一种热弯曲转子瞬态振动控制实验台制造技术

一种热弯曲转子瞬态振动控制实验台，能在实验台上进行热弯曲转子瞬态振动控制实验，便于教学演示和科研工作的使用，所采用的技术方案为：包括实验台底座上同轴安装的电动机、转子轴、深沟球轴承、圆柱滚子轴承、滚子轴承内圈支座以及隔热屏；由安装在隔热屏内的热辐射源加热转子轴，隔热屏内腔经过底部三个圆孔的自然对流上热下冷，使转子轴产生热弯曲；由电涡流位移传感器测得热弯曲量并反馈给计算机，由加速度传感器测得瞬态振动量，通过计算机控制算法给出最优的热弯曲转子平稳启动角加速度值。本发明专利技术能实现不同热弯曲量的转子轴在不同角加速度下的瞬态振动模拟和控制机理研究，为热弯曲转子瞬态振动理论分析提供实验借鉴。

A test bench for transient vibration control of a hot bending rotor

A transient thermal bending rotor vibration control experimental platform, can be hot bending rotor transient vibration control experiments in the experimental stage, for teaching and research work, the technical proposal is as follows: including the coaxial installation experiment platform on the base of the motor, the rotor shaft, deep groove ball bearings, cylindrical roller bearings, roller bearings the inner bearing and heat shield; thermal radiation from the heating source is installed in the rotor shaft heat shield in the heat shield cavity through natural convection at the bottom of the three hole of the hot cold, heat generated to the rotor shaft bending; feedback by eddy current displacement sensor measured thermal bending and to the computer by the measured transient acceleration sensor the amount of vibration, smooth start hot bending rotor optimal control algorithm is given by the computer angular acceleration value. The invention can realize the transient vibration simulation and control mechanism of the rotor shaft with different thermal bending capacity under different angular acceleration, and provide experimental reference for the theoretical analysis of the transient vibration of the hot bending rotor.

