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專利名稱：應(yīng)用于氣路靜電監(jiān)測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于氣路靜電監(jiān)測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障檢測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片與封嚴(yán)材料或機(jī)匣本體發(fā)生碰摩是一類十分常見(jiàn)的氣路機(jī)械故障。該故障在發(fā)生初期具有間歇性故障的特點(diǎn)，但是持續(xù)的碰摩故障可以影響轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的力平衡和動(dòng)剛度，從而引起整機(jī)振動(dòng)加劇、轉(zhuǎn)子軸彎曲、葉片壽命降低、葉尖間隙增大、發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降或引起其他繼發(fā)故障。目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商普遍采取減小葉尖間隙這一方法來(lái)有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，使得發(fā)動(dòng)機(jī)更容易發(fā)生碰摩故障。目前應(yīng)用于監(jiān)測(cè)碰摩故障主要包括定期孔探檢查、性能監(jiān)控以及基于振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)的方法，孔探檢查是一種離線檢測(cè)手段，難以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障，另外，振動(dòng)監(jiān)測(cè)和性能監(jiān)控則只能對(duì)原發(fā)故障產(chǎn)生的二次征兆或影響進(jìn)行監(jiān)測(cè)。例如，在葉片碰摩發(fā)生時(shí)，只有當(dāng)損失了足夠多的材料導(dǎo)致不平衡，才能引起發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)加劇而監(jiān)測(cè)到異常，而且發(fā)動(dòng)機(jī)自身振源很多，診斷出根本故障原因的難度比較大；對(duì)性能監(jiān)控，只有當(dāng)葉尖間隙的尺寸已經(jīng)影響所監(jiān)控的性能參數(shù)(溫度、壓力等)發(fā)生了較大變化時(shí)，才能監(jiān)測(cè)到異常。但是從發(fā)動(dòng)機(jī)制造和使用的過(guò)程中出現(xiàn)的新情況和新需求來(lái)看，迫切需要研究一種可以在線監(jiān)測(cè)碰摩故障的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目前存在的檢測(cè)方法的有效補(bǔ)充的目的。航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生碰摩故障會(huì)產(chǎn)生金屬顆粒，這些金屬顆粒最終會(huì)導(dǎo)致氣路的總體靜電荷水平變化，進(jìn)而引起氣路靜電信號(hào)異常，最終被靜電傳感器感應(yīng)出氣路中靜電整體水平變化情況，并通過(guò)靜電信號(hào)采集系統(tǒng)獲取這些信號(hào)，實(shí)現(xiàn)利用航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路靜電監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)部件的碰摩故障。因靜電監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)的是碰摩故障的直接產(chǎn)物，可以提供早期故障信號(hào)，能夠提前提供預(yù)警信息，為氣路部件健康狀態(tài)評(píng)估與剩余壽命預(yù)測(cè)提供新的信息源。該技術(shù)是一項(xiàng)非常有應(yīng)用前景的航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)提前故障發(fā)現(xiàn)時(shí)機(jī)、預(yù)防發(fā)動(dòng)機(jī)重大故障和保證飛機(jī)飛行安全等方面具有十分重要的意義。Powrie等分析了利用靜電監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障的可行性，并提出了靜電信號(hào)軸頻分析的基本定義。李耀華等通過(guò)綜合金屬顆粒注入實(shí)驗(yàn)以及帶電小球周期運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)討論了利用靜電感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障的可行性研究以及碰摩故障所具有的周期性特征，但是缺乏直接有效的碰摩故障靜電監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為了研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障靜電監(jiān)測(cè)技術(shù)，需要開(kāi)展大量的航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障靜電監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)。但是，在真實(shí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上開(kāi)展碰摩故障注入實(shí)驗(yàn)成本過(guò)高，并且伴隨著很大的實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，難以實(shí)現(xiàn)。