一种多功能气体箔片轴承支承转子模拟试验台

1.本发明涉及高速旋转机械领域，具体涉及一种多功能气体箔片轴承支承转子模拟试验台。


背景技术：

2.试验台是研究工作必不可少的工具，其作用在于呈现试验现象，通过评价试验件以验证设计的可行性。国内气体轴承的发展比国外落后几十年，高性能气体箔片轴承实验数据都掌握在少数几个国外科研机构手中，如nasa、miti、德州农工大学、honeywell公司等。国内急需高性能轴承实验数据来辅助空气箔片轴承的研究和采用气体箔片轴承的高速旋转设备的开发。目前的转子试验台主要用来测量转子的运动轨迹、轴承的温度、转子的转速。
3.目前存在的空气箔片支承转子试验台的存在以下问题：一方面：功能较为单一，无法同时测量空气箔片径向轴承和空气箔片推力轴承的实验数据，只能将空气箔片径向轴承和空气箔片推力单独进行实验以获得实验数据。另一方面，目前的空气箔片轴承支承的试验台无法直接测量转子旋转时的气膜压力。


技术实现要素：

4.为克服气箔轴承支承转子试验台功能单一、无法实时测量转子转动时的气膜压力，本发明提供一种多功能气体箔片轴承支承转子模拟试验台。
5.为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种多功能气体箔片轴承支承转子模拟试验台，其特征在于：包括支承座装置、动力系统、轴承-转子系统、测试系统。
6.所述支承座装置包括涡轮壳体支承座4、外壳1、前下支座2；所述前下支座2上方设有外壳1，通过外壳1的两个定位孔33、45进行定位，并通过螺栓进行固定连接；所述外壳1前端设置有前端盖20；所述外壳后端依次设置有推力轴承轴套21、间隙环46、后端盖14，均通过螺栓进行固定连接；所述外壳1内部两侧设置有轴承过渡层9、47；所述轴承过渡层内部分别设置有气体箔片径向轴承47、48；所述气体箔片径向轴承47、48分别在两端支承转子系统；
7.所述转子系统包括轴3、涡轮17、推力盘13；所述轴的前端设置有涡轮17后端设置有推力盘13；
8.所述动力系统包括所述转子系统上设有的涡轮17、涡轮壳体6、涡轮壳体支承座4；所述涡轮壳体支承座4上设有涡轮壳体6，通过螺栓与螺母进行固定连接，涡轮壳体6内表面与所述涡轮17同心轴配合；
9.所述测试系统包括电涡流位移传感器7、8、11、12、k型热电偶温度传感器、压电薄膜传感器34、38；
10.所述外壳上开设有4个两两正交布置的通孔22、23、28、29；所述通孔22和通孔28的开设方向为竖直，通孔23和通孔29的开设方向为水平；所述电涡流位移传感器7、8、11、(12)
分别插入通孔中；
11.所述外壳上开设有2个竖直方向的螺纹孔24、26和2个水平方向的螺纹孔25、27；所述轴承过渡层上开设有2个螺纹孔49、50；外壳的螺纹孔分别与轴承过渡层的螺纹孔54、55、56、57对应同心轴，通过螺柱15、16、18、19进行配合，并对轴承进行夹紧；
12.所述箔片气体径向轴承48、47包括轴承壳37、凸箔36、顶箔35；所述顶箔35上设有压电薄膜传感器34；所述箔片气体推力轴承52包括推力盘13、凸箔40、顶箔39；所述推力轴承53由推力轴承衬套41、凸箔40、顶箔39；所述顶箔上设有压电薄膜传感器38；
13.所述外壳1设有通孔29、30，所述压电薄膜传感器38的引线通过所述通孔29、30引出。
14.所述外壳设有平面52低于所述空气箔片径向轴承最低高度，便于引出所述压电薄膜传感器34与k型温度传感器的引线。
15.所述动力系统中的涡轮壳体支承座上设有一个环形腔51，所述环形腔51外部设有进气口43，与管螺纹接头42相连，内部设有12个喷嘴44。
16.此试验台的多功能性在于测量系统可以分为两个测量部分，不仅可以直接测量空气箔片径向轴承的转速和温度、转子系统的轨迹、转子转动时的气膜压力，还可以直接测量空气箔片推力轴承的转速和温度以及轴向气膜压力。通过此试验台，可以同时对空气箔片径向轴承和箔片空气推力轴承，并且可以直接对气膜压力进行测量，从而通过数据处理可以获取轴承的承载能力。
