CN110168199B - 用于燃气涡轮发动机的可控磁流变装置 - Google Patents

用于燃气涡轮发动机的可控磁流变装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110168199B
CN110168199B CN201780080736.6A CN201780080736A CN110168199B CN 110168199 B CN110168199 B CN 110168199B CN 201780080736 A CN201780080736 A CN 201780080736A CN 110168199 B CN110168199 B CN 110168199B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electromagnetic coils
magnetorheological
wall
stiffness
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780080736.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110168199A (zh
Inventor
舒瓦乔蒂·高希
纳拉亚南·保约尔
苏伦德拉·雷迪·巴亚南
理查德·施密特
托德·罗伯特·斯蒂恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN110168199A publication Critical patent/CN110168199A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110168199B publication Critical patent/CN110168199B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/53—Means for adjusting damping characteristics by varying fluid viscosity, e.g. electromagnetically
    • F16F9/535—Magnetorheological [MR] fluid dampers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F01D25/162—Bearing supports
    • F01D25/164—Flexible supports; Vibration damping means associated with the bearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/04—Antivibration arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/04—Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies
    • F16C27/045—Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies with a fluid film, e.g. squeeze film damping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/03—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/16—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/507—Magnetic properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/24—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly
    • F16C19/26—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly with a single row of rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/18—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using electric, magnetic or electromagnetic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2222/00—Special physical effects, e.g. nature of damping effects
    • F16F2222/06—Magnetic or electromagnetic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2224/00—Materials; Material properties
    • F16F2224/04—Fluids
    • F16F2224/045—Fluids magnetorheological

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Fluid-Damping Devices (AREA)
  • Combined Devices Of Dampers And Springs (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

一种可控磁流变装置，包括由在第一和第二相对端处连接的内壁(72)和外壁(74)形成的环形筒体(70)，环形筒体形成内轴(76)，内轴构造成接收发动机、发电机或包括一个或多个旋转结构的其他装置的操作部件。提供磁流变流体(78)以填充环形筒体的内壁和外壁之间的容积。多个电磁线圈(80)围绕环形筒体的外壁定位。一个或多个电流控制器(88)联接到多个电磁线圈，用于通过每个电磁线圈引入电流，并通过磁流变流体引入相应的磁通量。提供给多个电磁线圈中的每一个的电流水平直接影响磁流变流体的粘度，从而影响可控磁流变装置的刚度和阻尼水平。

Description

用于燃气涡轮发动机的可控磁流变装置
技术领域
本主题大体涉及可控磁流变装置，或更具体地，涉及具有用于控制振动响应的磁流变装置的燃气涡轮发动机。
背景技术
涉及高性能机械部件的许多应用产生不期望的振动。例如，用于车辆、动力系统或其他应用的发动机有时可能遇到操作部件之间的振动响应，这可能导致部件随时间退化和/或低效的系统性能。用于飞行器、船舶、工业或其他环境的燃气涡轮发动机是振动控制可能是重要考虑因素的特定系统。
用于改善发动机或其他环境内的振动控制的已知系统和装置可包括被动和/或主动控制结构。诸如轴承、阻尼器、弹簧、减震器或其他装置的被动特征可以帮助吸收或消散过多的机械能。诸如衰减器等的主动控制特征可以帮助减少发动机的操作部件之间的过度的结构运动。然而，即使有了这种已知的装置，在广泛的应用和操作条件下处理振动控制也会带来独特的挑战。
例如，在燃气涡轮发动机的特定环境中，可能出现许多振动问题。由于诸如不平衡和/或旋转部件的未对准以及/或发动机部件的损坏之类的状况，在正常发动机操作期间可能发生同步振动。非同步振动可能由轴承缺陷，发动机部件之间的松动，相邻系统部件的影响，或由旋转部件或其他操作部件激发的谐振模式引起。例如，在发动机停机后，由不均匀的转子温差引起的转子弯曲或转子轴的热弯曲可能引起振动。在燃气涡轮发动机内还可以以交叉耦合刚度(Alford)力、发动机振动相关噪声(EVRN)或其他状况的形式出现附加的不稳定性。
因此，用于解决给定环境内的不同类型的振动的系统和方法将是有用的。具体地，期望提供一种用于减少燃气涡轮发动机或其他系统内的振动的可控装置。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种可控磁流变装置。可控磁流变装置可包括由在第一和第二相对端连接的内壁和外壁形成的环形筒体。环形筒体可以形成内轴，该内轴构造成接收操作部件。可控磁流变装置还可以包括磁流变流体，该磁流变流体被设置用于填充环形筒体的内壁和外壁之间的容积。可控磁流变装置还可包括围绕环形筒体的外壁定位的多个电磁线圈。可控磁流变装置还可以包括一个或多个电流控制器，其联接到多个电磁线圈，用于通过每个电磁线圈引入电流，并且通过磁流变流体引入相应的磁通量。由一个或多个电流控制器提供给多个电磁线圈中的每一个的电流水平直接影响磁流变流体的粘度，并因此影响可控磁流变装置的刚度和阻尼水平。
