[发明专利]一种榫连叶片固有特性非接触式测试实验装置及测试方法

说明书

本发明提供了一种榫连叶片固有特性非接触式测试实验装置及测试方法，属于轴流叶片振动特性测试技术领域。该装置包括包括支撑系统、伺服顶杆机构、叶片榫槽夹具、非接触式激振装置和非接触式测振装置。台面下方的伺服顶杆装置施加推力模拟叶片旋转时榫连结构承受的离心力。该发明具有统一的叶片榫槽夹具底座，在所述叶片榫槽夹具底座上方方便快捷地安装不同形式的榫槽夹具。非接触式激振装置的激振器为电磁激振方式，其夹具为磁吸底座支撑的双杆支架，能够改变激振的位置和方向。非接触式测振传感器为激光测振仪。激振与测振采用非接触方式，有效避免了附加质量对叶片固有特性测试造成的偏差。该装置适用于各种形式的榫头—榫槽叶片的振动特性测试。

技术领域

本发明属于轴流叶片固有特性测试技术领域，具体是一种榫连叶片固有特性非接触式测试实验装置及测试方法。

背景技术

对于旋转叶轮机械的榫连叶片在不同工况下有不同的转速，榫连结构接触面承受着不同的离心力，叶片头部的约束形式发生变化，从而改变叶片的固有特性。当叶片在包括离心力、碰摩力、气动力、热载荷及其它偶然载荷等复杂载荷的作用下产生振动响应，由此带来的振动疲劳、振动失效问题严重影响着航空发动机、涡轮机、透平机械等旋转叶轮机械的安全及可靠性。

现有的测试榫连叶片固有特性的实验装置用平口钳将叶片榫头完全夹紧，这种方法没有考虑离心力对榫连叶片根部约束的改变；还有学者采用在叶片榫槽底部加装螺栓来顶紧叶片的榫头来模拟离心力，但是对于螺栓顶紧力的大小凭借扳手人工控制，很难做到对不同工况下叶片离心力的精确模拟，而且无法确定在激振时是否会引起螺纹连接的松脱。

目前常用的激振方式为力锤激振，对叶片进行单次脉冲激励，但是如果希望对叶片产生有效的脉冲激励需要实验者有经验或者进行多次激振。激振方式还可采用电磁激振台，但是激振台成本高、占用空间大。常用的传统的测振方式如在叶片上粘贴电阻应变片或加速度传感器等接触式均会给叶片带来附加质量，改变叶片的固有特性。

为了有效地对现有榫连叶片进行固有特性测试、对榫连结构叶片进行振动抑制、优化设计叶片榫连结构接触形式及叶片形状，需要设计并开发可有效模拟叶片榫连结构承受叶片离心力、能够实现便捷更换榫槽夹具、利用新型非接触式激振装置激振的实验装置和系统，并对测振传感器测试技术及方法做出进一步改进，进而掌握榫连叶片在不同工况下、不同激励环境下的固有特性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种可以有效模拟叶片旋转时榫连结构承受的离心力和叶片工作时所受载荷激励并且适用于多种榫头—榫槽形式的榫连叶片固有特性非接触式测试的实验装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，

一种榫连叶片固有特性非接触式测试实验装置，包括支撑系统、伺服顶杆机构、叶片榫槽夹具、非接触式激振装置和非接触式测振装置；所述支撑系统包括支撑结构、隔振装置和台面，台面通过隔振装置设置在支撑结构上方；所述叶片榫槽夹具底座设置在台面上，所述叶片榫槽夹具通过导轨定位并通过螺栓固定连接于叶片榫槽夹具底座上方，且叶片榫槽夹具的通孔、叶片榫槽夹具底座通孔与台面通孔同心设置；所述伺服顶杆机构固定设置在台面下方，顶杆依次穿过台面通孔、叶片榫槽夹具底座通孔、叶片榫槽夹具的通孔与待测叶片接触，伺服顶杆机构通过伺服电机实现压力控制，用于模拟叶片旋转时榫连结构承受的离心力；非接触式激振装置设于待测叶片一侧，用于产生振动；非接触式测振装置位于待测叶片另一侧，用于接收振动响应信号。

进一步地，上述非接触式激振装置的激振器为电磁激振，所述非接触式测振装置的非接触式测振传感器为激光测振仪。

进一步地，上述叶片榫槽夹具有统一形式的叶片榫槽夹具底座，不同形式的榫槽夹具更换使用，皆通过导轨定位并通过螺栓与叶片榫槽夹具底座连接固定。

进一步地，上述非接触式激振装置包括磁吸底座、可调支架、激振器、信号发生器和功率放大器，所述可调支架通过磁吸底座固定设置在台面上，所述激振器固定设置在可调支架上。