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摘 要：对压气机转子固有频率的测试方法进行了研究。采用锤击法对压气机转子进行激振，通过计算机采集系统采集压气机转子在该激励下的振动响应信号，并对响应信号进行功率谱分析获得固有频率。与传统的共振法相比，此方法具有设备简单、测试速度快、精度高的特点。
关键词：压气机转子；锤击法；固有频率；功率谱分析
1 绪论
压气机转子叶片共振是导致叶片断裂或掉角的主要原因，此外压气机转子偏磨也是故障之一。因此，防止叶片共振是防止叶片断裂、掉角和转子偏磨的主要方法。要防止叶片共振，一方面要知道外加激振力的频率，另一方面要知道叶片静止状态下的自振频率。
为避免在工作过程中发生压气机转子叶片共振故障，常采用的方法是转子装配过程中对叶片进行调频和控制叶片频率的分散度，为此必须要对压气机转子整体固有频率与叶片静频——非旋转状态下的固有频率进行测量。
2 压气机转子固有频率测量的试验方法
目前测量刚体固有频率主要采用的是共振法。共振法在理论上可以测出刚体的固有频率，但是在实际使用过程中，该方法的精度往往受到信号发生器、功率放大器、振动台（激振器）等部件精度的影响，且需要人工判断是否共振，从而又引入了人为误差，因此其实际精度往往较低。此外，共振法需要逐步改变激振力的频率才能找出刚体的共振频率，费时较长，效率很低。为此我们利用力锤对刚体施加脉冲激励，通过对压气机响应信号进行功率谱分析，辨识出压气机转子的固有频率。锤击法测量压气机转子的固有频率具有测试精度高、设备简单、迅速省时的特点，能够大大提高压气机转子固有频率测量的质量和效率。
3 压气机转子固有频率测量试验系统
压气机转子固有频率试验系统由悬挂系统、激励系统、测量系统三部分组成。
3.1 悬挂系统
悬挂系统是指在常温环境下，压气机用软绳吊起，处于相对自由无约束状态。
3.2 激励系统
激振器是用以产生具有一定能量、频率可变的激振力，使压气机产生强迫振动和共振。激振器是激振系統的主要组成之一。不同的激振方式对试验件试验准确度的影响是不同的。激振器分为接触式和非接触式。接触式激振器对固有频率的影响主要取决于它附加于试验件的刚性和质量，非接触式对试验件固有频率是没有影响的。
3.3 测量系统
测试系统由传感器，振动分析仪，计算机组成。系统框图如图1：
图1 测试系统框图
3.4 试验方法及测量
根据要求，首先将压气机试验件用吊车吊起来，在压气机叶盘适当位置粘贴传感器，测量这一位置的振动。同时在叶盘其它位置安装一个声压传感器，测量敲击时的声压响应。测量时用力锤敲击后，将测量的加速度信号和声压信号接入振动分析仪，并通过计算机进行采集分析，得出压气机整体振动响应频谱图。
4 压气机转子固有频率试验分析
4.1 功率谱辨识
由于高频和低频信号通过抗混叠滤波器时已经被滤掉，因此在功率谱图中峰值出现的频率即对应着压气机转子的固有频率，第一个尖峰处所对应的频率即为压气机转子的一阶固有频率，因此通过辨识功率谱图中的峰值即可求出对应压气机转子的固有频率。
4.2 理论计算结果
4.3 实际测量结果
结束语
采用力锤对压气机转子施加激励，并采集振动信号进行功率谱分析，可以自动辨识出转子的固有频率。此方法是针对压气机转子固有频率测量的应用，但其测试方法可以推广到其他类型刚体固有频率测量的。采用适当的力锤锤头和锤击力，激起不同频率范围的振动，通过功率谱分析可以获得试验件一阶、二阶甚至更高阶的固有频率。
参考文献
[1]宋兆泓，李其汉.发动机强度振动测试技术[M].北京：国防工业出版社.
[2]吴士祥，郑叔琛.涡轮机叶片振动的非接触测量[M].北京：国防工业出版社.
[3]杨文庆，孙强.某型航空发动机压气机叶片振动静频与动频的关系[J].空军工程大学学报，2005，6（5）；5-7.
