CN113959556B - 旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了航空发动机试验设备领域的一种旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置，包括试验台底座、气动激励测振单元、位移滑台；试验台底座上设有驱动电机，驱动电机上转动设置旋转主轴，旋转主轴上固定设置旋转盘；旋转盘上设有叶片组件、导电滑环、激光位移传感器；气动激励测振单元包括气动喷头件、叶尖定时传感器、圆弧安装座，圆弧安装座移动设置在位移滑台上；试验台底座一侧设有位移滑台，圆弧安装座与旋转盘同轴设置。本发明通过气动激励或压电激励模拟叶片的振动，利用激光位移传感器测量旋转叶片尖端位移，通过叶尖定时传感器测量的叶片尖端位移与激光传感器测量得到的数据进行对比，实现旋转叶片叶尖定时传感器的动态标定，结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机试验设备领域，具体地，涉及一种旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置。
背景技术
叶片是航空发动机/燃气轮机等大型旋转机械的重要零部件之一，其振动状态严重影响设备的工作性能；且在叶片发生碰摩、裂纹等故障时其振动状态能够体现设备的健康状况，因此旋转叶片的在线监测是保障航空发动机/燃气轮机运行安全的关键手段。叶尖定时技术是一种旋转叶片非接触式振动测量技术，已经发展成为航空发动机测试领域的重要方向。然而，目前仍没有成熟的叶尖定时传感器的标定装置。
目前，试验装置是基于叶片不振动的理想条件下实现的，实际过程中由于旋转部件之间的间隙以及转速波动等因素，叶片本身也存在振动，因此给叶尖定时传感器标定带来一定误差；且现有的试验装置需要多台振动台用于控制传感器的振动，对试验装置的安装维护，空间使用和成本控制均有一定的影响。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置。
根据本发明提供的一种旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置，包括试验台底座、气动激励测振单元以及位移滑台；
所述试验台底座上设有驱动电机，所述驱动电机上转动设置旋转主轴，所述旋转主轴另一端固定设置旋转盘；
所述旋转盘上设有叶片组件、导电滑环以及激光位移传感器，所述导电滑环与所述旋转主轴同轴设置在所述旋转盘上，所述叶片组件设有多个，多个所述叶片组件关于所述导电滑环对称分布在所述旋转盘上，所述激光位移传感器设有多个，多个所述激光位移传感器关于所述导电滑环对称分布在所述旋转盘上；
所述气动激励测振单元包括气动喷头件、叶尖定时传感器以及圆弧安装座，所述气动喷头件与所述叶尖定时传感器周向设置在所述圆弧安装座上，所述圆弧安装座移动设置在所述位移滑台上；
所述位移滑台设置在所述试验台底座的一侧，所述圆弧安装座对应所述旋转盘同轴设置，所述气动喷头件和所述叶尖定时传感器分别对应所述叶片组件设置。
一些实施方式中，所述驱动电机与旋转主轴之间通过联轴器连接设置，所述旋转主轴上套设有第一轴承件和第二轴承件。
一些实施方式中，所述试验台底座上设有电机底座、第一轴承底座以及第二轴承底座，所述电机底座、所述第一轴承底座与所述第二轴承底座依次设置在所述试验台底座，所述第一轴承件固定设置在所述第一轴承底座上，所述第二轴承件固定设置在所述第二轴承底座上。
一些实施方式中，所述叶片组件包括第一叶片组件和第二叶片组件，所述第一叶片组件包括第一叶片夹具、第二叶片夹具以及叶片件，所述叶片件的一端夹持设置在所述第一叶片夹具与第二叶片夹具之间，所述叶片件的表面粘贴设置压电纤维片；
所述第二叶片组件采用与所述第一叶片组件相同的结构设置；
所述第一叶片组件和所述第二叶片组件沿所述旋转盘的直径关于所述导电滑环对称设置。
一些实施方式中，所述位移滑台上滑动设置转接板，所述气动激励测振单元固定设置在所述转接板上，所述圆弧安装座下方设有第一固定底座和第二固定底座，所述第一固定底座和所述第二固定底座的另一端固定设置在所述转接板上，所述气动喷头件通过气动喷头安装座固定设置在所述圆弧安装座上，所述叶尖定时传感器通过传感器安装座固定设置在所述圆弧安装座上。
一些实施方式中，所述激光位移传感器包括第一激光位移传感器和第二激光位移传感器，所述第一激光位移传感器和所述第二激光位移传感器沿所述旋转盘的直径关于所述导电滑环对称设置，所述第一激光位移传感器对应所述第一叶片组件的叶片件尖端设置，所述第二激光位移传感器对应所述第二叶片组件的叶片件尖端设置。
一些实施方式中，所述试验台底座上固定设置传感器支架，所述传感器支架上固定设置转速同步传感器，所述转速同步传感器对应所述旋转主轴设置，所述试验台底座上固定设置变频器，所述变频器与所述驱动电机连接设置。
