一種轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)動力學(xué)相似測試實驗臺及測試方法
【專利摘要】一種轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)動力學(xué)相似測試實驗臺及測試方法，屬于大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械中轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)振動測試【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的驅(qū)動電機(jī)安裝在底座上，聯(lián)軸器設(shè)置在驅(qū)動電機(jī)的動力輸出軸上；軸承座位于驅(qū)動電機(jī)動力輸出軸的中心軸線上，軸承座設(shè)置在底座上，聯(lián)軸器與軸承座相對應(yīng)；電渦流傳感器位于兩組軸承座之間，電渦流傳感器通過傳感器支架安裝在底座上。其測試方法包括以下步驟：選定研究用的原型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)，通過原型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，確定實驗用的模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)；制造加工出實驗用的模型轉(zhuǎn)軸和模型轉(zhuǎn)盤，選配相應(yīng)支撐剛度的模型軸承；對模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)進(jìn)行測試，通過測試結(jié)果，預(yù)測原型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率、振型及臨界轉(zhuǎn)速。
【專利說明】一種轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)動力學(xué)相似測試實驗臺及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械中轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)振動測試【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種基于動力學(xué)相似理論的轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)動力學(xué)相似測試實驗臺及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)作為燃?xì)廨啓C(jī)、航空發(fā)動機(jī)及壓縮機(jī)等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的重要組成部分，其性能的好壞直接影響大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的整體性能，在實際應(yīng)用過程中，由于轉(zhuǎn)子的偏心、初始彎曲等，轉(zhuǎn)子會在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生振動并伴隨著噪聲，輕則降低設(shè)備的使用壽命及工作效率，重則會造成設(shè)備損壞而引起重大安全事故。
[0003]現(xiàn)階段，轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)振動測試實驗裝置只能實現(xiàn)固有頻率測試，無法測試振型，由于轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)尺寸普遍較大，臨界轉(zhuǎn)速較高，導(dǎo)致高階臨界轉(zhuǎn)速的測試非常困難，而現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)振動測試實驗臺還不夠完善。
[0004]隨著對大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械性能越來越高的要求，大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研發(fā)也逐漸成為熱點，對于大尺寸的轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)，其固有頻率普遍很高，在設(shè)計研究過程中對其直接進(jìn)行實驗，成本高且實驗周期大大延長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)動力學(xué)相似測試實驗臺及測試方法，本發(fā)明不但能夠滿足轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率測試，還可滿足振型的測試，同時能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)高階臨界轉(zhuǎn)速的測試，在結(jié)合動力學(xué)相似理論后，對動力學(xué)相似模型進(jìn)行測試，來預(yù)測轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)原型的振動特性和故障特性，降低了實驗成本，縮短了試驗周期。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)動力學(xué)相似測試實驗臺，包括底座、驅(qū)動電機(jī)、軸承座、聯(lián)軸器、電渦流傳感器及加速度傳感器，所述驅(qū)動電機(jī)通過電機(jī)支座安裝在底座上，聯(lián)軸器設(shè)置在驅(qū)動電機(jī)的動力輸出軸上；所述軸承座為兩組,兩組軸承座均位于驅(qū)動電機(jī)動力輸出軸的中心軸線上,軸承座通過軸承座支座設(shè)置在底座上，聯(lián)軸器與軸承座相對應(yīng)；所述電渦流傳感器位于兩組軸承座之間，電渦流傳感器通過傳感器支架安裝在底座上；所述電渦流傳感器與模型轉(zhuǎn)盤相對應(yīng)，所述加速度傳感器與模型轉(zhuǎn)軸相對應(yīng)，所述軸承座與模型軸承相對應(yīng)。
[0007]在所述底座上設(shè)置有若干T型槽，電機(jī)支座、軸承座支座及傳感器支架均通過T型槽固裝在底座上。
[0008]采用所述的轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)動力學(xué)相似測試實驗臺的測試方法，包括如下步驟:
[0009]步驟一:選定研究用的原型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)，同時記錄下原型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，包括原型轉(zhuǎn)軸、原型轉(zhuǎn)盤及原型軸承的相關(guān)參數(shù)；
[0010]步驟二:根據(jù)動力學(xué)相似原理，通過原型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，確定實驗用的模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)；[0011]步驟三:依照步驟二中確定的模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，制造加工出實驗用的模型轉(zhuǎn)軸和模型轉(zhuǎn)盤，選配相應(yīng)支撐剛度的模型軸承；
