CN109297709A - 一种气体轴承碰磨测试装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气体轴承碰磨测试装置及检测方法，该测试装置包括基座和安装在基座上的气体轴承‑转子系统，气体轴承与基座相对固定，转子上连接有能够带动其旋转的涡轮驱动系统，测试装置还包括与涡轮驱动系统连接的涡轮供气、电源模块以及数据采集处理模块，转子和气体轴承串接在与电源模块连接的通电回路上，且在转子和气体轴承碰磨时导通所述通电回路并形成碰磨信号，数据采集处理模块采集和处理所形成的碰磨信号，识别气体轴承运行及碰磨状态。本发明的气体轴承碰磨测试装置结构简单、操作方便，同时，由于碰磨信号为电信号，在气体轴承与转子发生碰磨的瞬间，数据采集处理模块就接收到碰磨信号，检测速度非常快，碰磨识别十分及时。
Description
技术领域
本发明涉及气体轴承试验测试及工程应用领域，具体涉及一种气体轴承碰磨测试装置及检测方法。
背景技术
气体轴承是一种以气体进行润滑和承载的新型滑动轴承，具有转速高、精度高、运行平稳、无污染等优点，在数控机床、高端医疗、空中导航及精密仪器等领域广泛应用。由于气体的可压缩性，轴承高速运行时，气膜刚度阻尼小、承载能力弱、易失稳发生碰磨，限制了气体轴承的应用和发展，因此研究稳定和碰磨时刻气体轴承的动态特性，提高气体轴承承载能力和稳定性具有十分重要的意义。
国内外专家学者在对气体轴承承载能力及稳定性的研究中普遍认为，工程应用中非线性稳定运行状态气体轴承仍可安全运行，转子退出混沌进入失稳状态、转子碰磨时，轴承失效、无法使用。目前气体轴承碰磨测试装置及检测方法有很多，通常通过测量径向方向上转子的振动，当发现转子时域波形图退出正余弦状态、杂乱无章时，判断转子处于碰磨状态。同时申请公布号为CN105954035A的中国专利申请文件中公开了一种微型气体轴承试验机及试验方法，根据转子径向振动位移，绘制X、Y平面内测试轴承的轴心轨迹，当转子震动幅度增大、轴心轨迹杂乱无章、出现尖锐点时，轴承失稳，转子碰磨；同时对转子径向振动位移进行FFT和傅里叶变换，测得转子的频谱图，当频谱图中转子1.5倍频、0.5倍频和其他频率大量微小振动出现时，测试轴承失稳、转子碰磨。
综上所述，试验中，通过时域波形、轨迹和频谱都可分析、研究转子碰磨状态，但是其存在着测量精度低、识别速度慢、计算量大及滞后严重等特点，无法对试验及工程应用中气体转子碰磨作出快速预警和指示。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气体轴承碰磨检测方法，以解决现有的气体轴承碰磨检测方法存在的碰磨检测速度慢、碰磨状况识别不及时的问题；同时，本发明还提供了一种气体轴承碰磨测试装置，以解决现有气体轴承实验装置存在轴承转子碰磨测量不直接、碰磨状况识别不及时、无法精确测量碰磨时刻气体轴承动态特性且操作复杂的问题。
为实现上述目的，本发明的气体轴承碰磨检测方法如下：
将转子和气体轴承串接在通电回路上，启动轴承供气使转子悬浮在固定设置的气体轴承内，启动涡轮驱动系统并使转子升速转动，在转子和气体轴承发生碰磨时，通电回路导通并形成轴承转子碰磨信号，通过与通电回路连接的数据采集处理模块采集并处理通电回路的轴承转子碰磨信号，测量转子的碰磨状态。
当气体轴承稳定运行时，转子依靠气膜悬浮，气体轴承不与转子接触，通电回路断开；当气体轴承失稳、与转子发生碰磨时，通电回路导通并形成轴承转子碰磨信号，通过数据采集处理模块采集并处理该轴承转子碰磨信号。由于碰磨信号为电信号，在气体轴承与转子发生碰磨的瞬间，数据采集处理模块就立即识别到轴承转子碰磨信号，检测速度快、碰磨识别迅速。
