一种研究悬臂转子Morton效应的试验装置，包括悬臂转子试验系统、转子动力系统和特征参数测量系统；其中，悬臂转子试验系统包括转子与油路循环部件，主轴通过外伸端轴承座和电机端轴承座支承，套有外伸段轮盘与若干跨内段轮盘，并与转子动力系统连接；油路循环部件包括油箱、计量泵、压力表及连接管路；外伸端轴承座和电机端轴承座结构相同，两侧设置油盒，底部设置定位块；轴承嵌套在轴承座中，电机端轴承座通过油杯供油，外伸端轴承座通过计量泵供油并布置压力表以监测油压；特征参数测量系统包括多组传感器，传感器信号经导线连接至多通道数据采集仪。本发明用于研究Morton效应影响下高转速、带长外伸段悬臂转子的动力学特性。
1.一种研究悬臂转子Morton效应的试验装置，其特征在于，包括悬臂转子试验系统、转子动力系统和特征参数测量系统；其中，
悬臂转子试验系统包括转子与油路循环部件，转子主轴(3)通过安装在底座(2)上的外伸端轴承座(6)和电机端轴承座(12)支承，主轴(3)的一端套有外伸段轮盘(1)，另一端与转子动力系统连接，主轴(3)上还套有第一跨内段轮盘(8)、第二跨内段轮盘(9)和第三跨内段轮盘(10)；
油路循环部件包括油箱(25)、计量泵(26)、压力表(27)及连接管路；
外伸端轴承座(6)和电机端轴承座(12)的结构相同，每个轴承座的两侧均设置油盒(20)，油盒(20)用于收集轴承两侧的泄油，每个轴承座的底部中间安装定位块(21)，定位块(21)嵌入在底座(2)中部凹槽中，轴承(19)嵌套在轴承座中，并开设进油槽与回油槽，电机端轴承座(12)通过油杯(13)供油，外伸端轴承座(6)使用油箱(25)与计量泵(26)供油，在计量泵(26)与轴承(19)间布置有压力表(27)以实现进口油压的实时监测，以进行油压对Morton效应影响的研究；
特征参数测量系统包括多组传感器，传感器信号经导线连接至多通道数据采集仪；
转子动力系统包括电机支架(15)、电机(16)及交流调压器，电机(16)通过电机支架(15)固定，电机支架(15)通过螺栓固定在底座(2)的螺纹孔中，电机输出端通过弹性联轴器(14)与转子的主轴(3)连接，交流调压器用于控制电机(16)输出转速，与特征参数测量系统中第二电涡流位移传感器(29)测量值组合使用，实现转速信号的监测及转子转速的控制。
2.根据权利要求1所述的一种研究悬臂转子Morton效应的试验装置，其特征在于，主轴(3)的两端通过外伸端轴承座(6)和电机端轴承座(12)活动连接，主轴(3)与外伸段轮盘(1)、第一跨内段轮盘(8)、第二跨内段轮盘(9)、第三跨内段轮盘(10)的材料均采用40Cr。
3.根据权利要求1所述的一种研究悬臂转子Morton效应的试验装置，其特征在于，主轴(3)靠近转子动力系统侧开有轴向凹槽以实现转子工作转速的测量，外伸段轮盘(1)、第一跨内段轮盘(8)、第二跨内段轮盘(9)和第三跨内段轮盘(10)通过两侧定位螺栓及定位柱(18)固定在主轴(3)上，外伸段轮盘(1)、第一跨内段轮盘(8)、第二跨内段轮盘(9)和第三跨内段轮盘(10)周向分布多个动平衡用螺纹孔。
4.根据权利要求1所述的一种研究悬臂转子Morton效应的试验装置，其特征在于，轴承(19)在中部设置进油口，两侧设置回油口，进油口与回油口均设置油槽，外伸端轴承座(6)和电机端轴承座(12)上设置与轴承进、出油口位置对应的油口以实现油路循环，外伸端轴承座(6)和电机端轴承座(12)两侧开孔以安装热电阻温度传感器(7)。
5.根据权利要求1所述的一种研究悬臂转子Morton效应的试验装置，其特征在于，底座(2)中心开设凹槽以实现各部件的对中，两侧均匀开设螺纹孔以实现各部件的定位，底部添加橡胶垫以减少振动。
