一种高速旋转设备动态激振装置及其使用方法和应用

技术领域

本发明涉及震动测试技术领域，特别是涉及一种高速旋转设备动态激振装置及其使用方法和应用。

背景技术

高速旋转设备广泛应用于各类稳定同位素生产，其转子动力学分析与测试技术在机型研制以及工业化应用中备受关注。与常规低转速的旋转机械产品不同，高速旋转设备对于转动部件——转子的转速度以及可靠性指标的要求严苛，因此，高速旋转设备的转子动力学问题研究显得极为关键。

对于亚临界高速旋转设备而言，要求转子的一弯临界频率与工作转动频率之比大于1。由于陀螺效应的存在，转动部件——转子系统的模态频率随着转速变化而变化，转子在静态下激振获得的模态频率不能代表转子的临界频率。受试验设备和转子强度限制，目前不具备通过加速试验方式获取临界频率的能力。在转子旋转状态下激振测试方面还没有系统性地开展理论与试验研究工作，临界频率主要依靠理论分析手段获得，尚无直接的试验测试数据支撑。随着高速旋转设备研制水平的提高，转子动态激振技术研究日益迫切，实现转子动态激振测试对于已有高速旋转设备的稳定性评价水平提升具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种高速旋转设备动态激振装置。

本发明的另一个目的，是提供上述高速旋转设备动态激振装置的使用方法。

本发明的另一个目的，是提供上述使用方法在动态激振测试中的应用。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种高速旋转设备动态激振装置，包括固定安装在高速旋转设备上的法兰、与所述法兰固定连接的泵体、安装在所述泵体下方的筒体和受所述高速旋转设备驱动并在所述泵体内旋转的导环；所述泵体内安装有激振器，所述激振器为所述导环提供外激励。

在上述技术方案中，所述泵体的侧面开设有螺纹孔。

在上述技术方案中，所述激振器表面设置有螺纹，所述激振器通过螺纹安装在所述螺纹孔内。

在上述技术方案中，所述激振器距离所述法兰的下端面1mm处。

在上述技术方案中，所述激振器的工作端面靠近泵体的内壁边缘。

在上述技术方案中，所述激振器的工作端面距离导环1mm距离。

在上述技术方案中，所述泵体上部和所述法兰之间通过螺定连接。

在上述技术方案中，所述泵体下部与所述筒体过盈连接。

本发明的另一方面，上述高速旋转设备动态激振装置的使用方法，包括以下步骤：

S1：将激振器安装在泵体内部；将导环与高速旋转设备连接并放置于泵体内的空腔；

S2：打开高速旋转设备，驱动导环转动；

S3：打开激振器，设置扫频激励方式；激振器产生的电磁力激励导环使其沿激振器轴向振动。

S4：测量转子在激励下的振动相应，通过FFt变换峰值判断，记录转子的一弯振动频率及对应的幅值大小。

在上述技术方案中，S2中，导环转速小于或等于500r/min，输出的电磁力小于3N。

在上述技术方案中，扫频激励方式的起始频率为1900Hz；终止频率为2000Hz。

在上述技术方案中，扫频激励方式的扫频间隔为1Hz。

本发明的另一方面，上述使用方法在动态激振测试中的应用。

本发明的另一方面，上述首先通过上述使用方法，分别将导环4的转速设置为50、200、300、500；获得对应转速下的一弯频率。然后绘制一条转速与一弯频率之间的关系曲线，从而估算工作转速下的转子一弯频率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明提供的高速旋转设备动态激振装置，通过激振器对导环施加激励，可以在旋转设备高速运行状态下激励其旋转部件转子系统，可实现动态下激发出转子一弯振动模态。

2.本发明提供的高速旋转设备动态激振装置的使用方法，可以测量不同转速下的转子一弯振动模态。

3.本发明提供的高速旋转设备动态激振装置实用方法在动态激振测试中的应用，通过试验获得转子一弯振动频率随转子转动速度增加现象，与理论计算趋势相相符，验证转子-支承系统数值计算模型的计算结果。

附图说明

图1所示为高速旋转设备动态激振装置的结构示意图。

图中：1-法兰，2-泵体，3-筒体，4-导环，5-激振器，6-螺纹孔，7-螺钉。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种高速旋转设备动态激振装置，如图1所示，包括固定安装在高速旋转设备上的法兰1、与所述法兰固定连接的泵体2、安装在所述泵体2下方的筒体3和受所述高速旋转设备驱动并在所述泵体内旋转的导环4；所述泵体2内安装有激振器5，所述激振器5为所述导环4提供外激励。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，介绍其详细的结构信息。

所述泵体2的侧面开设有螺纹孔6；所述激振器5表面设置有螺纹，所述激振器5通过螺纹安装在所述螺纹孔6内。所述激振器5距离所述法兰1的下端面1mm处。所述激振器5的工作端面靠近泵体2的内壁边缘，距离导环4约1mm距离。通过外部设备可以调节所述激振器5的输出功率和激励模式。所述激振器5工作时，输出的激励力不超过3N。

所述泵体2上部和所述法兰1之间通过螺钉7连接。

所述泵体2下部与所述筒体3过盈连接。所述筒体3为圆筒形，与泵体2组成运行保护结构。

所述导环4为磁性材料做成的圆环结构，作为本装置中的被激励对象。所述导环4位于泵体2的空腔内部，距离所述泵体内壁约1mm距离。其上端靠近法兰1的边缘，并与高速旋转设备相连。

实施例3

本实施例是在实施例1和2的基础上，介绍其使用方法。

所述高速旋转设备动态激振装置的使用方法，包括以下步骤：

S1：将激振器5安装在泵体2内部；将导环4与高速旋转设备连接并放置于泵体2内的空腔；

S2：打开高速旋转设备，驱动导环4转动；

S3：打开激振器5，设置扫频激励方式；激振器5产生的电磁力激励导环使其沿激振器轴向振动。

S4：测量转子在激励下的振动相应，通过FFt变换峰值判断，记录转子的一弯振动频率及对应的幅值大小。

实施例4

本实施例是基于实施例3介绍其在转子动态激振测试中的应用。

上述高速旋转设备动态激振装置的目的是通过试验获得转子实际的一弯临界频率。通过激振器5激励导环4，进而激励转子(导环4与转子连接)，当激振器5的激励频率与转子的一弯临界频率一致时，转子振幅增加，产生共振幅值。通过传感器拾取振动信号进行频谱分析时可以观察到频率峰值的位置，此位置对应的激励频率即认为是转子的一弯频率。

由于转子系统在激发及其共振后可能引发及其振幅发散，导致转子系统失稳甚至炸机失效。因此动态试验的导环4转速控制在500r/min以内，输出的电磁力小于3N。

应用上述高速旋转设备动态激振装置获得一弯频率有两种方法。

第一种，首先通过实施例3的方法，分别将导环4的转速设置为50r/min、200r/min、300r/min、500r/min；获得对应转速下的一弯频率。然后绘制一条转速与一弯频率之间的关系曲线，从而估算工作转速下的转子一弯频率。

第二种，直接在工作转速下，按照实施例3中的方法获得一弯频率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。