CN104344951A - 一种叶片叶尖振动幅值测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种叶片叶尖振动幅值测量方法，包括以下步骤：在叶片叶尖小振幅下，采用读数显微镜读取叶片振动幅值，通过对叶片叶尖振动幅值与非接触式传感器测量的叶片振动小量程测试值进行拟合计算，得到叶片叶尖振动幅值与非接触传感器测量振动值的线性关系方程；在叶片叶尖大振幅下，通过非接触传感器测得的叶片叶尖振动值；将非接触传感器测得的振动值通过上述线性关系方程换算出叶片叶尖振动幅值，实现叶片叶尖振动幅值的测量。本发明应用于实际大型叶片疲劳试验中，效果明显，完全满足试验要求，保证了大振幅叶片振动疲劳试验质量及可靠性，解决了因叶片结构尺寸过大造成的振动幅值测量困难的问题。

Description

一种叶片叶尖振动幅值测量方法

技术领域

本发明涉及一种航空发动机领域中叶片的测量技术，具体的说是一种叶片叶尖振动幅值测量方法。

背景技术

在航空发动机叶片振动疲劳试验中，通常采用应变计测量叶片振动应力值，一方面由于变计测试量程有限，只能测试8000微应变以下的振动应力；另一方面在多次大应力振动循环下，应变计往往会损坏，无法完成叶片长时间振动考核试验。因此，在测试叶片大应力情况下，一般采用测量叶片叶尖振动幅值来监控叶片振动疲劳考核应力值的，通常情况下通过读数显微镜对叶片叶尖振动幅值进行读取。然而，当叶片振动幅值达到15mm～20mm时，叶片叶尖振动光点就会模糊不清，读数显微镜就很难进行测量了。在航空发动机及燃气轮机生产过程中，所有转子叶片在完成生产加工后，装配发动机前，必须进行叶片疲劳强度考核试验，只有通过考核试验的合格批次叶片才允许装机使用。

随着航空发动机及燃气轮机的发展及广泛应用，特别是地面燃机和大推力涡扇发动机的研制生成，风扇及低压转子叶片结构尺寸越来越大，振动疲劳考核试验时叶片叶尖振动幅值可达到50mm以上，这样通过读数显微镜读取叶片叶尖幅值来进行叶片振动应力值监测就很难实现。因此必须开发出一种大量程的叶片叶尖振动幅值测量方法。

目前，能够监测50mm以上的叶片叶尖振动幅值测量方法尚未见报道。

发明内容

针对现有技术中读数显微镜无法测量航空发动机叶片的大振动幅值等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种可满足大振幅叶片振动试验的叶片叶尖振动幅值测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种叶片叶尖振动幅值测量方法包括以下步骤：

在叶片叶尖小振幅下，采用读数显微镜读取叶片振动幅值，

通过对叶片叶尖振动幅值与非接触式传感器测量的叶片振动小量程测试值进行拟合计算，得到叶片叶尖振动幅值与非接触传感器测量振动值的线性关系方程；

在叶片叶尖大振幅下，通过非接触传感器测得的叶片叶尖振动值；

将非接触传感器测得的振动值通过上述线性关系方程换算出叶片叶尖振动幅值，实现叶片叶尖振动幅值的测量。

所述叶片叶尖振动幅值与非接触传感器测量振动值的线性关系方程如下：

$S=\frac{k}{f_0}\·u$

$k=\frac{{\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{s}_i{f}_0\right)}^2-n\left[{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\left(s_i{f}_0\right)}^2\right]}{\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{v}_i\right)\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{s}_i{f}_0\right)-n\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{v}_i{s}_i{f}_0\right)}$

其中，S为叶片叶尖振动幅值，k为方程中间变量，f₀为叶片固有频率值，u为非接触式电涡流传感器振动测试值，v_i为非接触式电涡流传感器测试的第i组振动值读数，s_i为读数显微镜测试的第i组叶片叶尖振动幅值，i为叶片叶尖振幅值组数序数，n为叶片叶尖组数最大值。

在测量叶片小量程振动幅值、叶片叶尖振动幅值与非接触式电涡流传感器振动测试值拟合标定过程以及测试叶片叶尖大量程振动幅值过程中保持非接触式电涡流传感器位置固定不变，不得有水平或垂直方向的改变。

采用读数显微镜读取由小到大5～7组阶梯振动水平下的叶片叶尖振动幅值，采用非接触传感器测量值为与上述5～7组阶梯振动水平下的叶片振动幅值(单位mm)相对应振动值(单位mv)。

