亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：叶片非同步振动模拟实验台及实验操作方法
技术领域：
本发明属于航空发动机领域，具体涉及一种叶片非同步振动模拟实验台及实验操作方法。
背景技术：
由于现在很多的压气机叶片在使用较长的时间之后，都会产生严重的损坏。引起这种现象的因素为压气机叶片的非同步振动。它基于气体射流动力学，并和涡流理论相结合，通过和模拟叶片的柔性板相耦合，达到共振。正常情况下叶片共振时的频率为叶片所在轴的转动频率的整数倍，但是在实验测量中，叶片产生共振时所测到的频率并不是轴转动频率的整数倍，因此，在叶片工作过程中，产生了一种气流，影响到了叶片的振动，这个气流就是文中提出的叶尖间隙流。它在撞击叶片的时候就会产生一个反馈声波，这个反馈声波的波长等于叶尖间隙流出发点到这个叶片的距离的时候，认为产生了叶尖间隙流共振，然后这个共振影响到了这个叶片，对叶尖位置产生了一个较大的压力波动，这个波动不仅影响了叶片共振的频率，而且还加速了叶片的损坏。

发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种叶片非同步振动模拟实验台及实验操作方法，以达到准确测量出作用于叶片的风速的目的。一种叶片非同步振动模拟实验台，包括压力容器、喷射筒、压力传感器支座、实验板支座、激振器、试验台床身和平台支座，其中，压力容器通过连接管路连接喷射筒，所述的喷射筒设置于试验台床身的一端，试验台床身的另一端设置有激振器；在所述的激振器与喷射筒之间设置有实验板支座，在所述的实验板支座与喷射筒之间设置有压力传感器支座；所述的试验台床身下端设置有通过隔振块和平台支座，试验台床身通过隔振块连接平台支座。所述的试验台床身上设置有滑道，通过移动与滑道相对应的滑块，实现调整喷射筒与实验板支座之间的距离。所述的连接管路上设置有压力阀。采用叶片非同步振动模拟实验台确定气流速度的方法，包括以下步骤步骤I、通过移动试验台床身上的滑块调节喷射筒与实验板支座之间的距离，上述距离范围为I < L/D < 7，其中，L为喷射筒与实验板之间的距离，D为喷射气流直径；步骤2、在实验板支座上安装用于模拟叶片的实验板；在压力传感器支座上安装压力传感器；在实验板的螺纹孔中安装压力传感器，并在实验板被压力容器气流冲击的另一侧安装加速度传感器，同时启动激振器为实验板提供固有频率；步骤3、开启连接管路上的压力阀，调节输出气流的压力，所述气流压力范围为I. 5MPa 2. 5MPa ；步骤4、通过压力传感器采集喷射气流的压力数据和实验板上的压力数据；通过实验板上的加速度传感器采集实验板上的变形量数据；随着气流速度的增加,气流作用在实验板上的压力波产生反馈声波，当反馈声波长等于喷射筒与实验板支座之间的距离时，在喷射筒喷嘴处产生速度和压力波动，使实验板的固有频率处产生一个波峰，实验板产生明显增大的压力波动，记录此时连接管路上的压力阀的转角刻度，并根据压力容器喷射气流速度与压力阀的转角刻度之间的关系，得出此时气流速度。本发明优点本发明一种叶片非同步振动模拟实验台及实验操作方法，该装置通过移动与滑道相对应的滑块，实现调整喷射筒与实验板支座之间的距离；试验台床身和四个平台支座之间放置了四个隔振块，减少或者消除了其它部件产生的振动信号对实验结果的影响，使实验结果更加的精确和有效；在连接管路上设置了一个压力阀，可以根据实验的不同需要来调节喷射气流的压力和速度，并可做其他的测试实验；实验板的安装设置成了可更换式，有 柔性和刚性两种实验板可以更换，可以对比做射流冲击刚性板和柔性板的声波反馈理论两个实验。


图I为本发明一种实施例的叶片非同步振动模拟实验台结构图；图2为本发明一种实施例的压力容器结构图；图3为本发明一种实施例的试验台床身结构图；图4为本发明一种实施例的模拟叶片的实验板结构图；图5为本发明一种实施例的实验板支座及滑块结构图；图6为本发明一种实施例的L/D=4，r/D=l. 2时柔性板表面压力和气流压力互谱图；图7为本发明一种实施例采用叶片非同步振动模拟实验台确定气流速度的方法流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。