进一步地，在串接通电回路时，通过并联方式将气体轴承-转子系统中两个测试轴承串接在通电回路上，且使气体轴承-转子系统中两个测试轴承并联支路的阻值不同，以在轴承发生碰磨时根据两个测试轴承并联支路的电流的大小或者电压的大小或者电阻的大小对两个气体轴承与转子的碰磨进行区分。这样可以识别哪个气体轴承与转子发生了碰磨及两个气体轴承进入和退出碰磨状态的先后顺序。
更进一步地，通过与转子材质相同的感应块，得到与转子电磁感应同等的干扰信号，数据采集处理模块能够采集该干扰信号并与轴承转子碰磨信号进行对比和运算，滤掉干扰信号，得到纯净的轴承转子碰磨信号。检测过程中，如果不存在强磁场或者电磁激振，数据采集处理模块采集到的就是纯净的轴承转子碰磨信号；当存在强磁场或者电磁激振时，由于电磁感应将会产生干扰信号，影响测试准确性，此时可以通过感应块产生与转子电磁感应同等的干扰信号，数据采集处理模块采集该干扰信号并与轴承转子碰磨信号进行对比和运算滤掉干扰信号，从而得到纯净的轴承转子碰磨信号。
本发明的气体轴承碰磨测试装置采用如下技术方案：
包括基座以及安装在基座上的气体轴承-转子系统，气体轴承与基座相对固定，转子连接有能够带动其旋转的涡轮驱动系统，气体轴承碰磨测试装置还包括碰磨信号控制系统、电源模块以及数据采集处理模块，气体轴承和转子串接在与电源模块连接的通电回路上，且在转子和气体轴承碰磨时导通所述通电回路并形成轴承转子碰磨信号，数据采集处理模块能够采集和处理所形成的轴承转子碰磨信号。
气体轴承稳定运行时，转子依靠气膜悬浮，气体轴承不与转子接触，通电回路断开；当气体轴承失稳发生碰磨时，气体轴承与转子接触，将通电回路导通并形成轴承转子碰磨信号，数据采集处理模块采集并处理该轴承转子碰磨信号。本发明的气体轴承碰磨测试装置结构简单、测量方便，同时，由于碰磨信号为电信号，在气体轴承与转子发生碰磨的瞬间，数据采集处理模块就采集到碰磨信号，检测速度快、碰磨识别迅速。
基座上固定设置有两个电阻钢套，两个电阻钢套轴向间隔设置，两个气体轴承嵌装在两个电阻钢套内，两个气体轴承和对应的电阻钢套以并联的方式连接在通电回路上，且该两个电阻钢套的阻值不同。由于两个电阻钢套阻值不同，因此两个通电回路的阻值不同，两个气体轴承与转子发生碰磨时通电回路的电流大小必然也不同，可以根据电流大小识别哪个气体轴承与转子发生了碰磨以及两个气体轴承都与转子碰磨时发生碰磨的先后顺序。
基座包括相对间隔设置的两个立架，两个电阻钢套分别对应安装在两个立架上，涡轮驱动系统包括涡轮供气以及连接在转子上的涡轮，涡轮供气通过向涡轮供应高压气体使涡轮带动转子旋转，涡轮处于其中一个立架的背向另一个立架的一侧。两个电阻钢套分别对应安装在两个立架上，使两个电阻钢套的安装及拆卸都很方便且互不干涉；涡轮处于其中一个立架的背向另一个立架的一侧，从而避免将涡轮设置在两个立架之间与周围结构形成干涉，同时也便于涡轮的安装。
更进一步地，两个立架的其中一个上设有与电源模块连接的柔性电刷，该柔性电刷与转子滑动接触并导电连接。保证转子转动过程中与电源模块之间保持良好的导电连接。
更进一步地，所述柔性电刷设置在背向涡轮的一侧立架的背向涡轮的侧面上。避免涡轮对柔性电刷造成干涉而影响转子与电源模块的连接状态。
当基座上固定设置有两个电阻钢套时，基座上还在靠近两个气体轴承的位置处分别设有两个与转子材质相同的感应块，感应块用于得到与转子电磁感应同等的干扰信号，数据采集处理模块与感应块连接且能够将采集到的干扰信号与轴承转子碰磨信号进行对比和运算滤掉干扰信号，得到纯净的轴承转子碰磨信号。检测过程中，如果不存在强磁场或者电磁激振，数据采集处理模块采集到的就是纯净的轴承转子碰磨信号；当存在强磁场或者电磁激振时，由于电磁感应将会产生干扰信号，影响测试准确性，此时可以通过感应块产生与转子电磁感应同等的干扰信号，数据采集处理模块采集该干扰信号并与轴承转子碰磨信号进行对比和运算滤掉干扰信号，从而得到纯净的轴承转子碰磨信号。
