一种阻尼结构优化叶片测试实验台及其实验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及实验装置技术领域，具体涉及一种具有阻尼结构的汽轮机叶片在实际运行状态下的阻尼结构优化叶片测试实验台及其实验方法。
【背景技术】
[0002]叶片在汽轮机中承担着把蒸汽热能转化为机械能的重要任务，是汽轮机中最重要的零部件之一。大型汽轮机中叶片数目往往多达几千片，并且在运行中承受着离心力、稳态气流力和非稳态气流力的共同作用。此外，汽轮机在各种非设计工况下工作时，还要承受负荷变化带来的交变应力以及小容积工况下的较大气流激振力等。以上各种载荷作用使得叶片的工作环境极为复杂恶劣，叶片事故时有发生，而振动疲劳是导致破坏的主要原因，干摩擦阻尼结构是抑制叶片振动的一种非常有效的方式。各个汽轮机制造厂家在叶片上尤其是在中长叶片上广泛采用阻尼围带和各种拉金型式(松拉金、凸台拉金等)，以减少叶片的振动应力。
[0003]阻尼围带和凸台拉金结构被广泛应用于现代汽轮机长叶片设计中，叶片受离心力作用变形使相邻叶片围带和拉金接触并压紧，从而通过围带和拉金接触面间的干摩擦作用来耗散振动能量，降低叶片振动应力，并使叶片呈现整圈振动改善其振动特性。国内外学者提出了多种描述接触面间干摩擦特性的数学模型，但由于接触摩擦的复杂性，很难用一种通用的模型来描述，而通过实验研宄可以为理论分析提供可靠的验证依据及模型基础参数。
[0004]目前，国内外各厂家对于叶片阻尼特性测试都仅限于固定位置的围带或拉金的阻尼结构，并未考虑不同位置、不同正压力和不同接触面积对于叶片阻尼特性的影响。
[0005]虽然阻尼围带和凸台拉金结构已经在叶片上得到了广泛的使用，但是相关的研宄尤其是机理研宄还很不充分，对于其结构性能的优化也严重不足。所以，开展对于特定叶片在不同工况作用下的阻尼结构位置优化研宄具有很大的工程应用价值。
[0006]另外，由于汽轮机朝着更大功率和更高参数发展，开发更长叶片成为必然趋势和限制汽轮机的主要原因。采用传统阻尼围带结构会导致巨大离心力，多拉金阻尼结构成为更长叶片发展的主要趋势。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于针对目前叶片阻尼结构实验研宄的不足，尤其是对于不同运行状态、不同结构下叶片阻尼结构优化研宄的不足，提供了一种阻尼结构优化叶片测试实验台及其实验方法，为进一步发展具有多拉金及复杂阻尼结构的更长叶片奠定了基础。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案是:
[0009]一种阻尼结构优化叶片测试实验台，包括基础台架、叶根固定装置、阻尼结构装置和激振加载装置；其中，
[0010]基础台架包括底板和对称焊接在底板上的两个侧板，两个侧板的内侧对称焊接有两个垫块，且两个侧板上沿竖直方向上对称开设有若干第一直槽；
[0011]叶根固定装置包括叶根槽和紧固螺栓，叶根槽的中间开设有用于嵌入待测叶片叶根的凹槽，凹槽的下方设置有用于给叶根施加竖直向上载荷的紧固螺栓；
[0012]阻尼结构装置包括用于固定待测叶片叶身的叶片卡槽，叶片卡槽的两端分别设置有一个球盘，每个球盘分别与对称设置的两个摩擦阻尼块点接触，每个摩擦阻尼块分别设置在一个阻尼架的一端，并通过螺杆和加载螺母与设置在该阻尼架上的静态力传感器相连，每个阻尼架的另一端通过伸长杆嵌于对应侧板上的第一直槽内，能够沿第一直槽的方向上下移动，并通过螺母固定其位置；
