轴流压缩机动叶片模态分析方法研究

表 １ 叶片固有频率计算值
Ｔａ ｂ． １ Ｃａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｖ ａｌ ｕｅ ｏｆ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｎａ ｔ ｕｒ ａｌ ｆ ｒ ｅｑ ｕ ｅｎ ｃ ｙ
论值 ， 若计算不合格 ， 则需要修改叶型等参数 ， 直到 核算 通过 。对 加工后 的叶片则必须 用试验 的方法 ，
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ — ３ １ ４ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ８ ． ０ １ ５
轴流压缩机动叶片模态分析方法研究
林茂 武 ， 李 凯华， 于 百芳
（ １ １ ０ ８ ６ ９ 辽宁省 沈 阳市 沈 阳鼓 风机集 团股份有限公 司）
进行 了对 比 ， 两种 方法 的对 比结 果 十分接 近 ， 误 差 基本 在 ５ ％以内 ， 基 于本 文 的相 关研 究 。 得 出 的主 要结 论如 下 ：
保障。
参 考 文 献
［ Ｉ ］ 乐志成， 吕文灿 ． 轴流 式压缩机 【 Ｍ】 ． 北京： 机 械 工业 出版 社，
测试 出叶 片的各阶模态并 符合频率 校核要求ｔ ３ ］ 。 本文选取某轴流压缩机的第 １ 级动 叶片为研究
阶 次
固有 频率 ／ Ｈ ｚ
对象 ． 通过有限元方法对其进行仿真分析， 然后对于 加工后 的叶片进行试验测试 ，分别提 取出叶片的前
１ Ｏ阶固有频率及模态振 型 ， 根据试 验得 出的固有频
的存储器地址 。从 Ｏ Ｐ 与Ｐ Ｌ Ｃ上都可以对其进行
读 与写访 问 。 各输 入域 就对应 于不 同 的全 局变量 ， 通过 Ｏ Ｐ上 的按 键 输入 可 以更 改 这些 参 数 变量 从
而无须修改 Ｐ Ｌ Ｃ程序就能对控制流程进行调整。
３ ） 功能 ： 组态 项 目对 Ｏ Ｐ上 的 １ ７个 功 能键 进 行 了组态 。其 中 １ ３个用 于通 过 Ｏ Ｐ对 系统装 置进 行 手动操 作 ， ４个 用于不 同画面 间的切换 。手 动操 作 的 实现 方法 是 先在 Ｏ Ｐ中定义 全 局变 量 ，然后
１ ９ ８ ０．
［ ２ 】 郭振 霞， 李凤 民， 杨树 华． Ｍ Ａ 系列轴流压缩机技术 引进及样
机研 制Ⅲ ． 风机 技 术， ２ ０ ０ ９ （ １ ） ： ３ ７ － ３ ８ ．
［ ３ 】 郑志 国， 陈艳， 薛斌 ， 等． 高炉鼓 风用 Ｍ Ａ １ ２ ０轴流压缩机 的研
第５ １ 卷 第８ 期
Ｖ０ １ ． ５ １ Ｎｏ ．８
农业装 备 与车辆 工程
Ａ Ｇ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｌ Ｔ Ｕ Ｒ Ａ Ｌ Ｅ Ｑ Ｕ Ｉ Ｐ Ｍ Ｅ Ｎ Ｔ＆ Ｖ Ｅ Ｈ Ｉ Ｃ Ｌ Ｅ Ｅ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ ￣Ｎ Ｇ
２ ０ １ ３年 ８月
Ａｕ ｇ ｕ ｓ ｔ ２ ０１ ３
三 维模 型 ． 通过 有 限元计算 得 出叶片 固有频 率 的理
图 １ 叶片 有 限 元模 型
Ｆｉ ｇ．１ Ｂｌ ａｄ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅｌ ｅｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄｅ ｌ
输人材 料的弹 ｆ 生 模量 为 ２ ２ ８ Ｇ Ｐ ａ ， 泊松 比为 ０ ． ３ ， 密度为７ ８ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ 。计算结果见表 ｌ ， 振型图见图 ２ 。
照目 前的生产能力 ．每个检测人员平均每天需要
完成近 ３ ０ ０台 的检测量 ， 参见 表 １ 。
表 １汽车空调测试 系统使用前后 的检测结果比较
Ｔａ ｂ． １ Ｃｏｍｐ ａｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｂＭｏｒ ｅ ａｎ ｄ ａ ｆ ｔ ｅｒ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ
率值及模态振型来验证有限元仿真得出的结果。
１ 叶片的有限元计算
本文采用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 三维造型软件建立轴流