碰磨信号控制系统包括开关、转子供电调节旋钮、碰磨指示灯、碰磨蜂鸣器和碰磨信号调节旋钮。当轴承发生碰磨时，碰磨指示灯亮起，同时碰磨蜂鸣器发出蜂鸣声，直接将碰磨讯号传递给工作人员，十分方便。
附图说明
图1为本发明的气体轴承碰磨测试装置的具体实施例的结构示意图；
图2为本发明的气体轴承碰磨测试装置的具体实施例的试验原理图；
图3为1#通电回路的局部放大图；
图4为感应模块的结构示意图；
图5为碰磨信号控制系统的示意图；
图6为第一气体轴承先进入碰磨状态时的轴承转子碰磨信号-时间关系图；
图7为第二气体轴承先进入碰磨状态时的轴承转子碰磨信号-时间关系图；
图8为第一气体轴承先退出碰磨状态时的轴承转子碰磨信号-时间关系图；
图9为第二气体轴承先退出碰磨状态时的轴承转子碰磨信号-时间关系图；
图10为气体轴承碰磨测试装置的电路简化图；
图2中箭头表示电流流向；
各图中：1-空气压缩机；2-储气罐；3-涡轮供气开关；4-轴承供气开关；5-转子；61-第一气体轴承；62-第二气体轴承；71-第一电阻钢套；72-第二电阻钢套；8-柔性电刷；9-感应模块；91-感应块；93-感应模块支架；94-感应块塑料壳体；95-感应块PP盖；96-感应块接线端；121-涡轮；122-涡轮导气套；123-涡轮盖；124-蜗壳；13-碰磨信号控制系统；131-电源模块接线柱；132-开关；133-转子供电调节旋钮；134-保险盒；135-碰磨指示灯；136-碰磨蜂鸣器；137-碰磨信号调节旋钮；138-碰磨信号输出端；1311-第一干扰信号接收端；1312-第二干扰信号接收端；1313-地线接线端；14-数据采集箱；15-计算机；171-轴承盖；172-绝缘层；173-轴承座；174-基座；1751-第一立架；1752-第二立架；181-第一接线端；182-第二接线端；183-第三接线端；184-第四接线端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的气体轴承碰磨测试装置的具体实施例，如图1所示，包括基座174和安装在基座174上的气体轴承-转子系统，气体轴承与基座174相对固定，转子5连接有能够带动其旋转的涡轮驱动系统。涡轮驱动系统包括涡轮供气以及连接在转子5上的涡轮121，涡轮供气通过向涡轮121供应高压气体使涡轮121带动转子5旋转。气体轴承碰磨测试装置还包括碰磨信号控制系统13、电源模块以及数据采集处理模块。气体轴承和转子5串接在与电源模块连接的通电回路上。当转子5和气体轴承碰磨时，通电回路导通并形成轴承转子碰磨信号，数据采集处理模块对轴承转子碰磨信号进行采集、处理。
气体轴承-转子系统包括转子以及气体轴承，气体轴承包括第一气体轴承61和第二气体轴承62，基座174上轴向间隔设置有第一电阻钢套71和第二电阻钢套72，两电阻钢套阻值不同，第一气体轴承61和第二气体轴承62分别对应嵌装在第一电阻钢套71和第二电阻钢套72中，两个气体轴承和对应的电阻钢套以并联的方式连接在通电回路上。第一电阻钢套71的阻值为R1，第二电阻钢套72的阻值为R2，且R1大于R2。当然，在其他实施例中，也可以是R1小于R2，只要两阻值不同，使两气体轴承碰磨电信号有明显区别即可。基座174包括相对间隔设置的第一立架1751和第二立架1752，两个电阻钢套分别对应安装在两个立架上，涡轮121处于第二立架1752的背向第一立架1751的一侧。第一立架1751的背向涡轮121的侧面上设有与电源模块连接的柔性电刷8，柔性电刷8与转子5滑动接触并导电连接。