[0012]步驟四:對模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)進(jìn)行測試，包括固有頻率測試、振型測試及臨界轉(zhuǎn)速測試:
[0013]I)模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率測試及振型測試
[0014]測試前，先將模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)安裝到實驗臺上，通過模型軸承和軸承座配合安裝，使模型轉(zhuǎn)軸和模型轉(zhuǎn)盤固定在底座上，通過聯(lián)軸器將模型轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動電機(jī)動力輸出軸連接在一起；
[0015]將加速度傳感器等間距固定在模型轉(zhuǎn)軸上，利用激振力錘對模型轉(zhuǎn)軸進(jìn)行敲擊，激振力錘會將敲擊模型轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，并通過計算機(jī)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可得到模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率ωπ和振型； [0016]2)模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速測試
[0017]將傳感器支架調(diào)整到模型轉(zhuǎn)盤側(cè)部，令電渦流傳感器的數(shù)據(jù)采集端正對模型轉(zhuǎn)盤，啟動驅(qū)動電機(jī)，通過驅(qū)動電機(jī)帶動模型轉(zhuǎn)軸和模型轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速從低逐漸增高，在模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)轉(zhuǎn)速逐漸變化過程中，電渦流傳感器不斷的將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，通過計算機(jī)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終得到模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速η? ;
[0018]步驟五:通過對模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)進(jìn)行固有頻率測試、振型測試及臨界轉(zhuǎn)速測試所得的測試結(jié)果，預(yù)測原型模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率、振型及臨界轉(zhuǎn)速。
[0019]步驟二中所述的根據(jù)動力學(xué)相似原理，通過原型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，確定實驗用的模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，具體包括如下步驟:
[0020]步驟A:確定模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中模型轉(zhuǎn)軸尺寸參數(shù)
[0021]模型轉(zhuǎn)軸尺寸參數(shù)相似關(guān)系為:
[0022]λ !=IifflZlip
[0023]λ d=dim/dip
[0024]其中，λi為轉(zhuǎn)軸長度相似比，Iiffl為模型轉(zhuǎn)軸第i階梯段長度，Iip為原型轉(zhuǎn)軸第i階梯段長度，λ d為轉(zhuǎn)軸直徑相似比，dim為模型轉(zhuǎn)軸第i階梯段直徑，dip為原型轉(zhuǎn)軸第i階梯段直徑；
[0025]步驟B:確定模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中模型轉(zhuǎn)軸材料參數(shù)
[0026]模型轉(zhuǎn)軸材料參數(shù)相似關(guān)系為:
[0027]λE=Effl/Ep
[0028]λρ = ρπ/ρρ
[0029]λ , = ym/yp
[0030]其中，λ Ε為轉(zhuǎn)軸彈性模量相似比，Effl為模型轉(zhuǎn)軸彈性模量，Ep為原型轉(zhuǎn)軸彈性模量，λ ρ為轉(zhuǎn)軸密度相似比，P m為模型轉(zhuǎn)軸密度，P p為原型轉(zhuǎn)軸密度，λ μ為轉(zhuǎn)軸泊松比相似比，μ m為模型轉(zhuǎn)軸泊松比，μ p為原型轉(zhuǎn)軸泊松比；
[0031]步驟C:確定模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中模型轉(zhuǎn)盤材料參數(shù)
[0032]模型轉(zhuǎn)盤材料參數(shù)相似關(guān)系為:
[0033]λΕ, =E' m/E/ p
[0034]入p, =P ' m/p ' p[0035]λ ρ , = μ ' m/ μ ' ρ
[0036]其中，λ Ε,為轉(zhuǎn)盤彈性模量相似比，Ε, ?>為模型轉(zhuǎn)盤彈性模量，Ε, ρ為原型轉(zhuǎn)盤彈性模量，λ ρ,為轉(zhuǎn)盤密度相似比，p ' m為模型轉(zhuǎn)盤密度，P ' P為原型轉(zhuǎn)盤密度，λ V為轉(zhuǎn)盤泊松比相似比，μ ' m為模型轉(zhuǎn)盤泊松比，μ ' ρ為原型轉(zhuǎn)盤泊松比；
[0037]步驟D:確定模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中模型轉(zhuǎn)盤尺寸參數(shù)
[0038]模型轉(zhuǎn)盤尺寸參數(shù)相似關(guān)系為:
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)動力學(xué)相似測試實驗臺，其特征在于:包括底座、驅(qū)動電機(jī)、軸承座、聯(lián)軸器、電渦流傳感器及加速度傳感器，所述驅(qū)動電機(jī)通過電機(jī)支座安裝在底座上，聯(lián)軸器設(shè)置在驅(qū)動電機(jī)的動力輸出軸上；所述軸承座為兩組，兩組軸承座均位于驅(qū)動電機(jī)動力輸出軸的中心軸線上，軸承座通過軸承座支座設(shè)置在底座上，聯(lián)軸器與軸承座相對應(yīng)；所述電渦流傳感器位于兩組軸承座之間，電渦流傳感器通過傳感器支架安裝在底座上；所述電渦流傳感器與模型轉(zhuǎn)盤相對應(yīng)，所述加速度傳感器與模型轉(zhuǎn)軸相對應(yīng)，所述軸承座與模型軸承相對應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)動力學(xué)相似測試實驗臺，其特征在于:在所述底座上設(shè)置有若干T型槽，電機(jī)支座、軸承座支座及傳感器支架均通過T型槽固裝在底座上。