目前存在的航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩模擬實(shí)驗(yàn)裝置大多是采用擰緊螺釘方式使轉(zhuǎn)子與靜子發(fā)生碰摩，不符合發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障模擬靜電監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中對(duì)碰摩過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制及調(diào)整、靜電傳感器安裝等要求。在這些背景下，需要設(shè)計(jì)了應(yīng)用于氣路靜電監(jiān)測(cè)研究的航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障模擬試驗(yàn)臺(tái)，能夠高效的實(shí)現(xiàn)不同碰摩材料(碰摩材料可拆卸)的碰摩實(shí)驗(yàn)，實(shí)時(shí)獲取碰摩故障發(fā)生時(shí)的靜電信號(hào)以及徑向、切向碰摩力信號(hào)，工程上易于實(shí)現(xiàn)，制造成本也較低，可形成研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障靜電監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于氣路靜電監(jiān)測(cè)研究的航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障模擬試驗(yàn)臺(tái)。一種應(yīng)用于氣路靜電監(jiān)測(cè)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障模擬試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:
由安裝平臺(tái)、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、碰摩材料進(jìn)給裝置、碰摩材料進(jìn)給控制系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成；
上述安裝平臺(tái)包括支撐座，還包括依次相連的安全保護(hù)罩、連接管、氣路延長(zhǎng)管；其中安全保護(hù)罩設(shè)有碰磨材料進(jìn)給窗口；
上述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)依次由調(diào)速電機(jī)、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、輪盤、實(shí)驗(yàn)葉片組成；
上述轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)依次由空氣開(kāi)關(guān)、電磁繼電器、與上述調(diào)速電機(jī)相連的電機(jī)調(diào)速器組成；
上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括靜電傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、徑向沖擊力測(cè)量單元、切向沖擊力測(cè)量單元；其中靜電傳感器的探頭伸入安裝平臺(tái)中氣路延長(zhǎng)管路中，轉(zhuǎn)速傳感器安裝于上述調(diào)速電機(jī)處；上述靜電傳感器經(jīng)過(guò)靜電信號(hào)調(diào)理單元后，以及轉(zhuǎn)速傳感器、徑向沖擊力測(cè)量單元、切向沖擊力測(cè)量單元均與信號(hào)采集卡的相應(yīng)輸入端相連，信號(hào)采集卡的輸出端與信號(hào)處理單元相連；
上述碰摩材料進(jìn)給裝置由步進(jìn)電機(jī)、絲杠、進(jìn)給導(dǎo)軌、安裝于絲桿和進(jìn)給導(dǎo)軌上的進(jìn)給滑臺(tái)、固定于進(jìn)給滑臺(tái)的碰摩材料安裝固定架、與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣材質(zhì)相同的碰摩材料、L型支撐件組成；其中碰摩材料安裝固定架和L型支撐件都有水平臂和豎直臂；上述切向沖擊力測(cè)量單元通過(guò)螺栓連接安裝于碰摩材料安裝固定架的水平臂與進(jìn)給滑臺(tái)之間，碰摩材料安裝于碰摩材料安裝固定架的豎直臂外側(cè)；L型支撐件的水平臂安裝于進(jìn)給滑臺(tái)上，上述徑向沖擊力測(cè)量單元通過(guò)螺栓連接安裝于L型支撐件的豎直臂的內(nèi)側(cè)與碰摩材料安裝固定架豎直臂的內(nèi)側(cè)之間；
上述碰摩材料進(jìn)給控制系統(tǒng)依次由直流電源、步進(jìn)電機(jī)控制卡、與上述步進(jìn)電機(jī)相連的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成。在開(kāi)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障靜電監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制下以一定轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)，可拆卸的碰摩材料安裝于碰摩材料進(jìn)給裝置上，碰摩材料進(jìn)給裝置在碰摩材料進(jìn)給控制系統(tǒng)的控制下以一定速度到達(dá)指定位置。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上的葉片與碰摩材料發(fā)生劇烈的碰摩現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的靜電信號(hào)以及徑向、切向碰摩力，獲取到碰摩故障發(fā)生時(shí)的原始靜電信號(hào)，并分析其信號(hào)特征。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下顯著的進(jìn)步:I)本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障，相對(duì)于其他的航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩模擬方式，本發(fā)明中采用接觸面碰摩代替了擰緊螺釘這類點(diǎn)狀碰摩接觸形式，使得故障模擬方式更加符合航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障的真實(shí)情況；