测量的最大振动幅值不得超过叶片叶尖考核应力的30％。

所述叶片叶尖小振幅为振动幅值低于20mm的振幅；叶片叶尖大振幅为振动幅值大于等于20mm的振幅。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明应用于实际大型叶片疲劳试验中，效果明显，完全满足试验要求，保证了大振幅叶片振动疲劳试验质量及可靠性，解决了因叶片结构尺寸过大造成的振动幅值测量困难的问题。

2.本发明方法可广泛应用于航空发动机或燃气轮机大型风扇、压气机叶片振动试验中，为振动疲劳试验中叶片叶尖振幅监测技术提供了一种全新的测试手段，拓展了叶片疲劳试验测试技术。

附图说明

图1为本发明方法中叶片叶尖振动幅值与非接触式电涡流传感器振动测试值曲线拟合过程示意图；

图2为本发明方法中叶片叶尖振动幅值测量示意图。

其中，1为非接触式电涡流传感器，2为叶片，3为夹具，4为振动计，5为毫伏表，6为读数显示镜。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

本发明一种叶片叶尖振动幅值测量方法是在叶片叶尖小振幅下，采用读数显微镜6读取叶片振动幅值，通过对叶片叶尖振动幅值与非接触式传感器测量的叶片振动测试值(电压信号值)进行拟合计算，得到叶片叶尖振动幅值与非接触传感器测量振动值(毫伏表5显示值)的线性关系方程。得出线性方程后，在叶片振动试验过程中，通过非接触传感器测得的振动值，来换算出叶片叶尖振动幅值，来实现叶片叶尖振动幅值的测量。

本发明方法包括以下步骤：

在叶片叶尖小振幅(即振幅低于20mm)下，采用读数显微镜6读取叶片振动幅值；如图1所示；

通过对叶片叶尖振动幅值与非接触式传感器(本实施例采用电涡流传感器1)测量的叶片振动小量程测试值进行拟合计算，得到叶片叶尖振动幅值与非接触传感器测量振动值的线性关系方程；

在叶片叶尖大振幅(即振幅大于等于20mm)下，通过非接触传感器测得的叶片叶尖振动幅值，如图2所示；

将非接触传感器测得的振动幅值通过上述线性关系方程换算出叶片叶尖振动幅值，实现叶片叶尖振动幅值的测量。

采用读数显微镜读取的叶片振动幅值为由小到大5～7组阶梯振动水平下的叶片振动幅值，非接触传感器的振动测量值(即毫伏表显示值，单位mv)为与上述5～7组阶梯振动水平下的叶片叶尖振动幅值(即读数显微镜测试值，单位mm)相对应的振动值。

如图1所示，用电涡流传感器1监测叶片叶尖一弯振动时叶片叶尖振动测试值(电压信号值mv)，用读数显微镜6测量叶片叶尖振动幅值，由小到大测量出5～7组阶梯振动水平下的叶片振动幅值(即读数显微镜测试值，单位mm)及相应振动幅值对应的非接触传感器测量的振动值(即毫伏表显示值，单位mv)，最大振动幅值不得超过叶片考核应力的30％。注意在测量叶片振动幅值过程中要保持非接触式电涡流传感器1位置固定，不能有水平或垂直方向的改变。通过测试数据计算得到叶片叶尖振动幅值S与非接触式电涡流传感器1振动测试值u的曲线拟合方程，方程拟合计算方法如下：

$S=\frac{k}{f_0}\·u$

$k=\frac{{\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{s}_i{f}_0\right)}^2-n\left[{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\left(s_i{f}_0\right)}^2\right]}{\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{v}_i\right)\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{s}_i{f}_0\right)-n\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{v}_i{s}_i{f}_0\right)}$

其中，S为叶片叶尖振动幅值，k为方程中间变量(中间变量是由上述5～7组阶梯振动水平下读数显微镜测试的叶片叶尖振动幅值及相对应传感器测量的振动值(毫伏表显示值)拟合得到。)，f₀为叶片固有频率值，单位为Hz；u为非接触式电涡流传感器1振动测试值，v_i为第i组非接触式电涡流传感振动测试值读数，单位为mv，s_i为第i组叶片叶尖振动幅值，单位为mm，i为叶片叶尖组数序数，n为叶片叶尖组数最大值。

