[發明專利]一種基于微速差的槳扇同軸對轉結構自動平衡控制方法

在審

• 申請號: 202210239804.1
• 申請日: 2022-03-12
• 公開（公告）號: CN114623977A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 陳立芳;李瑞花;龍昱達
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G01M1/38
• 分類號: G01M1/38
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種基于微速差的槳扇同軸對轉結構自動平衡控制方法，利用微速差雙轉子系統存在內外轉子振動耦合，振動信號的表現形式為拍振，利用拍振的拍峰拍谷特征分離出內、外轉子各自的不平衡振動幅值和相位，作為自動平衡控制系統的輸入參數。添加試重結合影響系數動平衡方法計算出內外轉子不平衡的大小和位置，由自動平衡控制器控制執行器中的配重盤移動至平衡位置從而抵消轉子系統的不平衡量。利用微速差進行振動耦合信號的解耦，實現自動平衡在線抑振；本發明測試和計算方式簡單，根據拍振的特征，從時域上提取拍振波形的拍峰和拍谷，計算出內外轉子振動信號的幅值和相位。能夠根據測量的基頻振幅和相位計算配重塊位置，達到閉環控制。

技術領域

本發明涉及一種槳扇同軸對轉雙轉子結構自動平衡的控制算法，利用雙轉子微速差產生的拍振信號進行振動信號分離，應用于槳扇同軸對轉自動平衡系統的控制輸入算法，屬于故障診斷和振動主動控制領域。

背景技術

不平衡振動易誘發轉子碰磨、葉片斷裂、軸承損傷等故障，甚至造成機毀人亡，嚴重影響飛機長航飛行的安全可靠性。槳扇發動機是介于渦槳和渦扇發動機之間的一種高亞音速、長航程、大推力發動機，是未來戰略運輸機、遠程轟炸機用發動機的發展方向。采用同軸對轉雙轉子結構的槳扇發動機有高推進效率、降低油耗的優點，但是存在振動和噪聲大的缺點。因此，研究適用于同軸對轉雙轉子結構的在線振動抑制方法迫在眉睫。轉子和槳葉的質量不平衡是造成槳扇發動機振動和噪聲過大的重要原因，本專利針對槳扇發動機的同軸對轉雙轉子結構開展不平衡振動響應分離和自動平衡研究，為同軸對轉雙轉子結構振動的在線抑制提供思路。

自動平衡系統通過在轉子上預裝自動平衡執行器，在線移動配重塊，實現轉子質量的再分布，從根源上降低或消除轉子不平衡振動。目前國外已在渦槳螺旋槳、高精度磨床等領域實現自動平衡技術的工業應用，而國內自動平衡技術尚處在實驗室研究階段，未見工業應用報道。自動平衡系統由平衡執行器、控制器、信號采集處理三部分組成，通過給自動平衡控制器輸入振動信息，才能計算出配平位置，完成自動平衡。因此，如何快準精穩地獲取同軸對轉復雜系統的內、外轉子不平衡振動幅值和相位，是實施自動平衡振動抑制的前提條件。

由于槳扇發動機運行時雙排槳葉的負載不同，導致同軸對轉雙轉子系統存在微小的轉速差(一下簡稱“微速差”)，從而導致內外轉子的耦合不平衡振動響應是由兩個頻率非常接近的簡諧振動分量構成的拍振。本專利以微速差狀態下產生的拍振信號為研究對象，通過確定拍振信號的拍峰、拍谷值，辨析出內外轉子不平衡振動的幅值和相位，作為雙配重盤電磁平衡系統控制器的輸入參數，以實現不平衡振動的在線抑制。

現有微速差雙轉子系統的振動信號辨析和動平衡專利中，主要針對同軸同轉雙轉子結構。本申請關注同軸對轉雙轉子結構，通過檢索，與本申請相關度較大的專利有如下幾項：

目前，針對雙轉子動平衡方法中，公開號為[CN101464202A]的專利提出‘微速差雙轉子旋轉機械動平衡方法’，與本專利所提出的自動平衡方法不同，它采用雙振動傳感器測量軸承位置處的振動信號，利用雙平面影響系數動平衡法求得兩個平衡平面的不平衡量，應用對象為采用差速器產生的微速差雙轉子結構。而本專利采用單一振動傳感器測量耦合振動信號，之后分析拍振信號獲得內外轉子的不平衡振動信息。公開號為[CN91109315]的專利提出一種‘用于螺旋卸料沉降離心機的動平衡方法’。以上兩種專利均針對同軸同轉的雙轉子系統的動平衡，而本專利是針對同軸對轉雙轉子結構的自動平衡。