在本公开的另一示例性实施例中，提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机可包括压缩机区段，涡轮区段和一个或多个可控磁流变装置。压缩机区段可包括一个或多个压缩机。涡轮区段可位于压缩机区段的下游，并可包括一个或多个涡轮。一个或多个可控磁流变装置可相对于一个或多个压缩机和一个或多个涡轮的一个或多个操作部件定位。每个可控磁流变装置可包括由在第一和第二相对端连接的内壁和外壁形成的环形筒体，环形筒体形成内轴，该内轴构造成接收燃气涡轮发动机的操作部件。每个可控磁流变装置还可以包括磁流变流体，该磁流变流体被提供用于填充环形筒体的内壁和外壁之间的容积。每个可控磁流变装置还可包括围绕环形筒体的外壁定位的多个电磁线圈。每个可控磁流变装置还可以包括一个或多个电流控制器，其联接到多个电磁线圈，用于通过每个电磁线圈引入电流，并且通过磁流变流体引入相应的磁通量。
在本公开的另一示例性实施例中，一种用于控制磁流变装置的方法可以包括由一个或多个处理器从位于操作设备内的一个或多个传感器获取传感器数据。该方法还可以包括由一个或多个处理器确定对应于操作装置内的振动源的传感器数据的一个或多个频率分量。该方法还可以包括由一个或多个处理器确定用于磁流变装置的操作的一个或多个刚度/阻尼模式(例如，对称模式，非对称模式，旋转模式)，其中至少部分地基于传感器数据和一个或多个频率分量来确定一个或多个刚度/阻尼模式。该方法还可以包括由一个或多个处理器生成由一个或多个信号特性(例如，幅度，相位，波形形状)限定的波形信号，其中至少部分地基于一个或多个刚度/阻尼模式来确定一个或多个信号特性。该方法还可以包括根据波形信号和一个或多个信号特性来控制磁流变装置内的多个线圈中的电流。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可实现的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：
图1是根据本主题的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；
图2是根据本主题的各种实施例的图1的示例性燃气涡轮发动机的芯的前端的示意性横截面视图；
图3是根据本主题的各种实施例的图1的示例性燃气涡轮发动机的芯的后端的示意性横截面视图；
图4是没有磁流变装置的燃气涡轮发动机内的示例轴承的示意性横截面视图；
图5是根据本主题的各种实施例的包括磁流变装置的燃气涡轮发动机内的示例轴承的示意性横截面视图；
图6是根据本主题的各种实施例的第一示例性磁流变装置的示意性横截面视图；
图7是根据本主题的各种实施例的描绘磁通线的磁流变装置的一部分的近视图；
图8是根据本主题的各种实施例的第二示例性磁流变装置的侧视平面图；
图9是根据本主题的各种实施例的第三示例性磁流变装置的示意性横截面视图；
图10是根据本主题的各种实施例的用于控制磁流变装置的操作参数的示例系统部件的示意性框图；
图11是根据本主题的各种实施例的用于控制磁流变装置的示例方法的流程图；
图12是根据本主题的第一示例电流控制构造操作的示例性磁流变装置的示意图；
图13是根据本主题的第二示例电流控制构造操作的示例性磁流变装置的示意图；
图14是根据本主题的第三示例电流控制构造操作的示例性磁流变装置的示意图；和
图15是根据本主题的各种实施例的在使用和不使用磁流变装置的情况下在弓形转子启动期间燃气涡轮发动机中的动态响应的图形描绘。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个例子在附图中示出。提供每个实施例是为了解释本发明，而不是限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。
如本文所使用的，术语“第一”，“第二”，“第三”等可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
如本文所用，术语“轴向”或“轴向地”是指沿发动机的纵向轴线的尺寸。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“前”指的是在朝向发动机入口的方向上移动，或者与另一个部件相比部件相对更靠近发动机入口。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“后”是指在朝向发动机喷嘴的方向上移动，或者与另一个部件相比部件相对更靠近发动机喷嘴。
如本文所用，术语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线和发动机外周之间延伸的尺寸。术语“近端”或“近向地”，无论是单独使用还是与术语“径向”或“径向地”结合使用，是指在朝向中心纵向轴线的方向上移动，或者是与另一个部件相比部件相对更靠近中心纵向轴线。术语“远端”或“远向地”，无论是单独使用还是与术语“径向”或“径向地”一起使用，是指在朝向外发动机圆周的方向上移动，或者是与另一个部件相比部件相对更靠近发动机外周。如本文所用，术语“横向”或“横向地”是指垂直于轴向和径向尺寸的尺寸。
本公开的示例方面涉及用于各种应用(例如燃气涡轮发动机)的磁流变装置，以及用于控制这种装置的刚度/阻尼的相应方法。大体上，根据本公开的示例方面的磁流变装置可以对应于大体柱形装置，其通过经由包含在其中的磁流变流体引入磁场和相应的通量，在相对于柱形装置的径向方向上提供可控的刚度或阻尼效果。更具体地，可控磁流变装置可包括由在第一和第二相对端处连接的内壁和外壁形成的环形筒体，被提供以填充内壁和外壁之间的容积的磁流变流体，以及具有可选磁芯的多个电磁线圈。相对端的刚度可以构造成不影响由磁流变流体产生的刚度。环形筒体可以形成内轴，该内轴构造成接收操作部件，例如发动机、电动机、发电机或包括一个或多个旋转结构的其他操作装置内的轴承，转子或其他部件。多个电磁线圈可以围绕环形筒体的外壁定位。在一些示例中，多个电磁线圈可以径向地定位在环形筒体的外壁周围并从环形筒体的外壁向外延伸。可选的磁芯可以定位成使得每个磁芯设置在多个电磁线圈中的一个内。至少一个电流控制器可以联接到多个电磁线圈，用于通过每个电磁线圈引入电流，并且通过磁流变流体引入相应的磁通量。用于检测操作装置(例如，发动机，发电机等)的一个或多个操作特性的一个或多个传感器可以联接到至少一个电流控制器，使得由电流控制器提供给多个电磁线圈的一个或多个电流水平至少部分地由一个或多个操作特性确定。可以从该至少一个电流控制器向多个电磁线圈中的每一个提供一个或多个期望水平的电流，以在可控磁流变装置内提供自适应任务特定或几何特定的刚度和/或阻尼水平构造。
本公开的示例方面可以提供许多优点。例如，根据示例实施例的利用具有可控刚度/阻尼的磁流变装置可以在给定环境内提供振动控制。在燃气涡轮发动机和其他应用中，这种磁流变装置的动态应用可以具有从包括转子等的旋转元件吸收能量的技术效果，以产生改进的转子动态响应和整体提高的发动机操作效率。这可以通过减少涡轮转子与其他相邻静态部件(例如支撑轴结构等)之间不希望的接触的可能性来帮助在发动机部件之间提供更好的间隙控制。使用所公开的装置可有助于减轻转子弯曲的潜在影响，从而缩短发动机启动时间。也可以有利地减少交叉耦合刚度(Alford)力或其他非同步振动(NSV)形式的潜在不稳定性。通过在油损条件下避免旋转并促进稳定操作，也可以实现额外的稳定性。
通过提供多种可能的构造来控制磁流变装置的操作可以实现优点。可以以自适应方式采用不同的构造，以提供可变的任务特定的和/或几何特定的刚度/阻尼。第一示例操作构造可在燃气涡轮发动机启动期间为旋转部件提供额外的刚度。第二示例操作构造可在操作期间为旋转部件提供额外的能量吸收能力。第三示例操作构造可以在特定位置处提供目标刚度或阻尼，以抵消在操作期间明显的动态响应。在这种情况下，可采用可制定的刚度和/或阻尼来使谐振模式偏离在其他预期的操作速度下展现。
现在参考附图，应当理解，所公开技术的一些实施例涉及包括一个或多个可控磁流变装置的燃气涡轮发动机。这种燃气涡轮发动机的示例方面分别在图1-5中示出。在一些示例中，如图1所示的燃气涡轮发动机通常包括压缩机区段以及涡轮区段，压缩机区段包括一个或多个压缩机，涡轮区段位于压缩机区段下游并包括一个或多个涡轮。磁流变装置可相对于一个或多个压缩机和/或一个或多个涡轮的一个或多个操作部件定位，例如图2和图3中所示。
