一种叶片-涂层机匣碰摩力表征的实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种叶片

【技术实现步骤摘要】
一种叶片
‑
涂层机匣碰摩力表征的实验装置及方法


[0001]本专利技术涉及叶片
‑
机匣碰摩故障实验模拟
，具体涉及一种考虑叶片变形的叶片
‑
涂层机匣碰摩力表征实验装置。

技术介绍

[0002]叶片与机匣的碰摩会引起整机复杂振动，降低系统性能，缩短叶片的寿命，甚至导致叶片脱落等重大故障。碰摩力模型是开展碰摩故障研究的基础，涂层对于碰摩冲击及转子振动特性的影响是不容忽视的。所以，需要在研究中考虑涂层的影响，以更加准确地模拟转子系统的碰摩过程，掌握碰摩过程中的振动冲击特性，提高问题求解的精度。目前已有学者考虑涂层的影响建立了碰摩力模型，碰摩力表征实验作为模型验证的重要手段，一直以来受到了广泛关注。现有的碰摩力表征实验装置主要采用碰摩板模拟机匣，借助步进电机确定侵入量，这种实验方案忽略了叶片的弯曲变形，且侵入量的测量存在误差。叶片
‑
机匣碰摩故障发生于叶尖部位，叶片在碰撞力和摩擦力的作用下会产生局部变形，因此有必要考虑叶片的弯曲变形，并结合碰摩的实际工况，提出能够应用于叶片
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刚性机匣、叶片
‑
弹性机匣、叶片
‑
涂层机匣等多种碰摩工况的碰摩力表征实验装置及测量精度更高的测量方案。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种不仅可以模拟叶片
‑
涂层机匣的碰摩工况，还可以应用于叶片
‑
刚性机匣、叶片
>‑
弹性机匣等多种碰摩工况，同时将叶片的弯曲变形考虑进来的叶片
‑
涂层机匣碰摩力表征实验装置。
[0004]为达到上述目的，本专利技术是通过下述技术方案予以实现的：
[0005]一种考虑叶片变形的叶片
‑
涂层机匣碰摩力表征实验装置，包括基础平台，基础平台上布置有驱动系统、机匣系统和进给系统；所述驱动系统包括电机和联轴器，电机与基础平台上的轴承座相固定；所述机匣系统包括机匣和转轴，机匣固定在轴承座之间，机匣的表面喷涂有涂层，转轴通过联轴器与电机的输出轴相连接；所述进给系统包括电动直线滑台和步进电机，电动直线滑台固定在基础平台上并与机匣圆周面相对应设置，电动直线滑台上固定设置有支撑机构，支撑机构上夹设有质量块；所述质量块与支撑机构朝向步进电机的侧部之间固定设置有力传感器，质量块的上表面固定设置有与机匣相接触的叶片，质量块的左右两侧分别设置有加速度传感器，质量块的其中一侧设置有光栅位移传感器，光栅位移传感器的底侧设置有固定在基础平台上的支架，支架的顶面对应光栅位移传感器的移动方向粘贴有带状刻度表；所述叶片上粘贴有应变片。
[0006]进一步的，所述机匣为空心机匣，机匣的表面喷涂有厚度为3mm的铝硅聚苯酯涂层，所述叶片的安装高度与机匣的轴心保持水平。
[0007]进一步的，所述支撑机构包括L型支座和支承件。
[0008]进一步的，所述应变片采用半桥的连接方式粘贴在距离叶片根部5mm处。
[0009]进一步的，所述步进电机为42系列两相步进电机，步进电机的步距角为1.8
°
，微步
能力≤2μm。
[0010]还包括，一种叶片
‑
涂层机匣碰摩力表征的实验方法，基于权利要求1
‑
5任一项所述的一种叶片
‑
涂层机匣碰摩力表征的实验装置，包括如下步骤：
[0011](1)调整光栅位移传感器的读数头与带状刻度表的距离，保证读数头的指示灯为蓝色状态，通过步进电机调整叶片和机匣的相对位置，保证两者之间的间隙为0，并记录光栅位移传感器在带状刻度表的初始位置；
[0012](2)调节电机的转速和步进电机的进给量；
[0013](3)测得加速度传感器的实验数据，计算叶片的法向碰摩力，即f(t)＝Ma
n
(t)+F
n
(t)，其中F
n
(t)为实际的叶片的法向碰摩力，f(t)为力传感器测得的接触力，M和a
n
(t)分别为质量块的质量和加速度，通过应变片获得的应变信号ε，计算摩擦系数其中b和h分别为叶片的宽度和厚度，E为叶片的弹性模量，L为叶片的长度，F
n
为叶片实际的法向碰摩力；
[0014](4)计算叶片的侵入量，计算方式为δ＝D
n
‑
D
t
，D
n
