基于气动信号分析的风机叶片颤振机理研究.pdf

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1、2010年4月机床与液压Apr．2010第38卷第7期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．38No．7DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．07．014基于气动信号分析的风机叶片颤振机理研究黎少辉，李意民(1．中国矿业大学机电学院，江苏徐州221116；2．徐州工业职业技术学院，江苏徐州221008)摘要：失速颤振是风机运行中最为多发的颤振故障，探明失速颤振频率发展规律，对风机的优化设计与安全运行具有重要意义。通过对风机叶轮出日气流脉动和叶片结构之间关系研究发现，在一定的来流攻角下，颤振只与叶片的某一阶固有频率有关。该结论为失

2、速颤振的机理研究提供了实验依据。关键词：失速颤振；气动信号；风机中图分类号：TH1文献标识码：A文章编号：1001—3881(2010)7一O44—2StudyonStallFlutterMechanismofFanBladeBasedonFlowFluctuationSignalAnalysisLIShaohui一．LIYimin(1．ChinaUniversityofMineandTechnology，XuzhouJiangsu221116，China：2．XuzhouCollegeofIndustryTechnology，XuzhouJiangsu221008，Ch

3、ina)Abstract：Stallflutteristheflutterfaultwhichcommonlyexistsinfanoperation．Itisimportanttodiscoverythestallflutterfre—qucncydevelopinglawfortheoptimaldesignandsafeoperationoffan．ThroughStudyingtherelationbetweentheflowfluctuationandbladestructure，theflutterwasprovedtobeconnectedwithnatur

4、al~equencyofthebladeundertheconditionofcertainincidence．Theconclusionprovidesexperimentalprooftostudythestallfluttermechanism．Keywords：Stallflutter；Flowfluctuationsignal；Fan失速颤振是风机在运行中常常出现的问题，失速125～250m／rain，额定转速：2940r／min。全压颤振是典型的升力系统处于失速攻角附近所发生的气300～2800Pa，额定功率2×5．5kW。小风机实验台动弹性失稳现象。通常，失

5、速颤振对于飞机并不具有如图3，设计流量2200In／h，标准压力为110Pa，多发性，而对于叶轮机械则不相同。无论是轴流压气转速为1420r／min。叶宽53mm，叶高130mm，叶机、蒸汽轮机、螺旋桨、直升机旋翼、风力透平乃至片厚为2．2mm，材料为碳钢。水轮机，失速颤振都是最为多发的颤振故障。叶片颤振即为气动弹性失稳，这是一类自激振动现象，其起因是叶片本身微幅振荡及其激发的流场非定常性之间的交互作用。作者利用流固耦合特性，探讨气动力脉动与叶轮机械叶片结构之间的关系，寻找失速颤振的频率，有利于探明失速颤振的机理，在理论研究及工程应用中具有重要意义。图2KDF-5对旋轴流

6、图3小型实验风机1实验通风机实验台该实验采用uTekL1．1风机叶片的试验模态分析V2007动态信号采集分模态是机械结构的固有振动特性。每一个模态具析系统(图1)，实验台有特定的固有频率、阻尼比和模态振形。这些模态参主要有KDF一5型低噪声数可以由计算机或实验分析取得。如果通过实验采集对旋轴流式局部通风机的系统输人与输出信号经过参数识别获得模态参数，(图2)和一台小型实验称为实验模态分析。振动模态是弹性结构固有的、整风机(图3)。KDF-5风图1振动信号采集体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构在某机主要参数如下：流量：与分析系统一感兴趣的频率范围内各阶主要模态的特性

7、，就可能收稿日期：2009—03—17基金项目：江苏省自然科学基金(Bk2005018)作者简介：黎少辉(1974一)，男，讲师，博士研究生，研究方向为非线性流体动力学，电话：0516—82015116，E—maillihuileoner@sohu．com。第7期黎少辉等：基于气动信号分析的风机叶片颤振机理研究·45·预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实各通道采用的传感器进行设置，设为49．93；信号的际振动响应。叶片模态参数的测试，采用锤击法⋯比单位与各通道的传感器相对应，为kPa；并根据实际较理想，如图4示。依请