[发明专利]一种含干摩擦阻尼结构的模拟失谐叶盘及测试装置和方法

说明书

本发明公开了一种含干摩擦阻尼结构的模拟失谐叶盘及测试装置和方法，包括：旋转轴转动设置于摆架上，失谐叶盘固定设置在旋转轴上，驱动装置的输出端通过传动装置与旋转轴相连接，信息采集装置的信号输出端与信息显示与分析装置的信号接收端相连接；失谐叶盘的每个叶片的内端均固定设置在轮盘上，每个叶片的外端均固定设置有围带，相邻叶片的围带通过弹簧块连接。本发明的干摩擦阻尼结构可控制失谐叶盘的振动，降低叶片的振动水平。本发明的测试装置及方法，能够对含干摩擦阻尼结构的失谐叶盘系统进行振动响应测试，分析含干摩擦阻尼结构的失谐叶盘系统的振动特性。

技术领域

本发明属于振动响应测试装置技术领域，涉及一种失谐叶盘系统的振动响应测试装置，特别涉及一种含干摩擦阻尼结构的模拟失谐叶盘及测试装置和方法。

背景技术

燃气轮机、汽轮机等大型动力装配是国家工业装备中最为关键及核心的设备之一，广泛应用于冶金、石化、船舶、钢铁和电力等行业，在国民经济尤其是重工业体系中占有十分重要的地位。叶片是大型旋转机械中实现能量转换的关键部件，由于其工作环境恶劣，结构复杂，叶片故障约已成为大型旋转机械设备中最为常见的故障之一。由于受加工误差、运行磨损以及材料性质差异等多种人为因素或随机因素的影响，叶盘中各扇区间的几何参数或物理性质不可避免的存在一定的偏差，会造成叶盘系统的失谐。尽管偏差量通常仅在5％以下，却使得原本具有循环对称性的结构系统产生局部化现象，由于模态振型不是广延到整个结构而是集中在某一个或某几个扇区中，使这几个少数的扇区振幅非常大而其它的大多数扇区中的振幅都较小，振动能量在少数叶片上的集中使叶片非常容易产生疲劳损伤或断裂，对整个叶盘结构的正常运行构成严重威胁。因此如何采取有效措施减小失谐引起的振动局部化现象,具有重要实际意义。为降低叶片的高周疲劳失效、延长叶片服役寿命，采用干摩擦阻尼结构增加叶片系统的结构阻尼是一种简单且行之有效方法。干摩擦阻尼具有阻尼效果好、不受温度限制、容易实施、成本低等优点，是目前较为普遍的增加叶片阻尼的方式。由于干摩擦阻尼结构的存在，原本就复杂的叶片系统成为变刚度、变阻尼的非线性动力学系统，这给阻尼结构叶片系统的振动特性研究及其减振机理研究增加了许多实际困难。此外，摩擦阻尼器的安装、运行中的磨损等因素会导致不同的叶片干摩擦力产生随机失谐(即各个叶片的干摩擦力不再一致)，这更使得摩擦阻尼器的结构优化设计困难重重。

旋转叶轮振动测试技术为叶轮机械设计提供重要的试验数据依据，是叶轮设计及试验技术领域的关键技术之一。随着叶轮振动与结构强度设计技术的发展及对叶轮振动安全性研究的不断深入，对旋转叶轮振动测试系统工作的安全性、可靠性和准确性提出了更高要求。原本旋转状态下失谐叶盘系统振动的测试方法就比较复杂，增加了干摩擦阻尼结构后的失谐叶盘系统由于受“叶盘失谐”、“干摩擦接触”、“摩擦失谐”等众多因素的影响，其振动测试就更为复杂，目前亟需一种新型的能够模拟不同失谐形式、不同失谐强度、且摩擦接触可调控的失谐叶盘振动响应测试装置以适应日益复杂的摩擦约束叶片系统的动力特性研究和结构优化设计，缩短阻尼叶片的设计周期。在进行透平机械设计阶段就考虑失谐问题，包括叶盘本身的失谐问题以及在运行过程中由摩擦阻尼附产生的干摩擦力失谐问题，对失谐叶盘系统振动特性的研究己成为正确设计和评估高性能燃气轮机、汽轮机叶片-轮盘系统的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含干摩擦阻尼结构的模拟失谐叶盘及测试装置和方法，以解决上述存在的技术问题。本发明的含干摩擦阻尼结构的失谐叶盘，在失谐叶盘系统中加入可调控的干摩擦阻尼结构，通过干摩擦阻尼结构控制失谐叶盘的振动，降低叶片的局部化振动水平，延长叶片的服役寿命。本发明的测试装置及方法，能够对含干摩擦阻尼结构的失谐叶盘系统进行振动响应测试，通过调节叶片围带间的干摩擦阻尼结构参数，对不同形式、不同失谐强度下的失谐叶盘的振动特性进行分析，研究不同失谐形式的耦合作用、干摩擦阻尼结构参数的敏感性，获得完整的含干摩擦阻尼结构的失谐叶盘系统的动态振动特性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：