CN117129323A - 一种基于旋转激振器的鼠笼弹性支承动刚度测试试验台 - Google Patents

一种基于旋转激振器的鼠笼弹性支承动刚度测试试验台 Download PDF

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冯楚祥
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曲衍哲
魏红伟
杨宜顺
邝熙
刘学强
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Abstract

本发明涉及一种基于旋转激振器的鼠笼弹性支承动刚度测试试验台，包括：支架、托架、固定环、旋转激振器、电涡流位移传感器；所述支架用于承载鼠笼、旋转激振器、电涡流位移传感器；所述固定环的轴向和径向均带有的螺纹孔，固定环外表面与鼠笼内表面间隙配合，并使用内六角锥端紧定螺钉穿过固定环的径向螺纹孔实现固定环与鼠笼的装配；使用内六角螺钉与弹簧垫圈穿过固定环的轴向螺纹孔，实现旋转激振器和固定环的装配；托架安装在所述支架上，电涡流位移传感器穿过托架并置于鼠笼的外表面中心处，用于检测鼠笼在旋转激振器的作用下的位移信号，并将信号输出至外部的信号采集系统，实现后续数据采集和分析。

Description

一种基于旋转激振器的鼠笼弹性支承动刚度测试试验台
技术领域
本发明一种基于旋转激振器的鼠笼弹性支承动刚度测量装置，属于转子系统设计的技术领域。
背景技术
燃气轮机转子在运行过程中存在通过临界转速的情况，此时转子系统会发生共振，强烈的共振会导致旋转机械毁坏。
鼠笼式弹性支承可通过设计刚度较低的笼条，降低系统支承刚度，从而改变了转子支承系统的临界转速，避开旋转机械共振区间。鼠笼弹性支承动刚度测量能够为旋转机械共振区间的确定提供依据。现有鼠笼动刚度测量可采用旋转轴进行激励力的施加，但高速转轴存在安全性以及不平衡力难测的问题；另外也可采用两个相互垂直布置的激振器结构模拟转轴的运动，但存在难以模拟旋转机械实际运行工况等缺点。
发明内容
本发明解决的技术问题是：解决现有鼠笼动刚度测量装置采用高速转轴时存在安全性以及不平衡力难测的问题，提供了一种基于旋转激振器的鼠笼弹性支承的动刚度测量装置。
本发明解决技术的方案是：一种基于旋转激振器的鼠笼弹性支承动刚度测试试验台，包括：支架、托架、固定环、电涡流位移传感器；
所述支架用于承载鼠笼、旋转激振器、电涡流位移传感器；所述固定环的轴向和径向均带有的螺纹孔，固定环外表面与鼠笼内表面间隙配合，并使用内六角锥端紧定螺钉穿过固定环的径向螺纹孔实现固定环与鼠笼的装配；使用内六角螺钉与弹簧垫圈穿过固定环的轴向螺纹孔，实现旋转激振器和固定环的装配；托架安装在所述支架上，电涡流位移传感器穿过托架并置于鼠笼的外表面中心处，用于检测鼠笼在旋转激振器的作用下的位移信号，并将信号输出至外部的信号采集系统，实现后续数据采集和分析。
优选的，所述的支架由底板1、加强板Ⅰ、座板、立板Ⅰ、加强板Ⅱ、加强板Ⅲ、立板Ⅱ组成。
所述底板对称设置多个U形孔，通过地脚螺栓使其与试验平台进行固定，从而确保固定整个鼠笼刚度试验台；所述加强板Ⅰ设置有焊接坡口，其底面与底板接触，侧面与立板Ⅱ接触，通过焊接的方式将底板、立板Ⅱ和两个对称布置的加强板Ⅰ组合；所述座板下表面与立板Ⅱ、加强板Ⅲ进行角焊；座板上表面与立板Ⅰ、加强板Ⅱ进行角焊；所述底板与座板相对立板Ⅱ两侧安装。
