整体围带叶片干摩擦阻尼振动特性实验研究

    0 引言

    叶片是透平机械中的核心部件之一，其安全性对于透平正常运行非常重要。透平实践运行经验表明，叶片损坏大多是由于振动应力所导致的疲劳损伤引起[1]。降低振动应力的方法有 3 种：减小激振力、改变共振频率和增加阻尼[2]。采用干摩擦结构增加叶片阻尼不受温度限制，结构简单有效，得到了广泛应用[3]。基于阻尼叶片结构良好的减振性，制造厂都倾向于在中长叶片上采用阻尼围带和各种拉金形式(如松拉金、凸台拉金等)[4]。

    国内外学者在干摩擦阻尼的机制和实验方面进行了较深入的研究。Den Hartog[5]于 1931 年提出了 Coulomb 理想干摩擦模型。Iwan[6]等于 1961 年提出了双线性迟滞恢复力模型，用双折线模型描述非线性恢复力。Gabor Csaba[2]提出了微动滑移单杆模型和微动滑移刷式模型。单颖春[7]等采用时域轨迹跟踪法研究了干摩擦接触面间的运动状态。季葆华等[8]提出了汽轮机叶片获得最佳阻尼的阻尼结构设计方法。由于干摩擦现象的复杂性，直到目前仍很难用一个通用的理论模型来描述，需要大量的实验研究来验证和完善力学模型。Meng C H[9]对叶片–平台形式阻尼器进行了研究。SrinivasanAV[10]对叶片平台、凸肩阻尼叶片进行了研究，探讨了摩擦接触面切向刚度对阻尼、响应的影响。Berruti T[11]等对一个自锁叶片的摩擦阻尼特性进行了实验研究。Koh K H[12]通过实验研究了叶片材料的阻尼特性。单颖春[13]、郝燕平[14]、李全通[15]等对带缘板摩擦阻尼器叶片进行了实验研究。陈璐璐[16]、洪杰[17]等对带凸肩叶片进行了实验研究。李迪[18]对不同围带接触角度的真实涡轮叶片进行了实验，研究了激振力幅值、围带接触紧度和接触角度对叶片振动特性的影响。由于具有围带阻尼结构的叶片其结构很复杂，实验结果和实际叶片振动情况存在差别，有必要对其进行深入研究。

    本文设计并建造了干摩擦阻尼透平叶片振动特性实验台，对具有阻尼围带结构的模型叶片进行了实验研究，分析了叶片在不同围带正压力和激振力作用下的振动特性，并在此基础上总结了干摩擦阻尼叶片振动特性的一些规律。

    1 阻尼结构叶片实验方案及其设备

    1.1 实验方案

    首先，由于本文研究的是干摩擦围带阻尼对叶片振动特性的影响，所以需要将叶根部分完全约束，通过分析叶片自由状态下固有频率随紧固力大小的变化来判断使叶根完全约束所需的紧固力值。然后采用加载盘对叶片施加一定大小的围带正压力并用柔性杆件将激振器和叶片连接在一起，由激振器对叶片施加一定幅值的正弦稳态激振力，改变激振力频率并记录叶片的响应幅值，获得叶片在一定围带正压力和激振力作用下的幅频响应并进行分析。