一种真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台

本发明属于流体机械及振动测量相关，更具体地，涉及一种真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台。

背景技术：

1、深度调峰是指电网根据用电需求的变化，对发电机组的负荷进行调节，以保持电网的平衡和稳定。深度调峰对汽轮机的运行工况有很大的影响，尤其是对汽轮机叶片的振动。汽轮机叶片振动是指叶片在气流作用下产生的周期性或随机性的位移、速度和加速度变化，它会影响叶片的强度、疲劳寿命和效率，甚至导致叶片断裂或脱落，造成严重的事故。

2、深度调峰对汽轮机叶片振动的影响主要有以下几个方面：深度调峰会导致汽轮机内部的温度、压力、流量等参数发生变化，从而改变叶片的气动载荷和热应力。这些载荷和应力会引起叶片的静态变形和动态响应，增加叶片振动的幅值和频率。深度调峰会导致汽轮机内部的气流结构发生变化，从而产生不同类型和程度的气动激励。这些激励包括旋转激励、喷嘴激励、涡激励、脱流激励等，它们会与叶片固有频率发生共振或近共振，引起叶片振动的增幅或衰减。深度调峰会导致汽轮机内部的湿汽含量发生变化，从而增加叶片的水蚀风险。水蚀是指湿汽中的水滴以高速冲击叶片表面，造成叶片材料的剥蚀或破坏。水蚀会降低叶片的刚度和阻尼，改变叶片的固有频率和模态形状，增加叶片振动的敏感性和不稳定性。

3、汽轮机叶片是汽轮机的重要转动部件，其工作状态直接影响到汽轮机的安全和经济运行。叶片振动异常是叶片破坏的前兆，目前只能通过非接触方式测量。叶片振动的非接触测量技术具有重要的实际价值，可以及时发现叶片的异常情况，避免严重后果的发生。设计开发叶片振动的模拟实验装置，模拟各种叶片的颤振、激振及水蚀、裂纹等现象，可为非接触测量技术提供支撑平台。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台，其满足不同真空度及转速下的叶栅振动测量、叶片鼓风等实验测量要求。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台，所述实验平台包括驱动部分、转子部分、叶匣部分及真空部分，所述转子部分分别连接于所述驱动部分及所述叶匣部分，且所述转子部分的叶片位于所述叶匣部分内；所述真空部分连接于所述叶匣部分，其用于对所述叶匣部分进行抽真空，使得所述叶片位于真空环境下；其中，所述驱动部分用于驱动所述叶片转动。

3、进一步地，所述实验平台还包括底座基础及控制部分，所述驱动部分及所述叶匣部分分别固定在所述底座基础上，所述控制部分分别连接于所述转子部分、所述叶匣部分及所述真空部分。

4、进一步地，所述底座基础包括钢筋混凝土基础与带t型槽的金属平板，所述金属平板设置在所述钢筋混凝土基础上；所述钢筋混凝土基础的一端设置有两个间隔设置的突出小平台，所述突出小平台用于辅助支撑叶匣部分的重量。

5、进一步地，所述驱动部分包括电动机、电机控制组件及电机支撑座，所述电机支撑座安装在所述底座基础的一端，所述电动机及所述电机控制组件安装在所述电机支撑座上。

6、进一步地，所述驱动部分以电作为原动力，通过电动机的输出轴连接于所述转子部分，以驱动和控制所述转子部分的转速进而进行运转实验。

7、进一步地，所转子部分包括主轴、第一配重盘、第二配重盘、柔性联轴器、测速盘、连接盘、叶片、围带模拟件、第二轴承支撑座、第二轴承座、第一轴承支撑座及第一轴承座；所主轴为阶梯状，其一端通过柔性联轴器连接于所述电动机的输出轴，另一端伸入所述叶匣部分并连接于所述连接盘；所述第一轴承支撑座及所述第二轴承支撑座间隔设置在所述底座基础上；所述第一轴承座及所述第二轴承座分别设置在所述第一轴承支撑座及所述第二轴承支撑座上；所述主轴分别连接于所述第一轴承座及所述第二轴承座；所述第一配重盘设置在所述主轴上，且其位于所述主轴位于所述柔性联轴器与所述第一轴承座之间的轴段的中心；所述第二配重盘也安装在所述主轴上，且其位于所述主轴位于所述第一轴承座及所述第二轴承座之间的轴段的中心；所述测速盘也安装在所述主轴上，其位于所述第二配重盘与所述第二轴承座之间。

