[发明专利]一种磁悬浮轴承转子系统中预测热弯曲振动的方法

说明书

本发明公开了一种磁悬浮轴承转子系统中预测热弯曲振动的方法，首先确定磁悬浮轴承转子系统，结合磁悬浮轴承的支承特性得到转子的不平衡响应；然后结合电控系统的特点，利用不平衡响应求得转子轴颈上的铁损分布，并利用铁损分布得到转子的温度分布及热变形；接着使用热‑结构耦合的方法，结合转子的热变形、得到转子的热弯曲‑不平衡耦合振动；最后利用转子的热弯曲‑不平衡耦合振动，不断更新条件，重复迭代，直到振动收敛或发散。在所有工作转速范围内重复该过程，能够预测磁悬浮轴承转子系统中热弯曲振动及其变化过程，并由此判断热弯曲振动对系统的影响。本发明得到的结果可为磁悬浮系统的转子结构设计、动力学设计和电控系统设计提供参考。

技术领域

本发明涉及磁悬浮轴承领域，尤其涉及一种磁悬浮轴承转子系统中预测热弯曲振动的方法。

背景技术

在磁悬浮轴承-转子系统中，由于磁悬浮轴承的工作原理及特点，可能会出现转子轴颈铁损集中，引起温度分布，进而引起热弯曲振动。热弯曲振动又会影响铁损集中、温度分布的程度，进而行成一个闭环反馈，引起振动幅值与相位的变化与波动，影响设备性能。

然而，目前对磁悬浮转子的研究多集中在模态分析、强度分析和振动抑制方面，常规的电磁分析通常认为铁损为均匀分布，实践中对磁悬浮转子的结构设计和动力学设计也没有考虑到铁损集中而产生的热弯曲振动。因此无法在设计时排除或避免热弯曲振动。另外，目前对于转子热弯曲振动的研究多是从故障诊断、出现热弯曲之后的振动特点和影响因素出发，鲜有从热弯曲振动对温度分布的影响这一方面入手，分析热弯曲振动变化过程的研究。

因此，在磁悬浮转子系统中，结合磁悬浮系统的特点，预测转子可能出现的热弯曲振动具有十分重要的意义。同时，研究磁悬浮转子热弯曲振动的特点及变化过程也可为实现振动抑制，排除热弯曲故障提供指导。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种磁悬浮轴承转子系统中预测热弯曲振动的方法。首先结合磁悬浮轴承支承特性，计算转子的不平衡响应。然后利用不平衡响应，结合磁悬浮轴承的工作原理与特点，得到转子轴颈铁损分布。再利用铁损作为热源，得到转子的温度分布和热变形，建立温度作用下转子振动方程，求解得到热弯曲-不平衡耦合响应。最后利用热弯曲-不平衡耦合响应，得到新的铁损分布、温度分布、热变形和振动响应，并使用迭代计算的方法，不断更新计算条件，直到振动收敛或发散，进而得到热弯曲-不平衡耦合振动的变化过程。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种磁悬浮轴承转子系统中预测热弯曲振动的方法，包括如下步骤；

步骤1)，确定磁悬浮轴承转子系统，所述磁悬浮轴承转子系统包括定子结构及其参数、转子结构及其参数、控制规律、电控系统及其参数；

步骤2)，结合控制规律下磁悬浮轴承的支承特性，求解转子的稳态不平衡响应；

步骤3)，利用稳态不平衡响应的振动求解转子轴颈位置硅钢片零件的铁损耗；

步骤4)，利用铁损耗求得转子的温度分布；

步骤5)，利用转子温度分布求解转子热变形；

步骤6)，利用转子温度分布和热变形求解不平衡量与热弯曲耦合响应；

步骤7)，重复步骤3)至步骤6)，直到振动收敛或发散，以预测转子的热弯曲振动，并根据热弯曲振动幅值判断其对系统的影响。

作为本发明一种磁悬浮轴承转子系统中预测热弯曲振动的方法进一步的优化方案，所述步骤2)中磁悬浮轴承的支承特性包括等效刚度和等效阻尼；

令磁悬浮轴承控制规律为：

其频域表达式为：