基座174上还在靠近两个气体轴承位置处分别设有与转子5材质相同的感应块91，感应块91用于得到与转子5电磁感应同等的干扰信号，数据采集处理模块与感应块连接且能够将得到的干扰信号与轴承转子碰磨信号进行对比和运算滤掉干扰信号，得到纯净的轴承转子碰磨信号。
为了减少磨损，延长气体轴承使用寿命，本实施例中的气体轴承采用石墨，转子选用7075铝合金进行加工，同时为了避免机架、涡轮等零件与转子因电磁激振相互作用对转子运行状态造成影响，其余零件材料均使用不导磁的不锈钢。
如图5所示，碰磨信号控制系统包括开关132、转子供电调节旋钮133、碰磨指示灯135、碰磨蜂鸣器136和碰磨信号调节旋钮137等。
本发明的气体轴承碰磨测试装置的工作原理如图2所示，当气体轴承稳定运行时，转子5依靠气膜悬浮，气体轴承与转子5不接触，由气体轴承与转子5构成的通电回路断开，数据采集处理模块的碰磨信号接收端B无碰磨信号；当气体轴承失稳、第一气体轴承61与转子5发生碰磨时，1#通电回路导通，电流i1沿箭头依次经过数据采集处理模块的接线柱A、柔性电刷8、转子5、第一气体轴承61、第一电阻钢套71、回到数据采集处理模块的碰磨信号接收端B；当气体轴承失稳、第二气体轴承62与转子5发生碰磨时，2#通电回路导通，电流i2沿箭头依次经过数据采集处理模块的接线柱A、柔性电刷8、转子5、第二气体轴承62、第二电阻钢套72、回到数据采集处理模块的碰磨信号接收端B；当第一气体轴承61、第二气体轴承62同时与转子5发生碰磨时，1#和2#通电回路均导通，形成并联回路，电流i1、i2分别沿1#、2#通电回路回到数据采集处理模块碰磨信号接收端B。当存在强磁场或者电磁激振时，轴承转子碰磨信号由于电磁感应存在干扰信号，严重影响试验测试点的准确性，通过与转子5材质相同的感应块91得到与转子5电磁感应同等的干扰信号，数据采集处理模块采集该干扰信号并与轴承转子碰磨信号进行对比和运算，滤掉干扰信号，从而得到纯净的轴承转子碰磨信号。通过数据采集箱14采集纯净的轴承转子碰磨信号并将其输入计算机15中进行数据处理，研究供气压力、转速、载荷等运行参数对气膜稳定性及承载能力的影响，研究碰磨阶段轴承稳定性变化规律。
对所属领域技术人员而言，将干扰信号与轴承转子碰磨信号进行对比和运算，滤掉干扰信号，从而得到纯净的轴承转子碰磨信号是一种常规的信号去噪方法，此处不再详细介绍。
本发明的气体轴承碰磨测试装置通过测量气体轴承与转子构成的通电回路的通断状况判断转子的碰磨状况，因此气体轴承与转子构成的通电回路是气体轴承碰磨测试装置的核心。气体轴承碰磨测试装置有1#、2#两个通电回路，两个通电回路结构相似，这里以1#通电回路为例进行说明。如图3所示，接线柱A接在第一接线端181上，通过柔性电刷8对转子进行供电；碰磨信号接收端B接在第四接线端184上，接收轴承转子碰磨信号；第一干扰信号接收端1311接在第二接线端182上，接收干扰信号。气体轴承稳定运行时，第一气体轴承61与转子5不接触，1#通电回路断开，第四接线端184没有电信号；当气体轴承失稳、第一气体轴承61与转子5发生碰磨时，1#通电回路导通，i1依次经过柔性电刷8、转子5、第一气体轴承61、第一电阻钢套71、轴承座173、第四接线端184，最终回到碰磨信号接收端B；然后数据采集箱14采集轴承转子碰磨信号并将其存储到计算机15的数据库中进行分析和处理。同样地，在2#通电回路中，第二干扰信号接收端1312接在第三接线端183上，接受干扰信号，此处不再对2#通电回路进行详细说明。