一些实施方式中，多个所述气动喷头件分别连接至分流器，所述分流器与过滤器连接设置，所述过滤器通过气压阀连接设置储气罐，所述储气罐上连接设置空气压缩机。
一些实施方式中，所述叶片组件与所述导电滑环电连接设置，所述导电滑环上信号连接信号采集仪，所述导电滑环分别电连接设置功率放大器和电源，所述功率放大器信号连接信号发生器，所述信号采集仪信号连接上位机。
一些实施方式中，所述叶片件通过气动激励和压电激励进行振动，所述气动激励具体包括以下操作：外部空气经过所述空气压缩机后进入所述储气罐中，所述气压阀控制所述储气罐流出气体的气压，所述过滤器对气体进行干燥处理，所述分流器将干燥后的气体分流到多个气动喷头上，气体通过所述气动喷头件喷射到叶片件上形成气动载荷；
所述信号发生器将简谐信号输出至所述功率放大器，所述功率放大器和所述导电滑环将简谐信号转化为电压输出至叶片件表面的压电纤维片，利用压电材料的逆压电效应使叶片件产生振动；
所述电源通过导电滑环对第一激光位移传感器和第二激光位移传感器进行供电，调整第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的位置测量叶片件尖端位移，并通过所述导电滑环将所述叶片件位移信号输出至所述信号采集仪，所述信号采集仪输出至上位机。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过在旋转盘上设置叶片组件和激光位移传感器，利用固定在圆弧安装座上的叶尖定时传感器对叶片尖端位移进行测量，将测得的数据与激光位移传感器测得的叶片件尖端位移进行对比，从而实现对旋转叶片叶尖定时传感器的动态标定；
2、本发明通过气动激励和压电激励方式模拟了叶片件的振动，克服了现有技术中通过多个振动台模拟叶片振动以及忽略实际过程中旋转叶片微小振动的缺点；
3、本发明通过设置试验台底座，并在试验台底座上设置驱动电机，通过驱动电机驱动旋转盘进行旋转，在试验台底座的一侧对应设置位移滑台，位移滑台上的气动激励及测振单元，控制位移滑台可以调整气动激励及测振单元与旋转盘之间的距离，结构简单，安装维护方便，空间利用率高，制造成本低，性能稳定，具有较好的实际应用前景。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置的结构示意图；
图2为本发明叶片组件的结构示意图；
图3为本发明气动激励测振单元的结构示意图；
图4为本发明叶片气动激励的原理示意图；
图5为本发明叶片压电激励及激光测振的结构原理图；
附图标记：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示为旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置的结构示意图，包括试验台底座1、气动激励测振单元21以及位移滑台19。试验台底座1上设有驱动电机3，驱动电机3上转动设置旋转主轴8，旋转主轴8另一端固定设置旋转盘13。
旋转盘13上设有叶片组件、导电滑环18以及激光位移传感器，导电滑环18与旋转主轴8同轴设置在旋转盘13上，叶片组件设有多个，多个叶片组件关于导电滑环18对称分布在旋转盘13上，激光位移传感器设有多个，多个激光位移传感器关于导电滑环18对称分布在旋转盘13上。
如图2所示为叶片组件的结构示意图，叶片组件包括第一叶片组件14和第二叶片组件16，第一叶片组件14包括第一叶片夹具22、第二叶片夹具23以及叶片件24，叶片件24的一端夹持设置在第一叶片夹具22与第二叶片夹具23之间，叶片件24的表面粘贴设置压电纤维片25。在本实施例中，第二叶片组件16采用与第一叶片组件14相同的结构设置。第一叶片组件14和第二叶片组件16沿旋转盘13的直径关于导电滑环18对称设置。
激光位移传感器包括第一激光位移传感器15和第二激光位移传感器17，第一激光位移传感器15和第二激光位移传感器17沿旋转盘13的直径关于导电滑环18对称设置，确保旋转盘13上的质心与形心尽可能重合。第一激光位移传感器15对应第一叶片组件14的叶片件24尖端设置，第一激光位移传感器15用于测量第一叶片组件14中叶片件24尖端的位移。第二激光位移传感器17对应第二叶片组件16的叶片件24尖端设置，第二激光位移传感器17用于测量第二叶片组件16中叶片尖24尖端的位移。
如图3所示为气动激励测振单元的结构示意图，气动激励测振单元21包括气动喷头件30、叶尖定时传感器32以及圆弧安装座28，气动喷头件30与叶尖定时传感器32周向设置在圆弧安装座28，圆弧安装座28移动设置在位移滑台19上。叶尖定时传感器32可实时辨识叶尖件24的振动信息，并通过与第一激光位移传感器15和第二激光位移传感器17采集到的动态实测数据进行对比分析，可实现对叶尖定时传感器的动态标定。