[4]杨训，田喜明.某型航空发动机转子叶片静频测量系统[J].计算机测量与控制，2004，12（11）；1030-1032.
关键词：压气机转子；锤击法；固有频率；功率谱分析
1 绪论
压气机转子叶片共振是导致叶片断裂或掉角的主要原因，此外压气机转子偏磨也是故障之一。因此，防止叶片共振是防止叶片断裂、掉角和转子偏磨的主要方法。要防止叶片共振，一方面要知道外加激振力的频率，另一方面要知道叶片静止状态下的自振频率。
为避免在工作过程中发生压气机转子叶片共振故障，常采用的方法是转子装配过程中对叶片进行调频和控制叶片频率的分散度，为此必须要对压气机转子整体固有频率与叶片静频——非旋转状态下的固有频率进行测量。
2 压气机转子固有频率测量的试验方法
目前测量刚体固有频率主要采用的是共振法。共振法在理论上可以测出刚体的固有频率，但是在实际使用过程中，该方法的精度往往受到信号发生器、功率放大器、振动台（激振器）等部件精度的影响，且需要人工判断是否共振，从而又引入了人为误差，因此其实际精度往往较低。此外，共振法需要逐步改变激振力的频率才能找出刚体的共振频率，费时较长，效率很低。为此我们利用力锤对刚体施加脉冲激励，通过对压气机响应信号进行功率谱分析，辨识出压气机转子的固有频率。锤击法测量压气机转子的固有频率具有测试精度高、设备简单、迅速省时的特点，能够大大提高压气机转子固有频率测量的质量和效率。
3 压气机转子固有频率测量试验系统
压气机转子固有频率试验系统由悬挂系统、激励系统、测量系统三部分组成。
3.1 悬挂系统
悬挂系统是指在常温环境下，压气机用软绳吊起，处于相对自由无约束状态。
3.2 激励系统
激振器是用以产生具有一定能量、频率可变的激振力，使压气机产生强迫振动和共振。激振器是激振系統的主要组成之一。不同的激振方式对试验件试验准确度的影响是不同的。激振器分为接触式和非接触式。接触式激振器对固有频率的影响主要取决于它附加于试验件的刚性和质量，非接触式对试验件固有频率是没有影响的。
3.3 测量系统
测试系统由传感器，振动分析仪，计算机组成。系统框图如图1：
图1 测试系统框图
3.4 试验方法及测量
根据要求，首先将压气机试验件用吊车吊起来，在压气机叶盘适当位置粘贴传感器，测量这一位置的振动。同时在叶盘其它位置安装一个声压传感器，测量敲击时的声压响应。测量时用力锤敲击后，将测量的加速度信号和声压信号接入振动分析仪，并通过计算机进行采集分析，得出压气机整体振动响应频谱图。
4 压气机转子固有频率试验分析
4.1 功率谱辨识
由于高频和低频信号通过抗混叠滤波器时已经被滤掉，因此在功率谱图中峰值出现的频率即对应着压气机转子的固有频率，第一个尖峰处所对应的频率即为压气机转子的一阶固有频率，因此通过辨识功率谱图中的峰值即可求出对应压气机转子的固有频率。
4.2 理论计算结果
4.3 实际测量结果
结束语
采用力锤对压气机转子施加激励，并采集振动信号进行功率谱分析，可以自动辨识出转子的固有频率。此方法是针对压气机转子固有频率测量的应用，但其测试方法可以推广到其他类型刚体固有频率测量的。采用适当的力锤锤头和锤击力，激起不同频率范围的振动，通过功率谱分析可以获得试验件一阶、二阶甚至更高阶的固有频率。
参考文献
[1]宋兆泓，李其汉.发动机强度振动测试技术[M].北京：国防工业出版社.
[2]吴士祥，郑叔琛.涡轮机叶片振动的非接触测量[M].北京：国防工业出版社.
[3]杨文庆，孙强.某型航空发动机压气机叶片振动静频与动频的关系[J].空军工程大学学报，2005，6（5）；5-7.
[4]杨训，田喜明.某型航空发动机转子叶片静频测量系统[J].计算机测量与控制，2004，12（11）；1030-1032.