快速响应的转子支承刚度主动控制机构制造技术

本公开提供了一种快速响应的转子支承刚度主动控制机构，包括：弹性支承结构、转子轴承、环形楔块、动作机构、多个连接杆和回复机构；转子轴承支承于一端开口的弹性支承结构的内回转面；环形楔块套设于转子轴承上；连接杆的一端与环形楔块相连，连接杆的另一端与动作机构相连；动作机构用于使环形楔块沿轴向移动，脱离弹性支承结构的开口处；回复机构套设于连接杆上，回复机构用于使环形楔块嵌入并稳定保持在弹性支承结构开口处。本公开控制转子轴承处支承结构的刚度，在转子转速通过临界转速时，快速地控制转子支点处的支承刚度，调节临界转速，从而有效抑制转子转速通过临界转速时的短时共振，以及由此引发的转子碰磨、疲劳裂纹等问题。

【技术实现步骤摘要】
快速响应的转子支承刚度主动控制机构
本公开涉及航空发动机(或地面燃气轮机)转子动力学中的振动主动控制领域，尤其涉及一种快速响应的转子支承刚度主动控制机构。
技术介绍
现代航空发动机(或地面燃气轮机)对转子转速要求越来越高，以满足其对推力(或功率)的要求，其转子一般均属于柔性转子，即转子工作转速高于低阶临界转速。因此，转子在起动或停车过程中，转子转速必须通过其临界转速，导致转子系统发生共振，威胁发动机的安全可靠工作。在传统航空发动机转子设计中，通常采用弹性支承结构，以降低转子轴承支点处的支承刚度，改变转子系统临界转速，达到发动机工作转速范围内不存在转子临界转速的目的，保证发动机工作时不出现共振。但这种转子振动的被动控制方法不能避免发动机在起动或停车过程中，转子转速经过临界转速时的短时共振问题。为了解决上述问题，一种可行的方法是发展转子振动的主动控制技术，该技术通过改变转子支承结构参数，控制转子支承刚度，进而改变临界转速，从而避免转子在起动或停车过程中，出现转子转速接近或等于其临界转速的情况，从而抑制了转子起动或停车过程中的短时共振问题。目前较为常见的转子振动主动控制技术主要有两种方式：电磁轴承主动控制技术；形状记忆合金(SMA)驱动器控制技术。但这两类方法在具体应用时，还面临相关问题，具体如下：1、电磁轴承主动控制技术需要发动机工作时带动发电机提供电能，驱动电磁轴承工作，因此该技术需要在发动机转子上安装备份轴承，在发动机起动时为转子提供有效的支承，这进一步增加了电磁轴承控制系统的重量，不利于发动机推重比的提高。2、形状记忆合金驱动器控制技术是利用形状记忆合金作为驱动单元，控制转子支承结构的变化，实现对转子支承刚度及其临界转速的控制。但该技术需要对形状记忆合金丝通电加热，控制系统响应时间长，不利于转子支承刚度控制的快速响应要求。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种快速响应的转子支承刚度主动控制机构，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种快速响应的转子支承刚度主动控制机构，包括：弹性支承结构，为一端开口的柱状结构；转子轴承，支承于一端开口的所述弹性支承结构的内回转面；环形楔块，套设于所述转子轴承上；所述环形楔块与所述弹性支承结构开口处相嵌设；至少一个连接杆，所述连接杆的一端与所述环形楔块相连；动作机构，与所述连接杆的另一端相连；回复机构，套设于所述连接杆上；所述回复机构一端与所述弹性支承结构相连，所述回复机构的另一端与所述动作机构相抵接。在本公开的一些实施例中，所述动作机构包括：第一电磁铁，与所述环形楔块通过多个所述连接杆相连；所述第一电磁铁设置于所述弹性支承结构的外回转面；第二电磁铁，设置于所述弹性支承结构的外回转面；所述第二电磁铁和所述第一电磁铁为同极相对布置。在本公开的一些实施例中，所述回复机构包括：轴向导轨，设置于所述弹性支承结构上；所述连接杆穿设于所述轴向导轨内；压缩弹簧，压缩弹簧套设于所述连接杆上，所述压缩弹簧的一端与所述轴向导轨相抵接，所述压缩弹簧的另一端与所述动作机构相抵接。在本公开的一些实施例中，所述弹性支承结构为截面呈U型的柱状结构；所述连接杆与所述轴向导轨同轴设置。在本公开的一些实施例中，还包括：滚珠保持架，套设于所述连接杆与所述轴向导轨间；滚珠，设置于所述滚珠保持架上；所述滚珠设置于所述滚珠保持架与所述轴向导轨间。在本公开的一些实施例中，所述第一电磁铁包括至少一个电磁铁块，沿周向均匀分布；所述第二电磁铁包括至少一个电磁铁块，沿周向均匀分布；所述第一电磁铁和所述第二电磁铁中电磁铁块个数相同；所述第一电磁铁和所述第二电磁铁中全部的电磁铁块由同一根导线绕制；所述第一电磁铁的绕线方式与第二电磁铁的绕线方式为相反旋向。在本公开的一些实施例中，所述弹性支承结构与所述转子轴承相连一侧的内回转面和/或外回转面上，沿圆周方向均布周向槽。在本公开的一些实施例中，至少一个所述连接杆沿圆周向均匀分布。在本公开的一些实施例中，还包括：转速传感器，用于识别转子的当前转速，获取转速值；控制单元，用于接收所述转速传感器获取的转速值；所述控制单元根据转子的当前转速、预设的转子在最大支撑刚度状态下的临界转速和预设的转子在最小支撑刚度状态下的临界转速，判断所述转子轴承的支承刚度是否需要进行变化；如需要进行变化，则控制单元控制所述动作机构的通电或断电。在本公开的一些实施例中，还包括：电源，与所述转速传感器和所述控制单元电性相连，所述电源用于为所述转速传感器和所述控制单元供电。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开快速响应的转子支承刚度主动控制机构至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)本公开控制转子轴承处支承结构的刚度，在发动机转子起动或停车过程中，实现对转子临界转速的调节，避免起动或停车过程中的短时共振。(2)本公开结构简单，在发动机停车状态下，同样能够对转子轴承提供有效支承，不需要额外的备份轴承。(3)本公开采用电磁驱动装置，控制支承结构，可以实现驱动装置的实时快速响应。(4)本公开第一电磁铁和第二电磁铁采用同一根导线绕制，能够降低通电的总电流，还能够保证每一对电磁铁能够同时形成互斥力，保证环形楔块沿轴向水平移动时，环形楔块与转子轴承、弹性支承结构之间的同轴度。附图说明图1为本专利技术实施例的转子支承刚度主动控制机构的示意图；图2为本专利技术实施例的转子支承刚度主动控制机构的三维结构图；图3为本专利技术实施例的转子支承刚度主动控制机构的动作机构与回复机构局部放大图；图4为本专利技术实施例的转子支承刚度主动控制机构的电磁铁绕线方式示意图；图5为本专利技术实施例的转子支承刚度控制策略图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】101-转子轴承；102-弹性支承结构；103-环形楔块；201-第一电磁铁；202-第二电磁铁；203-连接杆；204-压缩弹簧；205-轴向导轨；206-滚珠保持架；301-电源；302-转速传感器；303-控制单元。具体实施方式本公开提供了一种快速响应的转子支承刚度主动控制机构，包括：弹性支承结构、转子轴承、环形楔块、动作机构、多个连接杆和回复机构；转子轴承支承于一端开口的弹性支承结构的内回转面；环形楔块套设于转子轴承上；连接杆的一端与环形楔块相连，连接杆的另一端与动作机构相连；动作机构用于使环形楔块沿轴向移动，脱离弹性支承结构的开口处；回复机构套设于连接杆上，回复机构用于使环形楔块嵌入并稳定保持在弹性支承结构开口处。本公开控制转子轴承处支承结构的刚度，在发动机转子起动或停车过程中，实现对转子临界转速的调节，避免起动或停车过程中的短时共振。为使本公开的目的、技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速响应的转子支承刚度主动控制机构，其中，包括：/n弹性支承结构(102)，为一端开口的柱状结构；/n转子轴承(101)，支承于一端开口的所述弹性支承结构(102)的内回转面；/n环形楔块(103)，套设于所述转子轴承(101)上；所述环形楔块(103)与所述弹性支承结构(102)开口处相嵌设；/n至少一个连接杆(203)，所述连接杆(203)的一端与所述环形楔块(103)相连；/n动作机构，与所述连接杆(203)的另一端相连；/n回复机构，套设于所述连接杆上；所述回复机构一端与所述弹性支承结构(102)相连，所述回复机构的另一端与所述动作机构相抵接。/n

【技术特征摘要】
1.一种快速响应的转子支承刚度主动控制机构，其中，包括：
弹性支承结构(102)，为一端开口的柱状结构；
转子轴承(101)，支承于一端开口的所述弹性支承结构(102)的内回转面；
环形楔块(103)，套设于所述转子轴承(101)上；所述环形楔块(103)与所述弹性支承结构(102)开口处相嵌设；
至少一个连接杆(203)，所述连接杆(203)的一端与所述环形楔块(103)相连；
动作机构，与所述连接杆(203)的另一端相连；
回复机构，套设于所述连接杆上；所述回复机构一端与所述弹性支承结构(102)相连，所述回复机构的另一端与所述动作机构相抵接。


2.根据权利要求1所述的快速响应的转子支承刚度主动控制机构，其中，所述动作机构包括：
第一电磁铁(201)，与所述环形楔块(103)通过多个所述连接杆(203)相连；所述第一电磁铁(201)设置于所述弹性支承结构(102)的外回转面；
第二电磁铁(202)，设置于所述弹性支承结构(102)的外回转面；所述第二电磁铁(202)和所述第一电磁铁(201)为同极相对布置。


3.根据权利要求1所述的快速响应的转子支承刚度主动控制机构，其中，所述回复机构包括：
轴向导轨(205)，设置于所述弹性支承结构(102)上；所述连接杆(203)穿设于所述轴向导轨(205)内；
压缩弹簧(204)，压缩弹簧(204)套设于所述连接杆上，所述压缩弹簧(204)的一端与所述轴向导轨(205)相抵接，所述压缩弹簧(204)的另一端与所述动作机构相抵接。


4.根据权利要求3所述的快速响应的转子支承刚度主动控制机构，其中，所述弹性支承结构(102)为截面呈U型的柱状结构；所述连接杆(203)与所述轴向导轨(205)同轴设置。


5.根据权利要求3所述的快速响应的转子支承刚度主动控制机构，其中，还包括：
滚珠保持架(206)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锴，赵庆军，赵巍，项效镕，胡斌，徐建中，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11