位移滑台19设置在试验台底座1的一侧，圆弧安装座28对应旋转盘13同轴设置，气动喷头件30和叶尖定时传感器32分别对应叶片组件设置。位移滑台19上滑动设置转接板20，气动激励测振单元21固定设置在转接板20上，圆弧安装座28下方设有第一固定底座26和第二固定底座27，第一固定底座26和第二固定底座27的另一端固定设置在转接板20上，通过控制位移滑台19可以调整气动激励测振单元21与旋转盘13之间的距离，便于***安装、操作和维护。气动喷头件30通过气动喷头安装座29固定设置在圆弧安装座28上，叶尖定时传感器32通过传感器安装座31固定设置在圆弧安装座28上。
驱动电机3与旋转主轴8之间通过联轴器5连接设置，旋转主轴8上套设有第一轴承件7和第二轴承件12。试验台底座1上设有电机底座2、第一轴承底座6以及第二轴承底座11，电机底座2、第一轴承底座6与第二轴承底座11依次设置在试验台底座1，第一轴承件7固定设置在第一轴承底座6上，第二轴承件12固定设置在第二轴承底座11上。第一轴承底座6与第二轴承底座11对旋转主轴8进行支撑。
试验台底座1上固定设置传感器支架9，传感器支架9上固定设置转速同步传感器10，转速同步传感器10对应旋转主轴8设置，通过转速同步传感器10实时监测旋转主轴8的转速。试验台底座1上固定设置变频器4，变频器4与驱动电机3连接设置，通过变频器4控制驱动电机3的定转速或变转速运动。
如图4所示为叶片气动激励的原理示意图，多个气动喷头件30分别连接至分流器，分流器与过滤器连接设置，过滤器通过气压阀连接设置储气罐，储气罐上连接设置空气压缩机。
如图5所示为叶片压电激励及激光测振的结构原理图，叶片组件与导电滑环18电连接设置，导电滑环18上信号连接信号采集仪，导电滑环18分别电连接设置功率放大器和电源，功率放大器信号连接信号发生器，信号采集仪信号连接上位机。
工作原理：叶片件24通过气动激励和压电激励进行振动，气动激励具体包括以下操作：外部空气经过空气压缩机后进入储气罐中，气压阀控制储气罐流出气体的气压，过滤器对气体进行干燥处理，分流器将干燥后的气体分流到多个气动喷头30上，气体通过气动喷头件30喷射到叶片件24上形成气动载荷。
信号发生器将简谐信号输出至功率放大器，功率放大器和导电滑环18将简谐信号转化为电压输出至叶片件24表面的压电纤维片25，利用压电材料的逆压电效应使叶片件24产生振动。
电源通过导电滑环18对第一激光位移传感器15和第二激光位移传感器17进行供电，调整第一激光位移传感器15和第二激光位移传感器17的位置测量叶片件24尖端位移，并通过导电滑环18将叶片件24位移信号输出至信号采集仪，最终通过所述信号采集仪将所述叶片件24位移信号输出至上位机。
本发明将叶片件24和激光位移传感器固定放置于旋转盘13上，通过气动激励或压电激励模拟叶片件24的振动，利用激光位移传感器测量旋转叶片件24尖端位移，通过将叶尖定时传感器32测量的叶片件24尖端位移与激光传感器测量得到的数据进行对比，实现了旋转叶片叶尖定时传感器32的动态标定，避免了现有技术中将叶片理想考虑为不振动带来的测量误差，且本发明具有整体结构简单、安装维护方便、制造成本低、空间利用率高的优点。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置，其特征在于，包括试验台底座(1)、气动激励测振单元(21)以及位移滑台(19)；
所述试验台底座(1)上设有驱动电机(3)，所述驱动电机(3)上转动设置旋转主轴(8)，所述旋转主轴(8)另一端固定设置旋转盘(13)；
所述旋转盘(13)上设有叶片组件、导电滑环(18)以及激光位移传感器，所述导电滑环(18)与所述旋转主轴(8)同轴设置在所述旋转盘(13)上，所述叶片组件设有多个，多个所述叶片组件关于所述导电滑环(18)对称分布在所述旋转盘(13)上，所述激光位移传感器设有多个，多个所述激光位移传感器关于所述导电滑环(18)对称分布在所述旋转盘(13)上；
所述气动激励测振单元(21)包括气动喷头件(30)、叶尖定时传感器(32)以及圆弧安装座(28)，所述气动喷头件(30)与所述叶尖定时传感器(32)周向设置在所述圆弧安装座(28)上，所述圆弧安装座(28)移动设置在所述位移滑台(19)上；
所述位移滑台(19)设置在所述试验台底座(1)的一侧，所述圆弧安装座(28)对应所述旋转盘(13)同轴设置，所述气动喷头件(30)和所述叶尖定时传感器(32)分别对应所述叶片组件设置。
2.根据权利要求1所述的旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置，其特征在于，所述驱动电机(3)与旋转主轴(8)之间通过联轴器(5)连接设置，所述旋转主轴(8)上套设有第一轴承件(7)和第二轴承件(12)。
