一种燃烧室喷嘴模态试验夹具装置的制作方法

1.本发明涉及一种燃气轮机燃烧室零件模态试验夹具装置，具体而言，涉及一种燃气轮机燃烧室中的喷嘴模态试验夹具装置所需的夹具。


背景技术：

2.燃烧室部件受燃烧脉动及整机振动等多种激振力影响，可能会在燃烧室运行过程中由于振动而引发故障。除此之外，燃烧室部件在时变载荷作用下，零部件若发生振动，产生交变应力，如果激振力所传递的能量不能转化为部件动能以及不能被阻尼吸收，则会使部件持续振动经过一定应力循环系数后，最终导致裂纹发生或断裂，导致部件振动失效。因此，了解燃烧室结构振动特性及检验结构动力学设计合理性是十分必要的。
3.试验模态分析又称模态分析的试验过程，简称模态试验，是验证理论模态分析及有限元分析可靠性的方法之一，也是结构动力学分析的必要及有效的手段之一，目前被广泛应用于航空、航天、兵器、船舶、核工业等国防工业领域和汽车、建筑等民用工业部门。模态试验装置主要包括夹具、激振器、力传感器及加速度传感器、数据采集系统、测量系统等，其中夹具装置是模态试验装置的重要组成部分，模态试验中针对试验件进行合理的夹具装置设计，是进行模态试验的基础。现有模态试验技术中，针对重型燃气轮机燃烧室喷嘴的夹具装置是基于自由边界的模态试验，用于模拟自由边界的方法主要有：橡皮绳悬挂、海绵垫支承、气囊支承、橡胶垫支承、空气弹簧支承、软弹性支承或悬挂等。
4.现有技术中，对重型燃气轮机燃烧室喷嘴的模态试验装置是提供的自由边界，模拟试验件与大地没有任何约束。而喷嘴在燃烧室头部的实际装配状态复杂，涉及到燃烧室端盖及罩帽，处于刚度较大的约束边界，因此自由边界无法模拟喷嘴在燃烧室头部的实际装配状态，即无法提供约束条件下的模态试验，则无法得到准确的贴近实际使用状态的模态参数，自由边界模态试验反而会给后续的结构修改带来巨大干扰。实际工程测试时，试验对象应尽可能接近实际工作状态及边界条件，以减小测试误差。
5.现有技术cn103592132b公开了一种燃气轮机燃烧室加压可视化燃烧试验装置，该装置中，通过法兰盘和支撑座固定在实验装置的内腔，喷嘴上有燃料管和法兰。具体来说：喷嘴由三部分组成，分别由管路部分、喷嘴主体、喷嘴端部，其中在喷嘴主体有较大的法兰盘，法兰盘被固定在测试主体设备上，喷嘴端部直接伸入到测试装备内腔，端部被支撑架支撑。但该文件中并未设置零件突出部的容纳空腔，同时其夹持方式与喷嘴实际的夹持方式不同，因此本技术方案的核心是稳固的固定，同时也并未将测量重点测量零件的模态参数。
6.现有技术cn114354203a公开了一种涡流器和喷嘴一体化性能试验装置，其中的喷嘴采用法兰固定于实验装置上，喷嘴喷头端采用环状支撑结构被固定于试验台内部。具体来说：该申请公开的喷嘴整体呈类似筒状，顶部带有若干燃料供给管，喷嘴中部带有法兰，利用该法兰以螺栓将喷嘴固定在实验主体上，喷嘴的端部通过安装位被固定产品主体上。但该申请中并没有设置与喷嘴的燃料管路想对应的产品空腔结构。同时其测量的重点是在于燃气喷嘴的流体特性，而非模态参数。
7.现有技术cn208872520u公开了一种燃气轮机燃烧室多头部试验件试验台，在该实验台中，采用三个支撑结构将喷嘴固定在实验装置的内腔，喷嘴末端带有燃料管，且实验装置上有燃料管插口和容纳燃料管的空间。具体说：在该申请中，喷嘴整体呈管状，喷嘴尾部带有燃料管，燃料管及喷嘴均位于实验装置内部。喷嘴分别在头部、中部、和尾部采用固定支撑结构固定于腔体中部。燃料管通过腔体尾部的孔伸出腔体。该专利公开的方式技术方案是将整个喷嘴容纳到测试装备内部，而非设置一个仅容纳喷嘴部分结构的夹持装置，同时支撑方式采用三个支撑结构。
