CN206019842U - 叶片振动模拟装置及具有其的测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种叶片振动模拟装置，其中，所述叶片振动模拟装置包括模拟机匣、模拟叶片以及起振装置，所述模拟叶片可旋转地设置于所述模拟机匣上；驱动装置，所述驱动装置驱动所述模拟叶片旋转；所述起振装置设置于所述模拟机匣上以驱动所述模拟叶片产生振动。本实用新型提供的叶片振动模拟装置包括可旋转的模拟叶片和用于驱动该模拟叶片进行振动的起振装置，以通过该叶片振动模拟装置对叶尖振幅测试设备的共振识别能力进行验收。

Description

叶片振动模拟装置及具有其的测试系统

技术领域

本实用新型总体来说涉及一种振动应力监测，具体而言，涉及一种叶片振动模拟装置。本实用新型还涉及一种具有叶片振动模拟装置的测试系统。

背景技术

在航空发动机工作过程中，叶片常常发生共振与疲劳失效问题。因此，需要对叶片进行振动应力监测。振动应力监测方法一般分为应变片法和叶尖定时法。

应变片法是通过在叶片表面粘贴应变片来测量叶片的振动情况。应变片法只能在有限的几个叶片表面粘贴应变片，只能测量几个叶片的应力水平。同时应变片粘贴工艺复杂，在高转速下，应变片的成活率较低。并且测试改装工作量大，需要用到高速滑环引电器或遥测装置传输动态应变信号。

叶尖定时法是基于叶尖定时技术的新型测量方法。叶尖定时法能测量所有叶片的振动情况，适合工作叶片长时间的振动实时监测。同时叶尖定时法测试难度也较低，只需额外进行振动应力与叶尖振幅的关系标定。现有的叶尖振幅测试设备是基于叶尖定时技术而设计的。

目前，对叶尖振幅测试设备进行叶片共振识别能力的验收通常使用真实发动机叶片来进行振动监测。通常具有以下缺点：一来实际发动机外部空间及气动条件等限制了机匣的测试改装；二来发动机试车需要各专业技术人员配合，测试成本大；再者叶片共振状态不确定，难以准确有效可控地使叶片发生共振。

鉴于现有技术中存在上述缺陷，为了便于进行叶尖振幅测试设备的叶片共振识别能力的验收工作，本实用新型需要设计一套叶片振动模拟装置。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本实用新型的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种叶片振动模拟装置，以方便进行叶尖振幅测试设备的叶片共振识别能力的验收。

本实用新型的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种测试系统，以方便进行叶尖振幅测试设备的叶片共振识别能力的验收。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：

根据本实用新型的一个方面，提供了一种叶片振动模拟装置，其中，所述叶片振动模拟装置包括：模拟机匣；模拟叶片，所述模拟叶片可旋转地设置于所述模拟机匣上；驱动装置，所述驱动装置驱动所述模拟叶片旋转；以及起振装置，所述起振装置设置于所述模拟机匣上以驱动所述模拟叶片产生振动。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述起振装置包括永久磁铁或电磁铁，所述模拟叶片为铁磁性叶片。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述模拟机匣的中心轴线与所述模拟叶片的转轴重合。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述模拟机匣的外周面上设置有第一通孔，所述第一通孔沿所述模拟机匣的径向方向延伸，所述起振装置固定设置于所述第一通孔内。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述第一通孔为阶梯孔，所述第一通孔的靠近所述模拟叶片侧的截面尺寸小于所述第一通孔的远离所述模拟叶片侧的截面尺寸。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述第一通孔为多个，多个所述第一通孔均匀分布于所述外周面上。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述模拟机匣的外周面上还设置有第二通孔，所述第二通孔沿所述模拟机匣的径向方向延伸，以用于安装叶尖定时传感器。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述第二通孔的靠近所述模拟叶片侧的截面尺寸小于远离所述模拟叶片侧的截面尺寸。

根据本实用新型的一实施方式，其中所述驱动装置为交流电机。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种测试系统，其中所述测试系统包括叶尖定时传感器、转速同步传感器、信号处理装置以及本实用新型提供的叶片振动模拟装置，所述叶尖定时传感器设置于所述模拟机匣上以检测所述模拟叶片的叶尖定时脉冲信号，所述转速同步传感器用以检测所述模拟叶片的转速，所述叶尖定时传感器和所述转速同步传感器分别与所述信号处理装置电连接。

由上述技术方案可知，本实用新型的叶片振动模拟装置及具有其的测试系统的优点和积极效果在于：

本实用新型提供的叶片振动模拟装置包括可旋转的模拟叶片和用于驱动该模拟叶片进行振动的起振装置，以通过该叶片振动模拟装置进行叶尖振幅测试设备的共振识别能力的验收。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本实用新型的优选实施例的详细说明，本实用新型的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本实用新型的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种叶片振动模拟装置的主视图。

