一種超導轉子靜平衡檢測裝置及其檢測方法
【專利摘要】一種超導轉子靜平衡檢測裝置及其檢測方法，包括檢測工裝（5）和六孔側吹式靜壓氣浮軸承（6）；所述的六孔側吹式靜壓氣浮軸承（6）位于所述檢測裝置的最下方，支撐檢測工裝（5）；所述的檢測工裝（5）位于六孔側吹式靜壓氣浮軸承（6）的氣浮腔內；待檢測的特殊結構的超導轉子（4）置于檢測工裝（5）的薄壁半球腔（7）內。通過連續(xù)、穩(wěn)定的氣浮方式，測量固定于不同質量的檢測工裝上的待檢測超導轉子（4）的不平衡方位角、θ，計算得到待檢測超導轉子（4）自身的不平衡量。
【專利說明】一種超導轉子靜平衡檢測裝置及其檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超導轉子靜平衡檢測的設備及其檢測方法，特別涉及一種用于特殊結構超導轉子靜平衡檢測的裝置及其檢測方法。
【背景技術】
[0002]轉子的質量不平衡是指轉子質心和轉子的幾何中心不重合。在轉子旋轉過程中，該不平衡質量會產生不平衡力矩，使轉子產生振動從而造成慣性系統(tǒng)中轉子的漂移，降低儀表精度，這是精密儀表所不允許的。因此精確測量轉子不平衡量再調整轉子的質量分布使不平衡量達到一定的精度要求是很有必要的。
[0003]超導轉子不平衡量的產生有兩方面的因素:(I)由轉子材料、組織不均勻等形成的不平衡量，如由于材料加工、熱處理、焊接等造成的密度不均勻、組織缺陷、組織微結構不一致等；(2)由轉子加工誤差形成的不平衡量，如轉子加工處理過程中存在的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等。
[0004]轉子的平衡精度采用偏心距指標衡量，偏心距是一個向量，其大小定義為單位質量的轉子質心偏離形心的距離，單位為米，其方向從轉子外球面球心指向轉子質心?？梢?，測定超導轉子的平衡精度包含兩個內容，即不僅要確定轉子不平衡量的大小，還要確定其方位。
[0005]傳統(tǒng)的靜平衡測試法都難以適用或達不到足夠的平衡精度。采取三點支撐傳感器稱重的方式也可以對該轉子進行測量，但是，這種裝置是對運行中有固定空間回轉軸的轉子進行軸對稱靜平衡測量，測出的偏心位置是相對于回轉軸的，是過垂直于回轉軸投影面的二維靜平衡，而對相對于球心有三維空間靜平衡要求的球形轉子的測量無能為力；其次三點式平衡測量對三個傳感器安裝位置精度、自身加工精度和彈性應變線性度的統(tǒng)一性要求很高。質量小、球體帶有小平臺和圓柱孔，其特殊的結構和工作環(huán)境的特殊性，決定了這種超導轉子不能采用傳統(tǒng)測量靜平衡的方法。
[0006]特殊結構超導轉子的靜平衡可以采用簡單的氣浮測量法[高霏，王暉，胡新寧，王秋良.不完整球形超導轉子靜平衡的氣浮測量方法.光學精密工程，2012，20
[7]:1566-1572]，但通過拍照、劃線等方式確定角度大小，精度偏低，不能滿足超導轉子高精度平衡測定的需要。
[0007]三點拾取法是測量轉子不平衡量方位角的一種方法。三點拾取法是利用相互間隔120°的三個電渦流位移傳感器采集轉子位移信息，所述的三個電渦流位移傳感器與檢測工裝的薄壁半球腔球心距離為R。設三個電渦流位移傳感器的初始示數(shù)為WcilWci2-ci3 ;轉子氣浮后，在重力的作用下自由偏轉。轉子停止擺動后，位移傳感器的示數(shù)分別為W1, W2, W3;此時轉子端面的法向向量為:
[0008]
【權利要求】
1.一種超導轉子靜平衡檢測裝置，其特征在于，所述的檢測裝置包括檢測工裝(5)和六孔側吹式靜壓氣浮軸承(6);所述的六孔側吹式靜壓氣浮軸承(6)位于所述檢測裝置的最下方，支撐檢測工裝(5);所述的檢測工裝(5)位于六孔側吹式靜壓氣浮軸承(6)的氣浮腔內；待檢測的特殊結構的超導轉子(4)置于檢測工裝(5)的薄壁半球腔(7)內。
2.按照權利要求1所述的超導轉子靜平衡檢測裝置，其特征在于，所述的檢測工裝(5)由薄壁半球腔(7)、凸臺(8)和環(huán)形端面(9)組成；薄壁半球腔(7)，凸臺(8)和環(huán)形端面(9)三者具有同軸性；所述的凸臺(8)為圓柱形，位于薄壁半球腔(7)底部的中央；環(huán)形端面(9)作為待檢測的超導轉子的端面的延展面，與薄壁半球腔(7)相連接，環(huán)形端面(9)的表面與待檢測超導轉子(4)的赤道面為同一平面；薄壁半球腔(7)與六孔側吹式靜壓氣浮軸承(6)相配合，實現(xiàn)待檢測的超導轉子(4)氣浮擺動；待檢測的超導轉子(4)的中心孔套在凸臺(8)上，凸臺(8)的外圓柱面與超導轉子(4)的中心管相配合；凸臺(8)對超導轉子(4)進行定位:檢測工裝(5)的中心軸線與超導轉子(4)的中心軸線重合。