为叶片的进给位移，在实验中为叶片在步进电机作用下的进给量，该数据基于光栅位移传感器位置的变化量计算，D
t
为由于叶片的弯曲变形产生的径向位移，其计算方式为D
t
＝L为叶片的长度，E和I
b
分别为叶片的弹性模量和截面惯性矩；
[0015](5)改变步进电机的进给量，实现不同的碰摩侵入量，采集每次实验时的稳态的振动信号，选取每次幅值最大的信号取平均值的方式进行分析，计算每组侵入量下碰摩的侵入量及法向碰摩力，对数据进行分析。
[0016]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0017]1、本专利技术与现有技术相比，空心机匣能够进行更换，可选用不同材质的材料进行研究，可以模拟叶片
‑
刚性机匣、叶片
‑
弹性机匣、叶片
‑
涂层机匣实验，叶片的与刚性质量块通过螺栓连接，可以实现叶片的更换，可以降低实验成本同时模拟不同叶片尺寸的碰摩实验。而且采用叶片固定、机匣旋转的实验方案，便于测量叶片的弯曲变形。
[0018]2、叶片的法向碰摩力通过加速度补偿的方式获得，即f(t)＝Ma
n
(t)+F
n
(t)，其中F
n
(t)为实际的法向碰摩力，f(t)为力传感器测得的接触力，M和a
n
(t)分别为刚性块的质量和加速度，这种测试方法使得碰摩力的测量更加准确。
[0019]3、侵入量的测量方法为δ＝D
n
‑
D
t
，D
n
为叶根的振动位移，在实验中为叶片在步进电机作用下的进给量，D
t
为由于叶片的弯曲变形产生的径向位移，步进电机的进给量采用测量精度更高的光栅位移传感器进行测量，叶片的弯曲变形量采用应变片进行测量，不仅考虑了叶片的弯曲变形，也使得侵入量的测量更加精确。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术的侧视图。
[0022]附图标记：
[0023]1‑
电机，2
‑
联轴器，3
‑
轴承座，4
‑
转轴，5
‑
机匣，6
‑
机匣端盖，7
‑
步进电机，8
‑
电动直
线滑台，9
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶片
‑
涂层机匣碰摩力表征的实验装置，其特征在于：包括基础平台，基础平台上布置有驱动系统、机匣系统和进给系统；所述驱动系统包括电机(1)和联轴器(2)，电机(1)与基础平台上的轴承座(3)相固定；所述机匣系统包括机匣(5)和转轴(4)，机匣(5)固定在轴承座(3)之间，机匣(5)的表面喷涂有涂层，转轴(4)通过联轴器(2)与电机(1)的输出轴相连接；所述进给系统包括电动直线滑台(8)和步进电机(7)，电动直线滑台(8)固定在基础平台上并与机匣(5)圆周面相对应设置，电动直线滑台(8)上固定设置有支撑机构，支撑机构上夹设有质量块(10)；所述质量块(10)与支撑机构朝向步进电机(7)的侧部之间固定设置有力传感器(16)，质量块(10)的上表面固定设置有与机匣(5)相接触的叶片(12)，质量块(10)的左右两侧分别设置有加速度传感器(15)，质量块(10)的其中一侧设置有光栅位移传感器(17)，光栅位移传感器(17)的底侧设置有固定在基础平台上的支架(13)，支架(13)的顶面对应光栅位移传感器(17)的移动方向粘贴有带状刻度表(18)；所述叶片(12)上粘贴有应变片(14)。2.根据权利要求1所述的一种叶片
‑
涂层机匣碰摩力表征的实验装置，其特征在于：所述机匣(5)为空心机匣，机匣(5)的表面喷涂有厚度为3mm的铝硅聚苯酯涂层，所述叶片(12)的安装高度与机匣(5)的轴心保持水平。3.根据权利要求1所述的一种叶片
‑
涂层机匣碰摩力表征的实验装置，其特征在于：所述支撑机构包括L型支座(9)和支承件(11)。4.根据权利要求1所述的一种叶片
‑
涂层机匣碰摩力表征的实验装置，其特征在于：所述应变片(14)采用半桥的连接方式粘贴在距离叶片(12)根部5mm处。5.根据权利要求1所述的一种叶片
‑
涂层机匣碰摩力表征的实验装置，其特征在于：所述步进电机(7)为42系列两相步进电机，步进电机(7)的步距角为1.8
°
，微...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹树谦，康艳红，胡明月，侯远航，李利青，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：