图2是图1中的叶片振动模拟装置的A-A剖面图。

图3是图2中的C部分的局部放大图。

图4是图1中的叶片振动模拟装置的B-B剖面图。

图5是图3中的D部分的局部放大图。

图6是根据一示例性实施方式示出的一种测试系统的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、模拟机匣； 2、模拟叶片； 3、起振装置；

4、叶尖定时传感器； 5、转速同步传感器； 6、紧固件；

7、压板； 8、第一通孔； 9、第二通孔；

10、转轴； 11、支座； 20、前置放大器；

30、信号采集与处理系统； 40、计算机。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

图1是根据一示例性实施方式示出的一种叶片振动模拟装置的主视图。参照图1，作为本实用新型的一种实施方式，提供了一种叶片振动模拟装置，其中，叶片振动模拟装置包括模拟机匣1、模拟叶片2以及驱动装置。模拟机匣1可以固定设置在机架上，也可以通过支撑装置而固定在测量平台上，例如但不限于本实施例中的模拟机匣1通过支座11支撑。

模拟叶片2可旋转地设置于模拟机匣1内，当然还可以理解的是，模拟机匣1可以根据需要设置为具有不同的结构，例如但不限于模拟机匣1为筒形，该筒形的截面可以为圆形、矩形、棱形等本领域技术人员能够想到的形状，只要满足模拟叶片2能够在模拟机匣1内旋转，都在本实用新型的保护范围内。本实施例提供的模拟机匣1的截面形状为圆形，但不以此为限。可以理解的是，模拟叶片2可以通过其他动力装置(如内燃机等)驱动旋转，也可以通过电机进行驱动，但不以此为限。本实用新型的驱动装置可以为电机，例如但不限于直流电机或交流电机，都在本实用新型的保护范围内。

起振装置3设置于模拟机匣1上以驱动模拟叶片2产生振动。可以理解的是起振装置3用于起振的工作原理为：在模拟叶片2进行旋转的过程中，起振装置3对模拟叶片2施加交变的激振力，从而可以引起模拟叶片2产生振动。

起振装置3可以设置为阻止模拟叶片2靠近，当模拟叶片2在起振装置3附近时，例如但不限于模拟叶片2靠近起振装置3或当模拟叶片2远离起振装置3时，起振装置3可以为模拟叶片2提供阻力，从而改变模拟叶片2的受力情况，模拟叶片2发生震动。

起振装置3也可以设置为推进模拟叶片2转动，当模拟叶片2在起振装置3附近时，起振装置3可以为模拟叶片2提供向前的推力，从而使模拟叶片2的受力改变，产生震动。

还可以理解的是，起振装置3还可以设置为在模拟叶片2靠近时(或在模拟叶片2远离时)，对模拟叶片2提供推动力，以加速其转动；在模拟叶片2远离时(或在模拟叶片2靠近时)，对模拟叶片2提供阻力，以降低其转动速度。

例如但不限于当模拟叶片2靠近起振装置3时，起振装置3对模拟叶片2有推动力，例如但不限于起振装置3对模拟叶片2提供吸引作用，能加速模拟叶片2靠近起振装置3，即起振装置3为模拟叶片2提供与叶片旋转方向相同的作用力。当模拟叶片2离开起振装置3时，起振装置3仍旧对模拟叶片2有吸引作用，因此，起振装置3对模拟叶片2具有阻力作用，能减缓模拟叶片2远离起振装置3，即起振装置3为模拟叶片2提供与叶片旋转方向相反的作用力。综上，模拟叶片2经过起振装置3前后，起振装置3给模拟叶片2提供方向相反的交变作用力，从而使得模拟叶片2产生振动。

本实用新型提供的叶片振动模拟装置能够有效地控制叶片振动的时机，并且该叶片振动模拟装置无需配备专业人员进行控制，操作简单，降低了使用成本。

继续参照图1，作为本实用新型的一实施方式，其中起振装置3包括永久磁铁或电磁铁，模拟叶片2为铁磁性叶片。例如但不限于起振装置3为永久磁铁，在模拟叶片2进行转动的过程中，当模拟叶片2靠近永久磁铁时，该永久磁铁对模拟叶片2产生吸引，从而驱动模拟叶片2加速旋转，改变了模拟叶片2的受力情况；当模拟叶片2远离永久磁铁时，该永久磁铁仍旧对模拟叶片2产生吸引，从而驱动模拟叶片2减速旋转，改变了模拟叶片2的受力情况。因此，模拟叶片2经过起振装置3前后，模拟叶片2所受的激振力周期性地发生变化，从而使模拟叶片2产生振动。使用永久磁铁成本低廉，且无需配备专业人员进行控制，降低了使用成本。