以1#通电回路为例，在第一气体轴承61和轴承盖171之间安装有绝缘垫片，目的是防止电信号绕过第一电阻钢套71而直接回到试验机的第四接线端184。2#通电回路与1#通电回路结构相似，在第二气体轴承与相应轴承盖之间也安装有绝缘垫片，以防止电信号绕过第二电阻钢套而直接回到试验机的第四接线端184。
为了满足强磁场或者电磁激振工作环境的需要，在基座174上还安装有感应模块9。感应模块的结构如图4所示，包括感应模块支架93、感应块塑料壳体94、感应块PP盖95、与转子同材料的感应块91以及感应块接线端96。感应模块支架93安装在基座174上用于支撑感应块91，感应块91安装在感应块塑料壳体94内，感应块PP盖95防止感应块脱落，感应块接线端96将感应块产生的干扰信号进行输出。感应块产生和转子电磁感应同等的干扰信号，数据采集处理模块将干扰信号和轴承转子碰磨信号进行对比和运算，将干扰信号滤掉从而得到纯净的轴承转子碰磨信号。
如图5所示，碰磨信号控制系统包括开关132、转子供电调节旋钮133、碰磨指示灯135、碰磨蜂鸣器136和碰磨信号调节旋钮137等。开关132用来开启与停止数据采集处理模块工作。转子供电调节旋钮133调节转子输入信号的大小。碰磨信号控制系统13上连接有电源模块接线柱131和保险盒134，电源模块接线柱131外接24V-2A的直流电源。保险盒134防止轴承与转子碰磨构成的通电回路电信号过大、损坏设备。碰磨信号输出端138连接数据采集箱14，将碰磨信号输入到计算机15中进行存储和计算。地线接线端1313接地，防止外界磁场干扰通电回路正常工作。碰磨指示灯135和碰磨蜂鸣器136共同构成警示装置。当轴承稳定运行时，气体轴承与转子构成的通电回路断开，碰磨信号接收端无碰磨信号；当轴承失稳发生碰磨时，对应的通电回路导通，此时碰磨指示灯135亮起，碰磨蜂鸣器136发出警报。
数据采集箱14采集转子转速和轴承转子碰磨信号等试验数据，并将其存到计算机15中进行在线分析(当然，在其他实施方式中也可以离线分析)，研究气体轴承起飞转速、轴承运行时转子的碰磨状况。同时还可根据需要连接位移、转速、压力和声波传感器及更换不同结构参数的轴承-转子系统进行试验，研究运行参数和结构参数对转子的静、态动态特性和稳定性的影响规律，为气体轴承设计、制造、使用及维护提供指导。
本发明的气体轴承碰磨测试装置能够根据碰磨信号出现、消失的先后顺序和碰磨信号大小，测量转子进入、退出碰磨状态以及气体轴承与转子发生碰磨的先后顺序。根据测试装置的设计参数可知，当第一气体轴承单独与转子碰磨时，轴承转子碰磨信号i1大小在0-a之间；当第二气体轴承单独与转子碰磨时，轴承转子碰磨信号i2大小在a-b之间；当两个气体轴承同时与转子碰磨时，轴承转子碰磨信号i3大小在b-c之间。图6-9为不同碰磨情况的轴承转子碰磨信号-时间关系图。
如图6所示，随着时间增加，轴承转子碰磨信号开始出现，首先碰磨信号处于0-a之间，然后达到最大值i3，由此可见第一气体轴承先进入碰磨状态，第二气体轴承后进入碰磨状态；如图7所示，随着时间增加，轴承转子碰磨信号开始出现，首先碰磨信号位于a-b之间，然后达到最大值i3，由此可见第二气体轴承先进入碰磨状态，第一气体轴承后进入碰磨状态；如图8所示，初始碰磨信号为最大值i3，随着时间增加，轴承转子碰磨信号逐渐消失，碰磨信号消失前的值位于a-b之间，由此可见第一气体轴承先退出碰磨状态，第二气体轴承后退出碰磨状态，最后逐渐稳定；如图9所示，初始碰磨信号为最大值i3，随着时间增加，轴承转子碰磨信号逐渐消失，碰磨信号消失前的值位于0-a之间，由此可见第二气体轴承先退出碰磨状态，第一气体轴承后退出碰磨状态，最后逐渐稳定。
使用本发明的气体轴承碰磨检测方法进行轴承碰磨测试的试验步骤如下：
