CN205049310U - 一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置，包括电磁铁、线圈、安装盒、电磁激振器支架、功率放大器、信号发生器。其中，利用信号发生器产生正弦信号，通过功率放大器后，再用整流二极管传输给电磁激振器，对旋转叶轮施加正弦激振力。每组由一对电磁激振器组成，对称布置于叶轮前后两侧。沿叶轮的全周布置多组电磁激振器，可形成对高速旋转叶轮的全周正弦激振。本实用新型解决了传统旋转叶轮采用气体激振方式会引起设备超温、激振力不足的问题，能够满足高速旋转叶轮振动试验中，对叶轮的正弦激振要求，并能调节正弦激振力幅值大小。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种高速旋转叶轮振动试验装置，特别涉及一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置。
背景技术：
旋转叶轮振动试验技术为汽轮机、燃气轮机等叶轮机械设计提供重要的试验数据依据，是叶轮设计及试验技术领域的关键技术之一。随着叶轮振动与结构强度设计技术的发展及对叶轮振动安全性研究的不断深入，对旋转叶轮振动测试系统工作的安全性、可靠性和准确性提出了更高要求。
旋转叶轮振动测量分为接触式和非接触式两类。接触式测量方法指在旋转叶轮上黏贴拾振应变计直接获取叶轮的振动信息，该方法具有成熟可靠、精确、抗干扰能力强等优点。非接触式测量指通过电涡流传感器或者激光传感器间接分析旋转叶轮的振动信息，非接触测量方法具有安装方便、不影响气动性能等优点。
随着叶轮机械不断向大功率、高效率方向发展，对高速旋转状态下叶轮振动测试技术的要求也不断提高，无论采用接触式或者非接触式的旋转叶轮振动测量方法，都需要对旋转叶轮进行激振，而传统向旋转叶轮喷射氮气的激振方式，只能提供恒定激振力，不能对旋转叶轮施加正弦激振力，并且试验过程中氮气激振会影响测试环境的真空度，随着激振气流的不断增加，叶轮对气流做功，使得气温升高，引起试验设备超温等不利因素。
目前，旋转叶轮振动测试系统利用氮气喷射激振的方式，这种方式存在如下问题：1、氮气激振会影响试验真空筒体内的真空度；2、会造成试验筒体内温度升高；3、每次试验需要提前储备氮气，成本较高；4、氮气压力有损失，激振力减小；5、试验中需要人工多次开关氮气罐阀门，不方便。
实用新型内容：
本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置。
为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：
一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置，包括真空筒体，以及安装在真空筒体内的前置摆架和后置摆架，两个摆架上设置有转轴，该转轴的一端伸出至前置摆架外并与设置在真空筒体外的驱动电机输出轴相连，两个摆架之间的转轴上设置有叶轮；
真空筒体内还包括对称设置在叶轮两侧的电磁激振器支架，电磁激振器支架在靠近叶轮的两个端面上均设置有上半圆环和下半圆环，若干组电磁激振器周向均匀布置在叶轮两侧的上半圆环和下半圆环上，其中相对于叶轮对称设置的两个电磁激振器为一组；
真空筒体外设置有信号发生器，信号发生器输出端分别与若干并联设置的功率放大器输入端相连，每个功率放大器输出端通过引线与对应的一组电磁激振器相连。
本实用新型进一步的改进在于：转轴的一端通过联轴器与设置在真空筒体外的驱动电机输出轴相连。
本实用新型进一步的改进在于：真空筒体的侧壁上开设有真空筒体引线孔，每条引线均通过真空筒体引线孔引入真空筒体内。
本实用新型进一步的改进在于：信号发生器输出端与对应一个功率放大器输入端之间还设置有一个移相器。
本实用新型进一步的改进在于：每个电磁激振器均包括电磁铁安装盒，设置在电磁铁安装盒内的U型电磁铁，缠绕在U型电磁铁上的绕线，以及用于封闭电磁铁安装盒的电磁铁固定盖板，U型电磁铁上的绕线通过二极管与对应的功率放大器相连。
本实用新型进一步的改进在于：真空筒体内安装有两个平行设置的摆架轨道，前置摆架和后置摆架分别安装在该两个摆架轨道上。
