径向电涡流阻尼器对柔性转子系统振动的控制

为了抑制转子系统的振动和研发高性能的转子系统振动主动控制执行元件,基于电涡流原理提出了一种新型的转子系统径向电涡流阻尼器,在一个带有双盘的柔性转子系统上详细地测量了不同磁场强度条件下径向电涡流阻尼器支撑的转子系统在非旋转状态下的传递函数、在恒定转速下的运动轨道以及在慢加速运行过程中的不平衡响应曲线,并进行了利用径向电涡流阻尼器对转子系统的振动进行分段和比例控制的有效性试验。结果表明了这种新型的径向电涡流阻尼器不仅具有结构简单、无需流体介质、无机械接触等特点,而且其动力特性还容易控制,在设计合理的条件下能够显著地减小转子系统的振动,是一种被动和主动兼备具有良好发展和应用前景的转子系统阻尼结构。     

时变磁场下径向电涡流阻尼器的动力特性

为了研究时变磁场和导体运动的组合效应对非旋转型径向电涡流阻尼器动力特性的影响,在一个径向电涡流阻尼器柔性转子系统上测量不同正弦激励磁场强度和频率条件下转子系统在恒速运行时的运动轨道以及在慢加速运动过程中的不平衡响应。结果说明正弦激励磁场的频率对径向电涡流阻尼器的动力特性有着显著的影响。随着正弦激励磁场频率的增大,径向电涡流阻尼器的减振能力迅速减小。对于给定的正弦激励磁场强度,存在着一个能够影响阻尼器特性的最大正弦激励磁场频率;而对于给定的正弦激励磁场频率,存在着一个能够影响阻尼器特性的最低正弦激励磁场强度。只要正弦激励磁场的频率小于最大正弦激励磁场频率或者正弦激励磁场的强度大于最低正弦激励磁场强度,径向电涡流阻尼器的特性同样可以用正弦激励磁场来控制,否则正弦激励磁场对径向电涡流阻尼器的特性几乎没有影响。按照转子动力学的观点,非时变磁场控制的径向电涡流阻尼器的动力特性优于时变磁场控制时的动力特性。     

锥形挤压油膜阻尼器转子系统的动力特性

锥形挤压油膜阻尼器是为了克服传统挤压油膜阻尼器动力特性难以进行控制而提出的一种改进结构。本文从试验上研究了支承在锥形挤压油膜阻尼器上的刚性及柔性转子系统的振动特性，主要分析了转子的不平衡量及阻尼器的径向间隙比对转子系统不平衡响应的影响     

受控静压挤压油膜阻尼方案及其动态特性分析

提出了在转子主动减振系统中采用静压挤压油膜阻尼器作为控制执行机构的新方案，并对阻尼器的结构形式及适应主动控制研究需要的动力特性分析方法作了介绍。同时分析了这种阻尼器作为控制元件时的一些特性，最后给出了受控静压挤压油膜阻尼器在转子主动减振研究中的应用示例。     

剪切型磁流变脂阻尼器转子系统的动力特性

为了解决磁流变流体沉淀给磁流变流体装置动力特性带来的影响,提出一类流变特性也可以随外加磁场发生显著变化的磁流变脂,基于剪切工作原理设计用于旋转机械转子系统的剪切型磁流变脂阻尼器及单盘悬臂转子系统,通过试验详细地研究剪切型磁流变脂阻尼器对转子系统动力特性的可控性、剪切型磁流变脂阻尼器抑制转子系统振动的有效性,以及剪切型磁流变脂阻尼器对转子系统的振动进行主动控制的适用性,并考察了剪切型磁流变脂阻尼器－转子系统的动力特性在长时间内的重复性。结果表明,利用一个低压电磁线圈产生的磁场就可以控制剪切型磁流变脂阻尼器－转子系统的动力特性,在合适的磁场条件下剪切型磁流变脂阻尼器能够极大地抑制转子系统的振动,剪切型磁流变脂阻尼器－转子系统的动力特性在较长的时间内具有良好的重复性,剪切型磁流变脂阻尼器适合作为转子系统振动的主动控制元件。     

非线性挤压油膜阻尼器转子系统的非协调运动分析

为了对挤压油膜阻尼器转子系统的非协调运动进行分析，提出了非线性油膜力数据库方法，有效地解决了非线性油膜力的快速计算问题。该方法将阻尼器轴颈沿径向和周向的速度变化范围（－∞，＋∞）转化到（－1，＋1），给定阻尼器的长径比，建立了阻尼器轴颈在各离散运动状态下的油膜力数据库，直接示得对应运动状态下的非互性油膜力，从而对转子系统的非协调运动进行分析。数值计算表明，非线性油膜力数据库方法对转子系统的非协调运动分析非常有效。数值计算得到了转子 特定参数范围内的分叉图，系统存在亚谐波、概周期和混沌等非协调运动。该方法对实际转子系统的稳定性分析及优化设计具有一定的应用价值。     