另外，可以理解的是，本实用新型中的起振装置3也可以选择电磁铁，以更进一步地控制共振时机。也就是说，当叶片振动模拟装置需要起振来引起模拟叶片2进行振动时，可以对电磁铁通电，以使其产生磁场；当不需要其进行起振的情况下，可以对电磁铁断电，以使磁场消除。

图2是图1中的叶片振动模拟装置的A-A剖面图。图4是图1中的叶片振动模拟装置的B-B剖面图。参照图1、图2以及图4，作为本实用新型的一实施方式，其中模拟机匣1的中心轴线与模拟叶片2的转轴10重合。

图5是图3中的D部分的局部放大图。起振装置3可以设置于模拟机匣1的外周面上，也可以设置于模拟机匣1的侧面上，只要能够驱动模拟叶片2进行振动，都在本实用新型的保护范围内。

参照图4和图5，作为本实用新型的一实施方式，其中模拟机匣1的外周面上设置有第一通孔8，第一通孔8沿模拟机匣1的径向方向延伸，起振装置3固定设置于第一通孔8内。起振装置3可以固定于第一通孔8中，以防止伴随着模拟叶片2的振动而从第一通孔8中滑落。第一通孔8可以设置为具有卡槽，以将起振装置3固定于卡槽中，也可以使用连接件将起振装置3固定于第一通孔8中。

具体地，将起振装置3设置于第一通孔8中后，使用压板7将其覆盖，并使用紧固件6例如但不限于螺栓将压板7固定在模拟机匣1上，从而使起振装置3固定在模拟机匣1上。可以理解的是，永久磁铁可以为六面体形、棱柱形、圆柱形或本领域技术人员能够想到的其他形状，都在本实用新型的保护范围内。

当起振装置3为永久磁铁或电磁铁的情况下，永久磁铁或电磁铁的磁场线可以穿过通孔进入到模拟机匣1的内腔中。当模拟叶片2转动速度发生变化时，例如但不限于使用交流电机驱动以产生变化的速度时，由于模拟叶片2周期性地接近和远离永久磁铁或电磁铁，从而使得永久磁铁或电磁铁对模拟叶片2产生激振。

为了对起振装置3进行更好地固定，可以将第一通孔8设置为截面尺寸变化的通孔。例如但不限于从模拟机匣1的外周面向模拟叶片2延伸方向截面尺寸逐渐变小以形成圆锥形，也可以为其他形状，都在本实用新型的保护范围内。作为本实用新型的一实施方式，其中第一通孔8为阶梯孔，第一通孔8的靠近模拟叶片2侧的截面尺寸小于第一通孔8的远离模拟叶片2侧的截面尺寸。

为了提高共振效果和增大激振频率，可以在模拟机匣1的外周面上设置多个第一通孔8，多个第一通孔8均匀分布于外周面上，如图1所示。

为了能够更好地与叶尖振幅测试设备匹配，在叶片振动模拟装置中可以设置叶尖定时传感器4，例如但不限于将该叶尖定时传感器4设置于模拟机匣1上。参照图1至图3，作为本实用新型的一实施方式，其中模拟机匣1的外周面上还设置有第二通孔9，第二通孔9沿模拟机匣1的径向方向延伸，以用于安装叶尖定时传感器4。可以理解的是，叶尖定时传感器4可以具有不同的截面形状，例如但不限于圆形、矩形、三角形等，第二通孔9的截面形状与叶尖定时传感器4的截面形状匹配，都在本实用新型的保护范围内。例如但不限于本实用新型提供的第二通孔9的截面形状为圆形。

为了更好地对叶尖定时传感器4进行限位，以防止其从第二通孔9中脱落后被损坏或损害其他部件，本实用新型提供的第二通孔9可以设置为，沿从模拟机匣1的外周面向模拟叶片2延伸的方向，第二通孔9的截面尺寸不断缩小，以形成圆锥形。也可以将第二通孔9设置为阶梯孔，如图2和图3所示，其中第二通孔9的靠近模拟叶片2侧的截面尺寸小于远离模拟叶片2侧的截面尺寸，其中叶尖定时传感器4插入到该第二通孔9中后，叶尖定时传感器4的头部尖端可以抵接于第二通孔9的阶梯面上，以使叶尖定时传感器4在模拟机匣1的径向方向上定位。

可以理解的是，叶尖定时传感器4插入到该第二通孔9中后，该叶尖定时传感器4与模拟叶片2的叶尖的间隙可以设置为需要的尺寸，以满足测试要求，例如但不限于该间隙可以为1至10毫米，更优选地，该间隙可以设置为1至5毫米，更进一步优选地，该间隙可以为3至5毫米。

