專利名稱：一種透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要涉及到大型透平機(jī)械中葉片的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)領(lǐng)域，特指一種透平自 帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大型透平機(jī)械是實(shí)現(xiàn)熱能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換的重要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電力、冶金、鋼鐵、 石化、船舶等行業(yè)。葉片是大型動力機(jī)械實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，處在高溫、高壓、 高腐蝕環(huán)境下工作，工作時(shí)承受著巨大的離心力、汽(氣)流作用力、汽(氣)流激振 力、腐蝕和振動以及沖蝕的共同作用。尤其是汽(氣)流通道的最后幾級葉片(特別是 末級和次末級長葉片)，在運(yùn)行時(shí)受很大的離心載荷的作用，同時(shí)受到汽(氣)流的激振 力，如果葉片承受振動應(yīng)力過大，會降低其壽命和運(yùn)行的安全可靠性。葉片故障是大型 動力機(jī)械的常見故障之一，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明，葉片振動故障占動力機(jī)械故障的30% 40%之多。隨著動力機(jī)械(汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī))向大容量方向發(fā)展，葉片的安全可靠性和 保持其高效率愈顯得重要。透平機(jī)械葉片的振動斷裂長期困擾著機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性， 透平機(jī)械葉片的失效在很多情況下都可以歸因?yàn)楣舱駪?yīng)力所引起的高周疲勞。如果要延 長葉片壽命，則必須降低葉片共振動應(yīng)力。在葉片設(shè)計(jì)階段，有兩種降低葉片動應(yīng)力的 方案供設(shè)計(jì)者選擇，其一是調(diào)開葉片的固有頻率，使其與汽(氣)流激振頻率有一定的
避開率；其二是增加或強(qiáng)化葉片的阻尼環(huán)節(jié)，即采用帶減振結(jié)構(gòu)的葉片。生產(chǎn)上調(diào)開葉
片的固有頻率比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)上需要花費(fèi)很大精力去研究固有頻率的精確計(jì)算，制造安 裝上要求苛刻，給機(jī)組檢修和運(yùn)行工作也帶來很多麻煩。而且研究結(jié)果表明，盡管葉片 組固有頻率很多，但其相應(yīng)振型的動應(yīng)力大多是不危險(xiǎn)的，甚至是微小的，只有少數(shù)振 型的共振才必須避開。為了防止動力機(jī)械葉片的大應(yīng)力疲勞損壞，除避開共振外，在葉 片材料已選定的情況下，采取加裝阻尼結(jié)構(gòu)(葉片凸肩結(jié)構(gòu)、葉片圍帶以及拉金結(jié)構(gòu)等) 是減小葉片共振應(yīng)力、防止疲勞損壞的新方法，同時(shí)也是最有效的方法。
阻尼葉片具有良好的減振效果，學(xué)者們分析了不同形式的阻尼葉片結(jié)構(gòu)，從不同的 角度論述了汽輪機(jī)葉片阻尼結(jié)構(gòu)的減振特性。但是單只葉片的研究可以應(yīng)用理論計(jì)算和 數(shù)值仿真的方法來分析，而對整圈自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片系統(tǒng)來說，就是一件高維數(shù)非線性 系統(tǒng)，采用數(shù)值仿真的難度很大，實(shí)驗(yàn)研究成了解決工程實(shí)際問題的主要手段，它不僅反映單只葉片的減振效果，還可得到整個(gè)系統(tǒng)的減振效果。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供 一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、適用范圍廣、自動化程度高、測試精度高的透平自帶阻
尼結(jié)構(gòu)葉片的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出的解決方案為 一種透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片 的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于它包括實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)和信號測試系統(tǒng)。所述實(shí)驗(yàn)裝置系 統(tǒng)包括葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)、供氣機(jī)構(gòu)、 一個(gè)或一個(gè)以上的噴嘴、驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及導(dǎo)電滑環(huán)；所 述葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)包括由多個(gè)葉片組成的葉輪和轉(zhuǎn)子，葉片上裝設(shè)有用來測量葉片動應(yīng)力 的應(yīng)變片；所述葉片的葉冠處設(shè)有可拆卸的減振機(jī)構(gòu)，該減振結(jié)構(gòu)由位于相鄰葉片的葉 冠之間的減振螺栓組成；所述一個(gè)或一個(gè)以上的噴嘴均勻布置于葉輪后側(cè)的圓周上；導(dǎo) 電滑環(huán)套設(shè)于轉(zhuǎn)子上，葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)與驅(qū)動機(jī)構(gòu)相連，供氣機(jī)構(gòu)與噴嘴相連，導(dǎo)電滑環(huán) 與信號測試系統(tǒng)相連。
