一種在燃氣渦輪發動機運行狀態下靜葉的動應力測試方法
2023-09-14 02:24:25 2
一種在燃氣渦輪發動機運行狀態下靜葉的動應力測試方法
【專利摘要】本發明屬於航空發動機測試技術，涉及發動機葉片表面動應力測試方法。一種在燃氣渦輪發動機運行狀態下靜葉的動應力測試方法，本方法可以在發動機運行狀態下對發動機導流葉片、靜子葉片進行動應力測試。因應變片直接粘貼在發動機葉片上進行動測試驗，所以測試數據真實、準確，信息完整，容易定量分析，可以為葉片裂紋、掉塊等故障分析提供依據，同時為進一步了解發動機葉片表面負荷分布提供可靠數據。
【專利說明】一種在燃氣渦輪發動機運行狀態下靜葉的動應力測試方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於航空發動機測試技術，涉及發動機葉片表面動應力測試方法。
【背景技術】
[0002]現代飛機對航空發動機性能要求越來越高，如高溫、高轉速、高推重比，同時要求高可靠性、長壽命等。其中發動機葉片的可靠性與壽命是由葉片結構強度和表面壓力負荷及應力的分布情況決定的。然而葉片在發動機運行狀態下的動測目前確很少進行，原因是在發動機運行狀態下進行動測的條件很難實現。首先，如何找出葉片上的最大應力點，如何布點才能既不影響葉片的應力特性又能準確的測出結果；其次，怎樣將應變片準確、牢固地粘貼在測點處以保證測試數據既滿足試驗任務需求，又不會脫落給發動機造成安全隱患；最後，應變片的引線如何引出，如何確定零件上的引出孔位置及機匣上打孔的位置、如何打孔和密封等都是動測試驗所面臨的難題。
【發明內容】
[0003]本發明提出一種用於航空發動機運行狀態下導流葉片和靜子葉片的動應力測試方法，可以在發動機運行狀態下對發動機導流葉片、靜子葉片進行動應力測試。因應變片直接粘貼在發動機葉片上進行動測試驗，所以測試數據真實、準確，信息完整，容易定量分析，可以為葉片裂紋、掉塊等故障分析提供依據，同時為進一步了解發動機葉片表面負荷分布提供可靠數據。
[0004]一種在燃氣渦輪發動機運行狀態下靜葉的動應力測試方法，本方法包括以下步驟:
[0005]一、確定應變片粘貼位置。利用模態試驗和仿真計算給出導流葉片或靜子葉片實際約束條件下的應力分布雲圖，選取雲圖上應力分布的最大區域再結合所需分析葉片出現裂紋或掉塊缺陷問題的實際部位，確定應變片粘貼位置；
[0006]二、應變片的粘貼固化。選擇軍品級中溫應變片及相應的膠粘劑，並按照膠粘劑相應的粘貼方式將應變片粘貼並可靠地固定，固定時，應變片4塗高溫膠後，用塗有均勻高溫膠的布2壓住應變片4，應變片4導線也以同樣方法排布整齊定位固化。在布2上覆蓋上一張聚四氟乙烯薄膜3，在葉片5兩面各加墊一層2_厚的矽橡膠板1，之後將包墊好的葉片裝入凸夾緊板6、凹夾緊板7之中，夾緊時，擰緊螺栓，壓緊矽膠板I，使矽膠板I變形，保證各個點緊密貼合，應變片4粘接牢靠，然後放入烘箱內加溫固化。應變片粘貼固化後需檢查應變片的阻值及絕緣，若應變片阻值或絕緣電阻不正確，則必須剷除重新粘貼、固化；