本实用新型进一步的改进在于：电磁激振器支架包括固定在摆架轨道上的支架底座，以及相对于叶轮由高至低对称固定在支架底座上第一级支架、第二级支架以及第三级支架，三级支架之间通过斜拉固定杆和横向固定杆加强紧固，上半圆环和下半圆环分别通过顶部纵向固定杆和底部纵向固定杆安装在对应电磁激振器支架的第一级支架上。
本实用新型进一步的改进在于：第一级支架包括上下平行设置的第一级支架横梁、第一级支架底座横梁以及对称设置在两个横梁左右两端的第一级支架立柱。
本实用新型进一步的改进在于：第一级支架还包括固定在第一级支架底座横梁上用于加强下半圆环的第一级支架底部纵向固定杆支撑腿，固定在第一级支架立柱上用于加强第一级支架底部纵向固定杆支撑腿的第一级支架底部横向固定杆，以及固定在第一级支架立柱上用于加强上半圆环的第一级支架横向固定杆。
相对于现有技术，本实用新型具有如下的技术效果：
本实用新型一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置，适用于高速旋转叶轮的振动测试。电磁谐波激振器可根据叶轮大小、激振力大小，选择不同型号的电磁谐波激振器，能够对高速旋转叶轮产生谐波激振力磁力，不会衰减，不会给真空筒体内引入气体，不会影响真空筒体的真空度。采用电磁谐波激振器，无需测试前准备大量高压氮气，测试过程中不需要人工操作，安全性高，无污染，成本低，可重复利用。
采用功率放大器可以调整电磁谐波激振力的大小，便于叶轮振动测试过程中激振力大小的改变和控制。采用移相器可以改变沿叶轮整圈的谐波激振力之间的相位，便于根据高速旋转叶轮各阶振动型式，控制调整各个激振位置的谐波激振力之间的相位差。采用2个二极管完成电磁谐波激振器的电路连接，简单方便。
沿叶轮周圈多个电磁谐波激振器采用上下半圆环定位安装，能够保证多个电磁谐波激振器保持周期对称，减少多个电磁谐波激振器的安装误差。电磁谐波激振器采用三级固定支架，能够保证电磁谐波激振器的基础的牢固性，尽可能的减小激振过程中反作用力对基础的影响，提高了电磁谐波激振力的稳定性。
综上所述，本实用新型一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置，解决了传统旋转叶轮采用氮气激振方式会引起设备超温以及氮气激振力不足的问题，提供了一种高速旋转状态下叶轮振动测试的激振方法，适用于各种高速旋转叶轮振动测试，能够为叶轮设计定型、安全运行提供技术支撑。可广泛应用于叶轮振动测试中，以提高叶轮的安全性，增加叶轮的服役时间。
附图说明：
图1为高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置的整体示意图；
图2为电磁激振器、上下半圆环、第一级支架的安装示意图；
图3为一组电磁激振器线路连接图；
图4为U型电磁激振器正视图；
图5为U型电磁激振器侧视图。
其中：1、叶轮；2、转轴；3、前置摆架；4、后置摆架；5、摆架轨道；6、真空筒体；7、联轴器；8、驱动电机；9、电磁激振器；10、上半圆环；11、下半圆环；12、第一级支架；13、第二级支架；14、第三级支架；15、支架底座；16、顶部纵向固定杆；17、底部纵向固定杆；18、斜拉固定杆；19、横向固定杆；20、真空筒体引线孔；21、引线；22、信号发生器；23、功率放大器；24、移相器；25、第一级支架横梁；26、第一级支架立柱；27、第一级支架底座横梁；28、第一级支架底部横向固定杆；29、第一级支架横向固定杆；30、第一级支架底部纵向固定杆支撑腿、31、U型电磁铁；32、绕线；33、二极管；34、电磁铁安装盒；35、电磁铁固定盖板。
具体实施方式：
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
参见图1，本实用新型一种高速旋转叶轮的电磁力激振方法，包括真空筒体6，以及安装在真空筒体6内的前置摆架3和后置摆架4，被测叶轮1连同轴2安装在前置摆架3和后置摆架4上，固定于真空筒体6内摆架轨道5上，轴2前段用联轴器7与筒体外的驱动电机8相连接。