如图I所示，一种叶片非同步振动模拟实验台，包括压力容器I、喷射筒3、压力传感器支座4、实验板支座5、激振器6、试验台床身7和平台支座9，其中，压力容器I通过连接管路2连接喷射筒3，所述的喷射筒3设置于试验台床身7的一端，试验台床身7的另一端设置有激振器6 ;在所述的激振器6与喷射筒3之间设置有实验板支座5，在所述的实验板支座5与喷射筒3之间设置有压力传感器支座4 ;所述的试验台床身7下端设置有通过隔振块8和平台支座9，试验台床身7通过隔振块8连接平台支座9。所述的试验台床身7上设置有滑道，通过移动与滑道相对应的滑块10，实现调整喷射筒3与实验板支座5之间的距离。所述的连接管路2上设置有压力阀。本发明实施例中，如图2所示，压力容器I用于储存高压空气，可以提供高速喷射气流，并持续足够长的时间。在压力容器I出口管道上安装有稳压阀，通过调节压力，得到不同马赫数的稳定喷射气流。压力容器I通过空气压缩机得到足够压力的气体，在压力容器I工作过程中，如果压力容器I中压力不够，空气压缩机可以随时进行补充。如图3所示，试验台床身7用来支撑试验的主体部分，试验台床身设置有滑道，通过螺栓连接来进行滑块10在床身上的移动和定位，从而可以调节实验板和射流之间的距离，其中滑道11处安装实验板支座5及滑块10，滑道12出安装喷射筒，为了加工方便，床身采用钢板焊接而成。如图4所示，本发明实施例中采用柔性板和刚性板来模拟轴流式压气机叶片。柔性板由低碳钢制成，圆板的周围被固定起来，板上开有M5的螺纹孔13，用来安装压力传感器，测量板表面不同位置的压力波动。当其它圆孔不用时，用螺钉将其堵上。本发明实施例设置的喷射筒3喷嘴直径D=63. 5mm,图中，实验板上的孔距离圆心距离为r，r/D的值有I. 0，I. 1，I. 2，I. 3，I. 4，I. 5，I. 6，I. 7。在实验板被压力容器气流冲击的另一侧安装加速度传感器，所述加速度传感器采用B&K 4508B型号，并安装在实验板被气流冲击的另一侧，靠近圆心的位置上，用双面胶粘贴即可。实验板采用刚性板时，在刚性板的I < r/D < I. 5处(D是喷射筒喷嘴的直径，即喷射气流的直径是实验板上放置压力传感器的螺纹孔圆心与实验板圆心的距离)，可观察到压力波动。在板的中心，即停滞点(r/D=0)，没有压力波动。即这个显著放大的压力失稳就是导致叶片疲劳损坏的重要因素。通过安装在喷射筒前的压力传感器和安装在实验板上的压力传感器，分别采集到了喷射气流的压力和实验板上的压力，通过计算机辅助软件的分析，可以看到在某一频率和风速下(所述的风速可通过事先建立的风速与压力阀转角刻度对应关系估算出)，产生的较大的压力波动。如图5所示，图中实验板支座5上安装实验板，滑块10上安装激振器；实验板支座5下部通过螺栓和滑块10相连接，可实现调节实验板到喷射筒3之间的距离，从而满足试验的要求。本发明实施例中，通过放置在喷射筒喷嘴前的压力传感器来采集喷射气流的压力数据，通过安装在实验板上的压力传感器来采集实验板上的压力数据。压力传感器采用科莱特XTEL-190 (M)型小体积坚固型高温压力传感器，它可以用来测量实验板表面的压力波动，螺纹安装，便于测量。振动测试系统采用B&K 3560-D数据采集系统，加速度传感器用来收集实验板变形量信号，测量实验板的振动。本发明实施例中喷射出的气流压力作为输入信号，实验板上的压力作为输出信号。通过计算机辅助软件，计算输出/输入，得到传递函数的值，通过输出的实验结果可以看到一个明显的波峰。这个波峰的横坐标就是实验板的激振频率，也就是当喷射气流的速度达到临界状态时，在这个激振频率下的反馈声波的波长正好与喷射筒与实验板之间的距离L相等。气流产生了共振，对实验板产生了一个明显增大的压力波动，即该速度的气流造成实验板的损坏。如图6所示，为本发明实施例中的一组实验结果。本发明实施例中L/D=4，r/ D=L 2，如图所示，在激振频率即实验板的固有频率1516Hz处，实验板的压力波动达到了最大值，认为产生了共振现象，且随着频率的增加，压力波动呈先大后小的现象，也就是这个明显的压力波动导致了叶片的疲劳损坏。采用叶片非同步振动模拟实验台确定气流速度的方法，如图7所示，包括以下步骤
