本发明属于压缩机技术领域，具体是涉及一种离心叶轮振动阻尼测试系统及方法。
背景技术：
现代工业离心压缩机运行过程中，气流激振诱发的受迫振动是导致离心叶轮疲劳破坏的重要因素。为准确预测离心叶轮的受迫响应特性，应当获得叶轮部件的完整力学参数，而阻尼参数是较难得到的关键数据，其中气动阻尼更是决定气弹稳定性的关键，对于先进叶轮机械的运行健康评价问题，获得振动阻尼数据是必须关注的重点。离心叶轮的叶片和轮盘往往是一体加工的，机械阻尼较小，对动力响应影响不大，于是材料阻尼和气动阻尼就成为影响叶轮阻尼特性的关键因素。
实际运行中很难直接测得旋转叶轮的振动阻尼数据，只能根据结构动力方程，由实测旋转叶轮的振动响应数据计算得到。由于叶轮高速旋转，将机匣内叶轮表面的振动响应信号传至外部终端是需要解决的首要问题，已有技术往往采用导电滑环从叶轮轴端引出布于旋转轮毂表面的数据线，该技术采用有线传输，轴端布线复杂，结构可靠性低。同时，实测条件得到的叶轮阻尼数据是包含材料阻尼和气动阻尼的总阻尼，如何从实测阻尼数据中提取气动阻尼还未见简便可行的方法。此外，叶轮气动阻尼因振型和工况不同而变化，目前未有提取叶轮气动阻尼特性的测试系统和方法被提出。
因此，从提高离心压缩机叶轮部件的运行性能检测和健康评价方面考虑，提出离心叶轮振动阻尼的测试技术应具有重要的应用价值。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供一种离心叶轮振动阻尼测试系统及方法。本发明实现实际运行条件下离心叶轮气动阻尼和材料阻尼数据的同步测量。
为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：
一种离心叶轮振动阻尼测试系统，包括被测离心压缩机所在的闭路循环系统以及无线接收网关，所述离心压缩机的离心叶轮表面安装有用于测量叶片应变量的应变传感器，所述离心叶轮前方轴端安装有通过数据线与所述应变传感器连接且向所述无线接收网关发射应变信号的无线发射器，所述无线发射器随离心叶轮同步转动。
进一步的技术方案：所述离心压缩机进口安装有插板，所述插板上开设有与所述离心压缩机进口同轴的通孔，所述通孔边缘向通孔中间延伸有瓣片，所述瓣片沿所述通孔周向间隔布置多个。
进一步的技术方案：所述闭路循环系统包括由所述离心压缩机出口向所述离心压缩机进口依次设置的冷却器、节流阀、温度传感器、压力传感器以及第一流量计；所述冷却器的冷源进口端设有沿冷源流动方向依次设置的调节阀以及第二流量计。
进一步的技术方案：所述无线接收网关安装于离心压缩机进口前管段。
进一步的技术方案：所述通孔的口径与所述离心压缩机进口的口径相同。
进一步的技术方案：所述瓣片数量为3～6个，所述瓣片的总面积占所述通孔面积的45％～55％。
进一步的技术方案：所述插板与所述离心叶轮之间的距离l与所述叶片高度h的关系满足：5h<l<7h。
进一步的技术方案：所述测试系统还包括终端控制单元，所述无线接收网关、温度传感器、压力传感器、第一流量计以及第二流量计与所述终端控制单元信号接收端连接，所述终端控制单元信号输出端与所述节流阀、调节阀连接以分别控制节流阀、调节阀的开度。
一种基于所述的离心叶轮振动阻尼测试系统的方法，包括以下步骤：
步骤1，通过所述终端控制单元采集温度传感器、压力传感器、第一流量计以及第二流量计的信号，经过信号分析输出控制信号以改变节流阀和调节阀的开度，从而实现离心压缩机在设定的进气温度、进气压力以及流量下运行；
步骤2，所述终端控制单元调节离心叶轮转速n以改变插板引起的气流激振频率f，从而激发离心叶轮(52)振动进入共振区，其中离心叶轮转速n与气流激振频率f满足关系：f＝nm/60；当离心叶轮振动进入任一模态共振区，所述终端控制单元根据无线发射器发射至无线接收网关的应变信号得到离心叶轮振动响应的时域数据，并经傅里叶变换后得到离心叶轮振动响应的频域数据；
步骤3，将步骤b中频域数据代入离心叶轮的结构动力方程：
-(ω2i+iωc+k)ξ＝f
其中i为单位矩阵，k为刚度，c为振动阻尼，f为激振力，ω为激振的圆频率且ω＝2πf，ξ为所述振动响应，i为虚数，通过所述结构动力方程求解得到设定进气压力下离心叶轮的振动阻尼c；
步骤4，所述终端控制单元输出控制信号以改变离心压缩机运行时的进气压力，并重复步骤1、步骤2以及步骤3，得到不同进气压力下的振动阻尼，在进气压力-振动阻尼图上对数据点做直线拟合，拟合直线延长线在零压力时的阻尼值即为离心叶轮的材料阻尼c1，而气动阻尼c2＝c-c1。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明在离心叶轮轴端前方安装无线发射器，将叶轮表面的振动响应测量信号发射至无线接收网关，无线接收网关连接终端控制单元，数据收发采用无线传输方式，无线发射器连于离心叶轮轴端并与离心叶轮同步旋转，避免了现有有线数据传输技术轴端布线复杂、结构可靠性低的缺点，本发明有利于提高测试系统运行可靠性以及结构稳定性。