选取一个或者多组电磁激振器9沿叶轮1周向布置，电磁激振器支架固定在筒体内摆架轨道5上。在一个激振位置叶轮前后两侧对称布置一对电磁激振器9，叶轮1两侧周向布置的电磁激振器分别采用上半环10、下半圆环11安装，两组上下半圆环采用顶部纵向固定杆16、底部纵向固定杆17和横向固定杆18安装在叶轮1两侧的三级支架上，支架固定安装在摆架导轨5上。
沿叶轮1周向多个激振点分布的电磁激振器9分别安装在上半圆环10、下半圆环11上。叶轮1两侧的多个电磁激振器9固定在两组规格相同的激振器支架上，叶轮1两侧的支架用螺栓固定在真空筒体6内摆架导轨5上。电磁激振器支架采用三级支撑，增加支架结构刚度，减小激振反作用力对支架的影响，第一级支架12用于固定电磁激振器上半圆环10、下半圆环11，每个激振器两侧位置用支架腿将半圆环固定在第一级支架12上；第一级支架12、第二级支架13、第三级支架14高度依次降低，三级支架固定安装在支架底座15上，底座15用螺栓固定于摆架导轨5。第一级支架12与第二级支架13、第二级支架13与第三级支架14之间分别用若干斜拉固定杆18和横向固定杆19连接固定。
真空筒体6外设置有信号发生器22，信号发生器22输出端分别与若干并联设置的功率放大器23输入端相连，每个功率放大器23输出端通过引线21与对应的一组电磁激振器9相连，工作时，由信号发生器22产生正弦信号，分别经过多台功率放大器22放大后，传送给相应的电磁激振器9，对旋转叶轮1施加正弦激振力。
此外，信号发生器22输出端与对应一个功率放大器23输入端之间还设置有一个移相器24，通过对移相器24设置不同相位差，用于叶轮1全周电磁谐波激振器9产生不同相位的正弦激振力。
参见图2，对于旋转叶轮1的8个激振位置，在上下半圆环上，每个电磁激振器9两侧均用支撑杆固定在第一级支架12，第一级支架12包括上下平行设置的第一级支架横梁25、第一级支架底座横梁27以及对称设置在两个横梁左右两端的第一级支架立柱26，第一级支架底座横梁27用螺栓固定在摆架导轨5上。此外，第一级支架12还包括固定在第一级支架底座横梁27上用于加强下半圆环11的第一级支架底部纵向固定杆支撑腿30，固定在第一级支架立柱26上用于加强第一级支架底部纵向固定杆支撑腿30的第一级支架底部横向固定杆28，以及固定在第一级支架立柱26上用于加强上半圆环10的第一级支架横向固定杆29。
参见图3，一个叶轮激振位置放置一组电磁激振器，一组电磁激振器由两个并联的电磁激振器9组成，两个电磁激振器线圈32同名端与同名端连接，固定安装在叶轮1两侧，并与叶轮1保持2～50厘米的距离。两个电磁激振器9分别连接两个整流二极管33，在正弦波一个周期内，相位在0至180°时，由叶轮1一侧的电磁激振器9产生吸力；相位在180°至360°时，由叶轮1另一侧的电磁激振器9产生吸力。
参见图4，每个电磁激振器9均包括电磁铁安装盒34，设置在电磁铁安装盒34内的U型电磁铁31，缠绕在U型电磁铁31上的绕线32，以及用于封闭电磁铁安装盒34的电磁铁固定盖板35，U型电磁铁31上的绕线32通过二极管33与对应的功率放大器23相连。
为了对本实用新型进一步的了解，现对其工作过程作如下说明。
工作时，利用信号发生器22产生正弦信号，通过功率放大器23后，再用整流二极管33传输给电磁激振器9，对旋转叶轮1施加正弦激振力。每组由一对电磁激振器9组成，对称布置于叶轮1前后两侧。沿叶轮1的全周布置多组电磁激振器，可形成对高速旋转叶轮的全周正弦激振。本实用新型解决了传统旋转叶轮采用气体激振方式会引起设备超温、激振力不足的问题，能够满足高速旋转叶轮振动试验中，对叶轮的正弦激振要求，并能调节正弦激振力幅值大小。
Claims (9)
1.一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置，其特征在于：包括真空筒体(6)，以及安装在真空筒体(6)内的前置摆架(3)和后置摆架(4)，两个摆架上设置有转轴(2)，该转轴(2)的一端伸出至前置摆架(3)外并与设置在真空筒体(6)外的驱动电机(8)输出轴相连，两个摆架之间的转轴(2)上设置有叶轮(1)；
