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航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片動(dòng)頻和動(dòng)應(yīng)力測量的主要特點(diǎn)是在高速旋轉(zhuǎn)下的測量。高速旋轉(zhuǎn)下測量一方面對傳感器(如應(yīng)變片)的安裝和防護(hù),對連接電纜的安裝、焊接和防護(hù)等均提出了一些特殊的要求;另一方面對信號傳遞裝置(如引電器等)要求也較為苛刻;鐵塔高度視地面障礙物對風(fēng)速影響的情況,以及風(fēng)輪的直徑大小而定,一般在6-20米范圍內(nèi)。此外,由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)振動(dòng)激振源復(fù)雜,再加上噪聲,因此對其振動(dòng)信號的分析處理需要采用多種方法進(jìn)行反復(fù)研究比較,方可獲得比較理想的測試結(jié)果。
BVMS可用于旋轉(zhuǎn)葉片同步、異步振動(dòng)監(jiān)測,也可用于FOD、HCF、LCF、葉片裂紋、轉(zhuǎn)子喘振顫振等轉(zhuǎn)子監(jiān)測和故障分析。系統(tǒng)還可用于傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)扭矩、扭振的非接觸測量。
非接觸葉片振動(dòng)測量產(chǎn)品和技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、直升機(jī)、汽輪機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的試驗(yàn)研究、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和健康管理。
高速旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)是電力工業(yè)、能源工業(yè)、航空、航運(yùn)業(yè)亟待解決的難題,傳統(tǒng)的接觸式測量方法很難做到同時(shí)監(jiān)測同級的所有葉片的振動(dòng)情況,因此國外一直在致力研究一種非接觸式旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)測量新技術(shù)—葉端定時(shí)測量技術(shù)。
即葉端定時(shí)傳感器、高速脈沖信號采集及預(yù)處理、葉端定時(shí)測量數(shù)據(jù)的分析處理。設(shè)計(jì)開發(fā)了適應(yīng)高速實(shí)時(shí)監(jiān)測要求的全光纖葉端定時(shí)傳感器,所研制的葉端定時(shí)傳感器具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、頻寬優(yōu)于100MHz,測量距離達(dá)到0.5mm 的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)了基于固定頻率脈沖填充法計(jì)數(shù)的高速脈沖信號采集及預(yù)處理電路,實(shí)現(xiàn)定時(shí)時(shí)間測量。本文對葉片固有特性和振動(dòng)響應(yīng)分析方法研究實(shí)現(xiàn)了葉片振動(dòng)解析法和考慮S1、S2氣動(dòng)加載、集中載荷加載振動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算,對葉片的初期設(shè)計(jì)有重要的意義。
葉片是葉輪機(jī)械的關(guān)鍵零部件,其工作環(huán)境惡劣,同時(shí)受高離心力、穩(wěn)定氣流力和交變氣流激振力的作用,是故障多發(fā)件。葉片失效原因主要有機(jī)械損傷、高溫?fù)p傷、高溫暴露、蠕變失效、疲勞失效和腐蝕。其中疲勞失效是重要的一個(gè)原因,它往往導(dǎo)致葉片斷裂。研究葉片的減振方法有較大的工程意義。目前已有一些較成熟的減振技術(shù),如干摩擦阻尼和蜂窩密封減振,前者通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到減振的目的,后者則能加劇氣流擾動(dòng),提高氣流的能量耗散,減小氣流激振。這些方法雖有明顯的減振作用,但效果有限,且其結(jié)構(gòu)固定,無法實(shí)現(xiàn)參數(shù)的調(diào)整。另外,有學(xué)者研究應(yīng)用反旋流措施來提高轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性,通過向密封間隙噴入逆向氣流來減小密封間隙內(nèi)的旋流。反旋流只有在合適的流速和流量下才能起到抑振的作用,否則就會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)失穩(wěn),且反旋流結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算困難,因此其工程應(yīng)用并不多。目前已有一些較成熟的減振技術(shù),如干摩擦阻尼和蜂窩密封減振,前者通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到減振的目的,后者則能加劇氣流擾動(dòng),提高氣流的能量耗散,減小氣流激振。本文研究的吸氣方法從新的角度來改善葉頂間隙的氣流特性,較反旋流技術(shù)有較大的優(yōu)勢。