[发明专利]一种燃烧室火焰筒模态试验夹具装置

说明书

本发明公开了一种测试燃气轮机燃烧室火焰筒时所用的夹具，该夹具通过两个支撑结构分别支撑火焰筒的两个部分。其中第一支撑结构采用支撑组件、限位组件及固定组件将待测工件的第一端刚性固定，在固定的同时通过设计可拆装结构保证能够轻松更换零件。第二夹持结构包括支撑结构及弹性支撑结构，能够保证待测零件的另一端与测试台非刚性连接。通过两个夹持装置的夹持，能够模拟火焰筒实际装配环境，从而获得更准确的模态参数，以修正及指导有限元分析，得到更符合试验结果的有限元模型及分析方法，提高有限元方法的精度，从而节省试验成本、提高研发效率。

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机燃烧室火焰筒模态试验测试时固定用工具，具体而言，涉及一种重型燃气轮机中的燃烧室火焰筒的测试时所需的夹具。

背景技术

燃烧室是燃气轮机燃料燃烧的腔室，其核心之一是火焰筒，当燃气轮机工作时燃烧室火焰筒受燃烧脉动及整机振动等多种激振力影响，可能会在燃烧室运行过程中由于振动而引发故障。除此之外，燃烧室火焰筒在时变载荷作用下，零部件若发生振动，产生交变应力，如果激振力所传递的能量不能转化为部件动能以及不能被阻尼吸收，则会使部件持续振动经过一定应力循环系数后，最终导致裂纹发生或断裂，导致部件振动失效。因此，了解燃烧室火焰筒结构振动特性及检验结构动力学设计合理性是十分必要的。

试验模态分析又称模态分析的试验过程，简称模态试验，是验证理论模态分析及有限元分析可靠性的方法之一，也是结构动力学分析的必要及有效的手段之一，目前被广泛应用于航空、航天、兵器、船舶、核工业等国防工业领域和汽车、建筑等民用工业部门。模态试验装置主要包括夹具、激振器、力传感器及加速度传感器、数据采集系统、测量系统等，其中夹具装置是模态试验装置的重要组成部分，模态试验中针对试验件进行合理的夹具装置设计，是进行模态试验的基础。现有技术中，对重型燃气轮机燃烧室火焰筒的模态试验装置是提供的自由边界，模拟试验件与大地没有任何约束。常规的模拟自由边界的方法主要有：橡皮绳悬挂、海绵垫支承、气囊支承、橡胶垫支承、空气弹簧支承、软弹性支承或悬挂等。

现有技术CN112485015A公开了燃气轮机燃烧室的实验台，其主要技术有点在于采用前后两个法兰固定火焰筒，固定结构设计时支撑火焰筒前后两端，前端采用法兰和定位盘固定，后端采用支撑板固定。具体来说：该申请公开的内容为燃烧室的测试平台，其中包含固定火焰筒的结构。在该实验台中火焰筒整体呈筒状，前开口较小，后端开口较大。具体到固定方式，本申请中火焰筒前端固定的方式为带凸台的定位盘，将凸台伸入到火焰筒前部，之后在将定位固定到对应的支撑板上；火焰筒后端的采用支撑板固定，支撑板固定在测试管道内。该装置的主要缺点在于在火焰筒前端主要采用凸台伸入到筒的前缘进行固定，固定效果一般；同时后端固定采用法兰式，为刚性固定，与实际装配的情况并不相符。

现有技术CN207439679U公开了一种燃烧室试验设备及其测量管段，本申请中的燃烧筒的固定方式为前后两端固定，前后均采用外部的支撑结构固定。具体说：该申请中公开的内容中包括换热管道，保证在实验时实验装置的温度不会过高，从而延长法兰的使用寿命。对于火焰筒的固定结构，火焰筒的前后端均采用带有圆孔状的支撑板结构固定，支撑板被固定于测试装备的管道内壁上。该装置的固定方式前后均采用支撑的方式，被测零件的可能较容易变形，同时缺少拆卸模块等，拆卸便利度不高。

现有技术CN103350357A公开了燃气轮机火焰筒的定位夹紧装置，采用前后两个支撑座支撑火焰筒，前端的支撑结构略高于后端，前端带有整体型的定位盘，定位盘上有凸台，凸台伸入火焰筒端面内部固定；后端采用带有横梁和定位块的结构进行固定。具体来说：该固定装置整体包含两个支撑立板，支撑立板固定于底座上。左侧支撑立板上固定有带凸台的定位盘，定位盘有凸起的台阶，台阶深入到火焰筒前缘内部；定位盘带有螺栓固定结构右侧支撑板上有横梁、定位块等一系列的结构，用以固定火焰筒的后端部。但该设备整体结构复杂，同时固定方式为刚性固定，且火焰筒在固定时呈倾斜状态。