优选的，所述立板Ⅰ为一矩形板，其中间挖有一定直径的圆孔，该圆孔尺寸与鼠笼间隙配合，使得鼠笼能贯穿于立板Ⅰ，，圆孔周围圆形阵列螺纹孔，用于与鼠笼法兰盘进行装配连接；同时立板壁面上对称设有螺纹孔，用于与托架的连接。
优选的，所述托架为托板和联接板通过焊接形成的组合件；联接板对称设有两个螺纹孔，通过使用内六角螺钉使得托架与支架中的立板Ⅰ连接。
优选的，所述电涡流位移传感器的数量为1个或2个，在需要确定鼠笼各向异性对动刚度的影响情况时，设置两个传感器互为90度，分别测量两个方向的位移，以实现同时测量鼠笼两个方向的动刚度，电涡流位移传感器通过螺纹与托架连接并采用螺母固定，托架在焊接加工时保证其中心线均经过鼠笼正中心。
优选的，所述旋转激振器用于产生激励力，取代转子进行试验，采用旋转激振器内的力传感器对力信号采集，通过旋转激振器的力的大小以及电涡流位移传感器所获得的位移幅值信号，求得鼠笼的刚度。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明中，搭建基于旋转激振器的一种鼠笼弹性支承动刚度测试试验台，主要通过支架、固定环等部件实现鼠笼、旋转激振器、电涡流位移传感器的连接与固定。通过在旋转激振器内部加有可调节的不平衡量，并通过旋转激振器内部的力传感器获取施加在鼠笼上的不平衡力的大小。通过电涡流位移传感器，以及数据采集系统实现对鼠笼位移信号的监测、采集与分析。从而能够实现对鼠笼动刚度的试验和计算，开辟了新型鼠笼动刚度试验台，具有结构简单，安全性高、响应快，适用范围广、可操作性强等优点。
附图说明
图1为本发明一种鼠笼弹性支承的动刚度测量装置前视图；
图2为本发明一种鼠笼弹性支承的动刚度测量装置左视图；
图3为本发明测量装置的支架示意图；
图4为本发明测量装置的托架示意图；
图5为本发明测量装置的固定环示意图；
图中：1.支架、2.托架、3.固定环、4.内六角锥端紧定螺钉、5.内六角螺钉、6.弹簧垫圈、7.旋转激振器、8.电涡流位移传感器、9.鼠笼、10.加强板Ⅰ、11.座板、12立板Ⅰ、13.加强板Ⅱ、14.加强板Ⅲ、15.立板Ⅱ、16底板、17.托板、18.联接板。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
如图1和图2所示，一种鼠笼弹性支承的动刚度测试试验台，试验台主要由支架1、托架2、固定环3、内六角锥端紧定螺钉4、内六角螺钉5、弹簧垫圈6、旋转激振器7、电涡流位移传感器8和鼠笼9，共12个部件共同组成鼠笼动刚度试验台。
如图3所示，试验台的支架是组合件，支架由底板16、加强板Ⅰ10、底板11、立板Ⅰ12、加强板Ⅱ13、加强板Ⅲ14、立板Ⅱ15，共7个部件组成。
所述底板对称设置有四个U形孔，可以通过地脚螺栓使其与试验平台进行固定，从而确保固定整个鼠笼刚度试验台。所述加强板Ⅰ设置有焊接坡口，其底面与底板接触，侧面与立板Ⅱ接触，通过焊接的方式将底板、立板Ⅱ和两个对称布置的加强板Ⅰ组合。所述座板下表面与立板Ⅱ、加强板Ⅲ进行角焊；座板上表面与立板Ⅰ、加强板Ⅱ进行角焊。所述立板Ⅰ为一矩形板，其中间挖有一定直径的圆孔，圆孔周围圆形阵列有12个螺纹孔，为方便与鼠笼法兰盘处进行装配连接。同时立板壁面上对称设有两个螺纹孔，用于后续与托架的连接。
如图4所示，托架2为托板17和联接板18通过焊接形成的组合件。联接板18对称设有两个螺纹孔。通过使用内六角螺钉5使得托架2与支架1中的立板Ⅰ12连接。
所述电涡流位移传感器，通过托架安装在鼠笼的外侧，可根据需求在不同位置布置多个传感器。各传感器中心线正好经过安装在鼠笼正中心，用于检测鼠笼的位移信号，并后续与数据采集系统连接，用于振动信号的采集与分析。