【技术实现步骤摘要】
一种热弯曲转子瞬态振动控制实验台
本专利技术涉及转子动力学相关
，具体涉及一种热弯曲转子瞬态振动控制实验台。
技术介绍
长期以来，先进航空发动机转子的设计与研制技术一直是制约我国航空工业发展的瓶颈。转子-滚动轴承系统作为航空燃气轮机的核心部件，不仅需要能在高温、高速和高负荷的条件下安全服役，还要能在频繁启停、加速等瞬态工况下稳定工作。在航空发动机停机冷却过程中，机匣内因自然对流，热空气上升，冷空气下降，使转子受热不均匀而发生热弯曲，当转子以一定的角加速度启动时，热弯曲转子会产生瞬态振动，转子的热弯曲量直接影响转子的瞬态振动量。以往这类问题的研究主要是针对热弯曲转子瞬态振动的理论计算，缺少热弯曲转子瞬态振动控制实验台，加之航空发动机转子轴结构复杂，直接在航空发动机转子轴上进行热弯曲转子瞬态振动控制实验需要很高的成本，严重限制了对这一类热弯曲转子瞬态振动控制的理论验证，也制约了对频繁启停等瞬态工况具有更强适应性的先进转子轴设计技术的发展，迫切需要开展热弯曲转子瞬态振动控制的实验研究。目前市场上相关转子实验台产品均是等直圆轴转子的稳态振动实验台，几乎没有专门针对热弯曲转子瞬态振动控制的实验平台，使科研工作者无法验证航空发动机热弯曲转子瞬态振动控制理论研究结果，相关航空专业的学生难以理解热弯曲转子瞬态振动控制机理，影响科研和教学活动的进一步开展。科研工作者迫切希望获得一种简便的热弯曲转子瞬态振动控制实验台。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种适用于热弯曲转子瞬态振动控制的实验台。一种热弯曲转子瞬态振动控制实验台，能够清晰的展现热弯曲转子的瞬态振动控制机理，并能在实验台上开展热弯曲转子瞬态振动控制实验，便于相关专业的科研和教学使用。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种热弯曲转子瞬态振动控制实验台，包括电动机1、联轴器2、深沟球轴承3、转子轴4、压气机模拟盘5、隔热6、涡轮模拟盘8、圆柱滚子轴承9和滚子轴承内圈支座10依次同轴安装在实验台底座18上；所述的电动机1通过联轴器2与转子轴4相连，转子轴4的两端分别由深沟球轴承3和圆柱滚子轴承9支承，圆柱滚子轴承9的内圈与滚子轴承内圈支座10过盈连接，圆柱滚子轴承9的外圈与转子轴4过盈连接；所述的压气机模拟盘5、隔热屏6和涡轮模拟盘8均位于深沟球轴承3和圆柱滚子轴承9之间；所述的隔热屏6安装在压气机模拟盘5和涡轮模拟盘8之间的转子轴外侧，隔热屏6底部开有三圆孔，三圆孔均位于隔热屏6的轴向中间位置，热辐射源7安装在隔热屏6内壁的最上方；所述的压气机模拟盘5为直径递减的三级盘，涡轮模拟盘8为单级盘，压气机三级盘5.1、5.2、5.3和涡轮模拟盘8均与转子轴4过盈连接；所述的第三级压气机模拟盘5.3的径向方向设置有加速度传感器17，涡轮模拟盘8的径向方向设置有加速度传感器14；所述的隔热屏6底部中间圆孔正下方设置有电涡流位移传感器15，隔热屏6底部侧面圆孔外设置有红外温度传感器16；所述的电涡流位移传感器15、加速度传感器14和17均通过数据线连接在数据采集器11上，电动机1通过数据线连接在控制器12，数据采集器11和控制器12通过数据线连接在计算机13上。本专利技术的优点及效果：与现有技术相比，本专利技术能演示热弯曲转子的瞬态振动控制机理，根据热弯曲量由计算机给出电动机启动的初始角加速度，可以实现热弯曲转子启动过程中的瞬态振动模拟，计算机根据转子轴的瞬态振动量，调整电动机和转子轴的角加速度大小，该实验台可以实现对不同热弯曲量的转子轴在不同角加速度下的瞬态振动模拟和控制实验研究。本专利技术实现了一种热弯曲转子的瞬态振动控制实验研究目的，能够清晰的展示热弯曲转子的瞬态振动控制机理，并能在实验台上进行相关实验，方便于教学演示与科研工作的使用。进一步，转子轴上安装有压气机模拟盘和涡轮模拟盘，在压气机模拟盘和涡轮模拟盘之间的转子轴外安装有隔热屏与热辐射源，用来模拟航空发动机燃烧室对转子轴的热作用，压气机模拟盘采用三级盘，且三级盘直径逐渐减小，能够更加真实模拟航空发动机多级压气机轮盘质量和转动惯量分布。进一步，转子轴两端采用滚动轴承支承，能反映滚动轴承与热弯曲转子的瞬态耦合振动，便于验证滚动轴承参数对热弯曲转子的瞬态振动理论分析结果。进一步，隔热屏底部中间位置三个圆孔位于隔热屏轴向中间位置，中间圆孔位于隔热屏底部正下方，三个圆孔直径相同，相邻圆孔之间的周向夹角相同。进一步，转子轴采用空心轴设计，三级压气机模拟盘以及涡轮模拟盘均与转子轴段过盈连接，圆柱滚子轴承内圈与滚子轴承内圈支座过盈连接，圆柱滚子轴承外圈与转子轴右端过盈连接，以便准确模拟航空发动机高压转子的真实结构和支承方式。