第一步：按照试验原理示意图，将气体轴承、转速传感器、碰磨信号控制系统、电源模块、数据采集处理模块、数据采集箱和计算机等连接；将气体轴承-转子系统串接在通电回路上，且两个气体轴承以并联的方式串接在通电回路上，两个并联支路的阻值不同；在靠近两个气体轴承的位置处接上材质与转子相同的、与数据采集处理模块连接的感应块，完成整套试验系统的搭建。
第二步：检查确保压力开关处于关闭状态，启动轴承供气系统，气体轴承开始悬浮并低速旋转。
第三步：以最大压力0.6Mpa给轴承供气，确保转子间隙干净无杂质，使转子悬浮在固定设置的气体轴承内，并使转子相对气体轴承平稳运行，停止轴承供气。
第四步：启动数据采集系统，确认转速传感器正常，开启气体轴承与转子组成的通电回路，此时转子位于初始状态、两者接触，通电回路导通，碰磨指示灯亮起、碰磨蜂鸣器发出警报声，轴承转子碰磨信号出现；然后调整供气压力，以0.5Mpa开始轴承供气，气体轴承与转子脱离，通电回路断开，碰磨指示灯熄灭、碰磨蜂鸣器警报声停止，轴承转子碰磨信号消失。
第五步：按照试验规划，调节轴承供气，此时转子开始运行，气体轴承不与转子接触，碰磨指示灯和碰磨蜂鸣器无响应，开启涡轮供气，转子开始平稳加速，当转子转速超过临界转速时，碰磨指示灯亮起、碰磨警报响起，转子开始碰磨。
第六步：关闭涡轮驱动系统，转子开始减速，当转子转速降低、超过临界转速时，碰磨指示灯熄灭、碰磨警报声停止，转子退出碰磨，转子转速继续降低，当转子转速降低到2000r/min时，停止采样，试验结束。
第七步：当转子转速降低到500r/min时，手动刹车，依次关闭压力控制阀、数据采集系统，保存数据，关闭涡轮驱动系统。
整个试验过程中，数据采集处理模块不间断的采集干扰信号与轴承转子碰磨信号并进行对比和运算滤掉干扰信号，得到纯净的轴承转子碰磨信号。
本发明的气体轴承碰磨测试装置及检测方法能够实时在线监测气体轴承运行状态，建立气体转子碰磨数据库，数据采集系统对转子从开始启动、稳定运行到失稳碰磨整个升降速运行状态直接进行实时、在线测量，控制系统对转子碰磨直接进行监测和预警。分析气体轴承碰磨前后的试验数据，建立气体转子碰磨特征数据库。结合轴承碰磨特征数据库，研究碰磨状态下气体轴承的稳定性变化过程，建立气体轴承稳定性状态与碰磨临界因素耦合数据库。根据气体轴承稳定性状态与转子碰磨临界因素耦合数据库，探索工程应用中气体轴承稳定性预测及控制策略。
上述气体轴承碰磨测试装置的具体实施例中，第一立架的背向涡轮的侧面上设有与电源模块连接的柔性电刷，柔性电刷与转子滑动接触并导电连接。在其他实施例中，柔性电刷还可以设在两个立架之间、转子的中部位置。
上述实施例中，通过检测两个测试轴承并联支路的电流信号来分别得到两个测试轴承并联支路的碰磨信号，在另外两种实施方式中，还可以通过测试两个测试轴承并联支路的电压大小和电阻大小来得到碰磨信号。
图10所示为另外两种气体轴承碰磨检测方法的等效电路示意图，图中电源为碰磨信号控制系统电源。转子与两个测试轴承是否发生碰磨可以等效为此处的两个开关K1、K2的通断。R1为第一电阻钢套的阻值，R2为第二电阻钢套的阻值，R内为碰磨回路驱动电路等效电阻，I电为电路总电流，U电为供电电压。若轴承转子发生碰磨时，还可通过下面两种方法进行区别。
一种方法为通过电压信号识别轴承转子碰磨信号，分析碰磨回路中电压信号值的大小以及信号出现的先后顺序，即可辨别出两个气体轴承发生碰磨及退出碰磨的先后顺序。有如下几种情况：
当两个测试轴承并联支路电压信号值为U电时，表明两个气体轴承稳定运行，没有发生碰磨；当两个测试轴承并联支路电压信号值为I电R1时，开关K1接通，第一气体轴承发生碰磨；当两个测试轴承并联支路电压信号值为I电R2时，开关K2接通，第二气体轴承发生碰磨；当两个测试轴承并联支路电压信号值为I电(R1+R2)/R1R2时，开关K1、K2同时接通，第一、第二气体轴承同时发生碰磨。