图1示出了示例燃气涡轮发动机10的一个实施例，其可以结合所公开技术的各个方面。燃气涡轮发动机10具有大致与主涡轮转子对齐的纵向轴线11，各个涡轮部件可围绕该主涡轮转子轴向定位。图1描绘了设置在纵向轴线11的一侧上的这种部件的上部分的横截面视图。燃气涡轮发动机10可包括风扇12，低压压缩机或“增压器”14和低压涡轮(“LPT”)16，统称为“低压系统”。LPT 16通过内轴18驱动风扇12和增压器14，内轴18也称为“LP轴”。发动机10还包括高压压缩机(“HPC”)20，燃烧器22和高压涡轮(“HPT”)24，统称为“气体发生器”或“芯”。HPT 24通过外轴26驱动HPC 20，外轴26也称为“HP轴”。高压系统和低压系统一起可以以已知的方式操作，以产生主流或核心流以及风扇流或旁路流。内轴18和外轴26被安装用于在若干滚动元件轴承中旋转，其各方面将更具体地参考图2和3进行讨论。轴承位于发动机10的封闭部分中，该封闭部分称为“集油槽”。
如本文所公开的具有可控刚度/阻尼的磁流变装置可以集成在燃气涡轮发动机10内的一个或多个位置处，如图1所示。用于磁流变装置的第一示例位置25a对应于相对于第一轴承的位置，其在图2中更具体地示出。用于磁流变装置的第二示例位置25b对应于相对于第二轴承的位置，其在图3中更具体地示出。用于磁流变装置的第三示例位置25c对应于中转子位置。用于磁流变设备的第四示例性位置25d对应于相对于一个或多个涡轮轮叶的位置。尽管在图1中描绘了特定位置，但是应当理解，如本文所公开的具有可控刚度/阻尼的磁流变装置可以定位在燃气涡轮发动机或易受振动影响的其他环境内的其他特定位置。
虽然图1中所示的图示的发动机10是高旁通涡轮风扇发动机，但是本文公开的磁流变装置和相关技术同样适用于涡轮螺旋桨发动机，涡轮喷气发动机和涡轮轴发动机，以及用于其他车辆或在静止应用中的涡轮发动机。还应当理解，结合所公开的磁流变装置技术的涡轮发动机可用于各种应用，包括飞行器中的涡轮发动机。当用于飞行器应用时，可以实现优势，包括减少发动机启动时的空气驱动，短途飞行的更短周转时间，发动机部件之间更紧密的间隙，改进的发动机稳定性和性能，减少由于振动引起的机舱噪音，以及改进的飞行安全性和飞行器可靠性。在其他示例中，包括根据本公开的磁流变装置和相关联方法的涡轮发动机可以用于其他应用，例如风能源和运载工具，包括但不限于飞行器，直升机，汽车，船，潜艇，火车，和/或可能会经历高性能振动动态的任何其他适用的基于发动机的环境。
图2描绘了相对于滚动元件轴承定位在燃气涡轮发动机内的磁流变装置的第一示例位置。更具体地，图2更详细地示出了发动机10的前集油槽28。外轴26的前端由前滚珠轴承32和后滚柱轴承34承载，后滚柱轴承34在通常的术语中被称为“3B轴承”和“3R轴承”，分别表示它们的位置和类型。被称为风扇毂框架36的静态环形框架构件围绕前轴承32和后轴承34。前轴承32通过前弹簧轴承保持架38连接到风扇毂框架36，后轴承34通过后弹簧轴承保持架40连接到风扇毂框架36，后弹簧轴承保持架40有时也被称为鼠笼或定心弹簧。
在一个示例中(如图所示)，磁流变装置50可以定位在发动机10的前集油槽28内，靠近后滚柱轴承或3R轴承34。磁流变装置50可包括环形筒体70和多个线圈80，多个线圈80构造成使得环形筒体70的内表面相对于后弹簧轴承保持架40的表面44定位。如果没有设置后弹簧轴承保持架40，则环形筒体70的内表面可相对于围绕后轴承34的柱形表面定位。线圈80可以朝向外壳或其他刚性结构(例如风扇毂框架36的延伸部)径向向外延伸。在其他示例中，磁流变装置可相对于其他轴承定位，例如但不限于3B轴承32，或前集油槽28内的其他操作部件。
图3描绘了相对于滚动元件轴承定位在燃气涡轮发动机内的磁流变装置的第二示例位置。更具体地，图3更详细地示出了发动机10的后集油槽58。外轴26的后端60由靠近涡轮支撑件的后轴承62承载，该后轴承62被称为“4R轴承”，表示其位置和类型。轴承62的外座圈64附接到发动机10的静态环形框架构件66。
在一个示例中(如图所示)，磁流变装置50’可以定位在发动机10的后集油槽58内，靠近4R轴承62。在其他示例中，磁流变装置可相对于其他轴承或后集油槽58内的其他操作部件定位。例如，磁流变装置50’可替代地定位在轴承62附近的操作部件之间的合适间隙内，例如在外座圈64和框架构件66之间。这些位置可用于减轻轴承62或以高速因子运行的其他轴承的应力，这有时会引起燃气涡轮环境内的非同步振动。
图4和5描绘了在燃气涡轮发动机内相对于轴承定位的磁流变装置的另外的示例位置。图4的示意性横截面视图示出了定位在轴承外座圈67和轴承壳体68内的轴承65。轴承外座圈67和轴承壳体68可相对于彼此定位，使得在两个部件之间形成相对小的间隙69。在一些示例中，可以包括用于以高速因子操作的发动机轴承的间隙69，该发动机轴承有时会引起发动机环境内的非同步振动。如图5所示，根据所公开的实施例的磁流变装置50b的示例位置对应于在轴承外座圈67和轴承壳体68之间形成的间隙69内的位置。在图5中描绘的位置中激活磁流变装置50b可以有利地减少在轴承内引起的并且随后转换到其他附近的发动机部件的潜在的非同步振动。
更具体地参考图5，磁流变装置50b的环形筒体70’和其中的磁流变流体可定位在轴承外座圈67的大致柱形外表面与轴承壳体68的大致柱形内表面之间的间隙69内。特别地，磁流变装置50b的内壁72可以定位在轴承外座圈67的外表面附近，而磁流变装置50b的外壁74可以定位在轴承壳体68的内表面附近。可以相对于环形筒体70’布置电磁线圈的多个环形堆。图5的示例磁流变装置50b包括与线圈80a对应的电磁线圈的第一环形堆，电磁线圈80b的第二环形堆，电磁线圈80c的第三环形堆，电磁线圈80d的第四环形堆和电磁线圈80e的第五环形堆。应该理解的是，沿着环形筒体70’的长度彼此具有相似或不同间距的更多或更少数量的环形堆可以替代地用于其他磁流变装置实施例中。从图8可以理解关于包括电磁线圈的多个环形堆的磁流变装置实施例50b的其他细节。
图6提供了根据所公开技术的各个方面的第一示例性磁流变装置实施例的示意性横截面视图。现在参照图6，磁流变装置50a通常包括由内壁72和外壁74形成的环形筒体70。内壁72和外壁74通常可以沿着环形筒体70的长度以同心方式对齐。与柱形内壁72相关联的第一半径73设计成形成内轴76，内轴76足够大以接收一个或多个预定的操作部件。在一些示例中，环形筒体70的内轴76构造成接收涡轮发动机轴承、转子部件、和/或包括旋转结构的操作装置的一个或多个其他操作部件的一部分。柱形外壁74的第二半径75大于柱形内壁72的第一半径73，使得在环形筒体70的内壁72和外壁74之间形成容积。通过在第一和第二相对端处连接内壁72和外壁74来容纳内壁72和外壁74之间形成的体积。在一些示例中，内壁72和外壁74以及在第一和第二相对端处形成的端表面可以使用任何基本上刚性的材料形成，包括但不限于金属(例如，铬，钢，其合金或其他金属合金等)，陶瓷，高性能塑料和其他合适的材料。
仍参照图6，磁流变装置50a还可包括磁流变流体78，磁流变流体78设置成填充环形筒体70的内壁72和外壁74之间的容积。环形筒体的相对端的刚度可以构造成不影响由磁流变流体78产生的刚度。通常，磁流变流体78是非牛顿流体，包括悬浮在载体油中的磁性颗粒。在特定实例中，磁流变流体78可包括磁性颗粒，例如铁颗粒，其特征在于直径在约3-10微米之间并且形成20-40％容积的载体液体，例如矿物油，合成油，水，乙二醇等。合适的市售磁流变流体的一个例子是由北卡罗来纳州的卡里勋爵公司(Lord Corporation ofCary，NC)出售的MRF-132DG磁流变流体。
磁流变流体78具有的粘度水平可直接受到磁流变装置50a内提供的磁场量的影响。磁场强度可用于将磁流变流体从自由流动的线性粘性液体可逆地改变为具有可控产生强度的半固体。由于磁场变化引起的粘度变化可以在非常短的时间内受影响，例如几毫秒或更短，并且通常使用低电压电平。当受到磁场作用时，悬浮在形成磁流变流体78的载体油中的磁性颗粒在磁通线方向上形成链。
至少部分地通过提供围绕环形筒体70的外壁74定位的多个电磁线圈80，在磁流变装置50a内引入磁场。在一些示例中，多个电磁线圈80径向地定位在外壁74周围并从外壁74向外延伸，如图6所示。在一些示例中，多个电磁线圈80可以以保持能够通过磁流变流体78引入磁场的方式相对于外壁74以不同的取向定位。多个电磁线圈80可以由至少一个电流控制器88馈电，电流控制器88电联接到多个电磁线圈80。从电流控制器88提供给线圈80的电流的幅度和频率分量可用于控制在磁流变装置50a内引入的磁场，从而动态地调节在其部署环境内提供的刚度和阻尼水平。关于用于控制磁流变装置50a的操作参数的电流控制器88和相关系统部件的附加细节参考图10描述和讨论。