3.按照權利要求1所述的超導轉子靜平衡檢測裝置，其特征在于，三個電渦流位移傳感器(10、11、12)相互間隔120°置于所述的檢測工裝(5)的環(huán)形端面(9)下表面，與六孔側吹式靜壓氣浮軸承(6)相對；三個電渦流位移傳感器(10、11、12)與檢測工裝(5)的薄壁半球腔(7)球心距離為R。
4.按照權利要求1所述的超導轉子靜平衡檢測裝置，其特征在于，所述的待檢測的特殊結構的超導轉子(4)為薄壁空心非完整球形轉子，在薄壁球殼正中穿有一個中心管，該中心管的回轉軸線過轉子外球面的球心；中心管的一端開口在所述超導轉子表面形成孔口(2)，另一端封閉形成端面，旋轉時，中心管的端面在上，孔口(2)在下；中心管的中部有四個對稱分布的窗口(3)，四個 窗口的對稱中心線與轉子球心在同一個平面內，并且該平面垂直于中心管的回轉軸線。
5.應用權利要求1所述的裝置檢測特殊結構超導轉子不平衡量的方法，其特征在于，所述的檢測方法是將待檢測超導轉子(4)的中心孔套入檢測工裝(5)的凸臺(8)上，控制待檢測超導轉子(4)總的不平衡量的方位靠近待檢測超導轉子的中心軸線，稱量裝配有待檢測超導轉子(4)的檢測工裝(5)的總重量；由六孔側吹式靜壓氣浮軸承(6)實現(xiàn)檢測超導轉子(4)的連續(xù)、穩(wěn)定氣??；將同一個待檢測超導轉子(4)分別與兩套不同質量的檢測工裝裝配，測定安裝在不同質量的檢測工裝上的待檢測超導轉子(4)的不平衡量方位角口和0，計算得到待檢測超導轉子(4)自身不平衡量的大小和方位；所述的方位角0為檢測工裝的環(huán)形端面與Z軸的夾角，所述的方位角0為環(huán)形端面在水平面上的投影與X軸的夾角。
6.按照權利要求5所述的檢測特殊結構超導轉子不平衡量的方法，其特征在于，所述的檢測方法的步驟如下: (1)首先計算得出兩套不同質量的檢測工裝的質心分別為和r2，兩套檢測工裝質心之間的距離r = Ir1-1r21 ； (2)將同一個待檢測超導轉子(4)分別安裝在兩套不同質量的檢測工裝(5)上；稱量裝有超導轉子(4)的第一套檢測工裝的質量為Hi1，裝有超導轉子(4)的第二套檢測工裝的裝配質量為m2,兩套裝有超導轉子(4)的檢測工裝的質量差為Am= In1-1n2 ； (3)測量時，將超導轉子(4)安裝在第一套檢測工裝上，放置于六孔側吹式靜壓氣浮軸承(6)內，使用圓柱度儀調整待檢測超導轉子(4)的端面，使待檢測超導轉子(4)處于水平狀態(tài)；此時記錄下三個電潤流位移傳感器(10、11、12)的示數(shù)為Wcil, Wci2, Wci3 ;打開氣源，向六孔側吹式靜壓氣體軸承(6)通入氣體，使待檢測超導轉子(4)處于氣浮狀態(tài)，觀察待檢測超導轉子(4)浮起后的擺動情況；輕微地觸動待檢測超導轉子(4)，觀察待檢測超導轉子(4)的擺動情況，若待檢測超導轉子(4)連續(xù)、穩(wěn)定地小幅擺動，即表明待檢測超導轉子(4)實現(xiàn)了連續(xù)、穩(wěn)定的氣?。划敶龣z測超導轉子(4)停止擺動后，待檢測超導轉子(4)的質心垂直向下，此時記錄三個電渦流位移傳感器(10、11、12)的示數(shù)為Wl，w2, w3;根據(jù)三點拾取法即可得出此時待檢測超導轉子(4)的不平衡量的方位角隊和0 方位角隊為第一套檢測工裝的環(huán)形端面與Z軸的夾角，方位角0:為第一套檢測工裝環(huán)形端面在水平面上的投影與X軸的夾角； (4)將待檢測超導轉子(4)安裝在另外一套檢測工裝上，此檢測工裝與上一套測量工裝形狀相同，環(huán)形端面厚度不同，因而質量不同；采用與所述步驟(3)相同的操作方法得出此時不平衡量的方位角於、6 2，方位角約為第二套檢測工裝的環(huán)形端面與Z軸的夾角，方位角9 2為第二套檢測工裝環(huán)形端面在水平面上的投影與X軸的夾角； (5)根據(jù)偏心距計算公式可得:
【文檔編號】G01M1/12GK103439051SQ201310376715
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權日:2013年8月26日
【發(fā)明者】高霏, 王暉, 王秋良, 胡新寧, 崔春艷, 劉建華 申請人:中國科學院電工研究所