2)本發(fā)明是專為實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障模擬靜電監(jiān)測(cè)研究設(shè)計(jì)的，能夠便于安裝各種型號(hào)的靜電傳感器；
3)本發(fā)明可以利用碰摩材料進(jìn)給控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)碰摩嚴(yán)重程度的調(diào)節(jié)和控制，獲取不同碰摩嚴(yán)重程度時(shí)對(duì)應(yīng)的靜電信號(hào)，分析靜電信號(hào)與碰摩故障嚴(yán)重程度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
4)利用碰摩材料進(jìn)給裝置上的碰摩材料安裝固定架實(shí)現(xiàn)容易地更換不同材質(zhì)的碰摩材料，研究不同碰摩材料發(fā)生碰摩時(shí)對(duì)應(yīng)的靜電信號(hào)異同之處，實(shí)現(xiàn)研究不同材質(zhì)碰摩故障顆粒的帶電機(jī)理的目的；
5)本發(fā)明利用轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)碰摩故障發(fā)生時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)同一種碰摩材料在不同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速碰摩時(shí)的靜電監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)研究碰摩周期與采集的靜電信號(hào)周期的相關(guān)性研究；
6)本發(fā)明所采用的電器方面的技術(shù)在工程實(shí)踐上易于實(shí)現(xiàn)，制造成本也較低，可形成研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障靜電監(jiān)測(cè)技術(shù)的硬件基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明一種應(yīng)用于氣路靜電監(jiān)測(cè)研究的航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障模擬試驗(yàn)臺(tái)的主要機(jī)械機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一種應(yīng)用于氣路靜電監(jiān)測(cè)研究的航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障模擬試驗(yàn)臺(tái)的整體框架示意 圖3為本發(fā)明轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 圖4為本發(fā)明轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主要組成及連接關(guān)系；
圖5為本發(fā)明碰摩材料進(jìn)給裝置結(jié)構(gòu)；
圖6為本發(fā)明碰摩材料進(jìn)給控制系統(tǒng)組成框 圖7為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成框 圖8為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械安裝平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)；
圖9為實(shí)施例中低碳素鋼葉片-鋁合金碰摩材料進(jìn)行碰摩故障模擬實(shí)驗(yàn)獲取的靜電信
號(hào);
圖10為實(shí)施例中碰摩故障模擬實(shí)驗(yàn)獲取的靜電信號(hào)頻譜分析結(jié)果；
I為安全保護(hù)罩，2為碰摩轉(zhuǎn)子部件，3為安裝平臺(tái)，4為可拆卸碰摩材料，5為徑向沖擊力測(cè)量單元6為切向沖擊力測(cè)量單元，7為碰摩進(jìn)給裝置，8為步進(jìn)電機(jī)，9為調(diào)速電機(jī)，10為傳動(dòng)軸，11為輪盤，12為實(shí)驗(yàn)葉片，13為氣路管路，14為靜電傳感器，15為轉(zhuǎn)速傳感器，16為聯(lián)軸器，17為碰摩材料安裝固定架，18為進(jìn)給滑臺(tái)，19為進(jìn)給導(dǎo)軌，20為絲杠，21為力傳感器，22為大螺栓，23為L(zhǎng)型支撐件，24為連接管，25為靜電傳感器安裝孔，26為支撐座。