完成上述叶片叶尖振动幅值与非接触式电涡流传感器1振动测试值曲线拟合方程计算后，得到叶片叶尖振动幅值S与非接触式电涡流传感器1振动测试值u的关系方程S＝ku/f₀，调整振动台输出能量，当非接触式电涡流传感器1振动测试值为u₀时，通过方程拟合计算可得此时叶片振动幅值S₀＝k·u₀/f₀，这样就可以测量出读数显微镜不能测量的叶片大量程振动幅值了。

注意在叶片叶尖振动幅值与非接触式电涡流传感器1振动测试值拟合标定过程直到测试叶片叶尖大量程振动幅值过程中要保持非接触式电涡流传感器1位置固定不变。测试过程如图2。

案例：

(1)叶片叶尖振动幅值与非接触电涡流传感器振动测试值曲线拟合方程计算

用电磁振动台激振叶片2，用读数显微镜6读取叶片叶尖振动幅值，用非接触电涡流传感器1测试叶片振动值(电压值，通过毫伏表5读取，振动计4用来调理放大传感器测试的振动信号，将调理后的振动信号传输给毫伏表显示。，测试结果如表一：

表一试验数据

(2)叶片叶尖振动幅值测量

叶片频率值f₀＝1279Hz，由表一数据计算叶片叶尖振动幅值S与非接触电涡流传感器1振动测试值u的曲线拟合方程得：S＝0.0060003596u，当非接触电涡流传感器振动测试值u＝1250mv时，通过拟合方程计算S＝7.5mm。通过读数显微镜对叶片叶尖实际振动幅值进行测量验证得S₀＝7.58mm。

通过上述试验验证，在叶片叶尖小振幅范围内叶片叶尖振动幅值与非接触传感器测量振动值的能够满足线性关系，上述线性关系可直接扩展应用到大振幅范围。

Claims (6)

1.一种叶片叶尖振动幅值测量方法，其特征在于包括以下步骤：

在叶片叶尖小振幅下，采用读数显微镜读取叶片振动幅值，

通过对叶片叶尖振动幅值与非接触式传感器测量的叶片振动小量程测试值进行拟合计算，得到叶片叶尖振动幅值与非接触传感器测量振动值的线性关系方程；

在叶片叶尖大振幅下，通过非接触传感器测得的叶片叶尖振动值；

将非接触传感器测得的振动值通过上述线性关系方程换算出叶片叶尖振动幅值，实现叶片叶尖振动幅值的测量。

2.按权利要求1所述的叶片叶尖振动幅值测量方法，其特征在于：所述叶片叶尖振动幅值与非接触传感器测量振动值的线性关系方程如下：

$s=\frac{k}{f_0}\·u$

$k=\frac{{\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{s}_i{f}_0\right)}^2-n\left[{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\left(s_i{f}_0\right)}^2\right]}{\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{v}_i\right)\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{s}_i{f}_0\right)-n\left({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{v}_i{s}_i{f}_0\right)}$

其中，S为叶片叶尖振动幅值，k为方程中间变量，f₀为叶片固有频率值，u为非接触式电涡流传感器振动测试值，v_i为非接触式电涡流传感器测试的第i组振动值读数，s_i为读数显微镜测试的第i组叶片叶尖振动幅值，i为叶片叶尖振幅值组数序数，n为叶片叶尖组数最大值。

3.按权利要求1所述的叶片叶尖振动幅值测量方法，其特征在于：在测量叶片小量程振动幅值、叶片叶尖振动幅值与非接触式电涡流传感器振动测试值拟合标定过程以及测试叶片叶尖大量程振动幅值过程中保持非接触式电涡流传感器位置固定不变，不得有水平或垂直方向的改变。

4.按权利要求1所述的叶片叶尖振动幅值测量方法，其特征在于：采用读数显微镜读取由小到大5～7组阶梯振动水平下的叶片叶尖振动幅值，采用非接触传感器测量值为与上述5～7组阶梯振动水平下的叶片振动幅值(单位mm)相对应振动值(单位mv)。

5.按权利要求1或4所述的叶片叶尖振动幅值测量方法，其特征在于：测量的最大振动幅值不得超过叶片叶尖考核应力的30％。

6.按权利要求1所述的叶片叶尖振动幅值测量方法，其特征在于：所述叶片叶尖小振幅为振动幅值低于20mm的振幅；叶片叶尖大振幅为振动幅值大于等于20mm的振幅。