[發明專利]一種雙轉子軸承機匣實驗系統

有效

• 申請號: 202111157309.8
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113899539B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 劉超;蔣東翔;楊一舟;黃淦彩
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01M13/04;G01M13/045
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

一種雙轉子軸承機匣實驗系統，涉及旋轉機械實驗設備領域。本發明含有水平基座、驅動電機、變頻器、低速轉子、高速轉子、機匣以及數據采集與處理系統；在機匣內設有中介軸承和彈性中介支承件，高速轉子和低速轉子可獨立控制轉速。本發明的雙轉子實驗系統采用“頭對頭”的結構形式，兩個轉子可以從機匣的兩端分別安裝，解決了雙轉子“軸套軸”結構所帶來的拆裝復雜，不便于安裝和維護的缺陷，進而增加了靈活性。同時轉子的整體結構形式與航空發動機轉子結構相近，能夠有效地模擬航空發動機的雙轉子動力學特性，以及進行雙轉子激勵下的軸承和機匣結構振動傳遞特性等方面的實驗，從而為雙轉子系統的軸承振動故障識別與分析提供依據。

技術領域

本發明涉及一種旋轉機械實驗設備，特別涉及一種雙轉子軸承機匣實驗系統，屬于旋轉機械模擬實驗設備及性能測試技術領域。

背景技術

航空發動機是飛機的關鍵部件之一，其性能和可靠性直接影響著飛機的性能和飛行安全。隨著航空發動機的推重比不斷提高，發動機的級數增加，為了提高效率，通常采用雙轉子結構，內外轉子采用不同的轉速，使高壓、低壓的壓氣機和透平在更佳的條件下工作。為提高推重比，常將高壓轉子后支點通過中介軸承支承在低壓轉子上，而高低壓轉子的其他支點則通過軸承與框架支承在機匣上。整個轉子與支承的結構構成了雙轉子軸承機匣系統，各個部分的振動具有很強的耦合，系統的動力學特性非常復雜。

航空發動機中介軸承又是發動機關鍵零件之一，中介軸承不但在性能方面制約著發動機的性能，而且直接影響發動機的可靠性和壽命。中介軸承一旦失效會導致系統精度降低，振動急劇加大，引發動靜碰摩，甚至抱軸和斷軸，引起整機的失效，帶來不可預計的后果。因此，對發動機中介軸承進行狀態監測與性能評估，及時診斷出軸承的早期故障，對飛機的安全運行具有非常重要的意義。

目前已有的雙轉子軸承機匣系統實驗臺，研究者根據研究目的的不同采用了不同形式的轉子結構，但目前已有的實驗系統仍存在以下缺點：一、“軸套軸”內外轉子形式的雙轉子機匣結構拆裝繁瑣，不利于支撐軸承及中介軸承的故障研究；二、現有技術中的雙轉子實驗系統的結構并不適合用來進行軸承故障的模擬實驗；三、轉子到機匣的傳遞路徑不明確，難以準確評估系統的結構形式、模型參數等對振動特征的傳遞特性造成的影響。

發明內容

本發明的目的是提供一種雙轉子軸承機匣實驗系統，一方面使轉子的整體結構形式與航空發動機轉子結構相近，能夠有效地模擬航空發動機的運行狀態，從而為航空發動機的雙轉子動力學特性，以及轉子故障、軸承故障、振動傳遞等方面的研究提供重要的實驗數據；另一方面解決現有的雙轉子實驗系統采用“軸套軸”的雙轉子形式所存在的安裝復雜，拆裝維護不便的缺陷。

本發明的技術方案如下：

一種雙轉子軸承機匣實驗系統，該實驗系統包括水平基座、低速轉子軸、高速轉子軸、機匣、低速轉子軸機匣軸承、高速轉子軸機匣軸承、驅動裝置以及數據采集與處理系統；其特征在于：在所述的機匣內設有中介軸承和彈性中介支承件，所述的驅動裝置包括低速轉子驅動電機和高速轉子驅動電機，低速轉子軸的一端通過低速轉子聯軸器與低速轉子驅動電機的輸出軸連接，低速轉子軸的另一端通過低速轉子軸機匣軸承與中介軸承的內圈固定連接；高速轉子軸的一端通過高速轉子聯軸器與高速轉子驅動電機的輸出軸連接，高速轉子軸的另一端通過高速轉子軸機匣軸承與安裝在高速轉子軸上的彈性中介支承件固定連接；中介軸承的外圈與彈性中介支承件固定連接。

優選地，所述的彈性中介支承件采用鼠籠式結構，鼠籠式結構通過法蘭安裝在高速轉子軸上；所述中介軸承的外圈嵌入到鼠籠式結構的內部且固定在一起。

優選地，所述的水平基座的上表面帶有T型槽。

進一步地，在所述的低轉速子軸上安裝有第一低速轉子輪盤和第二低速轉子輪盤,第一低速轉子輪盤位于機匣的外部，第二低速轉子輪盤位于機匣的內部。所述第一低速轉子輪盤和第二低速轉子輪盤分別通過脹緊套的方式安裝在低速轉子軸上。