具體實(shí)施例方式如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種應(yīng)用于氣路靜電監(jiān)測(cè)研究的航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障模擬試驗(yàn)臺(tái)，包括轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、碰摩材料進(jìn)給裝置、碰摩材料進(jìn)給控制系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、安裝平臺(tái)。在開(kāi)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障靜電監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制下以一定轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)，可拆卸的碰摩材料被安裝于碰摩材料進(jìn)給裝置上，碰摩材料進(jìn)給裝置在碰摩材料進(jìn)給控制系統(tǒng)的控制下以一定速度到達(dá)指定位置。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上的葉片與碰摩材料發(fā)生劇烈的碰摩現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的靜電信號(hào)以及徑向、切向碰摩力，獲取到碰摩故障發(fā)生時(shí)的原始靜電信號(hào)。如圖3所示，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由調(diào)速電機(jī)、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、輪盤、實(shí)驗(yàn)葉片組成，實(shí)驗(yàn)葉片安裝于輪盤上，傳動(dòng)軸通過(guò)聯(lián)軸器與調(diào)速電機(jī)軸相連，輪盤在調(diào)速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，使得葉片具有較高的切向線速度。
如圖4所示，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括空氣開(kāi)關(guān)、電磁繼電器、電機(jī)調(diào)速器；空氣開(kāi)關(guān)直接380V工業(yè)動(dòng)力電源相連接，然后空氣開(kāi)關(guān)連接電磁繼電器，電磁繼電器與電機(jī)調(diào)速器相連接，電機(jī)調(diào)速器控制調(diào)速電機(jī)以設(shè)定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。在起動(dòng)和關(guān)閉電動(dòng)機(jī)過(guò)程中，通過(guò)電磁繼電器可對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)低電壓控制來(lái)保證安全。如圖5所示，碰摩材料進(jìn)給裝置由進(jìn)給滑臺(tái)、進(jìn)給導(dǎo)軌、絲杠、步進(jìn)電機(jī)、碰摩材料、碰摩材料安裝固定架、L型支撐件以及相關(guān)支撐機(jī)械組成。碰摩材料安裝固定架用于放置固定不同材質(zhì)的碰摩材料，該安裝固定架可以反復(fù)拆卸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要更換不同材質(zhì)的碰摩材料。碰摩材料安裝固定架安裝在進(jìn)給滑臺(tái)上，進(jìn)給滑臺(tái)可以在進(jìn)給導(dǎo)軌上前后滑動(dòng)，進(jìn)給滑臺(tái)通過(guò)絲杠與步進(jìn)電機(jī)相連接，將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為進(jìn)給滑臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)。相關(guān)支撐機(jī)械構(gòu)成了碰摩材料進(jìn)給裝置本體，并安裝了兩S型力傳感器，分別用于測(cè)量徑向、切向碰摩力。如圖6所示，碰摩材料進(jìn)給控制系統(tǒng)包括直流電源、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)控制卡。直流電源為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)控制卡提供電力，步進(jìn)電機(jī)控制卡與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連接，向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出控制指令。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)相連，根據(jù)接收到的控制指令驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。如圖7所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括靜電傳感器、S型力傳感器、信號(hào)調(diào)理單元、信號(hào)采集卡、信號(hào)采集軟件、計(jì)算機(jī)以及相關(guān)電纜。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的靜電信號(hào)以及徑向、切向碰摩力，并利用信號(hào)采集軟件保存、分析獲取的信號(hào)。如圖8所示，碰摩故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)安裝平臺(tái)，它主要由安全保護(hù)罩、連接管、氣路延長(zhǎng)管和支撐座組成。安全保護(hù)罩與地面之間用緊固螺栓連接，支撐座與地面同樣也用螺栓連接。氣路延長(zhǎng)管筒與安全保護(hù)罩之間通過(guò)連接管連接，通過(guò)螺栓連接將兩部分進(jìn)行固定，這樣整個(gè)機(jī)械部分連成一個(gè)整體。其中安全保護(hù)罩上延著軸線用切割機(jī)切開(kāi)了一個(gè)口，它的中心點(diǎn)和葉片旋轉(zhuǎn)軸心點(diǎn)對(duì)齊，它是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)葉片和碰摩材料發(fā)生碰摩的進(jìn)給窗口，碰摩材料進(jìn)給控制系統(tǒng)按照設(shè)定的進(jìn)給量控制碰摩材料進(jìn)給裝置通過(guò)進(jìn)給窗口將碰摩材料送至碰摩位置，使得碰摩材料與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)碰摩故障模擬。