尽管在图6的示例磁流变装置50a中示出了八个线圈80，但是应当理解，可以使用任何数量的电磁线圈。另外，形成每个电磁线圈80的绕组可以构造成每个线圈包括任意数量的一个或多个匝。在一些示例中，针对所有电磁线圈80，使用相同匝数。在一些示例中，围绕环形筒体的相邻线圈80之间的间隔82基本相等。在一些示例中，每个电磁线圈80设置有磁芯84，以增加每个线圈产生的电场量。磁芯84可以由任何合适类型的铁磁材料形成，例如但不限于铁，镍，钴，钆，镝，其合金或其他展现高磁特性的材料的组合。电磁线圈80可由合适的导电材料形成，例如铜，铝，黄铜，银，金，锡，镍，铬，铅，锌，钡，铑，镉，钴，其合金和/或其他金属材料。
仍然参照图6，每个电磁线圈80的内端83可以连接到外壁74的一部分，并且每个电磁线圈80的外端84可以安装在设置成包围电磁线圈80的壳体的刚性框架86上。虽然刚性框架86在图6中描绘为具有大致柱形形状，但应该理解的是，刚性框架86可呈现多种形式，包括任何大致棱柱形状。在一些示例中，例如先前在图2中描绘的，环形筒体70的内壁72可相对于鼠笼或弹簧轴承保持架的表面定位，或者相对于围绕轴承的柱形表面定位。电磁线圈80可朝向其径向向外延伸的刚性框架86可以被设置作为用于磁流变装置50a的单独壳体，或者可以由现有的刚性发动机部件形成，例如风扇毂框架36的延伸部。
电流控制器88可以构造成通过每个电磁线圈80引入电流，从而在磁流变装置50a内产生磁场并且通过磁流变流体78引入相应的磁通量。图7描绘了在磁流变装置50a的一个线圈80内形成的磁场线90，而线91描绘了在受到磁场90的同时在磁流变流体78内感应的磁通量。通常，磁场90和磁通量91构造成从柱形磁流变装置50a径向向外操作。由一个或多个电流控制器88提供给多个电磁线圈80中的每一个的电流水平直接影响磁流变流体78的粘度，从而影响可控磁流变装置50a的刚度水平或阻尼水平。
图8描绘了磁流变装置50b的第二示例实施例，其包括相对于环形筒体70’布置的多个电磁线圈的环形堆。每个电磁线圈的环形堆可以沿着环形筒体70’的长度92定位，使得一个或多个间隔93形成在相邻的环形堆之间。图8的示例磁流变装置50b包括对应于线圈80a的电磁线圈的第一环形堆，电磁线圈80b的第二环形堆，电磁线圈80c的第三环形堆和电磁线圈80d的第四堆。尽管图8描绘了四个电磁线圈的环形堆，每个环形堆由四个线圈组成(在图8的平面图中仅可见其中三个)，但应该理解的是，任意数量的环形堆和每个堆的任意数量的线圈都在所公开技术的范围内。线圈80a，80b，80c，80d的每个堆可以在相邻堆之间以间隔93定位在彼此相对等距的位置，如图8所示，但是相邻的线圈环形堆之间的等距间隔不是必需的。本文描述的磁流变装置的附加特征，例如但不限于相对于图6的磁流变装置50a描述的特征，图9的磁流变装置110和其他装置也可以被包括在图8的磁流变装置50b中。
图9提供了根据所公开技术的各个方面的第三示例性磁流变装置实施例110的示意性横截面视图。磁流变装置110在许多方面类似于图6的磁流变装置50a。因此，参考图6的磁流变装置50a讨论的特征被认为同样适用于图9的磁流变装置110中所示的类似特征。图9的磁流变装置110包括对应于形成在环形筒体70内的一个或多个孔112的附加可选特征。一个或多个孔112可以形成在环形筒体70的内壁72和外壁74之间，以在环形筒体70内产生磁流变流体78的流动限制，并在其中产生相应的高强度磁通量。在一些示例中，每个孔112可包括从内壁72径向向外延伸的第一延伸部114和从外壁74径向向内延伸的第二延伸部116，以在第一延伸部114和第二延伸部116的相对端之间形成间隙118。在其他示例中，可以仅从内壁72和外壁74中的一个提供单个延伸部，以在延伸部的端部和环形筒体70的相对壁之间形成间隙。尽管图9中示出了八个孔112，但是应当理解，根据所公开的技术可以设置任何数量的一个或多个孔。孔112的数量可以与电磁线圈80和相应的可选磁芯84的数量相同，或者可以在数量上不同。虽然孔112示出为与多个电磁线圈80的放置大体交替，但是孔112相对于电磁线圈的位置可以在不同的磁流变装置实施例中变化。
图10是根据本主题的各种实施例的用于控制磁流变装置50的操作参数的示例控制系统94的示意性框图。控制系统94可以被设置为不同的控制系统，或者与发动机或车辆控制系统中的其他控制系统集成，例如但不限于全权数字发动机控制(FADEC)系统，电子发动机控制(EEC)或发动机控制单元(ECU)系统，或控制发动机性能方面的其他计算机实施的控制系统。控制系统94通常可以使用一个或多个发动机传感器96跟踪发动机响应95。发动机传感器可以向电流控制器88提供信号数据，电流控制器88可以作为具有一个或多个存储器装置97和一个或多个处理器98的计算装置操作。电流控制器88可以处理来自发动机传感器96的信号数据，以主动产生波形信号99，用于控制提供给磁流变装置50内的磁线圈的电流水平。还可以在控制系统94内提供冷却回路100的附加控制，以帮助维持磁流变装置50的期望操作温度。
一个或多个发动机传感器96可定位在燃气涡轮发动机或其他发动机环境内的预定位置处，以实时监测发动机响应95。发动机传感器96可包括用于确定发动机运行速度的转速计或其他传感器，用于确定发动机内的振动现象的一个或多个振动传感器，用于测量温度的热电偶传感器，压力传感器，线性可变差动(LVDT)传感器或用于测量发动机部件位置的可量化位移的其他位置感测器，解析器传感器，应变传感器，燃料流量传感器，电位计传感器，扭矩传感器，加速度计和/或其他状态监测(CM)传感器。
由发动机传感器96捕获的信号数据可以被提供给电流控制器88并存储在一个或多个存储器装置97中。还可以提供一个或多个处理器98以与存储在存储器设备97中的数据交互或者执行存储在存储器装置97中的计算机可读指令。存储器装置97可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质，RAM，ROM，硬盘驱动器，闪存驱动器或其他存储器装置。处理器98可以包括任何合适的处理装置，例如微处理器，微控制器，集成电路，逻辑装置或其他合适的处理装置。一个或多个存储器装置97可以存储可由一个或多个处理器98访问的信息，包括可以由一个或多个处理器98执行的计算机可读指令。指令可以是当由一个或多个处理器98执行时使一个或多个处理器98执行操作的任何指令集。指令可以用任何合适的编程语言编写，或者可以用硬件实施。
图10的电流控制器88可以执行许多特定操作以控制磁流变装置50的操作参数。通常，电流控制器88构造成确定限定通过每个电磁线圈80引入的电流的波形信号99的一个或多个信号特性。信号特性可以包括振幅、相位和波形形状中的一个或多个，并且可以随时间修改以在不同的发动机操作速度或其他条件下提供不同的操作模式。从发动机传感器96获取的信号数据和/或从这种传感器信号数据导出的参数可以转换成用于通过电流控制器88向磁流变装置50内的多个电磁线圈80提供适当电流水平的指令。电流控制器88可以被构造用于实时连续可控操作，使得其可以根据需要打开和关闭，并且设定在不同的水平，如通过来自采样传感器数据等的连续反馈所指示的。
图11中表示的用于控制磁流变装置的计算机实施的方法(101)中描绘了电流控制器操作的特定实施例。电流控制器88可以构造成从一个或多个发动机传感器获取传感器数据(102)。在一些实施例中，诸如转速计数据和CM传感器数据的传感器数据可能是有帮助的。电流控制器88还可以构造成确定传感器数据的频率分量(103)。例如，可以使用快速傅立叶变换(FFT)或将原始传感器数据转换为频谱数据的其他信号转换算法来处理来自发动机传感器96的传感器数据。频谱数据提供频域表示，从该频域表示可以将传感器数据中的一个或多个感兴趣的频率分量确定为对应于振动源。发动机内的同步振动通常可以在对应于1X频率的整数倍的频率或与发动机运行速度对应的频率处被识别。可以在不同于1X频率的频率处识别发动机内的非同步振动。
电流控制器88可进一步构造成确定用于控制磁流变装置50的一个或多个刚度/阻尼模式(104)。可以在(104)处至少部分地基于在(102)处获取的传感器数据和在(103)处确定的对应于发动机内的振动源的频率分量来确定刚度/阻尼模式。在(104)处确定的第一刚度/阻尼模式示例对应于在磁流变装置内提供对称刚度/阻尼的对称模式，其更具体的方面参考图12进行讨论。在(104)处确定的第二刚度/阻尼模式示例对应于在磁流变装置内提供不对称刚度/阻尼的非对称模式，其参考图13更具体地描述。在(104)处确定的第三刚度/阻尼模式示例对应于在磁流变装置内提供旋转刚度/阻尼的旋转模式，如参考图14更具体地描述的。