(2)本发明所述插板上的分瓣具有扰流的作用，可以与离心压缩机一起用于调节气流激振频率，从而保证阻尼测量试验的正常进行。本发明所述的插板结构简单，制作、安装方便。所述分瓣的数量以及总面积不宜过大或过小，过大容易影响气流正常的通行，过小又起不到扰流的作用。
(3)本发明根据不同进气压力下的离心叶轮振动阻尼数据，通过测量数据点的直线拟合方法分离出材料阻尼，无需增加其它的测试手段即可实现气动阻尼和材料阻尼的同步测量，本发明方法简便可靠。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为插板的安装结构示意图。
图3为插板的结构示意图。
图4、5为离心叶轮的结构示意图。
图6为进气压力-振动阻尼直线拟合示意图。
1-节流阀；2-温度传感器；3-压力传感器；4-第一流量计；5-离心压缩机；6-无线发射器；7-冷却器；8-第二流量计；9-调节阀；10-无线接收网关；11-终端控制单元；51-插板；511-通孔；512-分瓣；52-离心叶轮；521-应变传感器；522-数据线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明：
如图1、4、5所示：本发明离心叶轮振动阻尼测试系统包括闭路循环系统、无线接收网关10以及终端控制单元11：
所述闭路循环系统包括被测离心压缩机5以及由所述离心压缩机5出口向所述离心压缩机5进口依次设置的冷却器7、节流阀1、温度传感器2、压力传感器3、第一流量计4；所述冷却器7的冷源进口端设有沿冷源流动方向依次设置的调节阀9以及第二流量计8。
所在的所述离心压缩机的离心叶轮52表面安装有用于测量叶片应变量的应变传感器521，所述离心叶轮52前方轴端安装有通过数据线522与所述应变传感器521连接且向所述无线接收网关10发射应变信号的无线发射器6，所述无线发射器6随离心叶轮52同步转动。本发明在离心叶轮52轴端前方安装无线发射器6，将离心叶轮52表面的振动响应测量信号发射至无线接收网关10，无线接收网关10连接终端控制单元11，数据收发采用无线传输方式，无线发射器6连于离心叶轮52轴端并与离心叶轮52同步旋转，避免了现有有线数据传输技术轴端布线复杂、结构可靠性低的缺点，本发明有利于提高测试系统运行可靠性以及结构稳定性。
所述无线接收网关10、温度传感器2、压力传感器3、第一流量计4以及第二流量计8与所述终端控制单元11信号接收端连接，所述终端控制单元11信号输出端与所述节流阀1、调节阀9连接以分别控制节流阀1、调节阀9的开度。
如图2、3所示：所述离心压缩机5进口安装有插板51，所述插板51上开设有与所述离心压缩机5进口同轴的通孔511，所述通孔511边缘向通孔511中间延伸有瓣片512，所述瓣片512沿所述通孔511周向间隔布置多个。所述通孔511的口径与所述离心压缩机5进口的口径相同。本发明所述插板51上的分瓣512具有扰流的作用，可以与离心压缩机5一起用于调节气流激振频率，从而保证阻尼测量试验的正常进行。
所述瓣片512数量为3～6个，所述瓣片512的总面积占所述通孔511面积的45％～55％。本发明所述的插板51结构简单，制作、安装方便。所述分瓣512的数量以及总面积不宜过大或过小，过大容易影响气流正常的通行，过小又起不到扰流的作用。
所述插板51与所述离心叶轮52之间的距离l与所述叶片高度h的关系满足：5h<l<7h，以避免因距离过大而使扰流强度显著衰减或因距离过小而使离心压缩机5流动失稳。
以下是基于所述的离心叶轮振动阻尼测试系统的方法，包括以下步骤：
步骤1，通过所述终端控制单元11采集温度传感器2、压力传感器3、第一流量计4以及第二流量计8的信号，经过信号分析输出控制信号以改变节流阀1和调节阀9的开度，从而实现离心压缩机5在设定的进气温度、进气压力以及流量下运行；
步骤2，所述终端控制单元11调节离心叶轮52转速n以改变插板51引起的气流激振频率f，从而激发离心叶轮52振动进入共振区，其中离心叶轮52转速n与气流激振频率f满足关系：f＝nm/60；当离心叶轮52振动进入任一模态共振区，所述终端控制单元11根据无线发射器6发射至无线接收网关10的应变信号得到离心叶轮52振动响应的时域数据，并经傅里叶变换后得到离心叶轮52振动响应的频域数据；
步骤3，将步骤b中频域数据代入离心叶轮的结构动力方程：
-(ω2i+iωc+k)ξ＝f
其中i为单位矩阵，k为刚度，c为振动阻尼，f为激振力，ω为激振的圆频率且ω＝2πf，ξ为所述振动响应，i为虚数，通过所述结构动力方程求解得到设定进气压力下离心叶轮52的振动阻尼c；所述结构动力方程中i、k、f、ω均为已知数值；
步骤4，所述终端控制单元11输出控制信号以改变离心压缩机5运行时的进气压力，并重复步骤1、步骤2以及步骤3，得到不同进气压力下的振动阻尼，在进气压力-振动阻尼图上对数据点做直线拟合(如图6所示)，拟合直线延长线在零压力时的阻尼值即为离心叶轮的材料阻尼c1，而气动阻尼c2＝c-c1。
本发明根据不同进气压力下的离心叶轮振动阻尼数据，通过测量数据点的直线拟合方法分离出材料阻尼，无需增加其它的测试手段即可实现气动阻尼和材料阻尼的同步测量，本发明方法简便可靠。