一种含摩擦阻尼结构的整体叶盘振动特性测试试验台制造技术

本发明专利技术公开了一种含摩擦阻尼结构的整体叶盘振动特性测试试验台，主要包括驱动模块、外部激励模块、测试模块以及数据分析模块；本发明专利技术针对整体叶盘设计采用了拉筋摩擦阻尼结构，帮助减弱盘片耦合振动；为验证非接触式测量叶顶振动数据可靠性，本发明专利技术采用应变片测量对测量数据进行验证；为研究盘片耦合振动模态，本发明专利技术采用扫描式激光测振仪与永磁铁实现对于整体叶盘各节径形式振型测量。本发明专利技术可以针对含摩擦阻尼结构的整体叶盘结构进行振动特性测试，研究不同转速、频率激振力对于整体叶盘振动特性影响，为整体叶盘减振结构设计及工程应用提供数据参考。工程应用提供数据参考。工程应用提供数据参考。

【技术实现步骤摘要】
一种含摩擦阻尼结构的整体叶盘振动特性测试试验台


[0001]本专利技术属于工程和技术研究以及试验发展
，特别涉及一种含摩擦阻尼结构的整体叶盘振动特性测试试验台。

技术介绍

[0002]随着航空事业对于发动机性能要求的不断提高，发动机推质比要求进一步提高，航空发动机中透平及压气机叶片开始逐渐采用整体式叶盘结构。相较传统分体式叶片轮盘结构，整体式叶盘结构简单，避免复杂叶片
‑
轮盘的叶根轮槽连接结构，降低发动机质量并提高运行效率。尽管整体式叶盘结构具有较低质量，但由于没有叶片
‑
轮盘的接触摩擦作用，并且叶片轮盘刚度接近，更加容易发生叶盘耦合振动。
[0003]目前有多种阻尼减振方式应用到了整体叶盘减振中，包括涂层阻尼、压电阻尼及摩擦阻尼等。其中涂层阻尼及压电阻尼多用于抑制指定振型的模态振动，宽频域振动抑制效果有限。摩擦阻尼是工程中常用的减振方式，相较涂层阻尼及压电阻尼等方法而言，摩擦阻尼具有技术成熟、造价经济等优点。拉筋结构为一种常见的摩擦阻尼结构，在叶片减振应用中具有良好的效果，目前在整体叶盘结构中应用较少。
[0004]为了保证叶盘结构在发动机组中能够安全运行，设计人员会针对叶盘结构进行振动参数测量，对其振动特性进行研究，保证叶盘运行可靠性。整体叶盘易发生节径型振动，盘片耦合振动是整体叶盘振动的主导类型，需要探究各敏感阶次的整体叶盘振动形式，因此关注不同激振频率下振型变化具有重要意义。振动信号测量通常采用叶尖定时方法，而叶尖定时对振动信号采集存在欠采样的问题，为了获得叶盘振动位移通常需要压缩感知等重构数据等方法。因此针对复杂运行条件下的含摩擦阻尼结构的整体叶盘结构进行振动信号测量，获得振动特性的准确数据对于整体叶盘设计制造具有指导作用，有利于优化含阻尼结构的整体叶盘结构设计，并为实际叶盘设计提供数据参考。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种含摩擦阻尼结构的整体叶盘振动特性测试试验台，该装置对含拉筋摩擦阻尼结构的整体叶盘振动特性进行测量，可以通过对永磁铁及电机的调整实现对于叶盘实际运行环境模拟。对于复杂运行环境下的振动特性进行测量分析，为整体叶盘的优化设计提供了数据参考，为保证整体叶盘安全运行进行验证。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案予以实现：
[0007]一种含摩擦阻尼结构的整体叶盘振动特性测试试验台，包括驱动模块、外部激励模块、测试模块以及数据分析模块；
[0008]驱动模块，用于通过外部电源驱动测试模块中试验件旋转，为试验件信号测量提供旋转条件；
[0009]外部激励模块，用于为测试模块中试验件提供周期激振力，模拟整体叶盘试验件运行过程中所受气流激振力；
[0010]测试模块，用于对整体叶盘试验件进行测试，布置多种接触式及非接触式传感器获得数据信号；
[0011]数据分析模块，用于对测试模块测量获得的电信号进行数据处理，分析获得整体叶盘的响应特性及模态振型。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，驱动模块包括伺服电机、皮带、空心主轴、第一轴承和第二轴承；伺服电机通过皮带连接至主轴，皮带实现由伺服电机到主轴的传动功能，进而利用伺服电机完成对于主轴及其连接部件的驱动，第一轴承及第二轴承在主轴旋转过程中起到支撑作用。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，测试模块包括电滑环、整体叶盘、测试支架、应变片、电涡流位移传感器、转速传感器和扫描式激光测振仪；
[0014]含拉筋结构的整体叶盘通过键连接至空心主轴，在整体叶盘外围布置有测试支架，电涡流位移传感器和转速传感器固定安装于测试支架上，用于实现对于整体叶盘的无接触振动信号测量；扫描式激光测振仪用于对整体叶盘振动位移进行扫描测量，获得振型分布，对整体叶盘模态振型实现无接触测量；在整体叶盘部分叶片叶底振动应变大位置安装应变片，测量信号通过导线穿过空心主轴，导线连接至主轴另一端电滑环，并通过电滑环传递至数据分析模块，实现对于整体叶盘振动信号的接触式测量。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，整体叶盘采用含拉筋结构的整体叶盘，所述整体叶盘通过于叶身添加拉筋结构实现摩擦阻尼作用，拉筋结构通过通孔与叶片之间摩擦，对振动能量进行耗散，进而降低整体叶盘振动幅度，削弱叶盘耦合振动。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，电涡流位移传感器与转速传感器共同实现对于叶顶振动响应的无接触式测量，整体叶盘通过键连接至主轴，转速传感器布置于键槽位置上方实现对于转速的测量，多个电涡流位移传感器按设定角度布置于叶顶实现对于整体叶盘叶顶位移监测；基于不同布置角度的各位移传感器叶顶位移监测信号，结合转速传感器分析能够获得整体叶盘的振动特性；任一叶片振动位移d