仍然参考图10和11，电流控制器88可以构造成基于在(103)处确定的一个或多个频率分量和在(104)处确定的一个或多个刚度/阻尼模式，主动地生成由一个或多个幅度和/或相位水平限定的波形信号99(105)。然后，在(106)处可以根据在(105)处主动地生成的波形信号，在磁流变装置50的电磁线圈中控制电流波形信号99的电流相位和/或幅度水平以及形状。因此，在(106)处控制的电流水平可以在幅度，相位和/或波形形状上变化，以制定磁流变装置的刚度/阻尼特性，以减轻各种振动现象。在(105)处主动生成的波形信号99可随着发动机响应95改变而随时间改变。例如，因为发动机速度增加或减少，所以波形信号99的幅度可以增大或减小。在另一个示例中，当发动机速度接近已知的谐振模式时，可以修改波形信号99以控制磁流变装置50内的刚度/阻尼并解决特定频率下的预期振动响应。
波形信号99的主动生成(105)可以通过电流控制器88内的存储器装置97和处理器98的协作来实施，它们一起用于提供半主动逻辑，以根据不同的波形信号99和相应的刚度/阻尼模式启动所公开的磁流变控制器的控制。例如，一个或多个存储器装置97可以存储识别已知的速度相关的发动机数据或其他参数的数据(例如，在启动期间发动机可以受益于受控制的磁流变装置以提供额外刚度的预期速度或时间，或预期的谐振频率，在此期间发动机可能受益于受控制的磁流变装置以引入目标刚度/阻尼，以使谐振模式偏离在预期的发动机运转速度下发生。)数据也可以存储在存储器装置97中，指示相对于已知的速度相关的发动机参数的当前发动机速度的一个或多个阈值水平。当检测到当前发动机速度超过这些阈值水平时，可以提供存储在存储器装置97内的指令以主动指示一个或多个处理器98以执行操作，其以当发动机速度接近预定阈值时主动变化的方式动态生成波形信号99。指令可以识别何时从一种刚度/阻尼模式切换到另一种和/或如何调节波形信号99的幅度、相位和/或波形形状以制定磁流变装置的刚度/阻尼特性，以减轻已知的振动现象。
现在参考图12-14，描绘了用于在磁流变装置中实施不同的确定的刚度/阻尼模式的不同示例电流控制构造，其中每个可以在不同的发动机操作条件下使用，以实现任务特定的和/或几何特定的可变自适应刚度/阻尼条件。不同的电流控制构造通常可以由至少一个电流控制器实施，该电流控制器主动生成波形信号，该波形信号指示馈送到磁流变装置内的多个电磁线圈中的电流的幅度和相位水平。在各种示例中，馈送到磁流变装置中的每个线圈的电流可以在波形的幅度和形状上随时间被独特地修改，以减轻特定类型的振动。
图12描绘了第一示例电流配置120，其可用于在第一刚度/阻尼模式(即，对称模式)下根据所公开的技术操作磁流变装置。在第一示例电流配置120中，从一个或多个电流控制器88提供给多个电磁线圈122a-122h中的每一个的电流C1的水平对于在特定的速度点处的所有多个电磁线圈基本相同。在一些示例中，提供给线圈122a-122h的电流C1的水平可以被确定为发动机速度的函数，以提供适应阻尼/刚度水平与速度关系的半主动装置。换句话说，一旦速度改变，提供给所有线圈122a-122h的电流C1也可以改变。
在一些示例中，根据第一电流配置120操作的磁流变装置可以用于通过在启动期间的预定时间段期间在3R轴承和/或4R轴承位置处提供增加的刚度来减少弓形转子启动中的模态响应。在一些示例中，由这种可控装置引入的刚度可以在几秒的范围内提供，例如在大约一(1)秒和大约十(10)秒之间的时间量。
在其他示例中，根据第一电流配置120操作的磁流变装置可以用于通过在高动力发动机性能期间操作来减小由交叉耦合刚度(Alford)力或其他非同步振动(NSV)引起的不稳定性，以影响发动机动态响应的模式形状。在这样的示例中，磁流变装置可以设置在诸如但不限于沿着HP轴的中间转子(轴间)位置，靠近涡轮机支撑件的后轴承位置(例如，4R轴承位置)，或其他位置的位置处。在4R轴承位置，磁流变装置可以在高动力下致动，以提供刚性4R载荷路径，其有助于减少涡轮关闭并提高稳定裕度。
图13描绘了第二示例性电流配置130，其可用于在第二刚度/阻尼模式(即，非对称模式)下根据所公开的技术操作磁流变装置。通常，通过在不同的线圈处提供一个或多个不同的电流水平，可以产生在磁流变装置的整个圆周上变化的不对称刚度分布。不对称刚度分布可以根据第一和第二固定方向刚度/阻尼分量(例如，在相应的x(横向)和y(竖直)方向上限定刚度水平的Kx和Ky分量，以及在相应的x和y方向上限定阻尼水平的Bx和By分量)来限定。在非对称模式内产生的不对称刚度/阻尼分布可以由不同的特定速度下的不同波形信号来限定。因为每个线圈中的不同电流水平可以在幅度和波形形状上变化，所以可以实施不对称的刚度分布以减轻各种振动现象，包括非同步振动。
在第二示例电流配置130中，第一电流C1由一个或多个电流控制器88提供给多个电磁线圈的第一部分，包括线圈132a，132b，132c，132d，132e，132f和132g。第二电流C2由一个或多个电流控制器88提供给多个电磁线圈的第二部分，包括线圈132h。在图13中，多个电磁线圈的第二部分仅对应于单个线圈。然而，在其他示例中，在每个第一和第二部分中可以包括多个线圈。其他示例可以利用可以馈送到电磁线圈132a-132h的多于两个的不同的电流水平。可以选择不同于所示的不同线圈中的不同电流水平以产生不同的不对称或轴对称配置。
在一些示例中，根据第二电流配置130操作的磁流变装置可用于基于发动机应用内检测到的振动响应在目标方向上提供主动控制。例如，多个电磁线圈132a-132h中的第一和/或第二部分可以设置在相对于环形筒体的预定位置处，以提供动态变化的主动支撑刚度，以管理振动并实现期望的发动机响应特性。
图14描绘了第三示例电流配置140，其可用于在第三刚度/阻尼模式(即，旋转模式)下根据所公开的技术操作磁流变装置。在一些示例中，根据第三电流配置140操作的磁流变装置可以在特定位置处提供目标刚度或阻尼，以抵消在操作期间明显的动态响应。在这种情况下，可采用可制定的刚度和/或阻尼来使谐振模式偏离在其他预期的操作速度下展现。这种谐振模式的频率可以在图11的(103)处的传感器数据处理中确定，并且用于向磁流变装置内的线圈提供电流水平，该线圈产生跟踪检测到的不平衡的旋转刚度。响应于在发动机内检测到的振动响应的谐波特性，电流水平和相应的旋转刚度在分布中可以是正弦曲线。在一些示例中，由波形信号99限定的电流可以是多个正弦分量的和，每个正弦分量对应于在(103)处确定的唯一频率分量。多频旋转刚度可有助于减轻同步以及非同步和/或次同步振动现象。
在图14的第三示例电流配置140中，第一电流C1由一个或多个电流控制器88提供给多个电磁线圈的第一部分，包括线圈142a，142c，142e和142g。第二电流C2由一个或多个电流控制器88提供给多个电磁线圈的第二部分，包括线圈142b，142d，142f和142h。在图14的电流配置140中，承载第一电流C1的多个电磁线圈的第一部分围绕环形筒体的圆周与承载第二电流C2的多个电磁线圈的第二部分交替，使得每对相邻的电磁线圈具有不同的电流水平。
图15是根据本主题的各种实施例的在使用和不使用磁流变装置的情况下在弓形转子启动期间燃气涡轮发动机中的动态响应的图形描绘150。图形描绘150绘制了弓形转子启动(BRS)事件相对于以每分钟转数(RPM)测量的发动机速度的动态响应。第一曲线152表示不使用如本文所公开的磁流变(MR)装置的基线发动机性能。第二曲线154表示使用如本文所公开的MR装置的发动机性能，MR装置在发动机启动期间接通，直到达到XRPM的发动机速度。第三曲线表示使用如本文所公开的MR装置的发动机性能，MR装置在整个发动机启动期间接通。如图15所示，通过使用MR装置产生额外的刚度直到发动机速度达到阈值水平(例如，X RPM)，可以改善动态响应。超过阈值水平时，可以通过断开MR装置并在靠近MR装置的发动机操作部件内提供较小的阻尼效应来改善动态响应。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种可控磁流变装置，其特征在于，包括：
环形筒体，所述环形筒体由连接在第一和第二相对端处的内壁和外壁形成，所述环形筒体形成内轴，所述内轴被构造成接收操作部件；
磁流变流体，所述磁流变流体被提供以填充所述环形筒体的所述内壁和所述外壁之间的容积；
多个电磁线圈，所述多个电磁线圈在所述环形筒体的所述外壁的外表面被定位，并且所述多个电磁线圈从所述外壁的所述外表面向外延伸，所述多个电磁线圈中的每个电磁线圈形成为包括一个或多个匝，并且所述多个电磁线圈中的每个电磁线圈包括内端和外端，所述内端连接到所述外壁的所述外表面，并且所述外端连接到刚性框架；和
一个或多个电流控制器，所述一个或多个电流控制器联接到所述多个电磁线圈，用于通过每个所述电磁线圈引入电流并且通过所述磁流变流体引入相应的磁通量；
其中，由所述一个或多个电流控制器提供给所述多个电磁线圈中的每一个电磁线圈的电流水平直接影响所述磁流变流体的粘度，从而影响所述可控磁流变装置的刚度或阻尼水平。
2.根据权利要求1所述的可控磁流变装置，其特征在于，其中所述一个或多个电流控制器被构造成确定波形信号的一个或多个信号特性，所述波形信号限定通过每个所述电磁线圈引入的所述电流，并且其中，所述一个或多个信号特性能够随时间被修改。