8.综上所述，当下的实验装置中并未出现针对约束情况下测量燃气轮机喷嘴模态参数的夹具。通常采用的均是无约束的方式测量其具体的模态参数。在固定喷嘴的夹持工具中，并未设置针对喷嘴突出结构的容纳空腔。
9.鉴于以上技术问题，特推出本发明。


技术实现要素：

10.本发明的主要目的在于提供一种在测量实际装配的情况下燃气轮机燃烧室喷嘴模态参数时固定喷嘴的夹具。
11.为了实现上述目的，本发明公开了燃烧室喷嘴模态试验夹具装置，该装置包括测试台台面、第一夹持单元、第二夹持单元，第一夹持单元和第二夹持单元设置于测试台台面上，在第一夹持单元上设置有用于容纳待测工件的端部和燃料供应组件的零件空腔。
12.本发明对上述方案的进一步的改进在于：零件空腔的形状与待测工件突出部的形状相匹配。
13.本发明对上述方案的进一步的改进在于：零件空腔包括第一空腔，第一空腔用于容纳端部。
14.本发明对上述方案的进一步的改进在于：零件空腔还包括第二空腔，第二空腔用于容纳燃料供应组件。
15.本发明对上述方案的进一步的改进在于：第二空腔包括燃料法兰空腔和燃料管路空腔，燃料法兰空腔用于容纳燃料供应组件的燃料法兰，燃料管路空腔用于容纳燃料供应组件的燃料管路，燃料法兰空腔和燃料管路空腔相连通。
16.本发明对上述方案的进一步的改进在于：第一夹持单元包含第一支撑座，第一支撑座固定于测试台台面上，零件空腔设置于第一支撑座上。
17.本发明对上述方案的进一步的改进在于：第一夹持单元还包括法兰盘，法兰盘用于将被测工件的法兰固定在第一支撑座上。
18.本发明对上述方案的进一步的改进在于：法兰盘中部带有通孔，通孔用于给端部和燃料供应组件提供穿过空间。
19.本发明对上述方案的进一步的改进在于：第二夹持单元与测试台台面固定连接。
20.本发明对上述方案的进一步的改进在于：第二夹持单元上配置有支撑孔，支撑孔用于支撑待测工件的尾部。
21.本发明对上述方案的进一步的改进在于：第一夹持单元与第二夹持单元中至少一个与测试台台面可拆卸连接。
22.应用本发明的技术方案，至少实现了如下有益效果：
23.1、本发明的在夹持装置上设置了容纳零件突出结构的空腔，能够根据零件的形状适配空腔，测量结果更加准确。
24.2、本发明采用两个支撑结构固定待测零件，夹持稳定性更强。
25.3、夹持结构的夹持方式和固定方式与喷嘴在实际装配的方式相同，能够更好的模拟喷嘴在实际工况中的状态，从而模态参数测量的更加准确，满足后续的测试要求。
26.4、本发明的支撑单元至少一个可拆卸的固定在测试台台面上，能够方便拆卸，提高测试效率。
27.5、支撑结构上容纳被测零件的空腔根据零件突出结构，分为多个空腔，从而跟被测零件更加匹配，更有利于测量结果的准确。
28.6、本技术中法兰盘结构与待测喷嘴在实际的工况完全相同，不仅能够方便拆卸，同时也能够进一步提升测量精度。
附图说明
29.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
30.图1示出了根据本发明的整体试验夹具装置示意图；以及
31.图2示出了将整体试验夹具拆分图；以及
32.图3示出了第一夹持单元部分拆分后的放大图；以及
33.图4示出了待测喷嘴的端部示意图；以及
34.图5示出了第二夹持单元拆分后的放大图。
35.其中，上述附图包括以下附图标记：
36.1、第一夹持单元；2、第二夹持单元；3、测试台台面；4、第一支撑座；5、法兰盘；6、燃料法兰；7、燃料管路；8、法兰；9、尾部；10、零件空腔；