在模拟叶片2经过该叶尖定时传感器4时，该叶尖定时传感器4可以产生一个叶尖定时脉冲信号，该脉冲信号可以输送给与叶尖定时传感器4进行电连接的信号采集和处理系统30。

本实用新型的一个方面，提供了一种测试系统，其中测试系统包括叶尖定时传感器4、转速同步传感器5、信号处理装置以及本实用新型提供的叶片振动模拟装置，叶尖定时传感器4设置于模拟机匣1上以检测模拟叶片2的叶尖定时脉冲信号，转速同步传感器5用以检测模拟叶片2的转速，叶尖定时传感器4和转速同步传感器5分别与信号处理装置电连接。

如图1和图5所示，可以在转轴10上设置一个细长的条状反光带，将转速同步传感器5设置为其延伸方向与转轴10的中心轴线垂直，并且转速同步传感器5设置于转轴10的外周面附近以能够检测到反光带。可以理解的是，反光带可以设置为其延伸方向与转轴10的中心轴线方向平行。该转轴10每旋转一周，转速同步传感器5便能接收一个转速脉冲信号。

图6是根据一示例性实施方式示出的一种测试系统的示意图。在对叶尖振幅测试设备进行验收前，可以先对测试系统进行组装，可以将叶尖定时传感器4固定于第一通孔8中，将转速同步传感器5设置于转轴10的外周面附近以能够检测单反光带，并将叶尖定时传感器4和转速同步传感器5分别与信号处理装置电连接。

在对叶尖振幅测试设备进行验收时，叶尖定时传感器4将检测模拟叶片2经过叶尖定时传感器4时产生的叶尖定时脉冲信号，使用交流电机驱动模拟叶片2进行旋转，以在磁场的激励下使模拟叶片2产生共振，此时模拟叶片2的叶尖在周向方向将会向前或向后偏离，从而引起叶尖定时脉冲到达时间的改变；转速同步传感器5将检测转轴10旋转产生的转速同步脉冲信号，此时综合转速同步脉冲信号和叶尖定时脉冲信号，便可计算出模拟叶片2振动的振幅、频率以及阻尼。经前置放大器20放大处理后的各路脉冲信号接入信号采集与处理系统30，进一步处理后形成各路传感器的离散脉冲序列，再对各路脉冲序列进行综合预处理，最后送入计算机40以分析得到模拟叶片2的各种振动参数。

本实用新型所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本实用新型的各方面。

Claims (10)

1.一种叶片振动模拟装置，其特征在于，所述叶片振动模拟装置包括：

模拟机匣；

模拟叶片，所述模拟叶片可旋转地设置于所述模拟机匣内；

驱动装置，所述驱动装置驱动所述模拟叶片旋转；以及

起振装置，所述起振装置设置于所述模拟机匣上以驱动所述模拟叶片产生振动。

2.如权利要求1所述的叶片振动模拟装置，其特征在于，所述起振装置包括永久磁铁或电磁铁，所述模拟叶片为铁磁性叶片。

3.如权利要求1所述的叶片振动模拟装置，其特征在于，所述模拟机匣的中心轴线与所述模拟叶片的转轴重合。

4.如权利要求1所述叶片振动模拟装置，其特征在于，所述模拟机匣的外周面上设置有第一通孔，所述第一通孔沿所述模拟机匣的径向方向延伸，所述起振装置固定设置于所述第一通孔内。

5.如权利要求4所述的叶片振动模拟装置，其特征在于，所述第一通孔为阶梯孔，所述第一通孔的靠近所述模拟叶片侧的截面尺寸小于所述第一通孔的远离所述模拟叶片侧的截面尺寸。

6.如权利要求4所述的叶片振动模拟装置，其特征在于，所述第一通孔为多个，多个所述第一通孔均匀分布于所述外周面上。

7.如权利要求1所述叶片振动模拟装置，其特征在于，所述模拟机匣的外周面上还设置有第二通孔，所述第二通孔沿所述模拟机匣的径向方向延伸，以用于安装叶尖定时传感器。

8.如权利要求7所述叶片振动模拟装置，其特征在于，所述第二通孔的靠近所述模拟叶片侧的截面尺寸小于远离所述模拟叶片侧的截面尺寸。

9.如权利要求1至8中任一项所述的叶片振动模拟装置，其特征在于，所述驱动装置为交流电机。

10.一种测试系统，其特征在于，所述测试系统包括叶尖定时传感器、转速同步传感器、信号处理装置以及如权利要求1至9中任一项所述的叶片振动模拟装置，所述叶尖定时传感器设置于所述模拟机匣上以检测所述模拟叶片的叶尖定时脉冲信号，所述转速同步传感器用以检测所述模拟叶片的转速，所述叶尖定时传感器和所述转速同步传感器分别与所述信号处理装置电连接。