3.根据权利要求2所述的可控磁流变装置，其特征在于，其中限定通过每个所述电磁线圈引入的所述电流的所述波形信号的所述一个或多个信号特性包括幅度、相位和波形形状中的一个或多个。
4.根据权利要求1所述的可控磁流变装置，其特征在于，进一步包括多个磁芯，每个所述磁芯设置在所述多个电磁线圈中的一个电磁线圈内。
5.根据权利要求1所述的可控磁流变装置，其特征在于，进一步包括：
发动机的操作部件，所述操作部件被接收在所述环形筒体的所述内轴内；和
一个或多个传感器，所述一个或多个传感器用于监测发动机响应，其中所述一个或多个传感器联接到一个或多个电流控制器，使得提供给所述多个电磁线圈的电流至少部分地由所述发动机响应确定。
6.根据权利要求5所述的可控磁流变装置，其特征在于，其中所述一个或多个传感器包括转速计或振动传感器或所述转速计和所述振动传感器的组合，所述转速计用于确定发动机运行速度，所述振动传感器用于确定所述发动机内的振动现象。
7.根据权利要求1所述的可控磁流变装置，其特征在于，其中所述多个电磁线圈包括多个环形堆，所述多个环形堆沿着所述环形筒体的长度被定位，使得在相邻的环形堆之间形成间距。
8.根据权利要求1所述的可控磁流变装置，其特征在于，进一步包括一个或多个孔，所述一个或多个孔形成在环形筒体的所述内壁和所述外壁之间，以在所述环形筒体内产生所述磁流变流体的流动限制。
9.根据权利要求1所述的可控磁流变装置，其特征在于，其中从所述一个或多个电流控制器提供给所述多个电磁线圈中的每一个电磁线圈的所述电流水平对于所有所述多个电磁线圈基本相同，以在所述磁流变装置内产生对称的刚度。
10.根据权利要求1所述的可控磁流变装置，其特征在于，其中由所述一个或多个电流控制器向所述多个电磁线圈的第一部分提供第一电流，并且其中由所述一个或多个电流控制器向所述多个电磁线圈的第二部分提供第二电流，以在所述磁流变装置内产生不对称的刚度。
11.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括：
压缩机区段，所述压缩机区段包括一个或多个压缩机；
涡轮区段，所述涡轮区段位于所述压缩机区段的下游，所述涡轮区段包括一个或多个涡轮；
一个或多个可控磁流变装置，所述一个或多个可控磁流变装置相对于所述一个或多个压缩机或一个或多个涡轮的一个或多个操作部件被定位，每个可控磁流变装置包括：
环形筒体，所述环形筒体由在第一和第二相对端连接的内壁和外壁形成，所述环形筒体形成内轴，所述内轴构造成接收所述一个或多个压缩机或一个或多个涡轮的一个或多个操作部件；
磁流变流体，所述磁流变流体被提供以填充所述环形筒体的所述内壁和所述外壁之间的容积；
多个电磁线圈，所述多个电磁线圈在所述环形筒体的所述外壁的外表面被定位，并且所述多个电磁线圈从所述外壁的所述外表面向外延伸，所述多个电磁线圈中的每个电磁线圈形成为包括一个或多个匝，并且所述多个电磁线圈中的每个电磁线圈包括内端和外端，所述内端连接到所述外壁的所述外表面，并且所述外端连接到刚性框架；和
一个或多个电流控制器，所述一个或多个电流控制器联接到所述多个电磁线圈，用于通过每个所述电磁线圈引入电流，并且通过所述磁流变流体引入相应的磁通量。
12.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述一个或多个电流控制器被构造成确定波形信号的幅度、相位或波形形状中的一个或多个，所述波形信号限定通过每个所述电磁线圈引入的所述电流，并且其中，所述波形信号的幅度、相位或波形形状能够随时间被修改。
13.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器用于检测所述燃气涡轮发动机的速度或振动，其中所述一个或多个传感器联接到所述一个或多个电流控制器，使得提供给所述多个电磁线圈的电流水平至少部分地由所述燃气涡轮发动机的速度或振动确定。
14.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括一个或多个孔，所述一个或多个孔形成在每个环形筒体的所述内壁和所述外壁之间，以在所述环形筒体内产生所述磁流变流体的流动限制。
15.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述多个电磁线圈包括多个环形堆，所述多个环形堆沿着所述环形筒体的长度被定位，使得在相邻的环形堆之间形成间距。
16.一种用于控制磁流变装置的方法，其特征在于，包括：由一个或多个处理器从位于操作装置内的一个或多个传感器获取传感器数据；
由所述一个或多个处理器确定所述传感器数据的一个或多个频率分量，所述一个或多个频率分量对应于所述操作装置内的振动源；
由所述一个或多个处理器确定用于所述磁流变装置的操作的一个或多个刚度/阻尼模式，其中所述一个或多个刚度/阻尼模式至少部分地基于所述传感器数据和所述一个或多个频率分量来确定；
由所述一个或多个处理器生成由一个或多个信号特性限定的波形信号，其中所述一个或多个信号特性至少部分地基于所述一个或多个刚度/阻尼模式来确定；和
由所述一个或多个处理器根据所述波形信号和所述一个或多个信号特性控制所述磁流变装置内的多个线圈中的电流，并且多个电磁线圈从所述磁流变装置的环形筒体的外壁的外表面向外延伸，所述多个电磁线圈中的每个电磁线圈形成为包括一个或多个匝，并且所述多个电磁线圈中的每个电磁线圈包括内端和外端，所述内端连接到所述外壁的所述外表面，并且所述外端连接到刚性框架。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其中确定所述传感器数据的所述一个或多个频率分量包括执行快速傅里叶变换，以将所述传感器数据转换为频谱数据。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其中所述一个或多个刚度/阻尼模式包括第一刚度/阻尼模式、第二刚度/阻尼模式以及第三刚度/阻尼模式，所述第一刚度/阻尼模式在所述磁流变装置内提供对称刚度/阻尼，所述第二刚度/阻尼模式在所述磁流变装置内提供不对称刚度/阻尼，所述第三刚度/阻尼模式在所述磁流变装置内提供旋转刚度/阻尼。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其中与所述操作装置内的所述振动源相对应的所述传感器数据的一个或多个频率分量包括对应于同步振动的频率分量或对应于非同步振动的频率分量中的一个或多个。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其中所述波形信号的一个或多个信号特性包括幅度、相位和波形形状中的一个或多个，并且其中所述波形信号随着所述传感器数据的改变而随时间改变。
CN201780080736.6A 2016-11-08 2017-09-29 用于燃气涡轮发动机的可控磁流变装置 Active CN110168199B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/346,202 2016-11-08
US15/346,202 US11002335B2 (en) 2016-11-08 2016-11-08 Controllable magneto-rheological device for gas turbine engine
PCT/US2017/054348 WO2018089129A1 (en) 2016-11-08 2017-09-29 Controllable magneto-rheological device for gas turbine engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110168199A CN110168199A (zh) 2019-08-23
CN110168199B true CN110168199B (zh) 2022-01-25

Family

ID=60120157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780080736.6A Active CN110168199B (zh) 2016-11-08 2017-09-29 用于燃气涡轮发动机的可控磁流变装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11002335B2 (zh)
CN (1) CN110168199B (zh)
WO (1) WO2018089129A1 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6916755B2 (ja) * 2018-03-09 2021-08-11 三菱重工業株式会社 回転機械