氣路延長(zhǎng)管上開(kāi)有不同位置、不同直徑的圓形螺紋孔，用于放置靜電傳感器，傳感器的探頭深度與尾筒半徑相同。本發(fā)明是研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障靜電監(jiān)測(cè)研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，便于安裝各種型號(hào)的靜電傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)不同碰摩材料(碰摩材料可拆卸)的碰摩實(shí)驗(yàn)，采用碰摩接觸面代替了擰緊螺釘這類點(diǎn)狀碰摩接觸形式，使得故障模擬方式更加符合航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障的真實(shí)情況。利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取碰摩故障發(fā)生過(guò)程中的靜電信號(hào)以及徑向、縱向碰摩力信號(hào)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)碰摩材料進(jìn)給控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)碰摩嚴(yán)重程度的調(diào)節(jié)和控制，獲取不同碰摩嚴(yán)重程度時(shí)對(duì)應(yīng)的靜電信號(hào)，分析靜電信號(hào)與碰摩故障嚴(yán)重程度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；利用碰摩材料進(jìn)給裝置上的碰摩材料安裝固定架實(shí)現(xiàn)方便的更換不同材質(zhì)的碰摩材料，研究不同碰摩材料發(fā)生碰摩時(shí)對(duì)應(yīng)的靜電信號(hào)異同之處，實(shí)現(xiàn)研究不同材質(zhì)碰摩故障顆粒的帶電機(jī)理的目的；利用轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)碰摩故障發(fā)生時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)同一種碰摩材料在不同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速碰摩時(shí)的靜電監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)碰摩周期與采集的靜電信號(hào)周期的相關(guān)性研究。實(shí)施例目前利用該實(shí)驗(yàn)設(shè)備開(kāi)展了航空碰摩故障模擬靜電監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)。在常溫條件下，使用碰摩進(jìn)給量控制單元調(diào)節(jié)碰摩進(jìn)給裝置，使可拆卸碰摩材料與轉(zhuǎn)子葉片可以發(fā)生輕微接觸。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，作為旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)葉片有6片，葉片材料選用了低碳素鋼，其剛度和硬度符合實(shí)驗(yàn)的基本要求，可拆卸碰摩材料選用了鋁鎂合金。實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟隍?yàn)證靜電傳感器是否能夠監(jiān)測(cè)到該碰摩實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的金屬顆粒，以及分析故障靜電信號(hào)特征并觀察信號(hào)頻域中是否出現(xiàn)了周期信號(hào)成分，研究模擬碰摩故障靜電信號(hào)特征頻率與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。獲取的靜電監(jiān)測(cè)信號(hào)如圖所示，在模擬碰摩故障發(fā)生時(shí)，靜電信號(hào)出現(xiàn)了幅值較大的變化，并且幅值為大部分為負(fù)，模擬碰摩故障結(jié)束后，靜電信號(hào)又恢復(fù)到正常水平。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率計(jì)算公式:，其中為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，碰摩軸頻是為了研究周期性碰摩故障而定義的，根據(jù)文獻(xiàn)中的定義，表示轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)I周葉片與機(jī)匣或封嚴(yán)材料碰摩I次，表示轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)I周葉片與機(jī)匣或封嚴(yán)材料碰摩2次，以此類推表示轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)I周壓氣機(jī)葉片與機(jī)匣或封嚴(yán)材料碰摩η次，O。如果在某一段時(shí)間內(nèi)葉片與機(jī)匣或封嚴(yán)材料出現(xiàn)周期性碰摩，則在靜電信號(hào)中將會(huì)出現(xiàn)與碰摩軸頻對(duì)應(yīng)的信號(hào)成分。實(shí)驗(yàn)中，我們采用的電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度約為2900，設(shè)定的碰摩故障葉片為6片，及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，葉片與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的可拆卸碰摩材料碰摩6次，Hz。