[0013]激振加载装置包括激振器支架平板和对称设置在其两侧的两个直板，两个直板分别通过螺栓在两个侧板上，激振器支架平板上开有若干支架弧形槽，激振器固定于平板上，平板上开有第二直槽，平板上设置在激振器支架平板上，且激振器通过若干支架弧形槽调节其在水平方向的角度，通过第二直槽调节其的伸出长度；激振器和待测叶片之间通过激振杆相接触，激振杆中间放置有用于测量待测叶片激振力大小的动态力传感器。
[0014]本发明进一步的改进在于:该测试实验台包括两套阻尼结构装置。
[0015]本发明进一步的改进在于:第一直槽边缘上刻有用于调整阻尼结构装置和激振加载装置在两个侧板上位置的刻度。
[0016]本发明进一步的改进在于:两个侧板上沿竖直方向上各开设有6个第一直槽。
[0017]本发明进一步的改进在于:激振杆采用两端粗中间细的变截面结构。
[0018]一种阻尼结构优化叶片测试实验台的实验方法，包括以下步骤:
[0019]I)放置基础台架于基础平台上，根据测量需求，选择待测球盘型号和目标施加阻尼位置，依次安装叶根固定装置、待测叶片、阻尼结构装置、激振加载装置、三维激光测振仪以及连接数据采集装置；保证叶根嵌套于叶根槽内，叶身嵌套于阻尼结构装置的叶片卡槽内，激振杆顶端贴紧待测叶片表面，旋紧各处螺栓以固定试验台各零件位置；
[0020]2)调整加载螺母位置，调节摩擦阻尼块与球盘之间正压力大小，其具体数据由静态力传感器测量得到，同时保证同一叶高位置的叶片两侧球盘型号和摩擦阻尼正压力大小相等；调整激振器位置，在垂直方向上对叶片表面施加激振作用，激振力大小与激振频率由数据采集装置对激振杆中间位置的动态力传感器测量得到；
[0021]3)启动数据采集装置和激振器，待叶片振动状态稳定后，启动三维激光测振仪对叶片整体振动情况进行扫描，同时记录球盘型号、摩擦阻尼正压力、阻尼结构施加高度、激振杆高度以及激振力大小；
[0022]4)分别改变加载螺母位置、球盘型号、激振器频率、激振器支架高度以及阻尼结构装置高度，以控制摩擦阻尼正压力、摩擦阻尼接触面积、激振力大小、激振力频率、激振力施加位置以及摩擦阻尼作用施加位置的变化，重复步骤2)至步骤3)，并记录数据与相应的叶片振形图；
[0023]5)分析摩擦阻尼正压力、阻尼结构施加高度、激振杆高度、激振力大小、摩擦结构接触面大小对于叶片振动特性的影响，并绘制相应曲线。
[0024]本发明进一步的改进在于，还包括以下步骤:
[0025]6)换用较步骤I)中叶片的更长叶片模型进行试验测试，同时增加阻尼结构个数，对叶高方向多点施加摩擦阻尼作用，重复步骤I)至步骤4)，并记录数据与相应的叶片振形图；
[0026]7)分析摩擦阻尼正压力、阻尼结构施加高度、激振杆高度、激振力大小、摩擦结构接触面大小对于该叶片振动特性的影响，并绘制相应曲线。
[0027]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0028]本发明一种阻尼结构优化叶片测试实验台:(1)本发明可以通过变化阻尼器位置模拟围带、拉金阻尼结构和多拉金阻尼结构叶片，尤其是对于开发多拉金阻尼结构的更长叶片开发具有指导性意义；(2)通过改变阻尼器数量，可以评估不同阻尼器数量对于叶片振动特性的影响；(3)各个阻尼器正压力是可变并且是可以测量的；(4)阻尼器接触面积是可变的，并且结合正压力和阻尼器几何参数可以计算得到其接触面积；(5)分别通过改变阻尼器位置、正压力和接触面积，可以从机理上实现对于叶片阻尼结构优化；(6)相比于其他叶片阻尼实验台使用的设计成型叶片，本发明实验台用叶片模型采用平板直叶片模型，主要为开发具有多拉金阻尼结构的更长叶片提供参考。
[0029]本发明一种阻尼结构优化叶片测试实验台的实验