据采集系统(18)用于输出叶片的幅频响应曲线(22)；
信号发生器(20)和功率放大器(21)，用于对所述多通道数据采集系统(18)输出的幅频响应曲线(22)进行处理，获得固有频率处的单频正弦信号，并输送至所述电磁激振器(19)；
所述实验测试方法包括以下步骤：
第一阶段：
对所述摩擦阻尼器施加离心载荷；通过电磁激振器和激振探头对燃气轮机叶片施加不同频率范围的阶跃正弦信号；通过电涡流位移传感器采集振动响应信号；
通过多通道数据采集系统获取采集的振动响应信号，输出叶片的幅频响应曲线；基于所述叶片的幅频响应曲线，分析获得叶片的各阶固有频率；
第二阶段：
基于获得的叶片的幅频响应曲线，得到固有频率处的单频正弦信号，通过电磁激振器产生并施加在叶片；从激光测振仪处获得接触面处的运动位移信号；从压电力传感器中采集得到接触面的法向力信号，保持摩擦阻尼器上的静态法向力和叶片上的激振力的振幅与第一阶段测试时保持相同水平；
经过多通道数据采集系统处理得到摩擦迟滞回线；
根据能量耗散准则及线性化等效方法对时域测量的接触力和相对运动进行后处理，计算得到接触面摩擦系数μ、摩擦接触面间等效刚度系数Keq及摩擦接触面间等效阻尼系数Ceq的接触特性曲线；
其中，接触面间的摩擦力由弹性力和阻尼力叠加来计算，表达式为：
Figure FDA0003620511860000021
式中，Keq为摩擦接触面间等效刚度系数，Ceq为摩擦接触面间等效阻尼系数，δ为接触面间的相对位移；
根据能量耗散原理，摩擦接触面间等效刚度系数Keq和摩擦接触面间等效阻尼系数Ceq的表达式为：
Figure FDA0003620511860000031
Figure FDA0003620511860000032
式中，f(t,θ)表示摩擦迟滞回线，A迟滞回线对应的相对位移幅值；Γ为一个振动周期。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试方法，其特征在于，所述安装支架包括基础底板(1)和竖直板(2)；
所述基础底板(1)水平设置；所述竖直板(2)固定安装于所述基础底板(1)；所述固定钳板(8)固定安装于所述基础底板(1)，所述压电力传感器(3)安装于所述竖直板(2)。
3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试方法，其特征在于，所述压电力传感器(3)的数量为4个，分别为第一压电力传感器、第二压电力传感器、第三压电力传感器、第四压电力传感器；模拟件夹具的数量为2个，分别为第一模拟件夹具、第二模拟件夹具；叶根模拟件(5)的数量为2个，分别为第一叶根模拟件、第二叶根模拟件；摩擦阻尼器(6)的数量为2个，分别为第一摩擦阻尼器、第二摩擦阻尼器；
第一压电力传感器通过第一信号分离器与第一模拟件夹具相连接，第二压电力传感器通过第二信号分离器与第一模拟件夹具相连接，第一模拟件夹具上固定安装有第一叶根模拟件；其中，第一信号分离器和第二信号分离器的轴线垂直；
第三压电力传感器通过第三信号分离器与第二模拟件夹具相连接，第四压电力传感器通过第四信号分离器与第二模拟件夹具相连接，第二模拟件夹具上固定安装有第二叶根模拟件；其中，第三信号分离器和第四信号分离器的轴线垂直；
第一叶根模拟件与第一摩擦阻尼器的一侧相接触，第一摩擦阻尼器的另一侧用于与燃气轮机叶片的叶根部的一侧相接触；第二叶根模拟件与第二摩擦阻尼器的一侧相接触，第二摩擦阻尼器的另一侧用于与燃气轮机叶片的叶根部的另一侧相接触。
4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试方法，其特征在于，所述载荷施加装置包括：
推块(12)，所述推块(12)用于向燃气轮机叶片施加离心载荷；
调节螺栓(15)，所述调节螺栓(15)可绕自身轴线旋转的安装于所述固定钳板(8)；所述调节螺栓(15)靠近所述推块(12)的一端通过推力球轴承(14)连接有应变测量仪(13)；所述应变测量仪(13)与所述推块(12)之间设置有定位销(16)。
5.根据权利要求1所述的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试方法，其特征在于，所述摩擦阻尼器(6)为各向同性钴合金材料。
6.根据权利要求1所述的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试方法，其特征在于，还包括：
燃气轮机叶片(10)，所述燃气轮机叶片(10)为单晶镍基合金材料。
7.根据权利要求1所述的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试方法，其特征在于，所述摩擦阻尼器(6)与燃气轮机叶片、叶根模拟件(5)接触的接触形式为点-面接触、线-面接触或面-面接触。
8.根据权利要求1所述的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试方法，其特征在于，所述信号分离器(4)为两端细长的中空变截面横梁，法向为刚性、横向为柔性。
9.根据权利要求1所述的一种燃气轮机叶片阻尼器系统振动接触特性实验测试方法，其特征在于，还包括以下步骤：
通过改变不同激励频率、激振幅值、摩擦阻尼器结构、离心载荷参数，重复测试；
测得不同输入条件下叶片阻尼器系统对应的摩擦迟滞回线，并构建各工况下幅频响应曲线和接触特征参数知识图谱。
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