新型动静压挤压油膜阻尼器对柔性转子系统振动的控制

为改善传统动压挤压油膜阻尼器油膜力高度非线性的不足,提出了一种新型的动静压挤压油膜阻尼器结构。在推导出新型动静压挤压油膜阻尼器油膜力近似解的基础上,从理论及试验上研究了新型动静压挤压油膜阻尼器对柔性转子系统振动的控制能力。     

高速悬臂转子—挤压油膜阻尼器系统的瞬态特性研究

研究了高速悬臂转子—挤压油膜阻尼器系统的瞬态响应问题。运用模态综合法求解转子一支承系统的动力响应特性,分析了挤压油膜阻尼器的长度、间隙对转子系统瞬态特性的影响。针对现有的立式悬臂转子试验台,提出了一种直接在转子端部施加不平衡重的方法,实验证明该方法简单实用。理论计算与实验研究均表明,设计合理的挤压油膜阻尼器能有效地降低挠性转子对不平衡的敏感性。     

新型涡流槽密封泄漏特性与动力特性研究

提出一种密封入口周向均匀设置有涡流槽的新型密封结构,建立了传统迷宫密封与新型涡流槽密封泄漏特性及动力特性求解模型,在实验验证数值计算方法准确性的基础上,通过比较分析了传统迷宫密封与新型涡流槽密封在不同进出口压比、预旋比工况下的泄漏特性与动力特性,研究了新型涡流槽结构对密封泄漏特性及动力特性的影响机理。研究结果表明：随着涡流槽数量的增加,涡流槽密封的泄漏量逐渐降低;在同一压比下,不同涡流槽数新型密封的泄漏量之间差值随着压比的增大而增大。当压比为6时,64涡流槽的新型密封较传统迷宫密封,泄漏量下降了3.37%;在高预旋比的工况下,不同涡流槽数量密封的切向气流力均与转子涡动方向相反,起到抑制转子涡动的作用,且随着涡流槽数量的增加,切向气流力也随着增大;随着转子涡动频率的增大,三种不同涡流槽数量密封的交叉刚度先减小到负值然后增大到正值。涡流槽密封的有效阻尼均高于传统迷宫密封,新型涡流槽密封可以提高转子系统的稳定性。     

挤压油膜阻尼器-滚动轴承-转子耦合系统的非线性响应分析

为了研究转子系统非线性动力学响应,建立了挤压油膜阻尼器-滚动轴承-转子耦合系统动力学模型。在转子系统模型中,考虑了转子、滚动轴承及挤压油膜阻尼器之间的相互耦合作用,并充分考虑了滚动轴承的间隙、非线性赫兹接触和挤压油膜阻尼器非线性油膜力等。运用数值积分方法分析了转子转速、支承刚度以及挤压油膜阻尼器油膜间隙对系统动力响应的影响,并结合分岔图、频谱图、Poincaré映射图和轴心轨迹图分析了转子系统的非线性动力学响应。结果表明:转子系统当转速较高、支承刚度较大或挤压油膜阻尼器油膜间隙较大时,转子系统容易出现拟周期运动。     

工业磁轴承电涡流阻尼伴随特性研究

针对工业磁轴承中电涡流阻尼效应暂态认知难的问题,通过分析电涡流阻尼的伴随特性定量评价了其在磁轴承控制过程中的作用。首先引入磁矢位对电磁感应定律中的线积分和面积分不同表述形式的电涡流进行了统一,进而推导了工业磁轴承在PWM控制下的工作由电流的交变特性引起电生阻尼和机械振动引起的动生阻尼简化数学模型;然后通过Matlab-Simulink对单自由度磁轴承仿真分析,并且与同控制条件下未考虑涡流效应的模型进行了对比;最后通过冲击响应仿真实验验证了伴随效应,定量评价抑制振动和工作电流特性。研究结果表明,暂态过程中动生阻尼和电生阻尼对工业磁轴承存在着自稳效应,加快了控制电流稳态响应;另外计入电涡流阻尼效应的转子振动位移峰值相对未计入的降低了10.23%。     