所述鼠笼通过使用内六角螺钉配合弹簧垫片实现与立板Ⅰ装配连接。使得鼠笼固定在试验台的支架上，为后续进行鼠笼动刚度试验奠定前提条件。
所述旋转激振器是附加在鼠笼上，用以产生激励力的装置，从而对鼠笼进行动刚度试验。采用旋转激振器能够取代转子进行试验，从而使试验结构简单、可控、安全性高。旋转激振器能够通过增加不平衡量，实现力可控，采用旋转激振器内的力传感器对力信号采集。通过旋转激振器的力的大小，以及电涡流位移传感器所获得的位移幅值信号，可求得鼠笼的刚度，试验了鼠笼刚度的试验。
所述固定环径向方向对称设有多个贯穿的螺纹孔，轴向方向对称布置多个具有一定深度的螺纹孔。固定环置于鼠笼的内壁面，固定环的外表面与鼠笼内表面间隙配合，通过使用内六角锥端紧定螺钉穿过固定环的径向的螺纹孔，实现固定环与鼠笼的固定装配。通过使用内六角螺钉、弹簧垫圈，配合固定环的轴向布置的具有一定深度的螺纹孔，实现旋转激振器与固定环的装配。综上，固定环起到了连接并固定旋转激振器和鼠笼的作用。如图5所示，固定环3径向方向对称设有6个贯穿的螺纹孔，轴向方向对称布置6个具有一定深度的螺纹孔。固定环3起到连接鼠笼9和旋转激振器7的作用。
本发明的设计思路为：通过设计底板、加强板Ⅰ、座板、立板Ⅰ、加强板Ⅱ、加强板Ⅲ、立板Ⅱ这7个部件，采用焊接的方式组合搭建出一个用于承载鼠笼、旋转激振器、传感器等部件的支架。其中设计底板带有U形孔，通过使用地脚螺栓让支架与试验平台进行固定约束。设计中间空心并带有一系列螺纹孔的立板，方便与鼠笼的法兰盘进行连接，从而使鼠笼固定于支架上。设计轴向和径向均带有的一系列螺纹孔的固定环，固定环外表面与鼠笼内表面间隙配合，并使用内六角锥端紧定螺钉穿过固定环的径向螺纹孔实现固定环与鼠笼的装配。使用内六角螺钉与弹簧垫圈穿过固定环的轴向螺纹孔，实现旋转激振器和固定环的装配。利用旋转激振器代替转子模式实际情况进行试验。设计托架，托架的侧表面与支架螺栓连接，托架的上表面穿过有电涡流位移传感器，传感器置于鼠笼的外表面中心处，用于检测鼠笼在旋转激振器的作用下的位移信号，并将信号输出至信号采集系统，实现后续数据采集和分析。
本发明给出基于旋转激振器的一种鼠笼弹性支承动刚度测试试验台，主要通过支架、固定环等部件实现鼠笼、旋转激振器、电涡流位移传感器的连接与固定。通过在旋转激振器内部加有可调节的不平衡量，并通过旋转激振器内部的力传感器获取施加在鼠笼上的不平衡力的大小。通过电涡流位移传感器，以及数据采集系统实现对鼠笼位移信号的监测、采集与分析。从而能够实现对鼠笼动刚度的实验和计算，利用该试验台通过下述步骤完成鼠笼的测试，具有结构简单，安全性高、响应快，适用范围广、可操作性强等优点。
1.将底板16通过地脚螺栓使其与试验平台进行固定，从而固定整个鼠笼刚度试验台。
2.将加强板Ⅰ10的底面与底板16上表面接触，加强板Ⅰ10的侧面与立板Ⅱ15接触，通过焊接的方式将底板16、立板Ⅱ15和两个对称布置的加强板Ⅰ10组合。
3.将底板11下表面与立板Ⅱ15、加强板Ⅲ14进行角焊；底板11上表面与立板Ⅰ12、加强板Ⅱ13进行角焊。
4.将立板Ⅰ12与鼠笼9利用内六角螺钉5、弹簧垫圈6进行装配连接。
5.将托架2与支架1中的立板Ⅰ12通过内六角螺钉5连接。
6.将电涡流位移传感器8，通过安装在鼠笼9的外侧。可根据需求在不同位置布置多个电涡流位移传感器8。各电涡流位移传感器8中心线正好经过安装在鼠笼9正中心，用于检测鼠笼9的位移信号。
7.将鼠笼9与立板Ⅰ12通过使用内六角螺钉5配合弹簧垫片6进行装配连接。