37.11、第二空腔；12、燃料法兰空腔；13、燃料管路空腔；14、第一空腔；15、通孔；16、燃料供应组件；17、支撑孔；18、端部。
具体实施方式
38.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
39.以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。术语“包括”在使用时表明存在特征，但不排除存在或增加一个或多个其它特征；术语“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.在描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技
术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
41.本实施例的涉及的是燃烧室喷嘴模态试验夹具装置，该装置通过多个夹持单元稳定的支撑待测工件，同时夹持上面的空腔能够容纳产品的突出部，且其夹持结构与该待测工件实际的装配方式相同，从而得到更符合试验结果的有限元模型及分析方法，提高有限元方法测试零件参数的精度，从而节省试验成本、提高研发效率。
42.如图1-2所示，本发明的涉及的是燃气轮机燃烧室喷嘴模态试验夹具装置，装置包括测试台台面3、第一夹持单元1、第二夹持单元2，第一夹持单元1和第二夹持单元2设置于测试台台面3上，在第一夹持单元1上设置有用于容纳待测工件的端部18和燃料供应组件16的零件空腔10。其中采用第一夹持单元1和第二夹持单元2共两个支撑结构固定待测零件，夹持稳定性更强，测量的结果更加准确。同时在第一支撑座4上带有零件空腔10，该空腔能够容纳猜测工件突出部，且零件空腔10的空间带有的开口大于被容纳的工件的突出部分，方便被测工件能够从零件空腔10中进入或取出。
43.零件空腔10的形状与待测工件突出部的形状相匹配，同时零件空腔10的壁与被测工件的距离大于零，因此能够保证测试工件参数时不会产生互相影响，从而提高测量精确性。同时空腔的体积空间恰当，使第一支撑座4结构更紧凑，刚性和稳定性更好，能够在测量待测零件时准确性更高。
44.如图3所示，零件空腔10包括第一空腔14，第一空腔14用于容纳待测工件的端部18。待测工件的端部18与第一空腔14的距离大于零，因此能够在测试工件参数时不会产生互相影响，从而提高测量精确性。第一空腔14的开口不小于待测工件的端部18，以方便待测工件进出第一空腔14。第一空腔14的可选形状可以是圆孔、矩形孔等，该种形状也有利于加工制造。
45.如图2、3所示，零件空腔还包括第二空腔11，第二空腔11用于容纳燃料供应组件16，待测工件的燃料供应组件16与第二空腔11的距离大于零，因此能够在测试工件参数时不会产生互相影响，从而提高测量精确性。
46.第二空腔11包括燃料法兰空腔12和燃料管路空腔13，燃料法兰空腔12用于容纳燃料供应组件的燃料法兰6，燃料管路空腔13用于容纳燃料供应组件的燃料管路7，燃料法兰空腔12和燃料管路空腔13相连通。通过设置燃料法兰空腔12和燃料管路空腔13能够针对燃料法兰6和燃料管路7的具体形状设置空腔，空腔的形状与实际零件形状结构相匹配可以使相同体积的支撑结构的第一支撑座4的刚性更好，从而使第一支撑单元1的固有振动频率与被测工件的固有振动频率差值更大，从而在测量和计算被测工件的具体参数有更小的影响。