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为热弯曲转子瞬态振动控制流程图；图中标注：1、电动机；2、联轴器；3、深沟球轴承；4、转子轴；5、压气机模拟盘；5.1、第一级盘；5.2、第二级盘；5.3、第三级盘；6、隔热屏；7、热辐射源；8、涡轮模拟盘；9、圆柱滚子轴承；10、滚子轴承内圈支座；11、数据采集器；12、控制器；13、计算机；14、加速度传感器；15、电涡流位移传感器；16、红外温度传感器；17、加速度传感器；18、实验台底座。具体实施方式下面结合具体的实施例和说明书附图对本专利技术作进一步的解释说明。参照图1，一种热弯曲转子瞬态振动控制实验台，包括电动机1、联轴器2、深沟球轴承3、转子轴4、压气机模拟盘5、隔热6、涡轮模拟盘8、圆柱滚子轴承9和滚子轴承内圈支座10依次同轴安装在实验台底座18上；所述的电动机1通过联轴器2与转子轴4相连，转子轴4的两端分别由深沟球轴承3和圆柱滚子轴承9支承，圆柱滚子轴承9的内圈与滚子轴承内圈支座10过盈连接，圆柱滚子轴承9的外圈与转子轴4过盈连接；所述的压气机模拟盘5、隔热屏6和涡轮模拟盘8均位于深沟球轴承3和圆柱滚子轴承9之间；所述的隔热屏6安装在压气机模拟盘5和涡轮模拟盘8之间的转子轴外侧，隔热屏6底部开有三圆孔，三圆孔均位于隔热屏6的轴向中间位置，热辐射源7安装在隔热屏6内壁的最上方；所述的压气机模拟盘5为直径递减的三级盘，涡轮模拟盘8为单级盘，压气机三级盘5.1、5.2、5.3和涡轮模拟盘8均与转子轴4过盈连接；所述的第三级压气机模拟盘5.3的径向方向设置有加速度传感器17，涡轮模拟盘8的径向方向设置有加速度传感器14；所述的隔热屏6底部中间圆孔正下方设置有电涡流位移传感器15，隔热屏6底部侧面圆孔外设置有红外温度传感器16；所述的电涡流位移传感器15、加速度传感器14和17均通过数据线连接在数据采集器11上，电动机1通过数据线连接在控制器12，数据采集器11和控制器12通过数据线连接在计算机13上。本专利技术以实现热弯曲转子的瞬态振动控制过程为目的，由热辐射源加热转子轴，隔热屏底部三圆孔能加速隔热屏内腔自然对流，使隔热屏内腔上热下冷，转子轴产生热弯曲；通过红外温度传感器测量隔热屏内的温度，通过电涡流位移传感器测量转子轴热弯曲量，热弯曲转子的转动动力由电动机提供；滚动轴承的变刚度激励通过转子两端支承的深沟球轴承和圆柱滚子轴承实现，该支承方式与航空发动机转子支承方式相同，能更真实的模拟滚动轴承参数对热弯曲转子瞬态振动的影响；压气机模拟盘采用直径递减的三级盘结构，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热弯曲转子瞬态振动控制实验台，其特征在于：电动机(1)、联轴器(2)、深沟球轴承(3)、转子轴(4)、压气机模拟盘(5)、隔热屏(6)、涡轮模拟盘(8)、圆柱滚子轴承(9)和滚子轴承内圈支座(10)依次同轴安装在实验台底座(18)上；所述的电动机(1)通过联轴器(2)与转子轴(4)相连，转子轴(4)两端分别由深沟球轴承(3)和圆柱滚子轴承(9)支承，圆柱滚子轴承(9)的内圈与滚子轴承内圈支座(10)过盈连接，圆柱滚子轴承(9)的外圈与转子轴(4)过盈连接；所述的压气机模拟盘(5)、隔热屏(6)和涡轮模拟盘(8)位于深沟球轴承(3)和圆柱滚子轴承(9)之间；所述的隔热屏(6)安装在压气机模拟盘(5)和涡轮模拟盘(8)之间的转子轴外侧，隔热屏(6)底部开有三圆孔，三圆孔均位于隔热屏(6)的轴向中间位置，热辐射源(7)安装在隔热屏(6)内壁的正上方；所述的压气机模拟盘(5)为直径递减的三级盘，涡轮模拟盘(8)为单级盘，压气机三级盘(5.1)、(5.2)、(5.3)和涡轮模拟盘(8)均与转子轴(4)过盈连接。

【技术特征摘要】
1.一种热弯曲转子瞬态振动控制实验台，其特征在于：电动机(1)、联轴器(2)、深沟球轴承(3)、转子轴(4)、压气机模拟盘(5)、隔热屏(6)、涡轮模拟盘(8)、圆柱滚子轴承(9)和滚子轴承内圈支座(10)依次同轴安装在实验台底座(18)上；所述的电动机(1)通过联轴器(2)与转子轴(4)相连，转子轴(4)两端分别由深沟球轴承(3)和圆柱滚子轴承(9)支承，圆柱滚子轴承(9)的内圈与滚子轴承内圈支座(10)过盈连接，圆柱滚子轴承(9)的外圈与转子轴(4)过盈连接；所述的压气机模拟盘(5)、隔热屏(6)和涡轮模拟盘(8)位于深沟球轴承(3)和圆柱滚子轴承(9)之间；所述的隔热屏(6)安装在压气机模拟盘(5)和涡轮模拟盘(8)之间的转子轴外侧，隔热屏(6)底部开有三圆孔，三圆孔均位于隔热屏(6)的轴向中间位置，热辐射源(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁明轩，胡剑虹，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33