8.将固定环3置于鼠笼9的内壁面，固定环3的外表面与鼠笼9内表面接触，通过使用内六角锥端紧定螺钉5穿过固定环的径向的螺纹孔，实现固定环3与鼠笼9的固定装配。
9.将旋转激振器7与固定环3装配。通过使用内六角螺钉5、弹簧垫圈6，穿过固定环3的轴向螺纹孔实现。
10.旋转激振器7代替刚度试验中转子的作用，通过旋转激振器7内部预留的装配不平衡量的位置，改变装配的不平衡量的大小，从而实现作用在鼠笼9上的激励力大小的可调，不平衡量的大小可任意给定，不超过力传感器测量范围以及产生的激励力不会破坏鼠笼即可。通过旋转激振器7内部的力传感器，进而获取激励力大小，结构简单且可控性强。
上述不平衡量为，装配在旋转激振器7内部预留位置处的螺钉的质量与所在半径的乘积。不同的螺钉的质量，产生不同大小的激励力，进而作用在鼠笼上，通过旋转激振器7内部的力传感器，进而获取激励力大小，结构简单且可控性强。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于旋转激振器的鼠笼弹性支承动刚度测试试验台，其特征在于包括：支架、托架、固定环、电涡流位移传感器；
所述支架用于承载鼠笼、旋转激振器、电涡流位移传感器；所述固定环的轴向和径向均带有的螺纹孔，固定环外表面与鼠笼内表面间隙配合，并使用内六角锥端紧定螺钉穿过固定环的径向螺纹孔实现固定环与鼠笼的装配；使用内六角螺钉与弹簧垫圈穿过固定环的轴向螺纹孔，实现旋转激振器和固定环的装配；托架安装在所述支架上，电涡流位移传感器穿过托架并置于鼠笼的外表面中心处，用于检测鼠笼在旋转激振器的作用下的位移信号，并将信号输出至外部的信号采集系统，实现后续数据采集和分析。
2.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于：所述的支架由底板、加强板Ⅰ、座板、立板Ⅰ、加强板Ⅱ、加强板Ⅲ、立板Ⅱ组成。
所述底板对称设置多个U形孔，通过地脚螺栓使其与试验平台进行固定，从而确保固定整个鼠笼刚度试验台；所述加强板Ⅰ设置有焊接坡口，其底面与底板接触，侧面与立板Ⅱ接触，通过焊接的方式将底板、立板Ⅱ和两个对称布置的加强板Ⅰ组合；所述座板下表面与立板Ⅱ、加强板Ⅲ进行角焊；座板上表面与立板Ⅰ、加强板Ⅱ进行角焊；所述底板与座板相对立板Ⅱ两侧安装。
3.根据权利要求2所述的试验台，其特征在于：所述立板Ⅰ为一矩形板，其中间挖有一定直径的圆孔，该圆孔尺寸与鼠笼间隙配合，使得鼠笼能贯穿于立板Ⅰ，，圆孔周围圆形阵列螺纹孔，用于与鼠笼法兰盘进行装配连接；同时立板壁面上对称设有螺纹孔，用于与托架的连接。
4.根据权利要求2所述的试验台，其特征在于：所述托架为托板和联接板通过焊接形成的组合件；联接板对称设有两个螺纹孔，通过使用内六角螺钉使得托架与支架中的立板Ⅰ连接。
5.根据权利要求2所述的试验台，其特征在于：所述电涡流位移传感器的数量为1个或2个，在需要确定鼠笼各向异性对动刚度的影响情况时，设置两个传感器互为90度，分别测量两个方向的位移，以实现同时测量鼠笼两个方向的动刚度，电涡流位移传感器通过螺纹与托架连接并采用螺母固定，托架在焊接加工时保证其中心线均经过鼠笼正中心。
6.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于：所述旋转激振器用于产生激励力，取代转子进行试验，采用旋转激振器内的力传感器对力信号采集，通过旋转激振器的力的大小以及电涡流位移传感器所获得的位移幅值信号，求得鼠笼的刚度。
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