【技术实现步骤摘要】
本技术涉及转子高速旋转试验领域，具体而言，是一种测量装置，用于在转子超速试验期间，对转子由于内部离心力作用而产生的径向膨胀变形进行测量。
技术介绍
1、各类高速旋转机械的转子，在研发和制造过程中都需要进行高速旋转试验，以考核其强度、寿命及变形，其中径向膨胀变形测量越来越受到重视。通过精确测量转子的径向膨胀变形量，来更准确地设计转子与定子之间的间隙，从而提供设备的效率。或通过高速旋转试验使转子产生所希望的预变形和预应力，从而提高转子的疲劳寿命和工作可靠性。典型的应用如新能源汽车电机转子，航空发动机及燃气轮机轮盘，增压器及离心压缩机叶轮等。
2、目前市场上尚无实时测量高速旋转状态下转子径向膨胀变形的方法和装置。通常的做法是对超速试验前和试验后转子的几何尺寸和不平衡量分别测量，然后进行对比。这样只能判断转子超速试验前后，转子的状态是否有显著变化，不能获得转子在不同转速，特别是最高转速下转子的径向膨胀变形量数据，因此其实际意义较低。
3、本技术的一种测量高速旋转转子径向膨胀变形的装置，能够在转子高速旋转状态下，实时、定量的测量转子上重要部位（外围及中心孔）的径向膨胀变形，能够测得该径向膨胀变形随转速的变化曲线。从而得到动态、准确和全面的转子径向膨胀变形测量结果，为转子的设计研发、制造工艺和质量控制提供科学准确的依据。
技术实现思路
1、本技术提出了一种在转子超速试验过程中，实时测量转子径向膨胀变形的装置。
2、本技术提出的转子径向膨胀变形测量装置的核心，
3、该装置能够排除转子在高速旋转时的刚体振动位移影响，排除传感器安装的初始位置影响，排除转子内部结构是否对称的影响，从而测得纯粹的转子径向膨胀变形量。
4、本技术提出的转子径向膨胀变形测量装置，包括采用一个接近开关传感器，用于测量转速和角度起始位置，从而可以测得径向膨胀变形随转速的变化曲线和沿圆周的变化曲线。
5、接近开关传感器正对转子转接工装，工装上加工一个鉴相槽，转子每转一圈，接近开关传感器输出一个脉冲，该脉冲信号用于测量转子转速和相位角起始点触发。
6、本技术提出的测量装置如附图1所示。高速旋转试验器驱动轴（1）下端带有接口法兰（2），通过转接工装（3），吊挂并驱动被试转子（4），进行高速旋转试验。测量装置通过非接触传感器，测量被试转子各相关点处的位移，并通过计算软件计算出被试转子外圆及中心孔壁处的径向膨胀变形量。详述如下。
7、工装电涡流传感器（6），测量被试转子转接工装的振动位移，由于该转接工装为实心件，且半径较小，高速旋转时产生的径向膨胀几乎为零，因此被试转子上其它部位测得的振动位移与它的差值可视为被试转子本身的径向膨胀变形量。
8、外圆激光位移传感器（7），用于测量被试转子外圆处的振动位移，它与工装电涡流传感器（6）安装在同一角度位置。外圆激光位移传感器（7）测得的位移信号，与工装电涡流传感器（6）测得的信号实时相减，排除了被试转子刚体振动位移成分。而低速时的初始值则为两传感器安装间隙之差。扣除了这两项成分，即可得到被试转子外圆处半径方向的径向膨胀变形量，它随转速的升高而增加。
9、被试转子外圆处位移测量选用激光位移传感器，主要是利用它测量光斑直径小、测量距离远和不受被测材料影响的优点，从而提高测量装置的适用性。可测量很窄柱面的外圆，可避开叶片干涉，可用于各种材料包括带涂层被试转子的测量。
10、被试转子中心孔内壁位移测量选用孔电涡流传感器（8），与工装电涡流传感器（6）安装在同一角度位置。由于两传感器所正对的方向相反，所以两信号实时相加可排除被试转子的刚体振动位移，如同被试转子外圆测量一样，再扣除低速时的初始量，可得到被试转子中心孔半径的径向膨胀变形量。
11、被试转子中心孔内壁测量选用电涡流位移传感器，主要是它几何尺寸小，易于安装到内孔中。
12、相位与转速测量传感器采用接近开关（5），正对被试转子转接工装，安装角度不做要求。转接工装上开一个鉴相槽，被试转子每转一圈，接近开关（5）输出一个脉冲，用于测量转速和数值采样触发，并测量被试件的起始角度位置。
13、上述四个传感器连接到信号调理与数据采集器（10）上，该数据采集器的功能包括信号调理和数据采集。
14、为了获得较满意的径向膨胀变形量沿圆周的变化曲线，每周应具有足够的采样点数，为此要求位移传感器具有足够高的频响，数据采集器具有足够高的采样频率。例如试验转速为n（r/min），每周采样点数为n，则要求数据采集器的测量和采用频率为f=nxn/60。
15、信号调理与数据采集器（10）采得的数据信号通过网线传输给pc计算机（9）。计算软件可实时计算出试件外圆和/或中心孔的径向膨胀变形量，并显示该变形量随转速的变化曲线，以及不同转速时的径向膨胀变形量沿圆周方向分布。
16、由于高速旋转的转子内应力主要来源于材料质点的离心力，与转速的平方成正比，所以径向膨胀变形量通常也与转子转速的平方成正比，该变形量随转速的变化曲线为二次抛物线形状，并且通常转子中心孔的径向膨胀变形量大于外圆处的径向膨胀变形量，参考附图2。图2为径向膨胀变形量-转速直角坐标系测试结果示意图。其横坐标表示转速，纵坐标表示径向膨胀变形量。径向膨胀变形量随转速升高而增加，该变形量随转速的变化曲线呈二次抛物线形状。