[0007]三、應變片導線的引出。應變片粘貼在葉片的葉盆和葉背上後，應變片的導線在葉片上也需按最短路徑排布整齊固化在葉面上，固化方法與應變片相同，導流葉片在外軸頸與葉面相連處鑽孔，孔能引出導線即可，穿出導線後用矽膠密封；靜子葉片在葉片外底座與葉面連接處開槽將導線引出，應變片導線走線方向均按引出方向排布。按貼片葉片在發動機上的安裝位置，在一對貼片葉片中間位置的機匣上鑽孔，一對貼片即一片貼在葉背，另一片貼在葉盆，安裝引線孔座，將引線穿出引線孔後，在孔中塞棉線並用環氧樹脂膠密封；
[0008]四、以上準備工作就緒後即可開始動測試驗，動測時發動機在全轉速範圍內全程測試，並採集測試數據，之後對所採集到的動態應變信號進行分析處理。
[0009]該方法將模態分析、仿真計算與動應力測試技術相結合，使發動機整機運行狀態下的動測得以實現，測試數據真實可靠，可真實的反應葉片表面應力的分布及變化情況，為分析葉片缺陷及故障問題提供數據和依據，並為進一步了解發動機葉片表面負荷分布提供可靠數據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]附圖1為動態應變測試分析系統框圖；
[0011]附圖2為葉片應變片夾緊固化的夾緊工裝示意圖；其中:1.矽膠板；2.布；3.聚四氟乙烯薄膜；4.應變片；5.葉片；6.凸夾緊板；7.凹夾緊板。
[0012]圖中電阻應變片分別按要求粘貼在葉片的相應位置上，並按照要求進行加溫固化後，其引線通過中介機匣壁上的孔引出並接入動態應變調理系統的相應通道上，信號採集與分析系統對應變信號進行預調平衡、採集、顯示、儲存及事後分析。測控系統在發動機全轉速範圍內全程測試，並採集測試數據進行分析處理。
【具體實施方式】
[0013]一、確定應變片粘貼位置。利用模態試驗和仿真計算給出導流葉片或靜子葉片實際約束條件下的應力分布雲圖，選取雲圖上應力分布的最大應力區域再結合所需分析葉片出現裂紋或掉塊等缺陷問題的實際部位，確定應變片粘貼位置，之後按確定的位置將應變片分別粘貼在葉片的葉盆和葉背處；
[0014]二、應變片的粘貼固化。由於葉片是安裝在發動機機匣內的，工作時機匣內的溫度一般會接近200°C左右，另外還有較高的壓力和流速，所以應變片的粘貼必須牢固，否則如果在發動機工作過程中脫落會給發動機造成安全隱患。因此需選擇軍品級中溫應變片及相應的膠粘劑，並按照要求的粘貼方式將應變片粘貼並可靠地固定，固定可採用如圖1所示工裝，應變片4塗高溫膠後，用塗有均勻高溫膠的布2壓住應變片4，應變片4導線也以同樣方法排布整齊定位固化。在布2上覆蓋上一張聚四氟乙烯薄膜3 (為防止高溫膠粘牢矽膠板)，在葉片5兩面各加墊一層2_厚的矽橡膠板1，之後將包墊好的葉片裝入凸夾緊板6、凹夾緊板7之中，夾緊時，擰緊螺栓，壓緊矽膠板I，使矽膠板I變形，保證各個點緊密貼合，應變片4粘接牢靠，然後放入烘箱內加溫固化。加溫固化程序可按照應變片及膠粘劑使用要求進行。應變片粘貼固化後需檢查應變片的阻值及絕緣，若應變片阻值或絕緣電阻(應大於20兆歐)不正確，則必須剷除重新粘貼、固化；軍品級中溫應變片可選擇國產的BB120-4AA250(23)-G500 和 F-601 膠粘劑。
