气封动力特性试验台 【技术领域】
本发明涉及一种在透平机械气封动力特性研究中的气封动力特性试验台。
背景技术
气封是涡轮机械中安装于动静部分之间，以减小工质泄漏、提高工作效率的重要部件。气封的种类较多，其中非接触式气封由于结构简单、转速适应面宽、对轴无磨损等优点得到广泛的应用，主要型式包括梳齿式、蜂窝式、阶梯式等。如不加说明，本文中气封均指该种类型的气封。这种气封与轴之间不接触，有一定间隙，在工作时其中充满工质。随着燃气轮机、汽轮机、空气压缩机等涡轮机械的单机功率和效率的提高，工质的压力、流量等参数进一步提高，气封间隙中工质对转子的作用力对转子运动的影响越来越明显，逐步成为影响设备安全稳定运行的重要因素，气流力的性质、变化规律等相关研究已成为国内外的研究热点。
试验研究是气封间隙气流力研究的重要手段，如何识别气流力是试验中重要研究内容。在气封间隙中，气流对转子的作用力与气流对气缸的作用力是一对作用力和反作用力，因此可通过测试气缸在气流力作用下的响应来识别气流力，所以气缸的响应特性成为试验成败的重要因素。当外界作用力的性质确定后，支撑系统的特性成为影响气缸响应特性的决定因素。采用刚性支撑的气缸对激振力的响应较小，信号强度较弱，容易淹没在不平衡、碰摩等其它特征量中，增加了信号识别分析的难度，使误差增大，并且其支撑特性不能调整，无法适应不同类型的气流力。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提出一种具有可调式弹性支撑装置的气封动力特性试验台。
为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种气封动力特性试验台，包括：试验台气缸、底座，还包括弹性支撑装置，所述的弹性支撑装置包括水平弹性支撑和垂直弹性支撑，所述的试验台气缸的下端通过垂直弹性支撑与底座连接，在所述的底座上设置有侧向支撑架，所述的试验台气缸两侧通过水平弹性支撑与侧向支撑架连接。
所述的试验台气缸与侧向支撑架通过水平支撑弹簧弹性连接。
所述的水平支撑弹簧共四根，位于气缸水平中分面的四个角。
所述的垂直弹性支撑包括螺杆、螺母，以及套接在所述螺杆上的垂直压紧弹簧和垂直支撑弹簧，垂直压紧弹簧位于试验台气缸地脚的上侧，垂直支撑弹簧位于试验台气缸地脚的下侧。
在气缸水平和垂直方向加装可调式弹性支撑结构，包括：底座，提供试验台的支撑基础。侧向支撑架，底部用螺栓与基座固定连接，提供对试验台气缸水平方向的支撑基础。气缸通过垂直支撑弹簧、压紧弹簧和水平支撑弹簧与底座和侧向支撑架弹性连接，支撑力通过弹簧的初始压缩量调整，支撑刚度通过更换弹簧调整。
通过可调式弹性支撑结构，将气缸、支撑系统组成一弹性系统。并可通过调整支撑特性来提高系统对气流力的响应，增强灵敏度。具体原理分析如下：
以垂直方向为例，如将四根支撑弹簧和压紧弹簧分别调整为刚度和初始长度相同，则气缸-支撑系统可简化为单自由度系统，如图1所示，其在谐波激振力F＝Fmsinωt下的运动方程为：
my··+cy·+ky=Fmsinωt]]>
则系统的振动响应为：
y=βFmksin(ωt-θ)]]>
其中，动力发大系数
β=1(1-ω2p2)+(cp·ωp)2]]>
由阻尼引起的相位差
θ=arctan(cp·ωp1-(ωp)2)]]>
气缸-支撑系统的固有频率
p=km]]>
弹簧的总刚度
k＝ku+kd
ku为上压紧弹簧的总刚度，kd为下支撑弹簧的总刚度。
以上各式中，m为气缸的质量，ω为激振力的圆频率，t为时间。