JP7019476B2 (ja) * 2018-03-26 2022-02-15 日立Astemo株式会社 ダンパ装置
US11493407B2 (en) 2018-09-28 2022-11-08 Ge Avio S.R.L. Torque measurement system
CN109944648B (zh) * 2019-04-03 2021-06-25 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种滑油管路内流体激励振动控制方法和装置
US11970952B2 (en) * 2019-09-13 2024-04-30 General Electric Company Method and system for rotor stabilization
US11261740B2 (en) * 2020-01-02 2022-03-01 The Boeing Company Balancing systems and methods for an engine of an aircraft
EP4092289A1 (en) * 2021-05-17 2022-11-23 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG System for vibration management in rotating machinery
CN113639004B (zh) * 2021-08-24 2022-05-27 上海大学 一种挤压模式巨电流变液阻尼器
CN115750093A (zh) * 2021-09-02 2023-03-07 通用电气公司 轴承支撑组件
US11560801B1 (en) 2021-12-23 2023-01-24 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Fan blade with internal magnetorheological fluid damping
US11746659B2 (en) 2021-12-23 2023-09-05 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Fan blade with internal shear-thickening fluid damping
CN217108009U (zh) * 2022-03-16 2022-08-02 潍柴动力股份有限公司 一种发动机管路减振装置及发动机
CN115822293B (zh) * 2022-12-15 2024-06-25 武汉理工大学 一种基于磁流变效应的防坠网装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5497861A (en) * 1994-06-27 1996-03-12 Brotz; Gregory R. Variable motion dampener
US5738343A (en) * 1990-04-03 1998-04-14 Toyo Tire & Rubber Co., Ltd. Vibration isolating apparatus
CN1372086A (zh) * 2001-02-28 2002-10-02 汪建晓 旋转机械转子振动控制用磁流变液阻尼器
CN103534508A (zh) * 2011-05-17 2014-01-22 北京京西重工有限公司 磁流变阻尼组件

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0108083A1 (en) * 1982-04-19 1984-05-16 Sound Attenuators Limited Method of and apparatus for active vibration isolation
DE4116270C2 (de) * 1990-05-18 2002-01-17 Toyo Tire & Rubber Co Dämpfungseinrichtung
US5284330A (en) * 1992-06-18 1994-02-08 Lord Corporation Magnetorheological fluid devices
US5277281A (en) 1992-06-18 1994-01-11 Lord Corporation Magnetorheological fluid dampers
US5788029A (en) * 1993-08-18 1998-08-04 Bell Helicopter Vibration isolation system
US5452957A (en) 1994-11-22 1995-09-26 Dana Corporation Center bearing assembly including support member containing rheological fluid
US5492312A (en) * 1995-04-17 1996-02-20 Lord Corporation Multi-degree of freedom magnetorheological devices and system for using same
US6427813B1 (en) * 1997-08-04 2002-08-06 Lord Corporation Magnetorheological fluid devices exhibiting settling stability
US6068249A (en) * 1998-04-22 2000-05-30 Trw Inc. Controllable vehicle strut
US6116784A (en) 1999-01-07 2000-09-12 Brotz; Gregory R. Dampenable bearing
US6953108B2 (en) 2003-04-04 2005-10-11 Millenworks Magnetorheological damper system
GB0319552D0 (en) * 2003-08-20 2003-09-24 Reactec Ltd Improvments in or relating to vibration contol
US8042659B1 (en) * 2003-10-14 2011-10-25 Sikorsky Aircraft Corporation Active force generation/isolation system employing Magneto Rheological Fluid (MRF)
US20120292143A1 (en) 2005-06-21 2012-11-22 Eric Anderfaas Magnetorheological Damper With Annular Valve
CN100398112C (zh) 2006-03-24 2008-07-02 辽宁诺康生物制药有限责任公司 一种治疗血磷酸盐过多症的药物及其制备方法
US20080148708A1 (en) * 2006-12-20 2008-06-26 General Electric Company Turbine engine system with shafts for improved weight and vibration characteristic
US8527247B1 (en) 2008-03-20 2013-09-03 Sandia Corporation Nonlinear power flow feedback control for improved stability and performance of airfoil sections
US20080302024A1 (en) 2007-06-05 2008-12-11 Gm Global Technology Operations, Inc. Tunable impedance load-bearing structures
US8413772B2 (en) * 2008-02-12 2013-04-09 Techno-Sciences, Inc. Magnetorheological fluid elastic lag damper for helicopter rotors
US8973724B2 (en) * 2007-07-17 2015-03-10 Honeywell International Inc. Vibration isolators and isolation systems