17、转子径向膨胀变形量沿圆周方向上的变化主要受转子结构影响，如辐板处带加强筋或开孔、整体叶盘上的叶片影响等。不同转速下转子径向膨胀变形量的幅度大小不同，但沿圆周方向的分布形状基本相同，参见附图3、图4。图3为不同转速下径向膨胀变形量-角度直角坐标系测试结果示意图。横坐标表示转子角度位置，纵坐标表示不同转速下径向膨胀变形量。图4为不同转速下径向膨胀变形量-角度极坐标测试结果示意图。圆形表示极坐标下的角度，曲线表示不同转速下径向膨胀变形量。曲线为正圆说明被试转子径向膨胀变形均匀，偏离正圆则说明被试转子径向膨胀变形不均匀。
18、在转子的弹性变形阶段，转子的径向膨胀变形量随转速的升高而增加，该变形量随转速的变化曲线呈二次抛物线形状。随着转速的升高，转子一旦转子进入塑性变形阶段，转子的径向膨胀变形量随转速的变化曲线，会偏离二次抛物曲线而快速增加，并且降速时的曲线与升速的曲线不重合，到0转速时，曲线不回到原始0点，参见附图5。图5为升降速径向膨胀变形量-转速直角坐标系测试结果示意图。横坐标表示转速，纵坐标表示径向膨胀变形量。转子升速和降速过程径向膨胀变形量曲线不重合，说明转子内发生了塑性变形，形成了预应力。
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1.一种测量高速旋转转子径向膨胀变形的装置，其特征在于，包括接近开关（5）用于测量被试转子转速和起始角度位置、工装电涡流传感器（6）用于测量被试转子转接工装振动位移、外圆激光位移传感器（7）用于测量被试转子外圆振动位移、孔电涡流传感器（8）用于测量被试转子中心孔壁处的振动位移、信号调理与数据采集器（10）、装有测量软件的PC计算机（9）。
2.根据权利要求1所述的一种测量高速旋转转子径向膨胀变形的装置，其特征在于，外圆激光位移传感器（7），与工装电涡流传感器（6）安装在同一角度位置，外圆激光位移传感器（7）测得的位移信号，与工装电涡流传感器（6）测得的信号实时相减，排除了被试转子刚体振动位移成分，而低速时的初始值则为两传感器安装间隙之差，扣除了这两项成分，即可得到被试转子外圆处半径方向的径向膨胀变形量。
3.根据权利要求1所述的一种测量高速旋转转子径向膨胀变形的装置，其特征在于，孔电涡流传感器（8），与工装电涡流传感器（6）安装在同一角度位置，由于两传感器所正对的方向相反，所以两信号实时相加可排除被试转子的刚体振动位移，再扣除低速时的初始量，可得到被试转子
4.根据权利要求1所述的一种测量高速旋转转子径向膨胀变形的装置，其特征在于，相位与转速测量传感器采用接近开关（5），正对被试转子转接工装，安装角度不做要求，转接工装上开一个鉴相槽，被试转子每转一圈，接近开关（5）输出一个脉冲，用于测量转速和数值采样触发。
5.根据权利要求1所述的一种测量高速旋转转子径向膨胀变形的装置，其特征在于，所述的测量软件将计算结果显示在直角坐标系中，横轴为转速，纵轴为被试转子外圆及中心孔壁的径向膨胀变形量，升速与降速过程曲线重合，则被试转子完全弹性变形，降速至零转速时曲线不回到起始点，则被试转子发生了塑性变形。
6.根据权利要求1所述的一种测量高速旋转转子径向膨胀变形的装置，其特征在于，所述的测量软件将计算结果显示在极坐标系中，可以得到被试转子径向膨胀变形量随角度位置的变化图，曲线为正圆说明被试转子径向膨胀变形均匀，偏离正圆则说明被试转子径向膨胀变形不均匀。
...【技术特征摘要】
1.一种测量高速旋转转子径向膨胀变形的装置，其特征在于，包括接近开关（5）用于测量被试转子转速和起始角度位置、工装电涡流传感器（6）用于测量被试转子转接工装振动位移、外圆激光位移传感器（7）用于测量被试转子外圆振动位移、孔电涡流传感器（8）用于测量被试转子中心孔壁处的振动位移、信号调理与数据采集器（10）、装有测量软件的pc计算机（9）。
2.根据权利要求1所述的一种测量高速旋转转子径向膨胀变形的装置，其特征在于，外圆激光位移传感器（7），与工装电涡流传感器（6）安装在同一角度位置，外圆激光位移传感器（7）测得的位移信号，与工装电涡流传感器（6）测得的信号实时相减，排除了被试转子刚体振动位移成分，而低速时的初始值则为两传感器安装间隙之差，扣除了这两项成分，即可得到被试转子外圆处半径方向的径向膨胀变形量。
3.根据权利要求1所述的一种测量高速旋转转子径向膨胀变形的装置，其特征在于，孔电涡流传感器（8），与工装电涡流传感器（6）安装在同一角度位置，由于两传感器所正对的方向相反，所以两信号实时相...
【专利技术属性】
技术研发人员：盛德恩，孟庆慈，
申请(专利权)人：衡超装试北京科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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