CN109611495A - 转子用阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转子用阻尼器，包括阻尼器主体，所述阻尼器主体与所述转子通过轴承连接，在所述阻尼器主体上设置有沿所述转子轴向贯穿所述阻尼器主体的阻尼液膜容置空间；在所述阻尼器主体上还设置有阻尼液存储空间，且所述阻尼液存储空间沿所述转子轴向方向与所述阻尼液膜容置空间连通。本发明的阻尼器可以广泛应用于具有旋转转子的机械领域。

Description

转子用阻尼器

技术领域

本发明涉及一种用于改善转子振动的阻尼器，应用于具有高速旋转转子的环境，例如涡轮泵、航天航空发动机、舰船及电厂的高速燃气轮机等。

背景技术

高速旋转机械，如涡轮泵、压缩机、航空发动机和燃气轮机等，存在的振动问题一直是影响其工作安全可靠的重要因素。转子工作转速高，一般在一阶临界转速之上。高故障转速导致转子对于不平衡质量的振动响应极为敏感，在转子启停加速或变工况运行经过临界转速时会发生强烈振动，会造成转子碰磨、弯曲等故障，诱发振动超标，威胁安全运行。

高速转子的振动问题一般通过以下三种方式解决：第一种方式是减少振动能量的输入(不平衡质量、流体激振力等产生振动能量的因素)；第二种方式是增加振动能量的消耗(为转子施加阻尼器、为转子支撑施加阻尼装置、为叶片设置阻尼叶冠、增加阻尼密封等)；第三种方式是改变转子的固有频率，通常采用弹性支撑，降低转子支撑刚度从而降低转子的临界转速，使得转子过临界时振动降低，转子的工作转速远离临界转速，降低不平衡量产生的振动响应。

增加转子振动能量的消耗最常见的方式是为转子支撑设置挤压阻尼液膜阻尼器(SFD)，通过增加阻尼来消耗振动系统的能量。这一技术方案存在的问题是：需要复杂的阻尼液通路系统对阻尼器供应阻尼液，增加了成本，占据较大空间，同时降低了系统的可靠性。

发明内容

为了解决现有转子阻尼器中存在的上述问题，本发明提供了一种转子用阻尼器。本发明的技术方案如下。

转子用阻尼器，包括阻尼器主体，所述阻尼器主体与所述转子通过轴承连接，在所述阻尼器主体上设置有沿所述转子轴向贯穿所述阻尼器主体的阻尼液膜容置空间；在所述阻尼器主体上还设置有阻尼液存储空间，且所述阻尼液存储空间沿所述转子轴向方向与所述阻尼液膜容置空间连通。

所述阻尼液膜容置空间在垂直于所述转子轴线的垂直面上的投影为以所述轴线在所述垂直面上投影为圆心的弧。

所述弧围绕所述圆心均匀分布。

所述弧具有多个，且至少有两个弧距离所述圆心的距离不同。

至少有两个距离所述圆心距离不同的弧部分重叠。

在所述阻尼器主体沿所述转子轴向的端部设置有端盖；所述端盖与所述阻尼器主体上的结构构成闭合的所述阻尼液存储空间。

所述端盖与所述阻尼器主体之间设置有弹性密封件。

在设置所述弹性密封件处，所述端盖与所述阻尼器主体之间设置有活动间隙。

在所述阻尼器主体沿所述转子轴向的两端分别设置所述端盖。

所述阻尼器主体设置有电磁线圈。

本发明的技术效果：

本发明的转子用阻尼器，在阻尼器本体上设置存放阻尼液的阻尼液存储空间，同时该空间与阻尼液膜容置空间沿转子轴线方向连通，结构简单，实现了阻尼液供应的功能，无须复杂的阻尼液供应系统。在此基础上，还可以将阻尼器本体封装，将阻尼液存储空间和其他部分合并成一个一体式部件，应用更加方便。本发明的转子用阻尼器的刚度和阻尼可以相互独立，刚度不随载荷变化而变化，能实现刚度和阻尼的连续调节，解决了油膜非线性问题，且各向同性。

附图说明

图1为本发明转子用阻尼器第一个实施例的结构示意图。

图2为图1的局部放大图。

图3为本发明转子用阻尼器第一个实施例从轴向视角的示意图。

图4为本发明转子用阻尼器第二个实施例从轴向视角的示意图。

图5为本发明转子用阻尼器第一个实施例应用系统示意图。

图中标识说明如下：

101、阻尼液膜容置空间；102、弹性密封件；103、电磁线圈；104、阻尼器主体；105、阻尼液存储空间；106、封闭端盖；107、滚动轴承；108、转子；109、基座；

