[发明专利]一种磁悬浮转子高精度现场动平衡方法

说明书

技术领域

本发明属于磁悬浮转子的技术领域，具体涉及一种磁悬浮转子高精度现场动平衡方法，用于磁悬浮刚性转子现场动平衡，尤其适用于所有特性参数未知的磁悬浮刚性转子。

背景技术

电磁轴承是利用电磁力使轴承稳定悬浮起来且轴心位置可以由控制系统控制的一种新型轴承。和传统轴承相比，具有容许转速高、无机械磨损、无需润滑、可主动控制、可进行状态监控等优点，是高精度、长寿命高速转子系统的理想支承方式。

转子在加工、制造和装配等过程中，因材料特性不一致、加工、装配误差，会导致转子存在不平衡质量。当转子旋转时，不平衡产生离心扰动力，扰动力传递到基座上，产生振动和噪声，降低了设备使用寿命。对于磁悬浮转子而言，过大的不平衡还会引起磁轴承功耗的增加，甚至在高速时引起功率放大器电流饱和以及磁轴承磁饱和。

因为磁轴承具有主动控制能力，现有技术中有能够抑制磁悬浮转子系统在高速旋转时产生的不平衡振动方法，控制转子绕惯性轴旋转。然而只有在旋转体的不平衡质量在一定范围内时，位移振幅才能满足长期运行的国际标准。当转子存在较大不平衡质量时，不平衡振动抑制方法的效果也会不佳，甚至系统无法在额定转速下长期稳定运行。

现场动平衡方法通过测试转子的不平衡量，然后校正转子的质量分布，使得转子的惯性轴与几何轴重合，从根本上消除不平衡扰动。很显然，如果现场动平衡的精度足够高，磁悬浮转子将绕几何轴旋转，消除振动和噪声，而且这是与使用何种磁悬浮控制算法无关的。理论上讲，在满足刚性转子条件下的任一转速下进行动平衡均可保证转子在整个刚性转速范围内是平衡的。另外，一旦做好动平衡，就不再需要特殊的控制器，对于那些在长期运行过程中转子不平衡变化较小的磁悬浮旋转设备而言，现场动平衡是个一劳永逸的消除振动的方法。

现在市面上通用的现场动平衡仪通过两次试重测算各平衡盘上试重质量的影响因数，用振动传感器检测旋转设备机壳振动信息与用光电探头检测转子绝对位置信息，进而计算不平衡响应的幅值和角度。磁悬浮设备本身所具有的位移传感器、电流传感器和角位置传感器为在其上进行高精度动平衡提供了很好的检测条件，不需要增加任何仪器设备，节省成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术中磁悬浮转子系统动平衡方法步骤繁琐、精度较差的缺陷，对一个特性参数未知的磁悬浮转子系统，在无需使用动平衡机的情况下，提供一种可直接对此未知系统的不平衡转子进行高精度现场动平衡操作，步骤简单、效率高，且此动平衡方法成本极低。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种磁悬浮转子高精度现场动平衡方法，其特征在于，首先，建立磁悬浮转子绕几何轴旋转时校正质量与径向四通道同频控制电流的关系；然后，分别在平衡面A、平衡面B、平衡面A和平衡面B进行三次试重，每次加重后都升速到相同转速，使磁悬浮转子实现绕几何轴旋转的情况下，测量并提取径向四通道的同频控制电流；最后，计算出校正质量的大小和位置，在平衡面A和平衡面B上进行相应的不平衡质量的动平衡操作。

具体实现步骤如下：

(1)建立转子绕几何轴旋转时校正质量与径向四通道同频控制电流的关系；

在转速Ω下，平衡面A的校正质量m_ca和平衡面B的校正质量m_cb对应的力和力矩等价于当转子绕几何轴旋转时的径向磁轴承力和力矩，校正质量与同频电流的等价关系式表示为：

其中r_a为平衡面A的校正质量的轴心距、r_b为平衡面B的校正质量的轴心距，k_ia为磁轴承A的电流刚度、k_ib为磁轴承B的电流刚度，i_ma为磁轴承A的同频控制电流、i_mb为磁轴承B的同频控制电流，L₁为平衡面A到磁轴承A的距离、L₃为平衡面B到磁轴承B的距离、l_am为磁轴承A到质心的距离、l_bm为磁轴承B到质心的距离。

由校正质量与同频电流的等价关系表达式可知，校正质量只与平衡面A、平衡面B、磁轴承A和磁轴承B四者的相对距离有关，而与相对位置无关。

(2)为了求解校正质量，需在预设转速Ω下实现转子绕几何轴旋转，测量并提取径向磁轴承的同频电流；