8、进一步地，所述第一轴承座及所述第二轴承座的顶部设置有若干吊环，便于装卸与搬运；所述第一配重盘及所述第二配重盘与所述测速盘均是采用胀紧套固定在所述主轴上；所述主轴与所述连接盘之间通过锥面定位，通过若个螺栓来将所述连接盘与所述主轴拧紧而安装在一起。

9、进一步地，所述叶片为带燕尾型叶根且顶窄底宽的直叶片，其叶根设置在所述连接盘的燕尾槽内，叶顶通过锥销与所述围带模拟件形成紧固连接。

10、进一步地，所述叶匣部分为壳体结构，其包括叶匣主体、叶匣端侧、叶匣主体窗口小盖板及叶匣端侧窗口小盖板；所述叶匣端侧连接于所述叶匣主体；所述叶匣部分通过所述叶匣主体连接于抽真空部分；所述叶匣主体为筒状体，其圆周间隔布局有近似矩形的第一窗口，多个所述叶匣主体窗口小盖板通过密封垫及螺栓可拆卸地连接于所述叶匣主体，以对所述叶匣主体的第一窗口进行覆盖。

11、进一步地，所述叶匣主体通过外法兰与所述叶匣端侧相连接，所述叶匣端侧覆盖所述叶匣主体的开口，使得所述叶匣部分形成一个收容腔，所述收容腔用于收容所述叶片、所述围带模拟件、所述连接盘及部分所述主轴；所述叶匣端侧开设有多个近似扇形的窗口，多个所述叶匣端侧窗口小盖板分别通过密封垫及螺栓固定在所述叶匣端侧表面。

12、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台主要具有以下有益效果：

13、1.所述转子部分分别连接于所述驱动部分及所述叶匣部分，且所述转子部分的叶片位于所述叶匣部分内；所述真空部分连接于所述叶匣部分，其用于对所述叶匣部分进行抽真空，使得所述叶片位于真空环境下；其中，所述驱动部分用于驱动所述叶片转动，通过控制所述转子部分及所述真空部分可以调整转速及真空度，进而实现不同真空度及转速下的模拟实验。

14、2.柔性联轴器优选采用高速爪形联轴器，实验装置转速范围为250rpm～6000rpm，高速爪形联轴器具有良好的减振、缓冲性能，且有较大的轴向、径向和角向补偿能力。

15、3.所述叶匣端侧朝向所述叶匣主体的一侧上设置有米字型加强筋，可以用于加强所述叶匣端侧的刚性，减少所述叶匣端侧窗口小盖板两侧压差导致的变形，同时米字型加强筋上布设有多个不同尺寸的孔洞，以用于安装和固定实验时叶匣内部观测所需的led灯条、实验所需气体激振喷嘴、实验所需液态水喷嘴、实验测量叶片侧边变形的非接触传感器等。

16、4.本发明可以通过三种方法测量叶片振动，包括叶片顶部位移传感器、叶身部分变形及振动传感器、叶片顶部和叶身部分视觉方式测量等，三种方式可以相互校验，从而对实验测量非常友好。

17、5.通过配重盘的布置可以有效改善悬臂转子的振动特性，且叶片通过连接盘以端面悬臂的方式安装在转子部分上，更便于更换。

技术特征：

1.一种真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台，其特征在于：

2.如权利要求1所述的真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台，其特征在于：所述实验平台还包括底座基础及控制部分，所述驱动部分及所述叶匣部分分别固定在所述底座基础上，所述控制部分分别连接于所述转子部分、所述叶匣部分及所述真空部分。

3.如权利要求2所述的真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台，其特征在于：所述底座基础包括钢筋混凝土基础与带t型槽的金属平板，所述金属平板设置在所述钢筋混凝土基础上；所述钢筋混凝土基础的一端设置有两个间隔设置的突出小平台，所述突出小平台用于辅助支撑叶匣部分的重量。