可见，系统响应的幅值与相位差与激振力的幅值Fm、频率ω、弹簧的总刚度k、气缸质量m和阻尼c有关。当试验台和试验条件固定之后，主要与支撑弹簧刚度有关。所以可通过调整支撑弹簧的刚度来调整支撑系统的特性，达到调整气缸响应特性的目的。特别是当系统的固有频率处在与外界激振力频率相近的区域时(即共振区)，可使气缸对外界激振力十分敏感，响应的幅值变化明显。
与现有技术相比，本发明提出的密封间隙激振试验台可调式弹性支撑装置的有益效果如下：
(1)气缸在垂直和水平两个方向上支撑都采用了弹性支撑，与刚性支撑相比可放大气缸对激振力地响应，通过测试气缸的振动响应可将气流力识别出来；
(2)支撑刚度可通过更换弹簧来调整，以适应不同类型气流力的激励和增强气缸对激振力响应的灵敏度；
(3)垂直方向的支撑结构采用压紧弹簧和支撑弹簧相结合的双弹簧全弹性支撑，使气缸在垂直方向上、下振动均可在弹簧的弹性范围内。在激振力作用下，气缸在垂直方向的振动是以平衡位置为中心的上下运动。气缸向下运动时，能受到支撑弹簧弹性回复力的作用；而气缸向上运动时，如果在气缸和固定螺帽之间没有压紧弹簧，螺帽过紧时，气缸的向上运动会受到螺帽的制约，螺帽过松时，气缸会脱离支撑弹簧，产生跳跃。加装压紧弹簧后，气缸向上的运动也能受到压紧弹簧的回复力作用。所以双弹簧全弹性支撑结构使气缸的上下运动都会处于弹簧的弹性范围内，保证了弹性支撑的效果。
【附图说明】
图1是本发明原理图。
图2是加装可调节弹性支撑装置后试验台前视示意图(已安装侧向支撑架)。
图3是加装可调节弹性支撑装置后试验台主视示意图(未安装侧向支撑架和试验气封)。
图4是加装可调节弹性支撑装置后试验台俯视示意图。
图中1是转子，2是试验台气缸，3是底座，31是水平弹性支撑，32是垂直弹性支撑，4是侧向支撑架，5是水平导向螺栓，6是水平导向螺栓固定螺帽，7是水平支撑弹簧调节螺帽，8是平垫片，9是水平支撑弹簧，10是地脚螺栓，11是垂直支撑调节螺帽，12是平垫片，13是垂直压紧弹簧，14是平垫片，15是垂直支撑弹簧，16是前端盖固定螺栓，17是前端盖，18是后端盖，19是后端盖固定螺栓，20是轴套。
【具体实施方式】
下面结合附图，对本发明作详细说明：
如图2、图3、图4所示，本发明气封动力特性试验台，包括试验台气缸2、底座3以及弹性支撑装置，弹性支撑装置包括水平弹性支撑31和垂直弹性支撑32，试验台气缸2的下端通过垂直弹性支撑与底座3连接，在底座3上设置有侧向支撑架4，试验台气缸2两侧通过水平弹性支撑31与侧向支撑架4连接。在水平方向，水平导向螺栓5通过导向螺栓固定螺帽6固定在侧向支撑架上，不与试验台本体接触。水平支撑弹簧9穿在水平导向螺栓5上，一端顶在试验台本体中分面上，另一端顶在平垫片8和弹簧调整螺帽7上，提供对气缸的水平支撑，通过调整螺帽的位置来调节弹簧的压紧力。垂直方向上，地脚螺栓10头部固定于底座2定位燕尾槽中，地脚螺栓支撑弹簧13和压紧弹簧15穿在地脚螺栓螺杆上，旗舰有平垫片14。气缸3压在支撑弹簧上，地脚螺栓从地脚穿出，压紧弹簧压在地脚上方，其上有平垫片12、调节螺帽11，通过调节螺帽的位置调整弹簧的压紧量。支撑弹簧和压紧弹簧共同提供试验台气缸垂直方向的弹性支撑。
所述的弹簧包括四个水平支撑弹簧9、四个垂直压紧弹簧13、四个垂直支撑弹簧15，均为压缩弹簧。四个水平支撑弹簧位于气缸水平中分面的四个角，四个垂直压紧弹簧和四个垂直支撑弹簧位于试验台气缸2底部四个角。一个垂直压紧弹簧和一个垂直支撑弹簧为一组，位于气缸地脚上下两侧。上述各弹簧均可根据需要更换，以调整试验台气缸的支撑刚度。