一種阻尼結(jié)構(gòu)優(yōu)化葉片測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)及其實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有阻尼結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)葉片在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的阻尼結(jié)構(gòu)優(yōu)化葉片測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)及其實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]葉片在汽輪機(jī)中承擔(dān)著把蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要任務(wù)，是汽輪機(jī)中最重要的零部件之一。大型汽輪機(jī)中葉片數(shù)目往往多達(dá)幾千片，并且在運(yùn)行中承受著離心力、穩(wěn)態(tài)氣流力和非穩(wěn)態(tài)氣流力的共同作用。此外，汽輪機(jī)在各種非設(shè)計(jì)工況下工作時(shí)，還要承受負(fù)荷變化帶來(lái)的交變應(yīng)力以及小容積工況下的較大氣流激振力等。以上各種載荷作用使得葉片的工作環(huán)境極為復(fù)雜惡劣，葉片事故時(shí)有發(fā)生，而振動(dòng)疲勞是導(dǎo)致破壞的主要原因，干摩擦阻尼結(jié)構(gòu)是抑制葉片振動(dòng)的一種非常有效的方式。各個(gè)汽輪機(jī)制造廠家在葉片上尤其是在中長(zhǎng)葉片上廣泛采用阻尼圍帶和各種拉金型式(松拉金、凸臺(tái)拉金等)，以減少葉片的振動(dòng)應(yīng)力。
[0003]阻尼圍帶和凸臺(tái)拉金結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽輪機(jī)長(zhǎng)葉片設(shè)計(jì)中，葉片受離心力作用變形使相鄰葉片圍帶和拉金接觸并壓緊，從而通過(guò)圍帶和拉金接觸面間的干摩擦作用來(lái)耗散振動(dòng)能量，降低葉片振動(dòng)應(yīng)力，并使葉片呈現(xiàn)整圈振動(dòng)改善其振動(dòng)特性。國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種描述接觸面間干摩擦特性的數(shù)學(xué)模型，但由于接觸摩擦的復(fù)雜性，很難用一種通用的模型來(lái)描述，而通過(guò)實(shí)驗(yàn)研宄可以為理論分析提供可靠的驗(yàn)證依據(jù)及模型基礎(chǔ)參數(shù)。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外各廠家對(duì)于葉片阻尼特性測(cè)試都僅限于固定位置的圍帶或拉金的阻尼結(jié)構(gòu)，并未考慮不同位置、不同正壓力和不同接觸面積對(duì)于葉片阻尼特性的影響。
[0005]雖然阻尼圍帶和凸臺(tái)拉金結(jié)構(gòu)已經(jīng)在葉片上得到了廣泛的使用，但是相關(guān)的研宄尤其是機(jī)理研宄還很不充分，對(duì)于其結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化也嚴(yán)重不足。所以，開(kāi)展對(duì)于特定葉片在不同工況作用下的阻尼結(jié)構(gòu)位置優(yōu)化研宄具有很大的工程應(yīng)用價(jià)值。
[0006]另外，由于汽輪機(jī)朝著更大功率和更高參數(shù)發(fā)展，開(kāi)發(fā)更長(zhǎng)葉片成為必然趨勢(shì)和限制汽輪機(jī)的主要原因。采用傳統(tǒng)阻尼圍帶結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致巨大離心力，多拉金阻尼結(jié)構(gòu)成為更長(zhǎng)葉片發(fā)展的主要趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前葉片阻尼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)研宄的不足，尤其是對(duì)于不同運(yùn)行狀態(tài)、不同結(jié)構(gòu)下葉片阻尼結(jié)構(gòu)優(yōu)化研宄的不足，提供了一種阻尼結(jié)構(gòu)優(yōu)化葉片測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)及其實(shí)驗(yàn)方法，為進(jìn)一步發(fā)展具有多拉金及復(fù)雜阻尼結(jié)構(gòu)的更長(zhǎng)葉片奠定了基礎(chǔ)。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案是:
[0009]一種阻尼結(jié)構(gòu)優(yōu)化葉片測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括基礎(chǔ)臺(tái)架、葉根固定裝置、阻尼結(jié)構(gòu)裝置和激振加載裝置；其中，
[0010]基礎(chǔ)臺(tái)架包括底板和對(duì)稱(chēng)焊接在底板上的兩個(gè)側(cè)板，兩個(gè)側(cè)板的內(nèi)側(cè)對(duì)稱(chēng)焊接有兩個(gè)墊塊，且兩個(gè)側(cè)板上沿豎直方向上對(duì)稱(chēng)開(kāi)設(shè)有若干第一直槽；
[0011]葉根固定裝置包括葉根槽和緊固螺栓，葉根槽的中間開(kāi)設(shè)有用于嵌入待測(cè)葉片葉根的凹槽，凹槽的下方設(shè)置有用于給葉根施加豎直向上載荷的緊固螺栓；
[0012]阻尼結(jié)構(gòu)裝置包括用于固定待測(cè)葉片葉身的葉片卡槽，葉片卡槽的兩端分別設(shè)置有一個(gè)球盤(pán)，每個(gè)球盤(pán)分別與對(duì)稱(chēng)設(shè)置的兩個(gè)摩擦阻尼塊點(diǎn)接觸，每個(gè)摩擦阻尼塊分別設(shè)置在一個(gè)阻尼架的一端，并通過(guò)螺桿和加載螺母與設(shè)置在該阻尼架上的靜態(tài)力傳感器相連，每個(gè)阻尼架的另一端通過(guò)伸長(zhǎng)桿嵌于對(duì)應(yīng)側(cè)板上的第一直槽內(nèi)，能夠沿第一直槽的方向上下移動(dòng)，并通過(guò)螺母固定其位置；
[0013]激振加載裝置包括激振器支架平板和對(duì)稱(chēng)設(shè)置在其兩側(cè)的兩個(gè)直板，兩個(gè)直板分別通過(guò)螺栓在兩個(gè)側(cè)板上，激振器支架平板上開(kāi)有若干支架弧形槽，激振器固定于平板上，平板上開(kāi)有第二直槽，平板上設(shè)置在激振器支架平板上，且激振器通過(guò)若干支架弧形槽調(diào)節(jié)其在水平方向的角度，通過(guò)第二直槽調(diào)節(jié)其的伸出長(zhǎng)度；激振器和待測(cè)葉片之間通過(guò)激振桿相接觸，激振桿中間放置有用于測(cè)量待測(cè)葉片激振力大小的動(dòng)態(tài)力傳感器。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:該測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括兩套阻尼結(jié)構(gòu)裝置。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:第一直槽邊緣上刻有用于調(diào)整阻尼結(jié)構(gòu)裝置和激振加載裝置在兩個(gè)側(cè)板上位置的刻度。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:兩個(gè)側(cè)板上沿豎直方向上各開(kāi)設(shè)有6個(gè)第一直槽。
[0017]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:激振桿采用兩端粗中間細(xì)的變截面結(jié)構(gòu)。
[0018]一種阻尼結(jié)構(gòu)優(yōu)化葉片測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0019]I)放置基礎(chǔ)臺(tái)架于基礎(chǔ)平臺(tái)上，根據(jù)測(cè)量需求，選擇待測(cè)球盤(pán)型號(hào)和目標(biāo)施加阻尼位置，依次安裝葉根固定裝置、待測(cè)葉片、阻尼結(jié)構(gòu)裝置、激振加載裝置、三維激光測(cè)振儀以及連接數(shù)據(jù)采集裝置；保證葉根嵌套于葉根槽內(nèi)，葉身嵌套于阻尼結(jié)構(gòu)裝置的葉片卡槽內(nèi)，激振桿頂端貼緊待測(cè)葉片表面，旋緊各處螺栓以固定試驗(yàn)臺(tái)各零件位置；