所述信號測試系統(tǒng)包括接線端子、信號調(diào)理模塊、采集卡以及計(jì)算機(jī)，導(dǎo)電滑環(huán)通 過接線端子與信號調(diào)理模塊相連，信號調(diào)理模塊的輸出端通過采集卡與計(jì)算機(jī)相連。
所述供氣機(jī)構(gòu)包括空壓機(jī)、儲氣罐以及管道系統(tǒng)，空壓機(jī)與儲氣罐相連，儲氣罐的 輸出端通過管道系統(tǒng)與噴嘴相連，所述管道系統(tǒng)包括輸氣管道以及裝設(shè)于輸氣管道上的 閥門和空氣過濾器。
所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括電動機(jī)和聯(lián)軸器，電動機(jī)通過聯(lián)軸器與葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)相連。 所述葉片為等截面直葉片或等截面扭葉片或變截面直葉片或變截面扭葉片。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)就在于本實(shí)用新型的透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片
的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、適用范圍廣、自動化程度高、測試精度高，
且具有實(shí)驗(yàn)工藝簡單、操作簡便、實(shí)驗(yàn)費(fèi)用低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于透平機(jī)
械葉片減振結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與研究。


圖1是本實(shí)用新型中實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型中信號測試系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實(shí)用新型中實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本實(shí)用新型中葉片可調(diào)間隙的原理示意圖5是本實(shí)用新型在不同工況下葉片振動應(yīng)力最大幅值隨葉冠間隙的變化示意圖。圖例說明
1、空壓機(jī)2、儲氣罐
3、管道系統(tǒng)4、噴嘴
5、輸氣管道6、閥門
7、空氣過濾器8、電動機(jī)
9、聯(lián)軸器10、導(dǎo)電滑環(huán)
11、接線端子12、信號調(diào)理模塊
13、采集卡14、計(jì)算機(jī)
15、葉片16、葉冠
17、減振螺栓
19、轉(zhuǎn)子20、調(diào)節(jié)螺母
21、尺子22、實(shí)驗(yàn)臺外殼
23、轉(zhuǎn)子支架24、水泥臺
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型的一種透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它 包括實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)和信號測試系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)包括葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)、供氣機(jī)構(gòu)、 一個(gè) 或一個(gè)以上的噴嘴4、驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及導(dǎo)電滑環(huán)IO。葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)包括由多個(gè)葉片15組成 的葉輪和轉(zhuǎn)子19，葉片15上裝設(shè)有用來測量葉片15動應(yīng)力的應(yīng)變片，葉片15的葉冠 16處設(shè)有可拆卸的減振機(jī)構(gòu)，該減振結(jié)構(gòu)由位于相鄰葉片的葉冠之間的減振螺栓17組 成； 一個(gè)或一個(gè)以上的噴嘴4均勻布置于葉輪后側(cè)的圓周上，導(dǎo)電滑環(huán)10套設(shè)于轉(zhuǎn)子19 上，參見圖2。
參見圖3所示，在具體實(shí)施例中，整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)安裝于實(shí)驗(yàn)臺外殼22內(nèi)，實(shí)驗(yàn) 臺外殼22和轉(zhuǎn)子支架23固定于水泥臺24上，葉輪機(jī)構(gòu)固定于轉(zhuǎn)子支架23上。葉輪轉(zhuǎn) 子機(jī)構(gòu)與驅(qū)動機(jī)構(gòu)相連，供氣機(jī)構(gòu)與噴嘴4相連，導(dǎo)電滑環(huán)10與信號測試系統(tǒng)相連。葉 片15之間的接觸碰撞可分為兩個(gè)階段，即分離與接觸階段，在分離階段，葉片15彼此 間無相互作用力；在接觸階段，可把它當(dāng)作干摩擦阻尼模型。為了進(jìn)行各種不同葉冠16 間隙的減振實(shí)驗(yàn)，本實(shí)施例中葉片15的葉冠16處設(shè)有可拆卸的減振螺栓17，減振螺栓 17位于相鄰葉片15的葉冠16之間，減振螺栓17通過調(diào)節(jié)螺母20固定于葉片15上(參 見圖4)，這樣可方便的調(diào)整葉冠16之間的間隙S。間隙S的調(diào)節(jié)可采用將塞尺21放到間隙中，然后固定塞尺的厚度，擰緊減振螺栓17達(dá)到指定間隙，中間可采用添加墊片的 方法滿足。在本實(shí)施例中，葉輪由60只葉片15構(gòu)成整圈的葉片-輪盤系統(tǒng)。