47.第一夹持单元1包含第一支撑座4，第一支撑座4固定于测试台台面3上，零件空腔10设置于第一支撑座4上。第一支撑座4在测试台台面3上的固定位置与被测工件具体形状匹配，确保第一夹持单元1固定被测工件时，被夹持的零件与测试台台面3的距离大于零，因此确保在实际测量室被测工件与振动台台面3之间不会互相影响。第一支撑座4与测试台台面3的固定方式包括但不限于采用螺栓、焊接、粘结等方式固定。
48.第一夹持单元1还包括法兰盘5，法兰盘5用于将被测工件的法兰固定在第一支撑座4上。法兰盘5位于被测工件的法兰8与第一支撑座4之间；固定结构如螺栓、夹具等将法兰
8及法兰盘5固定在第一支撑座的侧面。该法兰盘首先能够方便地从第一夹持单元1上拆卸，同时能够增加第一夹持单元1整体的质量，从而进一步的加大第一夹持单元1的振动频率与被测工件的固有频率的差值。
49.如图4所示，法兰盘5中部带有通孔15，通孔15用于给端部18和燃料供应组件16提供穿过空间。通孔15的形状需要大于待测工件的端部18及燃料供应组件16的最大外围尺寸，以确保喷嘴的突出结构能够顺利通过通孔15后，进入对应的容纳腔中。通孔15同时能够使零件方便的拆装。
50.如图1、2、5所示，第二夹持单元2与测试台台面3固定连接。第二夹持单元2与测试台台面3的固定位置需要与第一夹持单元1的位置及待测工件的具体形状相匹配；第二夹持单元2与测试台台面3的固定方式包括但不限于采用螺栓、焊接、粘结等方式。第二夹持单元2保证待测零件的尾部9稳定的固定在测试台台面3上，从而使测试结果更加准确。
51.第二夹持单元2上配置有支撑孔17，支撑孔17用于支撑待测工件的尾部9。支撑孔17的形状与待测工件尾部9的形状相匹配，当固定待测工件时，将待测工件的尾部9放入到支撑孔17内。支撑孔17可以为圆形孔，支撑孔17的与待测工件尾部9的共轴线配置，保证支撑孔17与尾部9的接触面较大，能够更加稳固的支撑，从而提高测量准确性。同时支撑孔17、尾部9与法兰盘5共轴线配置，可选的轴线保持水平配置，能够保证在测量时待测零件为水平状态，从而尽可能小的影响测量结果，从而提高测量效率和质量。
52.如图2所示，第一夹持单元1与第二夹持单元2中至少一个与测试台台面3可拆卸连接。该结构能够保证可以将第一夹持单元1与第二夹持单元2中的至少一个可以拆下并调整位置，保证测试装置能够适应不同的待测零件尺寸以及方便待测零件的拆装。
53.综上所述，燃烧室喷嘴模态实验夹具有如下特征和效果：
54.1、本发明的在夹持装置上设置了容纳零件突出结构的空腔，能够根据零件的形状适配空腔，测量结果更加准确。同时根据零件的形状配置空腔，能够使支撑结构空隙的比例低，从而提升支撑结构的重量及刚性，从而增大支撑结构的固有频率与待测工件的固有频率的差值，从而测量结果更准确。
55.2、本发明采用两个支撑结构固定待测零件，夹持稳定性更强。支撑单元至少一个可拆卸的固定在测试台台面上，能够方便拆卸，提高测试效率。支撑结构可以使被测零件的轴线呈水平状态，消除了测量中的变量，进一步提高测试效率。
56.3、夹持结构的固定方式与喷嘴在实际装配的方式相同，能够更好的模拟喷嘴在实际工况中的状态，从而模态参数测量的结果更加准确，满足后续的测试要求。
57.4、支撑结构上容纳被测零件的空腔根据零件突出结构，分为多个空腔，从而跟被测零件更加匹配，更有利于测量结果的准确。
58.5、本技术中法兰盘结构与待测喷嘴在实际的工况完全相同，不仅能够方便拆卸，同时也能够进一步提升测量精度。此外，空腔的开口大于待测零件的突出结构，能够保证被测零件的凸起置于空腔内。
59.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。