501、计算机；502、数据采集模块；503、信号调制模块；504、位移传感器；505、激光测速仪；506、加速度传感器。

具体实施方式

以下结合附图的实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，转子用阻尼器包括阻尼器主体104。阻尼器主体104通过滚动轴承107与转子108连接。转子108为类似转轴的旋转部件，在转动过程中相应于转速的变化，会产生振动。在本实施例中，转子108穿过阻尼器主体104设置。阻尼器主体104为盘状体(参考图3所示视图)。贯穿阻尼器主体104设置有阻尼液膜容置空间101。阻尼液膜容置空间101沿转子108的轴线方向贯穿阻尼器主体104。阻尼液膜容置空间101用于容纳阻尼液，并且使得阻尼液在此空间内形成膜(或者层)的状态，形成的阻尼液膜(或阻尼液层)吸收由于转子引起的振动能量，起到减振的作用。为了形成上述的阻尼液膜(阻尼液层)，阻尼液膜容置空间101应该设置成具有类似弯曲的纸板这样的空间，以便阻尼液能够在其中自然形成膜(或层)。在阻尼器主体104上还设置阻尼液存储空间105。具体地，阻尼液存储空间105设置在阻尼液膜容置空间101沿转子108轴向的一侧或两侧，且阻尼液存储空间105与阻尼液膜容置空间101沿转子108轴向直接连通。这种结构无须再设置复杂的阻尼液流动通路系统，即可实现对阻尼液膜容置空间101进行阻尼液补充，以保持形成阻尼液膜(或阻尼液层)，进而可以正常实现减振效果。

另外，在阻尼器主体104上还设置有电磁线圈103。电磁线圈103环绕转子108的轴线设置，也环绕阻尼液膜容置空间101设置。当阻尼液采用磁流变液的时候，电磁线圈103可以利用通电产生的不同强度的磁场作用于磁流变液，进而改变磁流变液的物理属性，改善转子108的振动情况。

参考图2，在图1所示阻尼器主体104的左右两端，分别设置有封闭端盖106。封闭端盖106固定于阻尼器主体104后，封闭(闭合)了阻尼液存储空间105。当阻尼液存储空间105设置足量的阻尼液后(此时与阻尼液存储空间105连通的阻尼液膜容置空间101也充满了阻尼液)，固定好方便端盖106的阻尼器形成了无须依赖外部阻尼液供液系统的、独立的、整体式阻尼器，只需要安装于基座109上，就可以正常使用了。在封闭端盖106和阻尼器主体104之间设置有弹性密封件102。弹性密封件102是与阻尼液存储空间105相匹配的环状密封圈，用于密封阻尼液存储空间105，避免阻尼液泄露。此外，在弹性密封件102附近，封闭端盖106与阻尼器主体104之间设置有活动间隙。当转子108发生振动时，会在转子108轴向产生一定的振动，上述活动间隙会给该方向的振动留有活动空间。与此同时，弹性密封件102的弹性会使得其密封作用一直得以发挥，不会因为上述转子108轴向的振动产生阻尼液泄露。

需要对图1进行进一步说明的是：为了适应于减振，阻尼液膜容置空间101环绕转子108轴线周向均匀分布；相应的阻尼液存储空间105为围绕转子108轴线周向设置的环状空间结构(参考图3和图4)。图1所示转子用阻尼器的实施例，其结构以竖轴为对称轴左右对称，并且由于前述环绕转子108周向设置的原因，在图1所示视图上，其结构也以转子108的轴线上下对称。

从图3和图4的视角(即垂直于转子108的轴线的平面)，可以看到阻尼液膜容置空间101在此平面的投影为弧，该弧以转子108的轴线在该平面的投影点为圆心，并且围绕该圆心均匀分布。以距离该圆心距离相同的弧为一组的话，图3所示的实施例中具有两组阻尼液膜容置空间101，或者说两层阻尼液膜容置空间101，不同层(组)的弧互有重叠。上述的结构，相比于实心的阻尼器主体来说，刚度降低了，并且调整阻尼液膜容置空间101的层数等参数，可以获得不同刚度的阻尼器主体。图4显示了另一个阻尼器实施例，具有三层阻尼液膜容置空间101。这种弧状的阻尼液膜容置空间101结构简单，易于加工。

图5给出了本发明转子用阻尼器的一个应用实例。在本发明转子用阻尼器的基础上，增加了信号采集系统。信号采集系统包括：加速度传感器506、位移传感器504、激光测速仪505、信号调制模块503、数据采集模块502以及计算机501。加速度传感器506设置在转子用阻尼器的外侧，在水平和竖直方向各设置一个。位移传感器504设置在转子108附近，在水平和竖直方向各设置一个。加速度传感器506设置在转子用阻尼器的周向上，即绕转子108转轴的周向上。且在该周向间隔90度至少设置两个加速度传感器506。激光测速仪505设置在转子108的联轴器附近，且在联轴器上安装反光条用于测量转子108的转速。加速度传感器506和位移传感器504将采集到的振动信号通过信号调制模块503转换成振动电信号。数据采集模块502采集振动数据输送给计算机501进行故障判断。图5中所示阻尼器的实施例，其阻尼液采用的是磁流变液。磁流变液能够在磁场作用下改变自身的某些物理属性，例如粘度。