3.根据权利要求2所述的旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置，其特征在于，所述试验台底座(1)上设有电机底座(2)、第一轴承底座(6)以及第二轴承底座(11)，所述电机底座(2)、所述第一轴承底座(6)与所述第二轴承底座(11)依次设置在所述试验台底座(1)，所述第一轴承件(7)固定设置在所述第一轴承底座(6)上，所述第二轴承件(12)固定设置在所述第二轴承底座(11)上。
4.根据权利要求1所述的旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置，其特征在于，所述叶片组件包括第一叶片组件(14)和第二叶片组件(16)，所述第一叶片组件(14)包括第一叶片夹具(22)、第二叶片夹具(23)以及叶片件(24)，所述叶片件(24)的一端夹持设置在所述第一叶片夹具(22)与第二叶片夹具(23)之间，所述叶片件(24)的表面粘贴设置压电纤维片(25)；
所述第二叶片组件(16)采用与所述第一叶片组件(14)相同的结构设置；
所述第一叶片组件(14)和所述第二叶片组件(16)沿所述旋转盘(13)的直径关于所述导电滑环(18)对称设置。
5.根据权利要求1所述的旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置，其特征在于，所述位移滑台(19)上滑动设置转接板(20)，所述气动激励测振单元(21)固定设置在所述转接板(20)上，所述圆弧安装座(28)下方设有第一固定底座(26)和第二固定底座(27)，所述第一固定底座(26)和所述第二固定底座(27)的另一端固定设置在所述转接板(20)上，所述气动喷头件(30)通过气动喷头安装座(29)固定设置在所述圆弧安装座(28)上，所述叶尖定时传感器(32)通过传感器安装座(31)固定设置在所述圆弧安装座(28)上。
6.根据权利要求4所述的旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置，其特征在于，所述激光位移传感器包括第一激光位移传感器(15)和第二激光位移传感器(17)，所述第一激光位移传感器(15)和所述第二激光位移传感器(17)沿所述旋转盘(13)的直径关于所述导电滑环(18)对称设置，所述第一激光位移传感器(15)对应所述第一叶片组件(14)的叶片件(24)尖端设置，所述第二激光位移传感器(17)对应所述第二叶片组件(16)的叶片件(24)尖端设置。
7.根据权利要求1所述的旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置，其特征在于，所述试验台底座(1)上固定设置传感器支架(9)，所述传感器支架(9)上固定设置转速同步传感器(10)，所述转速同步传感器(10)对应所述旋转主轴(8)设置，所述试验台底座(1)上固定设置变频器(4)，所述变频器(4)与所述驱动电机(3)连接设置。
8.根据权利要求6所述的旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置，其特征在于，多个所述气动喷头件(30)分别连接至分流器，所述分流器与过滤器连接设置，所述过滤器通过气压阀连接设置储气罐，所述储气罐上连接设置空气压缩机。
9.根据权利要求8所述的旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置，其特征在于，所述叶片组件与所述导电滑环(18)电连接设置，所述导电滑环(18)上信号连接信号采集仪，所述导电滑环(18)分别电连接设置功率放大器和电源，所述功率放大器信号连接信号发生器，所述信号采集仪信号连接上位机。
10.根据权利要求9所述的旋转叶片叶尖定时传感器动态标定装置，其特征在于，所述叶片件(24)通过气动激励和压电激励进行振动，所述气动激励具体包括以下操作：外部空气经过所述空气压缩机后进入所述储气罐中，所述气压阀控制所述储气罐流出气体的气压，所述过滤器对气体进行干燥处理，所述分流器将干燥后的气体分流到多个气动喷头(30)上，气体通过所述气动喷头件(30)喷射到叶片件(24)上形成气动载荷；
所述信号发生器将简谐信号输出至所述功率放大器，所述功率放大器和所述导电滑环(18)将简谐信号转化为电压输出至叶片件(24)表面的压电纤维片(25)，利用压电材料的逆压电效应使叶片件(24)产生振动；
所述电源通过导电滑环(18)对第一激光位移传感器(15)和第二激光位移传感器(17)进行供电，调整第一激光位移传感器(15)和第二激光位移传感器(17)的位置测量叶片件(24)尖端位移，并通过所述导电滑环(18)将所述叶片件(24)位移信号输出至所述信号采集仪，最终通过所述信号采集仪将所述叶片件(24)位移信号输出至上位机。
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