挤压式磁流变液阻尼器--转子系统的动力学特性与控制

用磁流变液代替常规挤压油膜阻尼器的润滑油,可制成阻尼特性受磁场控制的挤压油膜阻尼器,用于转子系统的振动控制。依据Bingham模型推导了磁流变液挤压油膜的雷诺方程及其解的表达式,给出了油膜流速、压力分布、油膜反力和阻尼器内磁拉力等的计算公式;以磁流变液阻尼器—刚性转子系统为例,理论分析了挤压油膜的力学特性和转子系统的不平衡响应特性;设计和制造了一种用于转子振动控制的挤压式磁流变液阻尼器;试验研究了支承在该阻尼器上的单盘偏置柔性转子系统的不平衡响应特性和控制方法。研究表明,磁拉力可降低一阶临界转速和临界振幅;油膜反力可降低转子系统在无阻尼临界转速处的振幅,并使一阶有阻尼临界转速增大;通过开关控制能使阻尼器具有最佳的减振效果,使转子振幅在全转速区达到最小。     

Optimal design of nonlinear squeeze film damper using hybrid global optimization technique

The optimal design of the squeeze film damper (SFD) for rotor system has been studied in previous researches. However, these researches have not been considering jumping or nonlinear phenomena of a rotor system with SFD. This paper represents an optimization technique for linear and nonlinear response of a simple rotor system with SFDs by using a hybrid GA-SA algorithm which combined enhanced genetic algorithm (GA) with simulated annealing algorithm (SA). The damper design parameters are the radius, length and radial clearance of the damper. The objective function is to minimize the transmitted load between SFD and foundation at the operating and critical speeds of the rotor system with SFD which has linear and nonlinear unbalance responses. The numerical results show that the transmitted load of the SFD is greatly reduced in linear and nonlinear responses for the rotor system.     

On the vibration of rotor-bearing system with squeeze film damper in an energy storage flywheel

The permanent magnetic bearing and the small-sized hydrodynamic spiral groove bearing are utilized as supports for the rotor of the energy storage flywheel system. The hydrodynamic bearing and the squeeze film damper do not need the oil cycle to remove the heat caused by friction because the friction loss is small. The linear dynamics model with four degrees of freedom is built to describe the vibration of the flywheel rotor-bearing system. The squeeze film dampers show good behavior in suppressing the vibration and improving the stability of the rotor-bearing system. The analytical solution of the dynamic characteristic coefficients of the squeeze film is achieved from Reynolds equation after some simplifications are taken. The numerical computation shows that the moment unbalance excites larger vibration of the rotor than the force unbalance. The upper damper plays an important role in helping the rotor pass its critical speed. The damping coefficient of the squeeze film dampers should be selected carefully. The flywheel arrived at the speed of 39,000 rpm and stored the energy of 308 Wh in the experiment. The calculated unbalance response is compared to the test response of the rotor storing quantities of kinetic energy. The comparison indicates that the dynamics model of the rotor-bearing-damper system is appropriate.     

挤压油膜阻尼器对滑动轴承-转子系统的影响

建立了转子-挤压油膜阻尼器-滑动轴承系统的动力学计算模型,分析了挤压油膜阻尼器对滑动轴承-转子系统的强迫振动的影响、挤压油膜阻尼器的刚度和阻尼搭配关系以及转子-挤压油膜阻尼器-滑动轴承系统的自由振动稳定性问题。研究结果表明,合理的外弹性支承可以使系统的振幅得到有效控制,而且也提高了系统的稳定性;如要减小系统的振幅可以通过一个低的支承刚度和一个合适的阻尼来实现。在小的支撑刚度的情况下,存在一个很宽的支承阻尼域,此域可以获得低幅值的不平衡响应。     

差动变压器式位移传感器及其在磁悬浮轴承中的应用

针对差动变压器式位移传感器的性能及其在磁悬浮轴承中的应用,理论分析传感器与磁悬浮轴承转子之间加入不同隔层时对传感器输出的影响;对传感器进行静态和动态标定,并将其应用于2自由度和5自由度磁悬浮轴承试验台进行静态和动态悬浮。研究结果表明：该传感器测试范围在–0.5～＋0.5 mm时,线性度可达±1.38%,灵敏度为20.18 mV/μm,截止频率在800 Hz左右;理论分析加入非导磁隔层不影响传感器性能,但实际中涡流、漏磁等多方面原因将影响传感器的静动态性能;在2自由度试验台上实现磁悬浮转子2自由度的静态悬浮,不加入隔层时转子的静态位移振动峰峰值小于5 μm,加入隔层时转子的静态位移振动峰峰值小于10 μm;在5自由度试验台上实现了磁悬浮转子的高速旋转,转速为30 kr/min,不加隔层时转子两端的径向振动峰峰值为25 μm,加入隔层时转子两端的径向振动峰峰值为25 μm,但波形没有不加隔层时规则。研究结果为差动变压器式位移传感器的设计,并将其应用于磁悬浮轴承系统中提供一定的理论和试验基础。