[发明专利]一种叶片固有频率自动测试系统

说明书

本发明涉及一种叶片固有频率自动测试系统，包括外部控制分析系统、底座、步进电机、旋转盘、装夹组件、激光位移传感器和喷气组件。步进电机驱动旋转盘轴向转动，从而带动待测试叶片转动；喷气端等时间断喷出气体使得待测试叶片振动，同时通过激光位移传感器测得待测试叶片的振动位移，将获得的振动位移信息和振动频率信息传入外部控制分析系统，从而获得待测试叶片的各阶固有频率。本发明中间的测试过程不需要人工干预，自动化程度高，对操作人员技术水平要求低，测试效率高。可以大大提高相关行业的技术水平和测试效率，有很好的应用前景。

技术领域

本发明属振动测试技术领域，涉及一种叶片固有频率自动测试系统。本发明结合了非接触式激励与测量技术和频谱自动采集分析技术，主要应用于航空发动机叶片的固有频率测试分析，也可以用于燃气轮机、鼓风机等叶片的自动测试。

背景技术

叶片事故是汽轮机机组事故之一，其发生几率高、危害大。统计资料表明，叶片的损坏故障绝大多数是由振动引起的。以航空发动机为例，其叶片的工作条件恶劣，高速旋转产生的离心力和强气流冲击带来的气动力极易使叶片产生振动，发动机由于振动引起的故障占总故障的60％以上，其中叶片振动故障占总振动故障的70％以上。叶片振动、尤其是共振将产生较大的振动应力，并导致叶片的疲劳失效或破坏。因此，实际测量发动机叶片的固有频率，对其振动特性进行分析具有重要的意义。

另外，由于材料、加工工艺与精度的差异，每个叶片的固有频率不尽相同。在同一级叶片中，叶片安装时必须将频率分散度控制在某个指标范围内(一般行业规定分散度小于8％为合格)。而且通过对每个叶片固有频率的测试，掌握其离散性，可以检验叶片的加工精度。

目前，叶片固有频率测试分析已成为叶片检验程序中必不可少的环节之一。测试方法多采用频谱分析法，即给叶片一个初始位移(或力)激励，使其产生衰减振动，通过测量叶片的位移响应并对其进行频谱分析，即得到被测叶片的固有频率。测试设备主要包括位移传感器、数据采集器和频谱分析软件。现有的测试系统没有充分考虑叶片频率测试分析的特殊性，不构成一个完整的专用测试分析系统。如对整体叶盘，其上分布多个叶片，每个叶片测试均需重新定位位移传感器的静态距离；每个叶盘由多个叶片组成，每次测量完成后均需用手动操作移动激励点和测量点等，不仅测试效率低下，而且要求测试人员具有较专业的操作水平和后续的数据处理能力，大大制约了相关行业的技术发展。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为解决先有技术存在的缺陷，本发明旨在研制一套通用的全自动叶片固有频率测试分析系统，通过自动激励、自动采集和分析、自动实现不同叶片的转换，最终完成所有叶片固有频率的测试。

本发明的技术方案是：一种叶片固有频率自动测试系统，其特征在于，包括外部控制分析系统、底座1、步进电机2、旋转盘3、装夹组件、激光位移传感器8和喷气组件；步进电机2位于底座1内，待测试叶片位于旋转盘3上，并通过装夹组件夹紧，且夹紧后叶片能够从装夹组件侧面露出边缘；激光位移传感器8位于待测试叶片边缘上方；所述喷气组件包括脉冲电磁阀、气路10和喷气嘴9，连接线10一端与脉冲电磁阀连接，另一端为喷气端，位于待测试叶片边缘的下方，且激光位移传感器8和喷气端对应的为同一叶片；喷气嘴9位于连接线10上，通过脉冲电磁阀调节喷气嘴9的内径大小，控制喷气量；步进电机2驱动旋转盘3轴向转动，从而带动待测试叶片转动；喷气端等时间断喷出气体使得待测试叶片振动，同时通过激光位移传感器8测得待测试叶片的振动位移，将获得的振动时域信号传入分析系统，分析系统直接将时域信号转化为频域信号，从而获取叶片的各阶固有频率。

本发明的进一步技术方案是：所述外部控制分析系统包括计算机、PLC控制器和USB采集板；所述计算机通过与PLC控制器保持通信，以同步控制装夹盘的转动和喷嘴电磁阀的开关；主控计算机通过与USB采集板保持通信，将采集到的时域信号传输至计算机进行频谱分析；计算机通过PLC控制器同步控制装夹盘的转动、喷嘴电磁阀的开关；USB采集板，将激光位移传感器8采集得到的位移信号传输至计算机进行处理和信号分析。

发明效果