[发明专利]气动涡轮驱动式双转子试验台

摘要

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。

主权项

1.气动涡轮驱动式试验台，其特征在于：该试验台包括转子系统、动力系统、润滑系统、测试系统和安全监测系统；转子结构为靠中介轴承(5)传递转速的双转子形式，采用整体式支撑装置(2)安装于T型钢支架(6)上，内转子(3)由三套支撑装置(2)和中介轴承(5)支撑并由电机驱动，每个外转子(4)均由一套支撑装置(2)和中介轴承(5)支撑并由气动涡轮驱动；每套支撑装置(2)都采用鼠笼弹性支撑(20)和弹性环式挤压油膜阻尼器(17)相结合的减振结构；碰磨装置(1)使得内壁为锥形的碰磨内环(27)发生局部和整体形变或使碰磨内环(27)发生轴向位移，进而改变叶轮与碰磨内环之间整体和局部的间隙大小；试验台的供油对象为支撑装置(2)中的轴承(18)的润滑与冷却供油与弹性环式挤压油膜阻尼器(17)的油膜供油；试验台运行时，通过不同传感器实时监测进出润滑油的各个参数以及内外转子的动态特性参数，来获取试验数据并保证试验台安全运行；通过模拟机匣的筒体以及外保护罩罩住转子系统，将试验台放置在单独的房间来保证试验台运转时的安全；转子系统中的内转子(3)和外转子(4)之间安装有中介轴承(5)；内转子(3)包括内转子轴(9)、风扇轮盘(7)、低压压气机轮盘(8)和低压涡轮轮盘(10)；风扇轮盘(7)与转子轴(9)之间采用螺钉连接，方便更换，低压压气机轮盘(8)和低压涡轮轮盘(10)通过涨紧套安装在内转子轴(9)上，以实现轴向位置可调；外转子(4)包括外转子轴(12)、高压压气机轮盘(11)以及高压气动涡轮(13)；外转子轴(12)为一空心转轴，高压压气机轮盘(11)与外转子轴(12)之间采用轮毂连接，通过高压气体驱动高压气动涡轮(13)实现外转子(4)的转动；风扇轮盘(7)、低压压气机轮盘(8)和低压涡轮轮盘(10)以及高压压气机轮盘(11)周边分布都分布有不平衡孔，通过不平衡孔模拟多种不平衡故障现象；动力系统包括驱动内转子(3)和驱动外转子(4)两部分；采用电机–增速器驱动转子系统中的内转子(3)，由交流电动机通过高速齿轮箱带动内转子(3)高速转动，交流电动机由ABB变频器控制；转子系统中的外转子(4)采用气动涡轮驱动，由压缩空气带动安装于外转子(4)上的高压气动涡轮(13)，通过调节安装在外转子(4)的气动涡轮空气流量控制、调整外转子(4)的转速；压缩空气由空压机提供，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，驱动外转子(4)旋转；外转子(4)的转速由转速变送器检测后，转速传感器将转速数据反馈至转速控制器，通过控制调压阀的开度控制压缩气体流量进而调节外转子(4)的转速；控制系统为反馈控制系统，当外界干扰使得系统的转速发生变化时，转速信息反馈至系统输入端与设定转速比较并得到偏差信号，经过控制器及调节阀影响压缩气体流量来消除转速的变化；内外转子通过支撑装置(2)整体悬空安装在T型钢支架(6)上；内转子(3)通过三套均匀分布的支撑装置(2)上实现三点支撑；外转子(4)由两点支撑，一点支撑由支撑装置(2)提供，另一点支撑由中介轴承(5)提供；在支撑装置(2)中采用了鼠笼弹性支撑(20)以及弹性环式挤压油膜阻尼器(17)相结合的结构，由于部件较多，故将支撑装置(2)组合为一个整体结构；润滑系统的供油对象包括支撑装置(2)和中介轴承(5)供油；每套支撑装置有两个供油部位，一个是弹性环式挤压油膜阻尼器(17)的油膜供油，另一个是轴承(18)在高速转动时的润滑和冷却供油；中介轴承(5)的润滑油通过油管直接喷淋到轴承处；支撑装置(2)内部存在油路，每套支撑装置(2)中包含一个弹性环式挤压油膜阻尼器油膜供油口，四个轴承润滑与冷却供油口以及一个滑油出口；外部油路包括进油油路和出油油路，两台油泵分别安装在两条油路上，进油管路和出油管路都使用不锈钢管道，出油管道直径较大；进油管路与中介轴承(5)供油管以及各个支撑装置(2)油膜滑油入口和轴承润滑与冷却滑油入口相连；中介轴承(5)供油管处以及每个支撑装置(2)的润滑与冷却滑油总入口和油膜滑油入口都安装有阀门，总进油管路上安装有温度传感器，油膜滑油入口处安装有压力传感器，轴承润滑与冷却滑油总入口处安装压力传感器以及流量传感器，中介轴承(5)供油管处安装压力传感器以及流量传感器；出油管路中的油泵负责将油抽出，出油管路中各个润滑油出口支路安装有温度传感器以及油品分析传感器；测试系统主要有两部分：一个是转子系统的动态特性参数，另一个是滑油系统的各个参数；测试系统由数据采集系统、振动传感器以及用于试验数据处理及模型修正的转子动力学分析软件构成；测试系统测量并记录转子的临界转速、振型、轴心轨迹、稳态响应、瞬态响应、不平衡量等；测试参数有振动加速度、速度、位移、应变、转速、轴承温度、油膜压力；系统配套相应的位移、加速度、温度、流量、油膜压力、油品分析传感器及配套信调；用于采集试验转子动态特性参数的数据采集系统硬件技术指标为：转速通道：2CH；采集通道数：32路；精度：24位；动态范围：120dB；信号带宽：40kHz；实时分析带宽20kHz；采样频率：204kHz；安全监测系统通过各个传感器以及信号采集系统实时监测转子的运行情况，传感器类型包括温度传感器、压力传感器、流量传感器和油品分析传感器；监测包括内外转子的转速和振动以及润滑油的压力、温度和油品特性数据，一旦发现转子系统超速、振动过大或者润滑油温度过高、铁素量超标，立即停止试验；双转子试验台用来模拟机匣的圆形筒体具有一定的防护作用；在双转子试验台上安装较厚的保护罩，将转子试验器整个罩住，使得它与周围环境相隔离使双转子试验台与操作人员隔离开；将双转子试验台安装在一个独立的房间内，房间一侧安装钢化夹层玻璃，操作人员在外面进行试验的操作。