另一种方法为通过直接测量并联电路部分电阻，观察支路中出现的阻值信号的大小及其变化顺序即可区别出两个气体轴承发生碰磨及进入和退出碰磨的先后顺序。
当检测到碰磨回路中电阻信号值为无穷大时，两个气体轴承未发生失稳碰磨；当检测到碰磨回路中电阻信号值为R1时，开关K1接通，第一气体轴承发生碰磨；当检测到碰磨回路中电阻信号值为R2时，开关K2接通，第二气体轴承发生碰磨；当检测到碰磨回路中电阻信号值为(R1+R2)/R1R2时，开关K1、K2同时接通，第一气体轴承和第二气体轴承同时发生碰磨。
Claims (10)
1.一种气体轴承碰磨检测方法，其特征是，将转子和气体轴承串接在通电回路上，启动轴承供气使转子悬浮在固定设置的气体轴承内，启动涡轮驱动系统并使转子升速转动，在转子和气体轴承发生碰磨时，通电回路导通并形成轴承转子碰磨信号，通过与通电回路连接的数据采集处理模块采集并处理通电回路的轴承转子碰磨信号，测量转子的碰磨状态。
2.根据权利要求1所述的气体轴承碰磨检测方法，其特征是，在串接通电回路时，通过并联方式将气体轴承-转子系统中两个测试轴承串接在通电回路上，且使气体轴承-转子系统中两个测试轴承并联支路的阻值不同，以在轴承发生碰磨时根据两个测试轴承并联支路的电流的大小或者电压的大小或者电阻的大小对两个气体轴承与转子的碰磨状态进行区分。
3.根据权利要求2所述的气体轴承碰磨检测方法，其特征是，通过与转子材质相同的感应块得到与转子电磁感应同等的干扰信号，数据采集处理模块能够采集该干扰信号并与轴承转子碰磨信号进行对比和运算滤掉干扰信号，得到纯净的轴承转子碰磨信号。
4.一种气体轴承碰磨测试装置，其特征是，包括基座以及安装在基座上的气体轴承-转子系统，气体轴承与基座相对固定，转子连接有能够带动其旋转的涡轮驱动系统，气体轴承碰磨测试装置还包括碰磨信号控制系统、电源模块以及数据采集处理模块，气体轴承和转子串接在与电源模块连接的通电回路上，且在转子和气体轴承碰磨时导通所述通电回路并形成轴承转子碰磨信号，数据采集处理模块能够采集和处理所形成的轴承转子碰磨信号。
5.根据权利要求4所述的气体轴承碰磨测试装置，其特征是，基座上固定设置有两个电阻钢套，两个电阻钢套轴向间隔设置，两个气体轴承嵌装在两个电阻钢套内，两个气体轴承和对应的电阻钢套以并联的方式连接在通电回路上，且该两个电阻钢套的阻值不同。
6.根据权利要求5所述的气体轴承碰磨测试装置，其特征是，基座包括相对间隔设置的两个立架，两个电阻钢套分别对应安装在两个立架上，涡轮驱动系统包括涡轮供气以及连接在转子上的涡轮，涡轮供气通过向涡轮供应高压气体使涡轮带动转子旋转，涡轮处于其中一个立架的背向另一个立架的一侧。
7.根据权利要求6所述的气体轴承碰磨测试装置，其特征是，两个立架的其中一个上设有与电源模块连接的柔性电刷，该柔性电刷与转子滑动导电连接。
8.根据权利要求7所述的气体轴承碰磨测试装置，其特征是，所述柔性电刷设置在背向涡轮的一侧立架的背向涡轮的侧面上。
9.根据权利要求5或6或7或8所述的气体轴承碰磨测试装置，其特征是，基座上还在靠近两个气体轴承的位置处分别设有两个与转子材质相同的感应块，感应块用于得到与转子电磁感应同等的干扰信号，数据采集处理模块与感应块连接且能够将采集到的干扰信号与轴承转子碰磨信号进行对比和运算滤掉干扰信号，得到纯净的轴承转子碰磨信号。
10.根据权利要求4-8任意一项所述的气体轴承碰磨测试装置，其特征是，碰磨信号控制系统包括开关、转子供电调节旋钮、碰磨指示灯、碰磨蜂鸣器和碰磨信号调节旋钮。
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