6.根据权利要求1所述的一种研究悬臂转子Morton效应的试验装置，其特征在于，特征参数测量系统包括设置在转子轴承段附近的第一电涡流位移传感器(5)，设置在外伸端轴承座(6)两侧的热电阻温度传感器(7)，设置在油路循环系统中计量泵(26)出口与轴承进油口间的压力表(27)及设置在弹性联轴器(14)附近轴段转速测点的第二电涡流位移传感器(29)。
一种研究悬臂转子Morton效应的试验装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种研究悬臂转子Morton效应的试验装置，用于研究Morton效应影响下高转速、带长外伸段悬臂转子的动力学特性。
背景技术
[0002] 大型旋转机械是国家基础设施以及基础产业中的关键设备，在国民生活中直接或间接的起着重要作用。近年来，转子轴系结构及相应的轴系振动故障越来越复杂，且随着新型、高转速、多用途汽轮发电机组的研发需要，出现多种高转速、带长外伸段的悬臂转子。但随着研究深入，符合设计标准的转子，尤其是悬臂转子，在稳定工况下时也可能会出现转子失稳，且此时转子失稳十分剧烈，会完全破坏转子轴系及轴承部分，十分危险。根据事后事故分析，此时转子失稳是由发生同步涡动所致，在滑动轴承处发现了转子的热弯曲现象，这种热弯曲线性是因油膜的粘性剪切能量引起的。
[0003] 这种带长外伸段支承轴承轴颈表面存在温度差异从而造成轴颈临时性热弯曲，使得转子振动增大的现象称为“Morton效应”。随着汽轮发电机组等旋转机械向大型化方向发展，滑动轴承承载越来越重，带长外伸段滑动轴承Morton效应对轴承工作性能及轴系稳定运行都会产生重要影响。Morton效应可能产生于稳定运行工况下，是现有旋转器械运行时巨大的安全隐患。但对于该实际情况，国内目前没有详细研究，在生产中缺乏对Morton效应下的长外伸段悬臂转子的稳定性分析，缺乏对于高转速、带长外伸段悬臂转子的设计准则。
发明内容
[0004] 针对以上问题，本发明提供了一种研究悬臂转子Morton效应的试验装置，可以通过连续调节改变转子外伸段长度与外伸端轮盘重量，在不同外伸段长度、不同外伸段悬臂质量下，研究转子结构与轴承参数对Morton效应及转子稳定性的影响，以实现对悬臂转子Morton效应的深入研究。
[0005] 本发明采用如下技术方案来实现的：
[0006] 一种研究悬臂转子Morton效应的试验装置，包括悬臂转子试验系统、转子动力系统和特征参数测量系统；其中，
[0007] 悬臂转子试验系统包括转子与油路循环部件，转子主轴通过安装在底座上的外伸端轴承座和电机端轴承座支承，主轴的一端套有外伸段轮盘，另一端与转子动力系统连接，主轴上还套有第一跨内段轮盘、第二跨内段轮盘和第三跨内段轮盘；
[0008] 油路循环部件包括油箱、计量泵、压力表及连接管路；
[0009] 外伸端轴承座和电机端轴承座的结构相同，每个轴承座的两侧均设置油盒，油盒用于收集轴承两侧的泄油，每个轴承座的底部中间安装定位块，定位块嵌入在底座中部凹槽中，轴承嵌套在轴承座中，并开设进油槽与回油槽，电机端轴承座通过油杯供油，外伸端轴承座使用油箱与计量泵供油，在计量泵与轴承间布置有压力表以实现进口油压的实时监测，以进行油压对Morton效应影响的研究；
[0010] 特征参数测量系统包括多组传感器，传感器信号经导线连接至多通道数据采集仪。
[0011] 本发明进一步的改进在于，主轴的两端通过外伸端轴承座和电机端轴承座活动连接，主轴与外伸段轮盘、第一跨内段轮盘、第二跨内段轮盘、第三跨内段轮盘的材料均采用40Cr。
