[发明专利]一种叶片‑转子系统流固耦合动态特性试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种叶片-转子系统流固耦合动态特性试验装置，属于叶轮旋转机械振动技术领域。

背景技术

随着科学的进步和技术的发展，高速旋转机械是一类被广泛使用的机械设备，旋转机械在它实现自身价值的同时，也伴随着诸多的问题，如喘振、失速、破坏等。这些问题的产生主要归结于流体与叶片-转子系统的相互作用，即流固耦合。流体介质运动导致转子系统的振动，产生一定的位移或加速度乃至改变转子自身结构；在转子运动状态改变的同时也会改变流体介质的流场。

存在流固耦合的旋转机械设备中，叶片-转子系统因经受流体的冲击，寿命往往会受到影响。为了获得转子系统的动态特性参数，系统地分析在介质环境中流体与转子系统产生的相互耦合，从而改变结构优化叶片-转子系统，达到稳定流场、减少振动的效果，设计一种获得流固耦合状态下的叶片-转子动态特性及振动响应的试验装置。

叶片-转子系统的动态特性一般指结构的自振周期或自振频率、振型和阻尼。本发明中的动态特性是指固有频率、模态阻尼、模态质量、模态刚度、频响特性及振动响应等。

传统的研究叶片-转子系统振动特性的方法存在一些明显的不足，有的研究将流场和叶片的变形不能联系起来，忽略了流场和叶片变形的相互影响。如公开号为CN102410916、CN101122541、CN102156035A和CN103353383A等专利，公开号为CN102410916的专利，包括条形弹性体和第一架台，第一磁铁、电磁铁、交流信号发生器和开关，第二架台、第二磁铁和第三磁铁，条形弹性体的振动参数采集装置和频谱测量装置；条形弹性体首端连接在第一架台上部；所述第一磁铁连接在条形弹性体上；所述电磁铁上的线圈通过开关连接交流信号发生器；电磁铁对应置于所述第一磁铁下方；所述第三磁铁连接在第二架台的上部；所述第二磁铁连接在条形弹性体的尾端；所述条形弹性体的尾端指向所述第三磁铁；所述条形弹性体的振动参数采集装置采集条形弹性体的振动参数后，再传给频谱测量装置；所述第一磁铁和第二磁铁的重量和小于使条形弹性体产生形变的力，用条形弹性体模拟汽轮机叶片振动。公开号为CN101122541的专利，方法步骤是：分析叶片受力振动状况，建立叶片激振力数学模型；由振源向叶片施加一激振力，调整该激振力的频率，直到叶片与振源共振，测量叶片在该激振力作用下的振动特性参数值；根据测量获得的振动特性参数值，计算叶片阻尼特性参数，包括模态阻尼比、阻尼器接触刚度、叶片动应力。装置包括试验台及布置在该试验台上的叶片夹持机构、激振发生器、振动参数检测器和数据处理系统；激振发生器固定在试验台上，其激振头与叶片固定连接；振动参数检测器对应叶片，将叶片的振动信号转换成电信号，输入数据处理系统。公开号为CN102156035A的专利，一种具有围带阻尼块和叶根楔形阻尼块的汽轮机叶片振动特性试验测量装置。包括试验基础台架、叶根接触面压力载荷施加机构、叶片根部楔形阻尼块及围带部分阻尼块的离心力施加机构、激振力施加机构和振动参数测量机构。通过叶片根部接触面压力载荷施加机构对叶片根部接触面处施加压力载荷,并采用贴有应变片的标准试件来测量所施加的压力载荷;利用钢丝滑轮结构对叶根楔形阻尼块和围带阻尼块施加对应的离心力载荷,并采用静态力传感器测量所施加的阻尼块离心力;激振器与叶片的叶身部分连接并对叶片施加激振力;所测量的振动参数对应于叶片的振动位移响应,通过位移传感器测量叶片的振动位移响应,通过力传感器和位移传感器检测力信号和位移信号。公开号为CN103353383A的专利,汽轮机模拟叶轮振型测试实验装置，涉及一种实验装置，所述装置包括汽轮机模拟叶轮、信号发生器、信号放大器、激振器、电磁拾振器、示波器，其特征在于，信号发生器的功率输出端经屏蔽线与信号放大器直接相连，信号发生器的输出端与激振器相连，激振器与汽轮机模拟叶轮相安装一起，在汽轮机模拟叶轮的上面安装有电磁拾振器，电磁拾振器的信号与示波器的X通道相连，示波器的Y通道与信号发生器的频率输出端相连接；针对现今火力发电厂汽轮机组叶轮振动情况，用模拟叶轮的方法测量汽轮机叶轮的固有频率和振型的变现形式,进而可以利用实验装置测量的叶轮振型分析火力发电厂汽轮机中叶轮振动的特性。但该试验装置没有涉及到流体环境对叶片振动特性的影响。