步骤I、通过移动试验台床身上的滑块调节喷射筒与实验板支座之间的距离，上述距离范围为I < L/D < 7，其中，L为喷射筒与实验板之间的距离，D为喷射气流直径；步骤2、在实验板支座上安装用于模拟叶片的实验板；在压力传感器支座上安装压力传感器；在实验板的螺纹孔中安装压力传感器，并在实验板被压力容器气流冲击的另一侧安装加速度传感器，同时启动激振器为实验板提供固有频率；本发明实施例中，加速度传感器采用B&K 4508B型号，并安装在实验板被气流冲击的另一侧，靠近圆心的位置上，用双面胶粘贴即可。步骤3、开启连接管路上的压力阀，调节输出气流的压力，所述气流压力范围为 I.5MPa 2. 5MPa ；步骤4、通过压力传感器采集喷射气流的压力数据和实验板上的压力数据；通过实验板上的加速度传感器采集实验板上的变形量数据；在喷射筒与实验板之间的距离L与喷射气流直径D之比在L/D=4的条件下，在喷射气流速度核心区外，实验板上的压力波动产生了以速度c传播的声波。反射声波的频率与喷射速度成正比，而且也等于声音的速度与其波长的比。随着气流速度的增加，气流作用在实验板上的压力波产生反馈声波，当反馈声波长等于喷射筒与实验板支座之间的距离时，在喷射筒喷嘴处产生速度和压力波动，使实验板的固有频率处产生一个波峰，实验板产生明显增大的压力波动，记录此时连接管路上的压力阀的转角刻度，并根据压力容器喷射气流速度与压力阀的转角刻度之间的关系，得出此时气流速度，该速度即为对叶片造成损伤的叶尖间隙流速度，在工业实际中，通过调节轴流式压气机的转速，可避开这个转速区段，即可避开该速度的叶尖间隙流，解决了非同步振动导致叶片的寿命降低的问题。
权利要求
1.一种叶片非同步振动模拟实验台，其特征在于包括压力容器(I)、喷射筒(3)、压力传感器支座(4)、实验板支座(5)、激振器(6)、试验台床身(7)和平台支座(9)，其中，压力容器(I)通过连接管路(2)连接喷射筒(3)，所述的喷射筒(3)设置于试验台床身(7)的一端，试验台床身(7)的另一端设置有激振器(6);在所述的激振器(6)与喷射筒(3)之间设置有实验板支座(5)，在所述的实验板支座(5)与喷射筒(3)之间设置有压力传感器支座(4);所述的试验台床身(7)下端设置有通过隔振块(8)和平台支座(9)，试验台床身(7)通过隔振块(8)连接平台支座(9)。
2.根据权利要求I所述的叶片非同步振动模拟实验台，其特征在于所述的试验台床身(7)上设置有滑道，通过移动与滑道相对应的滑块(10)，实现调整喷射筒(3)与实验板支座(5)之间的距离。
3.根据权利要求I所述的叶片非同步振动模拟实验台，其特征在于所述的连接管路(2)上设置有压力阀。
4.采用权利要求I所述的叶片非同步振动模拟实验台确定气流速度的方法，其特征在于包括以下步骤 步骤I、通过移动试验台床身上的滑块调节喷射筒与实验板支座之间的距离，上述距离范围为1<L/D<7，其中，L为喷射筒与实验板之间的距离，D为喷射气流半径； 步骤2、在实验板支座上安装用于模拟叶片的实验板；在压力传感器支座上安装压力传感器；在实验板的螺纹孔中安装压力传感器，并在实验板被压力容器气流冲击的另一侧安装加速度传感器，同时启动激振器为实验板提供固有频率； 步骤3、开启连接管路上的压力阀，调节输出气流的压力，所述气流压力范围为I.5MPa 2. 5MPa ； 步骤4、通过压力传感器采集喷射气流的压力数据和实验板上的压力数据；通过实验板上的加速度传感器采集实验板上的变形量数据； 随着气流速度的增加，气流作用在实验板上的压力波产生反馈声波，当反馈声波长等于喷射筒与实验板支座之间的距离时，在喷射筒喷嘴处产生速度和压力波动，使实验板的固有频率处产生一个波峰，实验板产生明显增大的压力波动，记录此时连接管路上的压力阀的转角刻度，并根据压力容器喷射气流速度与压力阀的转角刻度之间的关系，得出此时气流速度。
全文摘要
本发明一种叶片非同步振动模拟实验台及实验操作方法，属于航空发动机领域，包括压力容器、喷射筒、压力传感器支座、实验板支座、激振器、试验台床身和平台支座，其中，压力容器通过连接管路连接喷射筒，所述的喷射筒设置于试验台床身的一端，试验台床身的另一端设置有激振器；在所述的激振器与喷射筒之间设置有实验板支座，在所述的实验板支座与喷射筒之间设置有压力传感器支座；所述的试验台床身下端设置有通过隔振块和平台支座，试验台床身通过隔振块连接平台支座；该装置可实现调整喷射筒与实验板支座之间的距离；该装置通过隔振块使实验结果更加的精确和有效；该装置可根据实验的不同需要来调节喷射气流的压力和速度；该装置可更换实验板。
文档编号G01P5/24GK102901838SQ201210375530
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者李鹤, 姚家平, 刘权峰, 耿志远, 张海龙, 韩清凯, 闻邦椿 申请人:东北大学