在本實(shí)施例中，信號測試系統(tǒng)包括接線端子11、信號調(diào)理模塊12、采集卡13以及 計(jì)算機(jī)14，導(dǎo)電滑環(huán)10通過接線端子11與信號調(diào)理模塊12相連，信號調(diào)理模塊12的 輸出端通過采集卡13與計(jì)算機(jī)14相連。具體實(shí)施例中，接線端子11采用TBX1328，信 號調(diào)理模塊12采用SCXI1121，采集卡13采用PCI6221。供氣機(jī)構(gòu)包括空壓機(jī)1、儲氣罐 2以及管道系統(tǒng)3，空壓機(jī)1與儲氣罐2相連，儲氣罐2的輸出端通過管道系統(tǒng)3與噴嘴 4相連，管道系統(tǒng)3包括輸氣管道5以及裝設(shè)于輸氣管道5上的閥門6和空氣過濾器7。 驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括電動機(jī)8和聯(lián)軸器9，電動機(jī)8通過聯(lián)軸器9與葉輪機(jī)構(gòu)相連。為突出實(shí)驗(yàn) 的主要目的，并為理論分析提供方便的有限元模型，可將葉片15設(shè)計(jì)為等截面直葉片或 等截面扭葉片或變截面直葉片或變截面扭葉片。利用該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行透平自帶阻尼結(jié)構(gòu) 葉片減振試驗(yàn)研究時(shí)，葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)的驅(qū)動方式可以有幾種不同的情況(1)利用空壓 機(jī)1產(chǎn)生的壓縮空氣從噴嘴4中噴出，直接驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)，噴嘴4數(shù)目和開度均可根據(jù) 需要設(shè)置與調(diào)整。(2)直接利用變速電動機(jī)8驅(qū)動并調(diào)整葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)工作轉(zhuǎn)速。(3) 利用變速電動機(jī)8驅(qū)動并調(diào)整葉輪系統(tǒng)工作轉(zhuǎn)速，利用噴嘴4中產(chǎn)生的氣流做阻尼，降 低葉片系統(tǒng)共振轉(zhuǎn)速，研究葉片在共振情況下的應(yīng)力變化情況。在具體實(shí)施例中，利用 變速電動機(jī)8驅(qū)動并調(diào)整葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)工作轉(zhuǎn)速，通過多個(gè)在圓周上均勻布置的空氣噴 嘴4，產(chǎn)生高頻激振力，使轉(zhuǎn)子19在較低轉(zhuǎn)速下就能使葉片15產(chǎn)生共振，用應(yīng)變片感受 葉片15的振動信號和應(yīng)力信號，通過轉(zhuǎn)子19上的導(dǎo)電滑環(huán)10傳送至信號調(diào)理模塊12， 再經(jīng)過采集13卡接入計(jì)算機(jī)14，使用葉片15動態(tài)特性監(jiān)測軟件監(jiān)視葉片15動頻及葉片 15振幅在不同激振力和葉冠16間隙下的變化情況，研究在共振狀態(tài)下阻尼結(jié)構(gòu)的減振效 果。
利用透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可研究葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)與碰撞減振效果之間 的關(guān)系；透平葉片阻尼結(jié)構(gòu)參數(shù)與減振效果之間的關(guān)系；新型自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片設(shè)計(jì)準(zhǔn) 則與方法的效果評價(jià)。具體實(shí)施方法為設(shè)計(jì)不同形式的阻尼結(jié)構(gòu)，加裝于實(shí)驗(yàn)葉片15頂 部，調(diào)整阻尼結(jié)構(gòu)參數(shù)如接觸面壓力、間隙等，測量葉片在共振狀態(tài)下的振動情況，分 析其減振效果，對減振性能進(jìn)行評價(jià)。
例如，用實(shí)驗(yàn)方法研究氣流激振和葉冠16間隙對減振效果的影響。實(shí)驗(yàn)時(shí)，葉冠16 間隙在0 2.5mm范圍內(nèi)取若干個(gè)值(其中，在0 0. 5mm范圍內(nèi)取的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)數(shù)應(yīng)該多一 些)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，測量工況的轉(zhuǎn)速應(yīng)該相同。實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速的選定依據(jù)是應(yīng)該使葉片15在該轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)時(shí)，噴嘴4的氣流力應(yīng)該使葉片15產(chǎn)生共振。實(shí)驗(yàn)工況可分為如下幾 種噴嘴4全關(guān)工況，噴嘴4半開工況，噴嘴4全開工況。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將葉冠16的間隙調(diào) 整到預(yù)定值，將轉(zhuǎn)子19啟動至實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速，分別在噴嘴4全關(guān)、噴嘴4半開、噴嘴4全開 三種狀態(tài)下測量葉片15的振動應(yīng)力幅值。實(shí)驗(yàn)測得的葉片15根部的應(yīng)力幅值隨葉冠16 間隙和噴嘴開度的關(guān)系見圖5 (其中，O—噴嘴全開工況；^一噴嘴半開工況；魯一噴嘴 全關(guān)工況)。葉片15根部的動應(yīng)力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析表明在相同噴嘴4開度情況下，隨 著葉冠16間間隙的減小，葉片15的振動應(yīng)力幅值總體趨勢是逐漸減小，在某一個(gè)間隙 值時(shí)應(yīng)力幅值取極大值；在相同葉冠16間隙情況下，噴嘴4開度越小，振動應(yīng)力的幅值 越小。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析結(jié)果一致，這說明該實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法和原理是正確 的，即該透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可用于研究和解決葉片15接觸碰撞減振問 題。
