[发明专利]一种透平叶片旋转动态气流激振力测量装置

说明书

本发明一种透平叶片旋转动态气流激振力测量装置，包括叶盘系统、激振力测量装置和气流激振发生装置等；叶盘系统的叶片铰接于相对轮盘位置固定的夹块上，铰轴安装方向与叶片一阶弯曲振动方向垂直，铰接处通过抛光、润滑削减摩擦作用从而降低动态气流激振力的测量误差。沿叶高方向引入动态拉压力传感器，动态拉压力传感器沿叶片一阶弯曲振动方向安装，其背离叶片侧固定在刚性测杆上、靠近叶片侧通过柔性杆与叶片相连，最终测得动态气流激振力的幅值和作用位置的动态过程。本发明测得的激振力载荷有助于完善叶片振动数值分析模型和叶片非接触式振动测量方法等。本发明通过改变气流速度、叶片型式等，能够对不同的透平机组进行研究，具有普遍适用性。

技术领域

本发明属于实验装置技术领域，具体涉及一种透平叶片旋转动态气流激振力测量装置。

背景技术

透平叶片常工作在极其恶劣复杂的条件下，易在气流冲击下产生受迫振动。实践表明，叶片因气流激振而产生的受迫振动是导致叶片高周疲劳失效的主要原因。为了对这种受迫振动现象进行研究，有必要探究激振力的作用特点，从而为高寿命透平叶片的设计提供依据。

在旋转透平叶片振动实验中，在叶片上引入激振力的常用方法是通过电磁铁或者气流作用到叶片，在叶片旋转过程中产生具有激振动态变化的周期作用力，然而这些激振方法无法准确获得作用到叶片上的激振力位置和幅值。以气流激振为例，仅能获得喷管出口处的气流流量和方向等数据，但叶片旋转过程是一个动态变化过程，无法准确地得出一个周期内施加到旋转叶片上的气流激振力大小和作用位置，这使得叶片振动特性分析中数值和实验结果无法进行有效的相互验证。以往关于叶片激振力的施加和测量方法仅适用于非旋转叶片振动的探究，难以对实际旋转叶片在气流作用下的受迫振动现象进行分析。

基于以上原因，有必要建立一种对旋转叶片所受动态气流激振力的大小和作用位置进行测量的装置，从而为更真实的气流激振力载荷的建立提供参考数据，为旋转叶片非接触式振动测量结果提供验证。

发明内容

本发明的目的在于针对目前旋转叶片所受气流激振力测定方法的不足，提供了一种透平叶片旋转动态气流激振力测量装置。其不仅能够实时测量动态激振力的大小，还能够得到动态激振力的等效作用位置。通过改变安装参数，比如叶片形状、气流导管等的安装角度等，能够对不同的透平系统进行模拟，因此具有一定普遍适用性。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种透平叶片旋转动态气流激振力测量装置，包括叶盘系统、驱动装置、气流激振发生装置、激振力测量装置、叶尖定时测振装置和基础台架；其中，

叶盘系统、驱动装置、激振力测量装置、数据采集装置和叶尖定时测振装置均安装在基础台架上，驱动装置以及数据采集装置安装于叶盘系统的同一侧，气流激振发生装置安装于另一侧；

驱动装置用于传递扭矩带动叶盘系统旋转，包括动力源、联轴器以及主轴，动力源的输出端通过联轴器与主轴连接，主轴的两端活动连接在基础台架上；

叶盘系统包括叶片和轮盘，轮盘套装在主轴上，叶片通过铰链以铰接的方式与轮盘两侧的夹块连接，夹块固定于轮盘上，铰链铰轴的安装方向与叶片一阶弯曲振动方向垂直，铰轴穿过铰链的铰座设置；

激振力测量装置包括测杆和动态拉压力传感器，测杆的底部安装在叶片背离气流激振侧的夹块上，测杆与叶片之间沿叶高方向安装有两个动态拉压力传感器，动态拉压力传感器安装方向与铰链安装方向相互垂直，与叶片上一阶弯曲振动方向平行；

叶尖定时测振装置包括四个电涡流位移传感器以及一个转速电涡流位移传感器，其中在叶片上方沿周向安装有四个电涡流位移传感器，在叶盘系统靠驱动装置一侧的主轴上开有一键槽，正对轴上键槽安装有转速电涡流位移传感器；动态拉压力传感器、电涡流位移传感器和转速电涡流位移传感器输出端均与数据采集装置的数据采集器连接，实现数据传输；