[发明专利]一种燃气轮机大型叶片的高周疲劳试验方法与装置

说明书

本发明公开了一种燃气轮机大型叶片的高周疲劳试验方法与装置，所述试验装置包括疲劳实验机、压头和叶片试验件夹具，其中夹具由L型支撑架、左右侧压块、连接与固定螺栓和定位销组成：通过左右侧压块、连接螺栓对叶片试验件进行固定，再通过固定螺栓、定位销与L型支撑架侧板进行固定和定位；L型支撑架则通过底板腰形孔和螺栓与疲劳实验机下夹头进行固定，而上夹头则通过压头对叶片试验件顶部进行载荷施加。在试验装置基础上，通过燃气轮机叶片载荷谱分析、叶片试验件设计加工、专用夹具设计、疲劳实验机加载载荷谱设计，可以利用一般疲劳实验机进行燃气轮机大型叶片疲劳薄弱部位的高周疲劳试验，更加贴近实际工况条件地实现高周疲劳性能考核。

技术领域

本发明属于高周疲劳试验方法技术领域，特别指燃气轮机上大型叶片的高周疲劳性能试验考核，涉及一种燃气轮机大型叶片的高周疲劳试验方法与装置。

背景技术

燃气轮机自上世纪30年代诞生以来迅速发展，不仅被广泛应用于发电领域，并且已成为当今世界的主要动力装置，具有效率高、功率大、启动快、污染低等一系列优点。随着燃气轮机应用领域的不断扩展,对其效率、功率、结构强度及流线性等都提出了更高的要求。叶片是燃气轮机非常重要的部件,在气流激振力和振动的共同作用下，叶片根部区域工作应力最大，疲劳裂纹会在叶片根部区域表面萌生并向内扩展，最终导致整个叶片高周疲劳断裂，甚至危及整机安全、引发事故。据统计，叶片高周疲劳故障占燃气轮机总故障的42％。因此，如何有效测试获得叶片高周疲劳性能，为叶片结构强度与可靠性设计提供数据支持，对保障燃气轮机安全可靠性具有重要价值。

燃气轮机是一种高速旋转机械，内部气流复杂，叶片工作状态多变。由于燃气轮机叶片尺寸大，型面复杂，一般疲劳试验设备很难进行叶片的疲劳试验，更无法模拟实际载荷谱进行疲劳考核，所以目前主要采用叶片的材料试件或模拟叶片进行疲劳试验考核，但试验结果往往与燃气轮机叶片实际工况下的疲劳性能差距较大。另外，当采用燃气轮机长时间试车的试验考核方式，不仅试验费用高、系统复杂、安全风险大、不确定因素多，而且很难获得燃气轮机叶片的具体疲劳试验结果。因此，需要一种简单有效、合理可行的燃气轮机大型叶片高周疲劳试验方法及装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气轮机大型叶片的高周疲劳试验方法与装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种燃气轮机大型叶片的高周疲劳试验方法与装置，包括试验装置与试验方法，所述试验装置包括高频疲劳试验系统上夹头和高频疲劳试验系统下夹头，所述高频疲劳试验系统上夹头的下端设有压头，所述高频疲劳试验系统下夹头的上端设有L型支撑架，所述L型支撑架的水平板上设有腰型孔，所述腰型孔内贯穿有L型支撑架固定螺栓，所述L型支撑架固定螺栓与所述高频疲劳试验系统下夹头螺纹连接，所述L型支撑架的侧板上设有左右侧压块螺栓孔组和侧板定位孔，所述L型支撑架的侧板上通过侧压块固定螺栓固定连接有左侧压块和右侧压块，所述左侧压块和右侧压块之间通过连接螺栓固定，所述左侧压块与右侧压块之间设有叶片试验件榫槽，所述右侧压块的后侧壁上设有与侧板定位孔配合使用的定位销，所述叶片试验件榫槽上卡接有叶片试验件；

所述实验方法包括以下具体步骤：

1)依据燃气轮机叶片的工作载荷谱，通过有限元分析确定叶片根部疲劳薄弱位置及其高周疲劳载荷谱，并将根部前缘区域切下作为叶片试验件。

2)将叶片试验件的榫头部位装于两侧压块中间的榫头槽中，通过4根螺栓将两侧压块进行紧固，实现叶片试验件的固定。

3)依据叶片试验件扭转角在L型支撑架的侧板上开4个连接孔和定位孔，并通过螺栓连接将两侧压块按照一定偏转角固定于L型支撑架侧板上，实现叶片试验件的空间定位，确保叶片试验件前缘呈水平状态，属于悬臂梁结构。

4)在L型支撑架底板开有一腰形孔，利用螺栓连接将L型支撑架固定于疲劳实验机下夹头，同时使疲劳实验机上夹头上的压头与叶片试验件顶部区域接触，实现载荷加载。