權(quán)利要求1、一種透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于它包括實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)和信號測試系統(tǒng)，所述實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)包括葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)、供氣機(jī)構(gòu)、一個(gè)或一個(gè)以上的噴嘴(4)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及導(dǎo)電滑環(huán)(10)，所述葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)包括由多個(gè)葉片(15)組成的葉輪和轉(zhuǎn)子(19)，葉片(15)上裝設(shè)有用來測量葉片(15)動應(yīng)力的應(yīng)變片，所述葉片(15)的葉冠處設(shè)有可拆卸的減振機(jī)構(gòu)，該減振機(jī)構(gòu)由位于相鄰葉片的葉冠之間的減振螺栓(17)組成；所述一個(gè)或一個(gè)以上的噴嘴(4)均勻布置于葉輪后側(cè)的圓周上，導(dǎo)電滑環(huán)(10)套設(shè)于轉(zhuǎn)子(19)上，葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)與驅(qū)動機(jī)構(gòu)相連，供氣機(jī)構(gòu)與噴嘴(4)相連，導(dǎo)電滑環(huán)(10)與信號測試系統(tǒng)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所 述信號測試系統(tǒng)包括接線端子(11)、信號調(diào)理模塊(12)、采集卡(13)以及計(jì)算機(jī)(14), 導(dǎo)電滑環(huán)(10)通過接線端子(11)與信號調(diào)理模塊(12)相連，信號調(diào)理模塊(12) 的輸出端通過采集卡(13)與計(jì)算機(jī)(14)相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于 所述供氣機(jī)構(gòu)包括空壓機(jī)(1)、儲氣罐(2)以及管道系統(tǒng)(3),空壓機(jī)(1)與儲氣罐(2) 相連，儲氣罐(2)的輸出端通過管道系統(tǒng)(3)與噴嘴(4)相連，所述管道系統(tǒng)(3) 包括輸氣管道(5)以及裝設(shè)于輸氣管道(5)上的閥門(6)和空氣過濾器(7)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于 所述葉片驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括電動機(jī)(8)和聯(lián)軸器(9)，電動機(jī)(8)通過聯(lián)軸器(9)與葉輪 機(jī)構(gòu)相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所 述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括電動機(jī)(8)和聯(lián)軸器(9)，電動機(jī)(8)通過聯(lián)軸器(9)與葉輪轉(zhuǎn)子機(jī) 構(gòu)相連。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于 所述葉片(15)為等截面直葉片或等截面扭葉片或變截面直葉片或變截面扭葉片。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:，所 述葉片(15)為等截面直葉片或等截面扭葉片或變截面直葉片或變截面扭葉片。
專利摘要一種透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它包括實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)和信號測試系統(tǒng)，所述實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)包括葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)、供氣機(jī)構(gòu)、一個(gè)或一個(gè)以上的噴嘴、驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及導(dǎo)電滑環(huán)；葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)包括由多個(gè)葉片組成的葉輪和轉(zhuǎn)子，葉片上裝設(shè)有用來測量葉片動應(yīng)力的應(yīng)變片；葉片的葉冠處設(shè)有可拆卸的減振機(jī)構(gòu)，該減振結(jié)構(gòu)由位于相鄰葉片的葉冠之間的減振螺栓組成；一個(gè)或一個(gè)以上的噴嘴均勻布置于葉輪后側(cè)的圓周上；導(dǎo)電滑環(huán)套設(shè)于轉(zhuǎn)子上，葉輪轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)與驅(qū)動機(jī)構(gòu)相連，供氣機(jī)構(gòu)與噴嘴相連，導(dǎo)電滑環(huán)與信號測試系統(tǒng)相連。本實(shí)用新型是一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、適用范圍廣、自動化程度高、測試精度高的透平自帶阻尼結(jié)構(gòu)葉片的減振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
文檔編號G01M15/00GK201159683SQ20082005223
公開日2008年12月3日 申請日期2008年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月2日
發(fā)明者盧緒祥, 晉風(fēng)華, 李錄平, 饒洪德 申請人:長沙理工大學(xué)