叶轮模态测试

1、项目背景与需求

        在工程实践领域,叶轮作为旋转机械的重要组成部分,在高速运转时承受着巨大的机械应力,其中叶片折断是常见的风险之一,而这种故障往往由共振效应引发。共振发生时,叶轮的运行频率与固有频率重合,导致结构振动加剧,最终可能引起机械失效。为了确保叶轮的安全性和稳定性,东方所启动了一项模态测试项目,旨在全面掌握叶轮整盘的模态特性,包括固有频率、阻尼比和振型等关键参数,以精准判断叶片折断是否由共振效应造成,并采取有效措施进行预防,从而提升叶轮的可靠性和延长其使用寿命。叶轮模态测试结果的目的是为了校核叶轮有限元模型的准确性。

 

2、难点分析

        叶轮模态测试过程中遇到的挑战主要包括:

(1)模型建模困难:叶轮叶片形状不规则,存在角度偏转,导致准确的数学模型构建复杂。

(2)测点布置受限:叶轮独特的几何形状限制了测点的布置,某些关键位置因物理空间限制而无法设置传感器,而根据经验,测点需置于叶轮底盘加筋处,否则可能只捕捉到局部模态。

(3)小叶轮测试难度大:小叶轮直径仅有10cm,质量轻至225g,接触式传感器的附加质量会显著影响其自然模态频率和振型,从而影响测试结果的准确性。

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图2-1 小叶轮实物图

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图2-2 大叶轮实物图

3、东方所解决方案

        为应对上述挑战,东方所采取了以下先进技术与设备:

(1)INV3062X智系列数据采集仪:具备24位高精度A/D转换能力,采样率范围广泛(0.5Hz~256kHz),有效解决了数据采集的质量问题,确保了信号采集的准确性和完整性。

(2)DASP MAS模态与动力学软件:集成多种国际领先算法,如polyIIR和提纯算法,通过多算法策略优化模态参数识别,极大提高了模态分析的准确性和可靠性。

(3)高保真声压传感器:针对小叶轮的测试,采用声模态测试技术,避免了传感器安装对试件自然振动状态的干扰。传感器灵敏度稳定,无需校准即可使用,简化了测试流程。

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图3-1 大叶轮整盘模态测试系统

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图3-2 小叶轮整盘模态测试系统

4、试验结果

        东方所的技术方案成功克服了测试中的各种难点,获取了大叶轮和小叶轮整盘的关键模态振型,测试结果如图4-2和图4-4所示。

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图4-1 大叶轮整盘模态测点布置示意图

 

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图4-2 大叶轮整盘模态振型

 

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图4-3  小叶轮整盘模态测点布置示意图

 

小叶轮模态测试1#

 

图4-4  小叶轮整盘模态振型

 

        通过对叶轮叶片的局部模态和整盘模态的详细分析,验证了测试方法的有效性。试验结果不仅为叶轮的设计优化提供了重要参考,还有助于预防由共振引起的叶片折断,确保叶轮在实际工况下的安全稳定运行,为后续的工程应用和设计改进提供了宝贵的数据支持。

2024-10-28 10:34