[0012] 本发明进一步的改进在于，主轴靠近转子动力系统侧开有轴向凹槽以实现转子工作转速的测量，外伸段轮盘、第一跨内段轮盘、第二跨内段轮盘和第三跨内段轮盘通过两侧定位螺栓及定位柱固定在主轴上，外伸段轮盘、第一跨内段轮盘、第二跨内段轮盘和第三跨内段轮盘周向分布多个动平衡用螺纹孔。
[0013] 本发明进一步的改进在于，轴承在中部设置进油口，两侧设置回油口，进油口与回油口均设置油槽，外伸端轴承座和电机端轴承座上设置与轴承进、出油口位置对应的油口以实现油路循环，外伸端轴承座和电机端轴承座两侧开孔以安装热电阻温度传感器。
[0014] 本发明进一步的改进在于，底座中心开设凹槽以实现各部件的对中，两侧均匀开设螺纹孔以实现各部件的定位，底部可添加橡胶垫以减少振动。
[0015] 本发明进一步的改进在于，转子动力系统包括电机支架及电机，电机通过电机支架固定，电机支架通过螺栓固定在底座的螺纹孔中，电机输出端通过弹性联轴器与转子的主轴连接。
[0016] 本发明进一步的改进在于，转子动力系统还包括交流调压器，交流调压器用于控制电机输出转速，与特征参数测量系统中第二电涡流位移传感器测量值组合使用，实现转速信号的监测及转子转速的控制。
[0017] 本发明进一步的改进在于，特征参数测量系统包括设置在转子轴承段附近的第一电涡流位移传感器，设置在外伸段轴承两侧的热电阻温度传感器，设置在油路循环系统中计量泵出口与轴承进油口间的压力表及设置在弹性联轴器附近轴段转速测点的第二电涡流位移传感。
[0018] 本发明至少具有如下有益的技术效果：
[0019] 本发明提供的一种研究悬臂转子Morton效应的试验装置，包括油路循环部件与转子，其中转子分为轴承段、跨内段与跨外段，较为准确的还原了如今带有长外伸段转子的实际结构，能够测量包括实时转速、轴瓦温度与轴段振动在内的转子动力学特性，轴承通过油泵供油，可以很好的还原Morton效应发生时的轴承工况，从而分析转速、外伸段长度、悬臂轮盘质量、运行时间等参数对转子Morton效应的影响规律，研究Morton效应影响下高转速、带长外伸段悬臂转子的动力学特性。
[0020] 进一步，本发明采用分体模块化设计，可以对多种结构下的悬臂转子特征参数进行测量，在研究Morton效应时具有较强的适用性。本发明中的转子试验系统与转子动力系统、转子试验系统与特征参数测量系统、循环部件与转子间均通过螺栓或螺纹孔连接，便于安装与拆卸。
附图说明
[0021] 图1是本发明的转子试验系统示意图；
[0022] 图2是本发明的轮盘与主轴固定方式示意图；其中图2(a)是三维图，图2(b)是正视全剖视图；
[0023] 图3是本发明的外伸端轴承座结构示意图；其中图3(a)是正视局部视图，图3(b)是左视全剖视图；
[0024] 图4是本发明的弹性联轴器及转速测点示意图。
[0025] 附图标记说明：
[0026] 1为外伸段轮盘，2为底座，3为主轴、4为外伸端探头支架、5为第一电涡流位移传感器、6为外伸端轴承座、7为热电阻温度传感器、8为第一跨内段轮盘、9为第二跨内段轮盘、10为第三跨内段轮盘、11为电机端探头支架、12为电机端轴承座、13为油杯、14为弹性联轴器、15为电机支架、16为电机、17为定位螺栓、18为盘定位柱、19为轴承、20为油盒、21为定位块、
22为第一螺栓、23为第二螺栓、24为第三螺栓、25为油箱、26为计量泵、27为压力表、28为销钉，29为第二电涡流位移传感器。
具体实施方式
[0027] 以下结合附图对本发明做进一步的说明。
[0028] 参见图1，本发明提供了一种研究悬臂转子Morton效应的试验装置，包括悬臂转子试验系统、转子动力系统和特征参数测量系统。
