某發動機高壓渦輪工作葉片振動特性試驗研究

范秀杰 劉 偉 劉 濤

（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司技術中心，遼寧 沈陽 110043）

1 前言

航空發動機高壓渦輪工作葉片是發動機的重要零部件，它的功能主要是將燃氣的動能與熱能轉換成旋轉的機械能，渦輪轉子葉片作為一個高速旋轉的零部件，承受著很大的離心載荷、氣動載荷及熱負荷，但影響葉片使用壽命的最重要因素是振動與疲勞，通過研究葉片的振動特性，來分析葉片振動的主要因素，從而采取措施使葉片避開危險工作狀態或減弱振動對葉片的影響，以保證葉片的強度。

某發動機高壓渦輪工作葉片為新研制葉片， 根據試驗任務書要求，需對葉片進行振動特性測試，為葉片振動監測、故障分析及排故提供依據。

2 測試系統

測試系統由電磁振動臺、應力測量系統、振幅測量系統等組成。

3 試驗件及試驗狀態

3.1 高渦葉片試驗件由生產廠提供，振動特性試驗前進行葉片稱重。

圖1 一階彎曲振型

圖2 一階扭轉振型

圖3 應變片粘貼位置示意圖

表1 1# 葉片一階彎曲應力分布相對值（頻率：1950Hz）

表2 1# 葉片一階扭轉應力分布相對值（頻率：3451Hz）

3.2 葉片頻率測量范圍：600Hz～ 10000Hz。

3.3 計算參考值：一階頻率：2307Hz；二階頻率：3740Hz；三階頻率：8284Hz。

3.4 邊界條件：葉片榫頭處夾緊。

3.5 試驗溫度：室溫。

4 振動特性試驗

4.1 高壓渦輪工作葉片固有頻率測試

由于葉片頻率較高，電磁振動臺頻率范圍無法滿足試驗要求，故采用敲擊法進行葉片高頻測試研究，即通過振動信號分析系統對敲擊葉片產生的振動信號進行自譜分析，根據試驗要求計算出葉片的前三階固有頻率。

4.2 高壓渦輪工作葉片振型試測試

采用電磁振動臺拋砂法進行葉片振型測試，調整電磁振動臺激振頻率，當激振頻率等于葉片的固有頻率時，葉片產生共振，同時葉身出現明顯的振型，由于振動臺頻率范圍有限，葉片第三階頻率較高（f3=8361Hz），故振型無法做出。前兩階振型如圖1、圖2所示。

4.3 高壓渦輪轉子葉片應力分布測試

在一階彎曲和一階扭轉振型下分別測量葉片葉身表面的應力分布情況。應變片粘貼位置如圖3所示。

5 數據分析

5.1 本次試驗共選用2片葉片進行，通過數據分析和對比，兩片葉片的應力分布和振型完全一致。

5.2 葉片一階彎曲應力最大點在葉片葉盆進氣邊根部。

5.3 葉片一階扭轉應力最大點在葉片葉盆進氣邊距根部10mm處。

[1]謝慶華，張寧蓉，張凱.某型航空發動機一級高壓渦輪葉片三維有限元振動特性分析[J].航空維修與工程，2013（01）：75-78.