图5所示系统实施例的工作过程如下。

当转子108存在不平衡、不对中、碰磨等故障时，由于阻尼器主体104存在阻尼液膜容置空间101，使得阻尼器主体104的刚度降低，使得阻尼器主体104成为弹性支撑，降低了转子108的临界转速，减缓了转子108的振动(被动控制)。转子的临界转速与转子的支撑刚度并不成线性关系，当支撑刚度达到一定值以后，转子临界转速不再随着支撑刚度的增加而增加。当随着转速增加，信号采集系统判断发生进一步故障后，计算机501发出控制信号向电磁线圈103充电产生相应强度的磁场做用于磁流变液，进而获得磁流变液(阻尼液)期望的粘度，使得阻尼液膜接续发挥阻尼减振的作用(主动控制)。在上述过程中，阻尼液存储空间105补充阻尼液，使得阻尼液膜容置空间101内的阻尼液膜得以保持。同时，端盖106封闭了阻尼液存储空间105和阻尼液膜容置空间101，保持了阻尼液应有的压力。

传统的挤压阻尼液膜阻尼器的动力特性具有较大的非线性，主要是阻尼液膜刚度随着挤压强度变化具有较大的非线性，在转子高速和较大不平衡量时出现“双稳态跳跃”和“非协调进动”，并且存在阻尼液膜力周向分布不均匀的现象。本发明的转子用阻尼器，阻尼液膜容置空间101形成了分割的、多段挤压阻尼液膜区，在转子108产生的不平衡力或其他故障力的作用下，阻尼液流场的分布和大小由流体动压作用和阻尼液膜容置空间101变形共同决定。多段挤压阻尼液膜改善了周向阻尼液膜压力场的分布和大小，避免了每层阻尼液膜周向分布不均的问题。改善了阻尼液膜刚度的高度非线性，扩大了阻尼液膜刚度的线性区域，获得了相对更大的阻尼液膜阻尼。本发明的转子用阻尼器将挤压阻尼液膜阻尼器和弹性支撑组合使用，整体式结构紧凑，占用空间小，轴向尺寸小，既通过改变支撑刚度使转子临界转速降低，又提供了阻尼力，实现了调频和减振的有机统一。

本发明的阻尼器具有较高的适应性。转子的最大振动与临界转速成正比，与阻尼成反比，与偏心距成正比。本发明阻尼器通过设置弹性支撑降低临界转速，同时通过阻尼效应降低过临界振动值，其阻尼液膜提供的阻尼力使得转子在临界时的振动由无限变为有限，增大阻尼系数可以降低转子过临界振动。另外，阻尼液膜和弹性支撑的作用降低了转子系统的偏心，降低转子系统的不对中故障。其中的阻尼液可更换，改变对应粘度，特别是采用磁流变液时，具有更大的粘度变化范围，进一步优化了阻尼特性。

值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以采用等同技术进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (10)

1.转子用阻尼器，包括阻尼器主体，所述阻尼器主体与所述转子通过轴承连接，其特征在于：在所述阻尼器主体上设置有沿所述转子轴向贯穿所述阻尼器主体的阻尼液膜容置空间；在所述阻尼器主体上还设置有阻尼液存储空间，且所述阻尼液存储空间沿所述转子轴向方向与所述阻尼液膜容置空间连通。

2.根据权利要求1所述转子用阻尼器，其特征在于：所述阻尼液膜容置空间在垂直于所述转子轴线的垂直面上的投影为以所述轴线在所述垂直面上投影为圆心的弧。

3.根据权利要求2所述转子用阻尼器，其特征在于：所述弧围绕所述圆心均匀分布。

4.根据权利要求2所述转子用阻尼器，其特征在于：所述弧具有多个，且至少有两个弧距离所述圆心的距离不同。

5.根据权利要求4所述转子用阻尼器，其特征在于：至少有两个距离所述圆心距离不同的弧部分重叠。

6.根据权利要求1所述转子用阻尼器，其特征在于：在所述阻尼器主体沿所述转子轴向的端部设置有端盖；所述端盖与所述阻尼器主体上的结构构成闭合的所述阻尼液存储空间。

7.根据权利要求6所述转子用阻尼器，其特征在于：所述端盖与所述阻尼器主体之间设置有弹性密封件。

8.根据权利要求7所述转子用阻尼器，其特征在于：在设置所述弹性密封件处，所述端盖与所述阻尼器主体之间设置有活动间隙。

9.根据权利要求6所述转子用阻尼器，其特征在于：在所述阻尼器主体沿所述转子轴向的两端分别设置所述端盖。

10.根据权利要求1所述转子用阻尼器，其特征在于：所述阻尼器主体设置有电磁线圈。