s
根据转速同步传感器及电涡流传感器信号共同分析获得：
[0017]d
s
＝R
×
Ω
×
Δt
s
[0018]式中R为叶顶半径，为转速，由转速传感器测量两次信号时间差t
ref1
‑
t
ref2
获得；Δt
s
＝t
measured
‑
t
expected
为某一叶顶电涡流位移传感测量时间差，t
expected
表示假设无振动时传感器期望测量时间；结合叶尖定时算法处理数据能够获得整体叶盘振动特性参数。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，该试验台同时使用接触式测量方式及非接触式测量方式对整体叶盘叶顶响应进行测量，其中非接触式测量通过计算分析获得，接触式测量方式通过应变片直接测得，应变片所测量电信号经过分析模块结合有限元计算分析得到整体叶盘振动特性；应变片接触式测量分析能够得应变为ε
SG
以及非接触式测量分析所得叶顶位移y
BTT
通过有限元模态分析获得应变与位移关系：
[0020]根据有限元模型，获得转换系数K
mod
＝y
mod
/ε
mod
，该转化系数表示叶顶模态位移y
mod
与应变片模态应变ε
mod
比值；
[0021]小激振下叶片振动视作线性振动，进而有实际振动响应与应变转换系数近似等于
模态分析结果的转化系数K
mod
，故有应变测量值ε
SG
的叶片位移y
BTT
写作：
[0022]y
BTT
＝K
mod
·
ε
SG
。
[0023]本专利技术进一步的改进在于，外部激励模块用于对整体叶盘实际运行中所受激振力进行模拟，包括永磁铁，通过在测试支架上布置永磁铁，利用永磁铁对整体叶盘结构进行磁激励实现对于整体叶盘所受周期激振力进行模拟。
[0024]本专利技术进一步的改进在于，考虑外部激励对于振动特性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含摩擦阻尼结构的整体叶盘振动特性测试试验台，其特征在于，包括驱动模块、外部激励模块、测试模块以及数据分析模块；驱动模块，用于通过外部电源驱动测试模块中试验件旋转，为试验件信号测量提供旋转条件；外部激励模块，用于为测试模块中试验件提供周期激振力，模拟整体叶盘试验件运行过程中所受气流激振力；测试模块，用于对整体叶盘试验件进行测试，布置多种接触式及非接触式传感器获得数据信号；数据分析模块，用于对测试模块测量获得的电信号进行数据处理，分析获得整体叶盘的响应特性及模态振型。2.根据权利要求1所述的一种含摩擦阻尼结构的整体叶盘振动特性测试试验台，其特征在于，驱动模块包括伺服电机、皮带、空心主轴、第一轴承和第二轴承；伺服电机通过皮带连接至主轴，皮带实现由伺服电机到主轴的传动功能，进而利用伺服电机完成对于主轴及其连接部件的驱动，第一轴承及第二轴承在主轴旋转过程中起到支撑作用。3.根据权利要求1所述的一种含摩擦阻尼结构的整体叶盘振动特性测试试验台，其特征在于，测试模块包括电滑环、整体叶盘、测试支架、应变片、电涡流位移传感器、转速传感器和扫描式激光测振仪；含拉筋结构的整体叶盘通过键连接至空心主轴，在整体叶盘外围布置有测试支架，电涡流位移传感器和转速传感器固定安装于测试支架上，用于实现对于整体叶盘的无接触振动信号测量；扫描式激光测振仪用于对整体叶盘振动位移进行扫描测量，获得振型分布，对整体叶盘模态振型实现无接触测量；在整体叶盘部分叶片叶底振动应变大位置安装应变片，测量信号通过导线穿过空心主轴，导线连接至主轴另一端电滑环，并通过电滑环传递至数据分析模块，实现对于整体叶盘振动信号的接触式测量。4.根据权利要求3所述的一种含摩擦阻尼结构的整体叶盘振动特性测试试验台，其特征在于，整体叶盘采用含拉筋结构的整体叶盘，所述整体叶盘通过于叶身添加拉筋结构实现摩擦阻尼作用，拉筋结构通过通孔与叶片之间摩擦，对振动能量进行耗散，进而降低整体叶盘振动幅度，削弱叶盘耦合振动。5.根据权利要求3所述的一种含摩擦阻尼结构的整体叶盘振动特性测试试验台，其特征在于，电涡流位移传感器与转速传感器共同实现对于叶顶振动响应的无接触式测量，整体叶盘通过键连接至主轴，转速传感器布置于键槽位置上方实现对于转速的测量，多个电涡流位移传感器按设定角度布置于叶顶实现对于整体叶盘叶顶位移监测；基于不同布置角度的各位移传感器叶顶位移监测信号，结合转速传感器分析能够获得整体叶盘的振动特性；任一叶片振动位移d
s
根据转速同步传感器及电涡流传感器信号共同分析获得：d
s
＝R
×
Ω
×
Δt
s
式中R为叶顶半径，为转速，由转速传感器测量两次信号时间差t
ref1
‑
t
ref2
获得；Δt
s
＝t

【专利技术属性】
技术研发人员：张荻，王培宇，刘铸锋，李国嘉，谢永慧，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：