[0015]三、應變片導線的引出。應變片粘貼在葉片的葉盆和葉背上後，應變片的導線在葉片上也需按最短走線距離排布整齊固化在葉面上(固化方法與應變片相同)，導流葉片可在外軸頸與葉面相連處鑽孔(孔能引出導線即可，穿出導線後用矽膠密封)將導線引出；靜子葉片可在葉片外底座與葉面連接處開槽將導線引出，應變片導線走線方向均按引出方向排布。導線穿出葉片後還需穿過機匣才能引到發動機腔體外進行測試。按貼片葉片在發動機上的安裝位置，在一對貼片葉片(即一片貼在葉背，另一片貼在葉盆)中間位置的機匣上鑽孔，安裝引線孔座，將引線穿出引線孔後，在孔中塞棉線並用環氧樹脂膠密封，以防機匣漏氣影響發動機性能。
[0016]以上準備工作就緒後即可開始動測試驗，動測可採用如圖1所示測試系統。動測時發動機在全轉速範圍內全程測試，並採集測試數據，之後對所採集到的動態應變信號進行分析處理。數據分析時，首先對信號進行必要的濾波、奇異點剔除等預處理，並按照發動機的運行狀態進行截斷，之後對發動機不同的運行轉速分別進行時域統計分析。應變平均值主要由發動機內溫度及氣流靜壓分量等引起，反映葉片的靜應變水平；應變峰峰值主要由發動機振動及氣流動壓分量等引起，反映葉片的動變形；另外還需對發動機不同的運行轉速分別進行頻譜分析，給出各測點在不同轉速下譜分析的總均方根值。通過以上的測試與分析，可以準確的確定出葉片應力分布及最大應力出現的位置，為葉片掉塊及缺陷引起的斷裂等現象提供數據和依據。
【權利要求】
1.一種在燃氣渦輪發動機運行狀態下靜葉的動應力測試方法，其特徵是，本方法包括以下步驟: 一、確定應變片粘貼位置；利用模態試驗和仿真計算給出導流葉片或靜子葉片實際約束條件下的應力分布雲圖，選取雲圖上應力分布的最大區域再結合所需分析葉片出現裂紋或掉塊缺陷問題的實際部位，確定應變片粘貼位置； 二、應變片的粘貼固化；選擇軍品級中溫應變片及相應的膠粘劑，並按照膠粘劑相應的粘貼方式將應變片粘貼並可靠地固定，固定時，應變片塗高溫膠後，用塗有均勻高溫膠的布壓住應變片，應變片導線也以同樣方法排布整齊定位固化；在布上覆蓋上一張聚四氟乙烯薄膜，在葉片兩面各加墊一層2_厚的矽橡膠板，之後將包墊好的葉片裝入凸夾緊板、凹夾緊板之中，夾緊時，擰緊螺栓，壓緊矽膠板，使矽膠板變形，保證各個點緊密貼合，應變片粘接牢靠，然後放入烘箱內加溫固化；應變片粘貼固化後需檢查應變片的阻值及絕緣，若應變片阻值或絕緣電阻不正確，則必須剷除重新粘貼、固化； 三、應變片導線的引出；應變片粘貼在葉片的葉盆和葉背上後，應變片的導線在葉片上也需按最短路徑排布整齊固化在葉面上，固化方法與應變片相同，導流葉片在外軸頸與葉面相連處鑽孔，孔能引出導線即可，穿出導線後用矽膠密封；靜子葉片在葉片外底座與葉面連接處開槽將導線引出，應變片導線走線方向均按引出方向排布；按貼片葉片在發動機上的安裝位置，在一對貼片葉片中間位置的機匣上鑽孔，一對貼片即一片貼在葉背，另一片貼在葉盆，安裝引線孔座，將引線穿出引線孔後，在孔中塞棉線並用環氧樹脂膠密封； 四、以上準備工作就緒後即可開始動測試驗，動測時發動機在全轉速範圍內全程測試，並採集測試數據，之後對所採集到的動態應變信號進行分析處理。
【文檔編號】G01L1/22GK103954384SQ201410171716
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月25日 優先權日:2014年4月25日
【發明者】田慧清, 劉忠華, 張順利, 張振宇, 苗向, 馬英, 萬東強, 俞靜華 申請人:西安航空動力股份有限公司