對(duì)實(shí)測(cè)的電壓信號(hào)利用Hilbert變換進(jìn)行功率頻譜分析的結(jié)果如圖9所示，圖中出現(xiàn)了市電頻率50Hz以及對(duì)應(yīng)的倍頻，并且出現(xiàn)了對(duì)應(yīng)的碰摩頻率。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于氣路靜電監(jiān)測(cè)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障模擬試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于: 由安裝平臺(tái)(3)、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、碰摩材料進(jìn)給裝置(7)、碰摩材料進(jìn)給控制系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成； 上述安裝平臺(tái)(3)包括支撐座(26)，還包括依次相連的安全保護(hù)罩(I )、連接管(24)、氣路延長(zhǎng)管(13);其中安全保護(hù)罩(I)設(shè)有碰磨材料進(jìn)給窗口 ； 上述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)依次由調(diào)速電機(jī)(9)、聯(lián)軸器(16)、傳動(dòng)軸(10)、輪盤(11)、實(shí)驗(yàn)葉片(12)組成； 上述轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)依次由空氣開(kāi)關(guān)、電磁繼電器、與上述調(diào)速電機(jī)(9)相連的電機(jī)調(diào)速器組成； 上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括靜電傳感器(14)、轉(zhuǎn)速傳感器(15)、徑向沖擊力測(cè)量單元(5)、切向沖擊力測(cè)量單元(6);其中靜電傳感器(14)的探頭伸入安裝平臺(tái)(3)中氣路延長(zhǎng)管路(13)中，轉(zhuǎn)速傳感器(15)安裝于上述調(diào)速電機(jī)(9)處；上述靜電傳感器(14)經(jīng)過(guò)靜電信號(hào)調(diào)理單元后，以及轉(zhuǎn)速傳感器(14)、徑向沖擊力測(cè)量單元(5)、切向沖擊力測(cè)量單元(6)均與信號(hào)采集卡的相應(yīng)輸入端相連，信號(hào)采集卡的輸出端與信號(hào)處理單元相連； 上述碰摩材料進(jìn)給裝置(7)由步進(jìn)電機(jī)(8)、絲杠(20)、進(jìn)給導(dǎo)軌(19)、安裝于絲桿(20)和進(jìn)給導(dǎo)軌(19)上的進(jìn)給滑臺(tái)(18)、固定于進(jìn)給滑臺(tái)(18)的碰摩材料安裝固定架(17)、與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣材質(zhì)相同的碰摩材料(4)、L型支撐件(23)組成；其中碰摩材料安裝固定架(17)和L型支撐件(23)都有水平臂和豎直臂；上述切向沖擊力測(cè)量單元(6)通過(guò)螺栓連接安裝于碰摩材料安裝固定架(17)的水平臂與進(jìn)給滑臺(tái)(18)之間，碰摩材料(4)安裝于碰摩材料安裝固定架(17)的豎直臂外側(cè)山型支撐件(23)的水平臂安裝于進(jìn)給滑臺(tái)(18)上，上述徑向沖擊力測(cè)量單元(5)通過(guò)螺栓連接安裝于L型支撐件(23)的豎直臂的內(nèi)側(cè)與碰摩材料安裝固定架(17)豎直臂的內(nèi)側(cè)之間； 上述碰摩材料進(jìn)給控制系統(tǒng)依次由直流電源、步進(jìn)電機(jī)控制卡、與上述步進(jìn)電機(jī)(8 )相連的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成。
全文摘要
一種應(yīng)用于氣路靜電監(jiān)測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障模擬試驗(yàn)臺(tái)，屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障檢測(cè)領(lǐng)域。該試驗(yàn)臺(tái)由安裝平臺(tái)(3)、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、碰摩材料進(jìn)給裝置(7)、碰摩材料進(jìn)給控制系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。本發(fā)明克服了在真實(shí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上做碰摩故障注入實(shí)驗(yàn)所面臨的高成本、高危險(xiǎn)性等問(wèn)題，可以高效的實(shí)現(xiàn)不同碰摩材料的碰摩實(shí)驗(yàn)，實(shí)時(shí)獲取碰摩故障發(fā)生時(shí)的靜電信號(hào)，該發(fā)明制造成本較低、工程上易于實(shí)現(xiàn)，是研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)碰摩故障靜電監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
文檔編號(hào)G01M15/00GK103207081SQ201310089230
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者左洪福, 劉鵬鵬, 付宇, 孫見(jiàn)忠, 劉捷, 閆新星 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)