[0029] 其中悬臂转子试验系统包括外伸段轮盘1、第一跨内段轮盘8、第二跨内段轮盘9、第三跨内段轮盘10、底座2、主轴3、外伸端轴承座6、电机端轴承座12以及油杯13；转子动力系统包括电机16、电机支架15以及弹性联轴器14；特征参数测量系统包括外伸端探头支架4、第一电涡流位移传感器5、第二电涡流位移传感器29以及热电阻温度传感器7。具体来说，转子试验台固定在底座2之上，其中转子的主轴3两端分别与外伸端轴承座6和电机端轴承座12活动连接，Morton效应受到转子外伸段结构影响较为明显，故以外伸端轴承座6为分界将转子分为跨内段与跨外段，图示工况下跨外段安装有外伸段轮盘1、跨内段设置有第一跨内段轮盘8、第二跨内段轮盘9及第三跨内段轮盘10。在试验时通过选取不同外伸盘及调整悬臂长度可以改变转子工况。根据经验，外伸盘越重、悬臂长度越长，转子出现Morton效应的可能性就越高、Morton效应造成的影响就越明显。转子由电机16进行驱动，电机16通过固定在试验台的底座2上的电机支架15固定，电机16通过交流调压器供电，可以实现转速的实时控制。
[0030] 参见图2，以外伸段轮盘1为例，轮盘周向分布有若干孔，并标有编号，可以满足动平衡或添加偏心量等试验需要。根据经验，增加轮盘的质量偏心会增大Morton效应的出现几率及影响。各轮盘通过定位螺栓17与定位柱18与主轴3相连，通过调节轮盘两侧定位螺栓17，可以对外伸段轮盘1与主轴3的相对位置进行微调，实现轮盘对中，以排除轮盘偏心对Morton效应的干扰。
[0031] 参见图3，电机端轴承座12与外伸端轴承座6结构相同，以外伸端轴承座6为例，外伸端轴承座6两侧均设置油盒20，油盒20通过第二螺栓23固定以收集轴承两侧的泄油，外伸端轴承座6底部中间通过第三螺栓24安装定位块21，定位块21嵌入底座2中部凹槽中以保证对中，外伸端轴承座6两侧通过第一螺栓22与底座2螺纹孔固定。轴承19嵌套在外伸端轴承座6中，并开设进油槽与回油槽，以实现转子工作过程中主轴3的油膜润滑支承，形成油膜也是Morton效应出现的必要条件。电机端轴承通过油杯13供油，外伸端轴承座6的轴承则使用油箱25与计量泵26供油，在计量泵26与轴承19间布置有压力表27以实现进口油压的实时监测，以进行油压对Morton效应影响的研究。
[0032] 参见图4，电机16输出端通过弹性联轴器14与转子的主轴3连接，弹性联轴器14两侧通过销钉28分别固定在电机16输出端与主轴3端部，联轴器中部为弹性橡胶制结构，可以有效避免试验台工作时的冲击振动，并且可以在一定程度上减少同轴度需求，排除电机与转子安装时可能出现的同轴度偏差对Morton效应的干扰。主轴3端部开设凹槽，与第二电涡流位移传感器29结合可以实现转速的测量。
[0033] 为研究悬臂转子Morton效应的试验装置，已投入运行。
[0034] 本发明的转子试验系统工作时，转子在电机16的驱动下开始工作，该工作转速可通过调压器调节，同时转速可通过设置在主轴3转速测点处的传感器通过数据采集器进行实时监测。试验系统设置若干厚度不同的外伸段轮盘1、第一跨内段轮盘8、第二跨内段轮盘9和第三跨内段轮盘10，可根据试验需要改变轮盘厚度、位置或在轮盘周向均布的螺纹孔中添加平衡螺栓改变试验参数，以实现转子结构与不平衡量对Morton效应影响的研究。试验中在测点处通过第一电涡流位移传感器5对水平与竖直两个方向转子振动同时测量、通过热电阻温度传感器7测量轴承瓦温，可实时观察转子运行工况，并在后续处理中，可通过数据采集器获得转子升降速曲线及各测点轴心运动轨迹等参数，这些参数是衡量Morton效应是否出现及分析Morton效应对转子运行工况影响的重要依据。
[0035] 以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