[0020]2)調(diào)整加載螺母位置，調(diào)節(jié)摩擦阻尼塊與球盤(pán)之間正壓力大小，其具體數(shù)據(jù)由靜態(tài)力傳感器測(cè)量得到，同時(shí)保證同一葉高位置的葉片兩側(cè)球盤(pán)型號(hào)和摩擦阻尼正壓力大小相等；調(diào)整激振器位置，在垂直方向上對(duì)葉片表面施加激振作用，激振力大小與激振頻率由數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)激振桿中間位置的動(dòng)態(tài)力傳感器測(cè)量得到；
[0021]3)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集裝置和激振器，待葉片振動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定后，啟動(dòng)三維激光測(cè)振儀對(duì)葉片整體振動(dòng)情況進(jìn)行掃描，同時(shí)記錄球盤(pán)型號(hào)、摩擦阻尼正壓力、阻尼結(jié)構(gòu)施加高度、激振桿高度以及激振力大??；
[0022]4)分別改變加載螺母位置、球盤(pán)型號(hào)、激振器頻率、激振器支架高度以及阻尼結(jié)構(gòu)裝置高度，以控制摩擦阻尼正壓力、摩擦阻尼接觸面積、激振力大小、激振力頻率、激振力施加位置以及摩擦阻尼作用施加位置的變化，重復(fù)步驟2)至步驟3)，并記錄數(shù)據(jù)與相應(yīng)的葉片振形圖；
[0023]5)分析摩擦阻尼正壓力、阻尼結(jié)構(gòu)施加高度、激振桿高度、激振力大小、摩擦結(jié)構(gòu)接觸面大小對(duì)于葉片振動(dòng)特性的影響，并繪制相應(yīng)曲線。
[0024]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，還包括以下步驟:
[0025]6)換用較步驟I)中葉片的更長(zhǎng)葉片模型進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，同時(shí)增加阻尼結(jié)構(gòu)個(gè)數(shù)，對(duì)葉高方向多點(diǎn)施加摩擦阻尼作用，重復(fù)步驟I)至步驟4)，并記錄數(shù)據(jù)與相應(yīng)的葉片振形圖；
[0026]7)分析摩擦阻尼正壓力、阻尼結(jié)構(gòu)施加高度、激振桿高度、激振力大小、摩擦結(jié)構(gòu)接觸面大小對(duì)于該葉片振動(dòng)特性的影響，并繪制相應(yīng)曲線。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0028]本發(fā)明一種阻尼結(jié)構(gòu)優(yōu)化葉片測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái):(1)本發(fā)明可以通過(guò)變化阻尼器位置模擬圍帶、拉金阻尼結(jié)構(gòu)和多拉金阻尼結(jié)構(gòu)葉片，尤其是對(duì)于開(kāi)發(fā)多拉金阻尼結(jié)構(gòu)的更長(zhǎng)葉片開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)性意義；(2)通過(guò)改變阻尼器數(shù)量，可以評(píng)估不同阻尼器數(shù)量對(duì)于葉片振動(dòng)特性的影響；(3)各個(gè)阻尼器正壓力是可變并且是可以測(cè)量的；(4)阻尼器接觸面積是可變的，并且結(jié)合正壓力和阻尼器幾何參數(shù)可以計(jì)算得到其接觸面積；(5)分別通過(guò)改變阻尼器位置、正壓力和接觸面積，可以從機(jī)理上實(shí)現(xiàn)對(duì)于葉片阻尼結(jié)構(gòu)優(yōu)化；(6)相比于其他葉片阻尼實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用的設(shè)計(jì)成型葉片，本發(fā)明實(shí)驗(yàn)臺(tái)用葉片模型采用平板直葉片模型，主要為開(kāi)發(fā)具有多拉金阻尼結(jié)構(gòu)的更長(zhǎng)葉片提供參考。
[0029]本發(fā)明一種阻尼結(jié)構(gòu)優(yōu)化葉片測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)