4.如权利要求2所述的真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台，其特征在于：所述驱动部分包括电动机、电机控制组件及电机支撑座，所述电机支撑座安装在所述底座基础的一端，所述电动机及所述电机控制组件安装在所述电机支撑座上；所述驱动部分以电作为原动力，通过电动机的输出轴连接于所述转子部分，以驱动和控制所述转子部分的转速进而进行运转实验。

5.如权利要求4所述的真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台，其特征在于：所转子部分包括主轴、第一配重盘、第二配重盘、柔性联轴器、测速盘、连接盘、叶片、围带模拟件、第二轴承支撑座、第二轴承座、第一轴承支撑座及第一轴承座；所主轴为阶梯状，其一端通过柔性联轴器连接于所述电动机的输出轴，另一端伸入所述叶匣部分并连接于所述连接盘；所述第一轴承支撑座及所述第二轴承支撑座间隔设置在所述底座基础上；所述第一轴承座及所述第二轴承座分别设置在所述第一轴承支撑座及所述第二轴承支撑座上；所述主轴分别连接于所述第一轴承座及所述第二轴承座；所述第一配重盘设置在所述主轴上，且其位于所述主轴位于所述柔性联轴器与所述第一轴承座之间的轴段的中心；所述第二配重盘也安装在所述主轴上，且其位于所述主轴位于所述第一轴承座及所述第二轴承座之间的轴段的中心；所述测速盘也安装在所述主轴上，其位于所述第二配重盘与所述第二轴承座之间。

6.如权利要求5所述的真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台，其特征在于：所述第一轴承座及所述第二轴承座的顶部设置有若干吊环；所述第一配重盘及所述第二配重盘与所述测速盘均是采用胀紧套固定在所述主轴上；所述主轴与所述连接盘之间通过锥面定位，通过若个螺栓来将所述连接盘与所述主轴拧紧而安装在一起。

7.如权利要求5所述的真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台，其特征在于：所述叶片为带燕尾型叶根且顶窄底宽的直叶片，其叶根设置在所述连接盘的燕尾槽内，叶顶通过锥销与所述围带模拟件形成紧固连接。

8.如权利要求5所述的真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台，其特征在于：所述叶匣部分为壳体结构，其包括叶匣主体、叶匣端侧、叶匣主体窗口小盖板及叶匣端侧窗口小盖板；所述叶匣端侧连接于所述叶匣主体；所述叶匣部分通过所述叶匣主体连接于抽真空部分；所述叶匣主体为筒状体，其圆周间隔布局有近似矩形的第一窗口，多个所述叶匣主体窗口小盖板通过密封垫及螺栓可拆卸地连接于所述叶匣主体，以对所述叶匣主体的第一窗口进行覆盖。

9.如权利要求8所述的真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台，其特征在于：所述叶匣主体外侧还布置有井字型加强筋，井字型加强筋为双列并排布置的，且于顶部布设若干吊装用通孔；所述叶匣端侧朝向所述叶匣主体的一侧上设置有米字型加强筋，米字型加强筋上布设有多个不同尺寸的孔洞，以用于提供安装位置。

10.如权利要求8所述的真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台，其特征在于：所述叶匣主体通过外法兰与所述叶匣端侧相连接，所述叶匣端侧覆盖所述叶匣主体的开口，使得所述叶匣部分形成一个收容腔，所述收容腔用于收容所述叶片、所述围带模拟件、所述连接盘及部分所述主轴；所述叶匣端侧开设有多个近似扇形的窗口，多个所述叶匣端侧窗口小盖板分别通过密封垫及螺栓固定在所述叶匣端侧表面。

技术总结
本发明属于流体机械及振动测量相关技术领域，其公开了一种真空环境下的旋转叶栅运行模拟与振动测试实验平台，所述实验平台包括驱动部分、转子部分、叶匣部分及真空部分，所述转子部分分别连接于所述驱动部分及所述叶匣部分，且所述转子部分的叶片位于所述叶匣部分内；所述真空部分连接于所述叶匣部分，其用于对所述叶匣部分进行抽真空，使得所述叶片位于真空环境下；其中，所述驱动部分用于驱动所述叶片转动。本发明能够满足不同真空度及转速下、不同叶片和围带结构特征的叶栅振动测量、叶片鼓风等实验测量要求。

技术研发人员：王坤,代海红,王宇
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16