17.本发明的多功能气体箔片轴承支承转子模拟试验台，能够解决功能单一的不足，不仅能够对气体箔片径向箔片轴承进行转子试验，通过压电薄膜传感器直接测量气膜压力；还可以对气体箔片推力轴承进行实验测量，可以通过轴向布置的压电薄膜传感器进行气膜压力的测量，从而通过数据处理得到气体箔片轴承的承载能力，能够有效提高试验台的功能多样性。
附图说明
18.图1是本发明的装配图。
19.图2是图1的四分之一剖面图。
20.图3是图2中的气体箔片径向轴承爆炸图。
21.图4是图2中的气体箔片推力轴承爆炸图。
22.图5是转子示意图
23.图6是动力系统示意图
24.图7是轴承壳过渡套示意图
具体实施方式
25.本发明提供多功能气体箔片轴承支承转子模拟试验台，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.结合图2，多功能气体箔片轴承支承转子模拟实验台由支承座装置、动力系统、轴承-转子系统、测试系统。其中支承座装置由前下支座2、涡轮壳体支撑座4、外壳1组成。动力
系统由涡轮壳体6、涡轮17组成。轴承-转子系统由气体箔片径向轴承48、气体箔片径向轴承47、气体箔片推力轴承52、气体箔片推力轴承53、转子组成。测量系统由4个电涡流位移传感器7、8、11、12、径向压电薄膜传感器、轴向压电薄膜传感器、k型热电偶传感器组成，记录实验室转子的运动轨迹、气膜压力、轴承的温度，从而实现实时监测转子转动时的各类实验数据。
27.结合图5，转子由轴3、涡轮17、推力盘13组成。其中涡轮17和推力盘13分别安装在轴3的两端。
28.结合图1、2，外壳上设有4个两两正交布置的通孔22、23、28、29，电涡流位移传感器7、8、11、12通过通孔进入外壳内部，不与转子接触，实现x、y方向的非接触式位移实时测量，进而通过对数据进行处理得到转子在旋转过程中的轨迹。
29.结合图2、6，管螺纹接口42与涡轮壳体的的螺纹口43连接，涡轮壳体内表面与涡轮17同心轴配合，高压气体通过管螺纹接口42进入涡轮壳体的环形腔51，环形腔内壁设有12个喷嘴44，高压气体从喷嘴射出并冲击涡轮17，对转子产生足够的驱动力矩，从而实现涡轮17带动转子旋转。
30.结合图1、2、7，外壳上设有两两正交的螺纹孔24、25、26、27，轴承壳过渡套上设有两两正交的螺纹孔54、55、56、57，外壳内壁与轴承壳过渡套9、10进行配合，并通过螺纹孔同心对齐定位，并采用螺柱15、16、18、19对轴承壳过渡套9、10进行定位夹紧，同时也对轴承壳过渡套9、10内部的气体箔片径向轴承47、48进行夹紧，以防实验过程中轴承的松动。
31.结合图2、3、5，涡轮17带动整个转子进行旋转，轴表面与气体箔片径向轴承47、48的顶箔产生气膜压力，顶箔35挤压凸箔36，产生弹性变形，转子则悬浮于气体箔片径向轴承47、48中。顶箔上的压电薄膜传感器34实时测量气膜压力数据，将数据记录于测量系统中。
32.结合图2、4、5，推力盘13上设有凸箔40、顶箔39、压电薄膜传感器38，形成一个可以实时测量气膜压力的气体箔片推力轴承52，同样地，推力轴承衬套14上设有凸箔40、顶箔39、压电薄膜传感器38形成一个气体箔片推力轴承53。转子旋转时，会产生轴向位移，此时气体箔片推力轴承与转子端面、气体箔片推力轴承之间会产生气膜压力，顶箔挤压凸箔产生弹性变形，此时顶箔上的压电薄膜传感器会检测到转子端面与气体箔片推力轴承52、气体箔片推力轴承52、53之间的气膜压力，从而实现功能多样化。
33.结合图1、2、4，外壳上设有通孔29、30，压电薄膜传感器38的线路可以通过通孔29、30引出，连接至数据处理端口，从而实现气体箔片推力轴承气膜压力的实时监测，测量气体箔片推力轴承气膜52压力的传感器线路从通孔29引出，测量气体箔片推力轴承53气膜压力的传感器线路从通孔30引出。
34.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域的技术人员应当理解，可以对本发明进行技术方案的修改，不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权力要求范围之内。

