[发明专利]多场耦合作用下转子非线性动力学特性模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及转子动力学特性模拟实验系统，特别是一种多场耦合作用下转子非线性动力学特性模拟实验装置。

背景技术

近年来，在航空航天、车载舰船和分布式能源等领域的涡轮动力系统中，普遍存在以提高轴系运行转速为核心，使动力装置逐步向高转速、高功率比、高推重比和微型化、集成化、功能化、智能化方向发展的趋势。随着轴系转速的不断提高，系统的轻结构、大柔性特征逐渐凸显，使得转子更容易出现非线性运动耦合失稳现象。因此，如何揭示转子非线性动力学响应机理和有效地控制轴系的非线性振动成为制约高速柔性轴系及其动力装置发展的关键问题之一。

微型燃气轮机及高速永磁电机的典型轴系结构之一为气体轴承支承的单跨永磁柔性转子结构。其典型特点是采用气体轴承支承，在超临界、强磁场耦合、多变机动状态、多振源干扰下运行，因此其动力学问题特别复杂与突出，尤其是在采用气体轴承实现转子高转速运行时，转轴的涡动和柔性变形与轴承、磁场耦合效应、多变机动工况效应会使系统的动力学行为与稳定性变得异常复杂。因此有必要结合微型燃气轮机及高速永磁电机转子结构特点，设计一种多场耦合作用下转子非线性动力学特性模拟实验装置，为多场耦合作用下转子的动力学理论计算提供较好的参考数据及实验支撑。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是针对微型燃气轮机及高速永磁电机转子轴系的结构特点，提供一种多场耦合作用下转子非线性动力学特性模拟实验装置，对转子在气体轴承支承作用下、气-弹耦合作用下、气-弹-磁多场耦合作用下、多种激励力作用下、多变机动状态下的转子非线性动力学特性的模拟，从而为微型燃气轮机及高速永磁电机转子系统动力学仿真计算提供实验参考依据。

(二)技术方案

本发明提供了一种多场耦合作用下转子非线性动力学特性模拟实验装置，包括：轴承-转子系统实验台本体单元、非线性振动测试单元、激振装置、橡胶隔振器主动控制装置和控制分析单元；所述轴承-转子系统实验台本体单元，用于安装永磁转子；所述激振装置，用于提供激振力；所述橡胶隔振器主动控制装置，用于模拟实验装置的可变机动状态；所述非线性振动测试单元，用于检测永磁转子的参数；所述控制分析单元，用于分析转子非线性动力学特性。

在本发明的一些实施例中，所述轴承-转子系统实验台本体单元包括：实验台基座、转子底座、第一气体轴承座第二气体轴承座、定子线圈座定子线圈、气体径向-止推联合轴承、气体止推轴承、气体径向轴承、驱动叶轮、蜗壳和中间体；所述转子底座安装于所述实验台基座上，所述转子底座上安装有所述第一气体轴承座、第二气体轴承座和定子线圈座；所述气体径向-止推联合轴承、气体止推轴承安装于所述第一气体轴承座，所述气体径向轴承安装于所述第二气体轴承座，所述定子线圈固定在所述定子线圈座；所述永磁转子贯穿定子线圈座，与所述定子线圈组成发电机，永磁转子安装于气体径向-止推联合轴承和气体径向轴承，并安装于气体止推轴承，其一端安装驱动叶轮，蜗壳通过中间体固定在第一气体轴承座上。

在本发明的一些实施例中，所述橡胶隔振器主动控制装置包括：橡胶隔振器和主动控制器；所述实验台基座通过橡胶隔振器支撑于地面，所述橡胶隔振器连接主动控制器，所述主动控制器连接控制分析单元，所述主动控制器控制橡胶隔振器的刚度及阻尼特性。

在本发明的一些实施例中，所述非线性振动测试单元包括：电涡流位移传感器、加速度传感器、激光转速传感器和振动采集仪；两个电涡流位移传感器成对布置于第一气体轴承座一侧，两个电涡流位移传感器成对布置于第二气体轴承座一侧，用于测量永磁转子的水平方向和垂直方向的动力学响应；两个加速度传感器分别黏贴在第一气体轴承座和第二气体轴承座上，用于测量永磁转子的加速度；激光转速传感器布置于第二气体轴承座一侧，用于测量永磁转子的旋转速度；电涡流位移传感器、加速度传感器、激光转速传感器连接振动采集仪，振动采集仪连接控制分析单元。

在本发明的一些实施例中，所述激振装置包括：激振器、载荷单元和力传感器；激振器通过载荷单元作用在第二气体轴承座上。

在本发明的一些实施例中，还包括30kW负载箱，通过电缆连接发电机，30kW负载箱连接控制分析单元。

在本发明的一些实施例中，橡胶隔振器的数量为至少四个。

在本发明的一些实施例中，电涡流位移传感器的数量为至少四个；加速度传感器的数量为至少两个；激光转速传感器的数量为至少一个。

在本发明的一些实施例中，力传感器为电阻应变式压力传感器。

在本发明的一些实施例中，控制分析单元为计算机。