[发明专利]一种热弯曲转子瞬态振动控制实验台

说明书

技术领域

本发明涉及转子动力学相关技术领域，具体涉及一种热弯曲转子瞬态振动控制实验台。

背景技术

长期以来，先进航空发动机转子的设计与研制技术一直是制约我国航空工业发展的瓶颈。转子-滚动轴承系统作为航空燃气轮机的核心部件，不仅需要能在高温、高速和高负荷的条件下安全服役，还要能在频繁启停、加速等瞬态工况下稳定工作。在航空发动机停机冷却过程中，机匣内因自然对流，热空气上升，冷空气下降，使转子受热不均匀而发生热弯曲，当转子以一定的角加速度启动时，热弯曲转子会产生瞬态振动，转子的热弯曲量直接影响转子的瞬态振动量。

以往这类问题的研究主要是针对热弯曲转子瞬态振动的理论计算，缺少热弯曲转子瞬态振动控制实验台，加之航空发动机转子轴结构复杂，直接在航空发动机转子轴上进行热弯曲转子瞬态振动控制实验需要很高的成本，严重限制了对这一类热弯曲转子瞬态振动控制的理论验证，也制约了对频繁启停等瞬态工况具有更强适应性的先进转子轴设计技术的发展，迫切需要开展热弯曲转子瞬态振动控制的实验研究。

目前市场上相关转子实验台产品均是等直圆轴转子的稳态振动实验台，几乎没有专门针对热弯曲转子瞬态振动控制的实验平台，使科研工作者无法验证航空发动机热弯曲转子瞬态振动控制理论研究结果，相关航空专业的学生难以理解热弯曲转子瞬态振动控制机理，影响科研和教学活动的进一步开展。

科研工作者迫切希望获得一种简便的热弯曲转子瞬态振动控制实验台。

发明内容

本发明的目的是设计一种适用于热弯曲转子瞬态振动控制的实验台。

一种热弯曲转子瞬态振动控制实验台，能够清晰的展现热弯曲转子的瞬态振动控制机理，并能在实验台上开展热弯曲转子瞬态振动控制实验，便于相关专业的科研和教学使用。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种热弯曲转子瞬态振动控制实验台，包括电动机1、联轴器2、深沟球轴承3、转子轴4、压气机模拟盘5、隔热6、涡轮模拟盘8、圆柱滚子轴承9和滚子轴承内圈支座10依次同轴安装在实验台底座18上；

所述的电动机1通过联轴器2与转子轴4相连，转子轴4的两端分别由深沟球轴承3和圆柱滚子轴承9支承，圆柱滚子轴承9的内圈与滚子轴承内圈支座10过盈连接，圆柱滚子轴承9的外圈与转子轴4过盈连接；

所述的压气机模拟盘5、隔热屏6和涡轮模拟盘8均位于深沟球轴承3和圆柱滚子轴承9之间；所述的隔热屏6安装在压气机模拟盘5和涡轮模拟盘8之间的转子轴外侧，隔热屏6底部开有三圆孔，三圆孔均位于隔热屏6的轴向中间位置，热辐射源7安装在隔热屏6内壁的最上方；

所述的压气机模拟盘5为直径递减的三级盘，涡轮模拟盘8为单级盘，压气机三级盘5.1、5.2、5.3和涡轮模拟盘8均与转子轴4过盈连接；

所述的第三级压气机模拟盘5.3的径向方向设置有加速度传感器17，涡轮模拟盘8的径向方向设置有加速度传感器14；所述的隔热屏6底部中间圆孔正下方设置有电涡流位移传感器15，隔热屏6底部侧面圆孔外设置有红外温度传感器16；

所述的电涡流位移传感器15、加速度传感器14和17均通过数据线连接在数据采集器11上，电动机1通过数据线连接在控制器12，数据采集器11和控制器12通过数据线连接在计算机13上。

本发明的优点及效果：与现有技术相比，本发明能演示热弯曲转子的瞬态振动控制机理，根据热弯曲量由计算机给出电动机启动的初始角加速度，可以实现热弯曲转子启动过程中的瞬态振动模拟，计算机根据转子轴的瞬态振动量，调整电动机和转子轴的角加速度大小，该实验台可以实现对不同热弯曲量的转子轴在不同角加速度下的瞬态振动模拟和控制实验研究。本发明实现了一种热弯曲转子的瞬态振动控制实验研究目的，能够清晰的展示热弯曲转子的瞬态振动控制机理，并能在实验台上进行相关实验，方便于教学演示与科研工作的使用。

进一步，转子轴上安装有压气机模拟盘和涡轮模拟盘，在压气机模拟盘和涡轮模拟盘之间的转子轴外安装有隔热屏与热辐射源，用来模拟航空发动机燃烧室对转子轴的热作用，压气机模拟盘采用三级盘，且三级盘直径逐渐减小，能够更加真实模拟航空发动机多级压气机轮盘质量和转动惯量分布。

进一步，转子轴两端采用滚动轴承支承，能反映滚动轴承与热弯曲转子的瞬态耦合振动，便于验证滚动轴承参数对热弯曲转子的瞬态振动理论分析结果。