技术特征：
1.一种多功能气体箔片轴承支承转子模拟试验台，其特征在于：包括支承座装置、动力系统、轴承-转子系统、测试系统；所述支承座装置包括涡轮壳体支承座(4)、外壳(1)、前下支座(2)；所述前下支座(2)上方设有外壳(1)，通过外壳(1)的两个定位孔(33)、(45)进行定位，并通过螺栓进行固定连接；所述外壳(1)前端设置有前端盖(20)；所述外壳后端依次设置有推力轴承轴套(21)、间隙环(46)、后端盖(14)，均通过螺栓进行固定连接；所述外壳(1)内部两侧设置有轴承过渡层(9)、(47)；所述轴承过渡层内部分别设置有气体箔片径向轴承(47)、(48)；所述气体箔片径向轴承(47)、(48)分别在两端支承转子系统；所述转子系统包括轴(3)、涡轮(17)、推力盘(13)；所述轴的前端设置有涡轮(17)后端设置有推力盘(13)；所述动力系统包括所述转子系统上设有的涡轮(17)、涡轮壳体(6)、涡轮壳体支承座(4)；所述涡轮壳体支承座(4)上设有涡轮壳体(6)，通过螺栓与螺母进行固定连接，涡轮壳体(6)内表面与所述涡轮(17)同心轴配合；所述测试系统包括电涡流位移传感器(7)、(8)、(11)、(12)、k型热电偶温度传感器、压电薄膜传感器(34)、(38)。2.根据权利要求1所述的一种多功能气体箔片轴承支承转子模拟试验台，其特征在于：所述外壳上开设有4个两两正交布置的通孔(22)、(23)、(28)、(29)；所述通孔(22)和通孔(28)的开设方向为竖直，通孔(23)和通孔(29)的开设方向为水平；所述电涡流位移传感器(7)、(8)、(11)、(12)分别插入通孔中。3.根据权利要求书1所述的一种多功能气体箔片轴承支承转子模拟试验台，其特征在于：所述外壳上开设有2个竖直方向的螺纹孔(24)、(26)和2个水平方向的螺纹孔(25)、(27)；所述轴承过渡层上开设有2个螺纹孔(49)、(50)；外壳的螺纹孔分别与轴承过渡层的螺纹孔(54)、(55)、(56)、(57)对应同心轴，通过螺柱(15)、(16)、(18)、(19)进行配合，并对轴承进行夹紧。4.根据权利要求书1所述的一种多功能气体箔片轴承支承转子模拟试验台，其特征在于：所述箔片气体径向轴承(48)、(47)包括轴承壳(37)、凸箔(36)、顶箔(35)；所述顶箔(35)上设有压电薄膜传感器(34)；所述箔片气体推力轴承(52)包括推力盘(13)、凸箔(40)、顶箔(39)；所述推力轴承(53)由推力轴承衬套(41)、凸箔(40)、顶箔(39)；所述顶箔上设有压电薄膜传感器(38)。5.根据权利要求书4所述的一种多功能气体箔片轴承支承转子模拟试验台，其特征在于：所述外壳(1)设有通孔(29)、(30)，所述压电薄膜传感器(38)的引线通过所述通孔(29)、(30)引出。6.根据权利要求书1所述的一种多功能气体箔片轴承支承转子模拟试验台，其特征在于：所述外壳设有平面(51)低于所述空气箔片径向轴承最低高度，便于引出所述压电薄膜传感器(34)与k型温度传感器的引线。7.根据权利要求书1所述的一种多功能气体箔片轴承支承转子模拟试验台，其特征在于：所述动力系统中的涡轮壳体支承座上设有一个环形腔(51)，所述环形腔(51)外部设有进气口(43)，与管螺纹接头(42)相连，内部设有12个喷嘴(44)。

技术总结
本发明公开一种多功能气体箔片轴承支承转子模拟实验台，涉及了高速旋转机械领域，主要由轴承-转子系统、动力系统、测试系统组成。动力系统主要由冲击涡轮装置和供气装置组成，供气装置通过对冲击涡轮装置喷射高压气体，对转子系统产生足够的驱动力矩，实现转子系统的转动。测试系统主要由电涡流位移传感器、温度传感器、压力传感器和软件程序组成，通过正交布置电涡流传感器以获得转子系统的径向位移，从而计算得到转子系统的运动轨迹；温度传感器可以实时监测气体箔片轴承的温度变化；通过压力传感器可以在不改变轴承结构的情况下直接获得气体箔片轴承的气膜压力，既可以检测气体箔片径向轴承的气膜压力，也可以检测气体箔片推力轴承的气膜压力，实现了气体箔片支承转子模拟试验台功能的多样性。模拟试验台功能的多样性。模拟试验台功能的多样性。


技术研发人员：冯凯 杨靖贵 曹纪超
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/9