3.采用權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)動力學(xué)相似測試實驗臺的測試方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一:選定研究用的原型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)，同時記錄下原型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，包括原型轉(zhuǎn)軸、原型轉(zhuǎn)盤及原型軸承的相關(guān)參數(shù)； 步驟二:根據(jù)動力學(xué)相似原理，通過原型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，確定實驗用的模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)； 步驟三:依照步驟二中確定的模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，制造加工出實驗用的模型轉(zhuǎn)軸和模型轉(zhuǎn)盤，選配相應(yīng)支撐剛度的模型軸承； 步驟四:對模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)進(jìn)行測試，包括固有頻率測試、振型測試及臨界轉(zhuǎn)速測試: 1)模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率測試及振型測試 測試前，先將模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)安裝到實驗臺上，通過模型軸承和軸承座配合安裝，使模型轉(zhuǎn)軸和模型轉(zhuǎn)盤固定在底座上，通過聯(lián)軸器將模型轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動電機(jī)動力輸出軸連接在一起; 將加速度傳感器等間距固定在模型轉(zhuǎn)軸上，利用激振力錘對模型轉(zhuǎn)軸進(jìn)行敲擊，激振力錘會將敲擊模型轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，并通過計算機(jī)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可得到模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率ωπ和振型； 2)模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速測試 將傳感器支架調(diào)整到模型轉(zhuǎn)盤側(cè)部，令電渦流傳感器的數(shù)據(jù)采集端正對模型轉(zhuǎn)盤，啟動驅(qū)動電機(jī)，通過驅(qū)動電機(jī)帶動模型轉(zhuǎn)軸和模型轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速從低逐漸增高，在模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)轉(zhuǎn)速逐漸變化過程中，電渦流傳感器不斷的將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，通過計算機(jī)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終得到模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速η? ； 步驟五:通過對模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)進(jìn)行固有頻率測試、振型測試及臨界轉(zhuǎn)速測試所得的測試結(jié)果，預(yù)測原型模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率、振型及臨界轉(zhuǎn)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測試方法，其特征在于，步驟二中所述的根據(jù)動力學(xué)相似原理，通過原型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，確定實驗用的模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，具體包括如下步驟: 步驟A:確定模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中模型轉(zhuǎn)軸尺寸參數(shù) 模型轉(zhuǎn)軸尺寸參數(shù)相似關(guān)系為:入 l = lim/lip
入 d=dim/dip 其中，λ i為轉(zhuǎn)軸長度相似比，Iiffl為模型轉(zhuǎn)軸第i階梯段長度，Iip為原型轉(zhuǎn)軸第i階梯段長度，λ d為轉(zhuǎn)軸直徑相似比，dim為模型轉(zhuǎn)軸第i階梯段直徑，dip為原型轉(zhuǎn)軸第i階梯段直徑； 步驟B:確定模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中模型轉(zhuǎn)軸材料參數(shù) 模型轉(zhuǎn)軸材料參數(shù)相似關(guān)系為:
、E=EnZEp
λ P = pm/pp
入 U = μ m/ μ P 其中，λ E為轉(zhuǎn)軸彈性模量相似比，Effl為模型轉(zhuǎn)軸彈性模量，Ep為原型轉(zhuǎn)軸彈性模量，λ ρ為轉(zhuǎn)軸密度相似比，Pm為模型轉(zhuǎn)軸密度，Pp為原型轉(zhuǎn)軸密度，λ μ為轉(zhuǎn)軸泊松比相似t匕，μ m為模型轉(zhuǎn)軸泊松比，μ p為原型轉(zhuǎn)軸泊松比； 步驟c:確定模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中模型轉(zhuǎn)盤材料參數(shù) 模型轉(zhuǎn)盤材料參數(shù)相似關(guān)系為: λΕ, =E' m/E/ p λ P, = P , Jp ' p 入 u' = μ ' J y ' p 其中，λ E,為轉(zhuǎn)盤彈性模量相似比，E, 模型轉(zhuǎn)盤彈性模量，E, 5為原型轉(zhuǎn)盤彈性模量，λ Ρ,為轉(zhuǎn)盤密度相似比，P , m為模型轉(zhuǎn)盤密度，P , p為原型轉(zhuǎn)盤密度，K'為轉(zhuǎn)盤泊松比相似比，μ ’ m為模型轉(zhuǎn)盤泊松比，μ ’ ρ為原型轉(zhuǎn)盤泊松比； 步驟D:確定模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)中模型轉(zhuǎn)盤尺寸參數(shù) 模型轉(zhuǎn)盤尺寸參數(shù)相似關(guān)系為:
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測試方法，其特征在于，步驟五中所述的通過對模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)進(jìn)行固有頻率測試、振型測試及臨界轉(zhuǎn)速測試所得的測試結(jié)果，預(yù)測原型模型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率、振型及臨界轉(zhuǎn)速，具體預(yù)測方法如下: 1)確定原型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率 原型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率計算關(guān)系式為:
【文檔編號】G01M7/02GK103940564SQ201410146027
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】羅忠, 陳廣凱, 李建章, 陳曉兵, 王菲, 于清文 申請人:東北大學(xué)