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ６ — ０ ７ 修 回日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ６ — ２ ４
６ ２
农业装备与车辆工程
２ ０ １ ３ 年
６ 结束语
该 系统 己经 在某 汽车 空调压 缩机 厂投 入 正式 使用。 使用结 果 表 明 ， 每 台压缩 机 的平均测 试 时间 由原来 的 ２ ｍ ｉ ｎ缩短 到 了 ５ ５ ｓ ．从 而 大大提 高 了测 试 速度 ， 满足 了生 产需 要 ， 同时也 保证 了压 缩 机 的
ｖ ｌｕ ａ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｄ ．
［ Ｋｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ］ ｏｔ ｒ ｏ ｒ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｓ ｏ ｆ ａ ｎ ｘｉ ａ ｌ ａ ｌ ｆ ｏ ｗ ｃ ｏ ｍ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ； ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｍ ｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ｌｙ ａ ｓ ｉ ｓ ； ｄ ｙ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉ ｒ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ
［ 摘要 ］ 基 于某轴流压缩机 第 ｌ 级 动叶片 ， 在精 确建立其几何模型的基础上 ， 通过 有限元仿真方 法提取 了前 １ ０阶 固有频 率及模 态振 型的计算值 ， 然后通过试验 测试方 法对其进行 了模 态测 试 ， 得 到 了前 １ ０阶固有频
率及模 态振 型的 实测值 。 并将 理论计算结果和 实际测试 结果进行 了对比。
０ 引 言
随着轴流压缩机市场的壮大及性能参数的不 断提升， 对轴流压缩机的设计制造也提出了更高的 要求 ． 其 中尤为重要 的是轴 流压 缩机 叶片作 为轴 流
压缩机最 核心 的零部件 ， 其可靠 性直接 影 响着 整机 的性 能参 数口 － ２ ］ 。为了保证 叶片的可靠 性 ， 在设 计 阶
由功能键激发 ， 在Ｐ Ｌ Ｃ中对这些 变量 ， 占据 的地
址 进行逻 辑 操作 ，最后 把 操作 结果输 出到 系统装 置， 同时反馈 到 Ｏ Ｐ中显 示 。
质量降低了测试人员的劳动强度。
参考文献
［ １ ］ 黄俊 ． 汽车空调控制 器 自 动测试 系统的设计［ Ｄ ］ ． 荆 州： 长江
［ 关键 词］ 轴流压 缩机叶片 有限元仿真 模 态分析 动力特性试验 ［ 中图分类号］ Ｔ Ｈ ４ ５ ３ ［ 文献标志码］Ａ ［ 文章编号］１ ６ ７ ３ — ３ １ ４ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ — ０ ０ ５ ６ — ０ ４
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｍｏ ｄ ａ ｌ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ Ｒｏ ｔ ｏ ｒ Ｂｌ ａ ｄ ｅ ｓ ｏ ｆ Ａｘ ｉ ａ ｌ Ｆｌ ｏ ｗ Ｃｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｓ
电器， ２ ０ ０ ７ （ ８ ） ： ５ ６ － ５ ７ ．
作者简介 陈述官（ １ ９ ７ ８ 一 ） ， 男， 副教授 ， 高级技 师， 研 究方向 ： 汽 车维修 、 检测及故障诊断。Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ： １ ３ １ ７ ３ ４ ３ ２ ４ ５ ＠ ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｄ ｌ ａ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ． Ａｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ａ ｌ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ａ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｂ ｅ ｅ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉｍｅ ｒ ｎ ｔ ｓ ｔ ｏ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｓｔ ｒ １ ０ ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｌ ａ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｄ ａ ｌ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｓ ． Ａｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｉｓ ｒ ｏ ｎ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ
［ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ］Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｒ ｓ ｔ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｓ ｏ ｆ ａ ｎ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｌ ｆ ｏ ｗ ｃ ｏ ｍ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｓ ｒ ｔ １ ０
使用状态 Ｅ ｌ 检测量 需检测人员数 平均检测时间 产 品返修率
（ 上接第 ５ ８页 ）
试， 并 对数 值仿 真和试 验测试 结果 进行 了对 比。 在
其 他 轴 流 压ຫໍສະໝຸດ 缩 机 动 叶片 的动 力 特 性 试 验 提供 了
工程实际中．是以试验得出的叶片固有频率值作 为基准来判断叶片是否通过 ，数值计算所得的数 据仅作为设计初期时的参考 。 文 中对 叶片 的前 １ ０阶 固有 频率 及 模 态 振 型
２ ） 变量 ： 组态 项 目中使用 的变 量 均 为全 局 变 量， 它们 带 有 Ｐ Ｌ Ｃ链 接 ， 在 Ｐ Ｌ Ｃ上 占据 一 个 定 义
本文 通过 对汽 车空 调测 试 系统使 用前 后 的检 测结 果 比较 ， 对 比该 系统 的使用 结果 。 试验 结果 表 明 ．该 系统能 够从 实质 上提 升汽 车空 调压 缩机 生 产 厂 的检 测效 率 。
Ｌ ｉ ｎ Ｍａ ｏ ｗｕ ，Ｌ ｉ Ｋ ａ ｉ ｈ ｕ ａ ，Ｙｕ Ｂａ ｉ ｆ ａ ｎ ｇ
（ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ｂ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｗｏ ｒ ｋ ｓ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ｃ ｉ ｔ ｙ ， Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ １ １ ０ ８ ６ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
压缩机叶片的三维实体模型。然后将三维实体模 型导入 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 软件 ， 进行有限元 网格划分 ， 叶片 的有 限元模 型如 图 １ 所示 。
段需要重点考虑的是动叶的固有频率要避开激励 源的频率， 以免发生共振破坏。为了保证叶片满足 频 率校 核规 范 ， 在设 计 阶段 ， 首 先需 要建 立 叶片 的
ａｕ ｔ ｏｍｏ ｂｉ ｌ ｅ ａ ｉ ｒ ｃ ｏ ｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｅｒ ｄ ｅ １ ｅｃ ｔ ｉ ０ ｎ ｓ ｙ ￣ｅ ｍ
［ ３ ３ 胡娟 ， 田杰 ， 缪鹏程． 汽车空调压缩机用电磁 离舍 器耐久性测
试 系统设计． 蚌埠 学院学报［ Ｊ ］ ， ２ ０ １ ２ ， １ （ ５ ） ： １ － ４ ． ［ ４ ］ 葛渝清． 基 于笔记 本电脑的汽车空调道路 测试 系统［ Ｊ ］ ． 汽车
大学． ２ ０ １ ２ ．
５ 试验及 结果
以某汽 车 空调压 缩机 生产 厂 为测验 结果 。按
Ｅ ２ ］ 邱庆 ， 翁惠辉 ， 习进路 ． 汽车空调控制器 自动测试 系统的设计 ［ Ｊ ］ ． 长江大学学报 （ 自然科 学版） ， ２ ０ １ １ ， ８ （ １ ２ ） ： ９ ０ — ９ ３ ．