[发明专利]气动涡轮驱动式双转子试验台

说明书

本发明公开了气动涡轮驱动式试验台，包括转子系统、动力系统、润滑系统、测试系统、安全系统，内外转子之间有中介轴承，外转子采用气动涡轮驱动，控制系统为反馈控制系统，由压缩空气带动安装于外转子上的气动涡轮驱动，空压机提供的压缩空气进入稳压箱后，流经调压阀后再流出喷嘴冲击气动涡轮，驱动其旋转，由转速变送器检测出外转子转速后，反馈至转速控制器，通过控制调压阀的开度调节压缩气体流量进而控制外转子的转速，在支撑结构中采用了鼠笼弹性支撑以及弹性环式挤压油膜阻尼器相结合的结构来增加转子稳定性，本装置可用于内、外转子相耦合的双转子–支承系统动力特性的试验研究以及用于航空发动机及其转子系统振动故障的模拟和研究。

技术领域

本发明涉及一种气动涡轮驱动式双转子试验台，属于转子动力学试验技术领域。

背景技术

航空发动机是一种非常复杂和精密的热力机械。它被称作飞机的心脏，决定了飞机的性能、可靠性以及经济性。因为航空发动机结构非常复杂，维护起来较为困难，所以非常容易发生故障，许多飞机事故都是由航空发动机故障所导致的。而在发动机故障当中有很大一部分是由于发动机转子振动引起的，研究表明发动机转子的高速旋转所形成的激振源是激起发动机整机振动的重要原因，因此解决发动机转子系统振动故障是航空发动机研发过程中非常重要的环节。

在航空发动机转子系统振动故障的研究过程中试验研究是相当重要的辅助手段，它为航空发动机的研发提供了大量的实验数据。在试验研究中采用实际发动机进行实验的费用较高，而且还具有很大的风险性，因此许多试验研究都是采用转子试验台来进行振动故障的模拟以及研究的。现代航空发动机普遍为双、多转子结构，为简化发动机结构、减轻发动机重量部分发动机采用了带轴间轴承的双转子结构，因此相应的转子试验台具有单转子和双转子以及多转子的类型。

国外的转子试验台很多是根据某具体型号的航空发动机以及所要研究故障类型设计的，其转子实验台的结构以及尺寸更加接近实际航空发动机转子系统的形状和尺寸，因此试验台具有较高的相似性，其超临界转速的工作转速也较高，可用来解决实际问题。德国柏林大学的双转子试验台根据某具体航空发动机而设计，它的内外转子采用合金钢制造，尺寸与实际发动机转子系统较为接近，转动惯量与实际发动机基本一致，几乎可模拟出实际航空发动机的所有力学特征。在驱动方式方面，内外转子都采用的是皮带驱动。外转子工作转速为12500r/min，转速较高因此轴承采用航空专用轴承，内转子工作转速为6000r/min，转速较低采用了性能较好的深沟球轴承。

国内用来模拟航空发动机转子系统不平衡的转子试验台大多都不是根据具体发动机的型号设计的，而且其中单转子试验台较多。具有较完整双转子试验台的大学有南京航空航天大学、西北工业大学、海军工程大学以及清华大学等。南京航空航天大学的双转子试验台采用现在较为普遍的驱动方式，内转子由电机驱动，外转子由皮带驱动，外转子与内转子之间安装中介轴承来传递速度差，支撑结构带有鼠笼弹性支撑，主要用来进行转子动力学特性的分析。西北工业大学的内外转子都是由电机直接驱动的。清华大学和海军工程大学双转子试验台的驱动方式和南京航空航天大学一致，都是内转子由电机驱动，外转子由皮带驱动。这种驱动方式在现在国内双转子试验台运用最为普遍。

通过轴间轴承相耦合的双转子支承系统的动力学特性与单转子系统存在较大的差异，而现有的转子系统动力特性试验设备通常针对单转子系统设计，无法进行双转子结构动力特性试验研究。随着我国航空业的进一步发展，必须建设专门的双转子试验台开展双转子结构试验研究，从而更好的模拟发动机转子实际工作状态，并获取准确的试验数据。本发明提出的气动涡轮驱动式双转子试验台通过机械结构相似性以及动力学相似性进行设计，外转子驱动提出了气动涡轮驱动的方式，可用于内、外转子相耦合的双转子–支承系统动力特性(诸如临界转速、振型以及支承的阻尼和减振特性等)的试验研究、单、双转子系统振动主动控制试验研究以及用于航空发动机及其转子系统振动故障的模拟和研究。

发明内容