US8308435B2 (en) * 2007-12-27 2012-11-13 General Electric Company Methods and system for balancing turbine rotor assemblies
WO2011060424A1 (en) * 2009-11-16 2011-05-19 Nrg Systems, Inc. Data acquisition system for condition-based maintenance
DE102010055833A1 (de) 2010-09-15 2012-03-15 Inventus Engineering Gmbh Rheologische Übertragungsvorrichtung
US8992161B2 (en) * 2011-08-26 2015-03-31 Honeywell International Inc. Gas turbine engines including broadband damping systems and methods for producing the same
US9046001B2 (en) 2011-08-29 2015-06-02 Honeywell International Inc. Annular bearing support dampers, gas turbine engines including the same, and methods for the manufacture thereof
US9103321B1 (en) 2012-09-13 2015-08-11 Jaime Mlguel Bardia On or off grid vertical axis wind turbine and self contained rapid deployment autonomous battlefield robot recharging and forward operating base horizontal axis wind turbine
US9683616B2 (en) 2014-01-31 2017-06-20 Bell Helicopter Textron Inc. Magnetorheological rotorcraft actuator
US9841077B2 (en) * 2014-06-18 2017-12-12 Bell Helicopter Textron Inc. Rotating shaft damping with electro-rheological fluid
US10465557B2 (en) 2015-09-01 2019-11-05 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Magnetic squeeze film damper system for a gas turbine engine
US20170067860A1 (en) * 2015-09-03 2017-03-09 Paul Grabill Control Area Network Machine Diagostic

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5738343A (en) * 1990-04-03 1998-04-14 Toyo Tire & Rubber Co., Ltd. Vibration isolating apparatus
US5497861A (en) * 1994-06-27 1996-03-12 Brotz; Gregory R. Variable motion dampener
CN1372086A (zh) * 2001-02-28 2002-10-02 汪建晓 旋转机械转子振动控制用磁流变液阻尼器
CN103534508A (zh) * 2011-05-17 2014-01-22 北京京西重工有限公司 磁流变阻尼组件

Also Published As

Publication number Publication date
US11002335B2 (en) 2021-05-11
WO2018089129A1 (en) 2018-05-17
US20180128342A1 (en) 2018-05-10
CN110168199A (zh) 2019-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110168199B (zh) 用于燃气涡轮发动机的可控磁流变装置
Srinivas et al. Application of active magnetic bearings in flexible rotordynamic systems–A state-of-the-art review
US11846318B2 (en) Rotatable shaft bearing with electromagnetically controlled support impedance
US10801366B2 (en) Variable stiffness bearing housing
US9016952B2 (en) Roller bearings
EP3992594A1 (en) System and method for detecting vibrations in rotating machinery
US11421734B2 (en) Active radial magnetic bearing assembly with internal sensors
US9234462B2 (en) Fluidic dampening film supply method for a guiding bearing of a turbine engine shaft
US11674397B2 (en) Variable stiffness damper system
WO2012032362A1 (en) Hybrid journal bearing
CN104736815B (zh) 用于涡轮增压器的、带有轴承间隔件分度的速度传感器插入件
US9140187B2 (en) Magnetic de-icing
JPH08261237A (ja) ガスタービンエンジン
CN112511054A (zh) 用于转子稳定的方法和系统
CN106894851B (zh) 中心架减振调节汽轮机气封间隙的方法及减振装置
Chen Characteristics analysis of blade-casing rubbing based on casing vibration acceleration
EP3434868B1 (en) Eddy current damper for a lift off seal in a gas turbine engine
CN106837435A (zh) 喷气辅助中心架减振调节汽轮机气封的方法及装置
Kim et al. Vibration characteristics of a 75 kW turbo machine with air foil bearings
Arihara et al. The experimental rotordynamic stability evaluation method using magnetic excitation system for an integrally geared compressor
EP4187123A1 (en) Method and system for reducing vibrations in rotating machinery
CN106677836A (zh) 喷气辅助中心支承减振调节汽轮机气封的方法及装置
Shalash et al. Pressure Profile Measurements Within the Gas Film of Journal Foil Bearings Using an Instrumented Rotor With Telemetry
US20240035389A1 (en) Guide vane assembly for an aircraft turbine engine
WO2015009560A1 (en) Exhaust-gas turbocharger

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant