CN103308289B - 一种锯齿形三联装带冠叶片减振特性实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锯齿形三联装带冠叶片减振特性实验装置，以研究不同接触角、预扭角和接触正压力下的带冠叶片减振特性，包括带冠叶片、夹持机构与加载机构；其中，带冠叶片为三个，竖直设置，且叶冠等高，均通过夹持机构固定后，三个相邻叶冠紧接触。夹持机构上方设置有加载机构；加载机构包括加载盘与摩擦块构成；其中，加载盘水平设置，加载盘上开有叶冠出口，使三个带冠叶片的叶冠由叶冠出口伸出；摩擦块有两个，分别位于叶冠出口的左右两侧；两个摩擦块固定在加载盘上，固定后使两个摩擦块一端分别与各自相邻的带冠叶片中叶冠的摩擦面接触。本发明的优点为：结构合理，可实现对不同关键参数下带冠叶片的减振特性测量。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机领域，具体来说，是一种用于航空发动机中锯齿形三联装带冠叶片减震特性实验装置，用来获得带冠叶片的减振特性。
背景技术
在航空发动机中，涡轮叶片是重要的零部件之一，在工作中除了要承受高温高压燃气的冲击，还会因为离心力和气动力等循环载荷引起叶片的高循环疲劳振动。为了降低发动机叶片的振动应力，除了避开叶片共振和提高叶片材料抗疲劳特性之外，还必须增加叶片系统的阻尼。目前干摩擦阻尼减振效果最为明显,其优点为结构简单且环境适应能力强。干摩擦阻尼是利用相互接触的物体发生振动时接触面之间的摩擦来消耗振动能量进行减振的，目前，在涡轮叶片减振中最为常用的是叶片带冠结构，就是在叶片顶端设计叶冠，并通过锯齿形叶冠阻尼面的紧度设计，从而对叶片的共振频率进行调节，达到减振和调频的目的。
为了获得更好的减振效果，需要了解叶冠的关键参数(预扭角、接触角和正压力等)对减振的影响规律。目前国内外学者针对带冠叶片的减振规律进行了理论分析和实验验证，并取得了一定的成果，但多为理论和机理方面的研究，由于理论假设与实际模型的差异，导致理论分析结果的工程应用性难以得到验证。
发明内容
为了克服背景技术的不足，本发明提出一种结构合理的带冠叶片减振特性实验装置，以研究不同接触角、预扭角和接触正压力下的带冠叶片减振特性。
本发明锯齿形三联装带冠叶片减振特性实验装置，包括带冠叶片、夹持机构与加载机构。其中，带冠叶片为三个，均竖直设置，叶冠等高，且采用锯齿形结构叶冠；三个带冠叶片均通过夹持机构固定后，三个相邻叶冠紧接触。夹持机构上方设置有加载机构；加载机构包括加载盘与摩擦块；其中，加载盘水平设置，加载盘上开有叶冠出口，使三个带冠叶片的叶冠由叶冠出口伸出；摩擦块有两个，分别位于叶冠出口的左右两侧；两个摩擦块固定在加载盘上，固定后使两个摩擦块一端分别与各自相邻的带冠叶片中叶冠的摩擦面接触。
所述两个摩擦块均为条形块状结构，且两个摩擦块上沿长方向开有两个具有长度的通槽A与通槽B；同时在加载盘上通槽A对应位置开有通孔，并在通槽B对应位置开有弧形通槽C；通过螺栓穿过通槽A与通孔，并通过螺栓穿过通槽B与通槽C后，连接螺母；当松脱螺母后，摩擦块沿弧形通槽C移动，使摩擦块适应带冠叶片的叶冠接触角的变化；同时，使摩擦块沿摩擦块的长方向移动，进而使摩擦块适应叶冠间距的变化；所述弧形通槽C的凹进一侧朝向叶冠出口，同时弧形通槽C两端连线的垂直平分线为摩擦块的轴线。
本发明的优点在于：
1、本发明锯齿形三联装带冠叶片减振特性实验装置，实现对不同关键参数下带冠叶片的减振特性测量，从而对叶冠结构各参数对减振效果的影响有着直观的认识，并能够对理论分析结果提供验证和改进的依据；
2、本发明锯齿形三联装带冠叶片减振特性实验装置，结构合理，采用三联装带冠叶片的设计可真实反映带冠叶片的不同关键参数要求。
附图说明
图1为本发明实验装置整体结构示意图；
图2为本发明实验装置中摩擦块安装方式示意图；
图3为采用本发明实验装置进行三联装带冠叶片的模态分析，与采用现有装置进行单个自由带冠叶片的模态分析对比图；
图4为采用本发明实验装置对不同接触角下的模态实验结果；
图5为采用本发明实验装置测得的在带冠叶片接触角为30度下，不同预扭角的模态结果；
图6为在模态实验基础上通过数值模拟得出的两个摩擦块与相邻叶冠摩擦面的正压力对减振效果的影响规律。
图中：
1-带冠叶片2-夹持机构3-加载机构101-叶冠
102-叶身201-底座202-支撑架203-夹持组件
203a-夹持体203b-螺栓螺母组件A301-加载盘302-摩擦块
303-通槽A304-通槽B305-通槽C
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明一种锯齿形三联装带冠叶片减振特性实验装置，包括带冠叶片1、夹持机构2与加载机构3，如图1所示。
其中，带冠叶片1的叶冠101采用锯齿形结构，叶冠101的预扭角、接触角根据实验需要进行设计；叶身102采用平板结构，叶身102顶端与叶冠101底面垂直固连；为了保证叶身102与叶冠101的垂直度与刚度，通过在叶冠101上开孔与叶身102顶端插接，并通过点焊固定；三个带冠叶片1竖直设置，通过夹持机构2固定，且固定后使三个相邻叶冠101紧接触。由此通过上述三个带冠叶片1来模拟实际工作中整圈涡轮带冠叶片中的三个相邻带冠叶片真实的接触状态；
所述夹持机构2用来夹持带冠叶片1，包括底座201、支撑架202与夹持组件203；其中，底座201左右两侧分别竖直固定有一板状支撑架202，通过支撑架202安装固定加载机构3。所述夹持组件203具有三套，每套夹持组件203均由两个夹持体203a构成，均固定安装于底座201左右两侧支撑架202之间；每套夹持组件203中的两个夹持体203a上对称位置开有螺栓孔，并穿入螺栓螺母组件203b；由此将带冠叶片1中叶身102的根部设置于两个夹持体203a间，通过拧紧螺栓螺母组件203b，使两夹持体203a夹紧带冠叶片1中叶身102的根部，实现带冠叶片1的刚性固定，进而将整个带冠叶片1固定夹紧；上述每套夹持组件203中的两个夹持体203A可采用左右方向上滑动连接安装在底座上，由此可对两个夹持体203A的间距进行调整，从而使固定后的带冠叶片1在水平方向左右小范围移动，调整叶冠间距，使三个相邻叶冠101紧接触。本发明中每套夹持组件203中的两个夹持体203a均可采用L形板状结构，使两个夹持体203a中的一个侧面A滑动安装在底座201上表面，另一个侧面B相对设置，从而通过两个夹持体203a的侧面B对应夹紧固定一个带冠叶片1中叶身102的根部。
所述加载机构3包括加载盘301与摩擦块302构成；其中，加载盘301水平设置，两端分别固定在夹持机构2中左右两侧的支撑架202顶部；加载盘301上开有叶冠出口，使带冠叶片1的叶冠101可由叶冠出口伸出，如图2所示，摩擦块302有两个，均为条形块状结构，设置在加载盘301顶面，分别位于叶冠出口的左右两侧；所述两个摩擦块302上沿长方向开有两个具有长度的通槽A303与通槽B304；同时在加载盘301上通槽A303对应位置开有通孔，并在通槽B304对应位置开有弧形通槽C305，且弧形通槽C305的凹进一侧朝向叶冠出口，同时弧形通槽C305两端连线的垂直平分线为摩擦块302的轴线；由此通过螺栓穿过通槽A303与通孔，并通过螺栓穿过通槽B304与弧形通槽C305后，由螺母拧紧，实现摩擦块302与加载盘301间的定位；且当松脱螺母后，可使摩擦块302沿弧形通槽C移动，进而使摩擦块302适应带冠叶片1的叶冠接触角的变化；同时，还可使摩擦块302沿摩擦块302的长方向移动，进而使摩擦块302适应叶冠101间距的变化，进而实现摩擦块302在加载盘301上的位置调整，并且最终通过调整摩擦块302与加载盘301上的位置，使两个摩擦块302一端分别与各自相邻的带冠叶片摩擦面302接触，由此可模拟周围叶冠101对其接触面的正压力，且可通过应变片测得正压力的大小。
通过上述装置，将三个带冠叶片1的根部分别通过三套夹持组件203分别固定，使三个带冠叶片1均竖直设置，并使三个带冠叶片1的叶冠101部分均由加载盘301顶部开口伸出，且三个带冠叶片1的叶冠101等高，三个相邻叶冠101紧接触；随后调整两个摩擦块302在加载盘301上的位置，使两个摩擦块302来适应与其相邻的带冠叶片1的叶冠101接触角以及间距，使两个摩擦块302一端完全接触与其相邻叶冠101的接触面，即保证在叶冠101具有不同接触角下摩擦块302与叶冠101摩擦面的接触面积不变，随后拧紧螺母将两摩擦块302与加载盘301间固定，通过应变片来读取两个摩擦块302与相邻叶冠101摩擦面的正压力，将两个摩擦块302与相邻叶冠101的摩擦面正压力调整至一致后，通过模态测试和简谐激振实验即可完成三联装带冠叶片的减振特性分析，实现对带冠叶片的叶冠不同参数对减振特性的影响规律。
由于模拟的是常温下叶冠的减振特性，而常温下45号钢的减振特性与航空材料DZ125合金相近，因而本发明中整个实验装置采用45号钢制成；且整个实验装置整体进行发兰处理，通过对整个实验装置中各部分表面迅速氧化形成致密的氧化膜保护层来防止腐蚀生锈，从而达到延长寿命的作用。
图3为采用本发明实验装置进行三联装带冠叶片的模态分析，与采用现有实验装置进行单个自由带冠叶片的模态分析对比结果图，可看出，三联装带冠叶片更接近实际情况。
图4为采用本发明实验装置对不同接触角下的模态实验结果；图5为采用本发明实验装置在带冠叶片1接触角为30度下不同预扭角的模态结果；如图6则是在模态实验基础上通过数值模拟得出的两个摩擦块302与相邻叶冠101摩擦面的正压力对减振效果的影响规律。通过以上的实验结果可知，本发明实验装置结构合理，通过本发明实验装置进行三联装带冠叶片减振特性实验，可真实反映带冠叶片的不同关键参数要求，因此通过采用本发明装置可实现叶冠在不同预扭角、接触角下的带冠叶片固有模态研究，并用数值模拟分析不同接触正压力对叶冠减振效果的影响，从而为验证和进一步改进相应的理论计算模型。
Claims (5)
1.一种锯齿形三联装带冠叶片减振特性实验装置，其特征在于：包括带冠叶片、夹持机构与加载机构；
其中，带冠叶片为三个，均竖直设置，叶冠等高，且采用锯齿形结构叶冠；三个带冠叶片均通过夹持机构固定后，三个相邻叶冠紧接触；夹持机构上方设置有加载机构；加载机构包括加载盘与摩擦块；其中，加载盘水平设置，加载盘上开有叶冠出口，使三个带冠叶片的叶冠由叶冠出口伸出；摩擦块有两个，分别位于叶冠出口的左右两侧；两个摩擦块固定在加载盘上，固定后使两个摩擦块一端分别与各自相邻的带冠叶片中叶冠的摩擦面接触；
所述两个摩擦块均为条形块状结构，且两个摩擦块上沿长方向开有两个具有长度的通槽A与通槽B；同时在加载盘上通槽A对应位置开有通孔，并在通槽B对应位置开有弧形通槽C；通过螺栓穿过通槽A与通孔，并通过螺栓穿过通槽B与通槽C后，连接螺母；当松脱螺母后，摩擦块沿弧形通槽C移动，使摩擦块适应带冠叶片的叶冠接触角的变化；同时，使摩擦块沿摩擦块的长方向移动，进而使摩擦块适应叶冠间距的变化；所述弧形通槽C的凹进一侧朝向叶冠出口，同时弧形通槽C两端连线的垂直平分线为摩擦块的轴线。
2.如权利要求1所述一种锯齿形三联装带冠叶片减振特性实验装置，其特征在于：所述带冠叶片中叶冠与叶身垂直，且叶冠上开孔与叶身顶端插接固定。
3.如权利要求1所述一种锯齿形三联装带冠叶片减振特性实验装置，其特征在于：所述夹持机构包括底座、支撑架与夹持组件；其中，底座左右两侧分别竖直固定有一支撑架，通过支撑架安装固定加载机构；所述夹持组件具有三套，每套夹持组件均由两个夹持体构成，均固定设置于底座左右两侧支撑架之间；每套夹持组件中的两个夹持体上对称位置开有螺栓孔，并穿入螺栓螺母组件；带冠叶片中叶身的根部设置于两个夹持体间，通过拧紧螺栓螺母组件，使两夹持体夹紧带冠叶片中叶身的根部。
4.如权利要求3所述一种锯齿形三联装带冠叶片减振特性实验装置，其特征在于：所述夹持组件中的两个夹持体采用左右方向上滑动连接安装在底座上。
5.如权利要求3所述一种锯齿形三联装带冠叶片减振特性实验装置，其特征在于：所述夹持组件中的两个夹持体均采用L形板状结构，两个夹持体中的一个侧面A固定在底座上表面，另一个侧面B相对设置。
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