真空筒体(6)内还包括对称设置在叶轮(1)两侧的电磁激振器支架，电磁激振器支架在靠近叶轮(1)的两个端面上均设置有上半圆环(10)和下半圆环(11)，若干组电磁激振器(9)周向均匀布置在叶轮(1)两侧的上半圆环(10)和下半圆环(11)上，其中相对于叶轮(1)对称设置的两个电磁激振器(9)为一组；
真空筒体(6)外设置有信号发生器(22)，信号发生器(22)输出端分别与若干并联设置的功率放大器(23)输入端相连，每个功率放大器(23)输出端通过引线(21)与对应的一组电磁激振器(9)相连。
2.根据权利要求1所述的一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置，其特征在于：转轴(2)的一端通过联轴器(7)与设置在真空筒体(6)外的驱动电机(8)输出轴相连。
3.根据权利要求1所述的一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置，其特征在于：真空筒体(6)的侧壁上开设有真空筒体引线孔(20)，每条引线(21)均通过真空筒体引线孔(20)引入真空筒体(6)内。
4.根据权利要求1所述的一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置，其特征在于：信号发生器(22)输出端与对应一个功率放大器(23)输入端之间还设置有一个移相器(24)。
5.根据权利要求1所述的一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置，其特征在于：每个电磁激振器(9)均包括电磁铁安装盒(34)，设置在电磁铁安装盒(34)内的U型电磁铁(31)，缠绕在U型电磁铁(31)上的绕线(32)，以及用于封闭电磁铁安装盒(34)的电磁铁固定盖板(35)，U型电磁铁(31)上的绕线(32)通过二极管(33)与对应的功率放大器(23)相连。
6.根据权利要求1所述的一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置，其特征在于：真空筒体(6)内安装有两个平行设置的摆架轨道(5)，前置摆架(3)和后置摆架(4)分别安装在该两个摆架轨道(5)上。
7.根据权利要求6所述的一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置，其特征在于：电磁激振器支架包括固定在摆架轨道(5)上的支架底座(15)，以及相对于叶轮(1)由高至低对称固定在支架底座(15)上第一级支架(12)、第二级支架(13)以及第三级支架(14)，三级支架之间通过斜拉固定杆(18)和横向固定杆(19)加强紧固，上半圆环(10)和下半圆环(11)分别通过顶部纵向固定杆(16)和底部纵向固定杆(17)安装在对应电磁激振器支架的第一级支架(12)上。
8.根据权利要求7所述的一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置，其特征在于：第一级支架(12)包括上下平行设置的第一级支架横梁(25)、第一级支架底座横梁(27)以及对称设置在两个横梁左右两端的第一级支架立柱(26)。
9.根据权利要求8所述的一种高速旋转叶轮的电磁谐波激振装置，其特征在于：第一级支架(12)还包括固定在第一级支架底座横梁(27)上用于加强下半圆环(11)的第一级支架底部纵向固定杆支撑腿(30)，固定在第一级支架立柱(26)上用于加强第一级支架底部纵向固定杆支撑腿(30)的第一级支架底部横向固定杆(28)，以及固定在第一级支架立柱(26)上用于加强上半圆环(10)的第一级支架横向固定杆(29)。
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| CN111693389A (zh) * | 2019-03-14 | 2020-09-22 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 叶盘激振装置 |
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