一種超導(dǎo)轉(zhuǎn)子靜平衡檢測裝置及其檢測方法
【專利摘要】一種超導(dǎo)轉(zhuǎn)子靜平衡檢測裝置及其檢測方法，包括檢測工裝（5）和六孔側(cè)吹式靜壓氣浮軸承（6）；所述的六孔側(cè)吹式靜壓氣浮軸承（6）位于所述檢測裝置的最下方，支撐檢測工裝（5）；所述的檢測工裝（5）位于六孔側(cè)吹式靜壓氣浮軸承（6）的氣浮腔內(nèi)；待檢測的特殊結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子（4）置于檢測工裝（5）的薄壁半球腔（7）內(nèi)。通過連續(xù)、穩(wěn)定的氣浮方式，測量固定于不同質(zhì)量的檢測工裝上的待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子（4）的不平衡方位角、θ，計(jì)算得到待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子（4）自身的不平衡量。
【專利說明】一種超導(dǎo)轉(zhuǎn)子靜平衡檢測裝置及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)轉(zhuǎn)子靜平衡檢測的設(shè)備及其檢測方法，特別涉及一種用于特殊結(jié)構(gòu)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子靜平衡檢測的裝置及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡是指轉(zhuǎn)子質(zhì)心和轉(zhuǎn)子的幾何中心不重合。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，該不平衡質(zhì)量會產(chǎn)生不平衡力矩，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動從而造成慣性系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子的漂移，降低儀表精度，這是精密儀表所不允許的。因此精確測量轉(zhuǎn)子不平衡量再調(diào)整轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布使不平衡量達(dá)到一定的精度要求是很有必要的。
[0003]超導(dǎo)轉(zhuǎn)子不平衡量的產(chǎn)生有兩方面的因素:(I)由轉(zhuǎn)子材料、組織不均勻等形成的不平衡量，如由于材料加工、熱處理、焊接等造成的密度不均勻、組織缺陷、組織微結(jié)構(gòu)不一致等；(2)由轉(zhuǎn)子加工誤差形成的不平衡量，如轉(zhuǎn)子加工處理過程中存在的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等。
[0004]轉(zhuǎn)子的平衡精度采用偏心距指標(biāo)衡量，偏心距是一個向量，其大小定義為單位質(zhì)量的轉(zhuǎn)子質(zhì)心偏離形心的距離，單位為米，其方向從轉(zhuǎn)子外球面球心指向轉(zhuǎn)子質(zhì)心。可見，測定超導(dǎo)轉(zhuǎn)子的平衡精度包含兩個內(nèi)容，即不僅要確定轉(zhuǎn)子不平衡量的大小，還要確定其方位。
[0005]傳統(tǒng)的靜平衡測試法都難以適用或達(dá)不到足夠的平衡精度。采取三點(diǎn)支撐傳感器稱重的方式也可以對該轉(zhuǎn)子進(jìn)行測量，但是，這種裝置是對運(yùn)行中有固定空間回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子進(jìn)行軸對稱靜平衡測量，測出的偏心位置是相對于回轉(zhuǎn)軸的，是過垂直于回轉(zhuǎn)軸投影面的二維靜平衡，而對相對于球心有三維空間靜平衡要求的球形轉(zhuǎn)子的測量無能為力；其次三點(diǎn)式平衡測量對三個傳感器安裝位置精度、自身加工精度和彈性應(yīng)變線性度的統(tǒng)一性要求很高。質(zhì)量小、球體帶有小平臺和圓柱孔，其特殊的結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境的特殊性，決定了這種超導(dǎo)轉(zhuǎn)子不能采用傳統(tǒng)測量靜平衡的方法。
[0006]特殊結(jié)構(gòu)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子的靜平衡可以采用簡單的氣浮測量法[高霏，王暉，胡新寧，王秋良.不完整球形超導(dǎo)轉(zhuǎn)子靜平衡的氣浮測量方法.光學(xué)精密工程，2012，20
[7]:1566-1572]，但通過拍照、劃線等方式確定角度大小，精度偏低，不能滿足超導(dǎo)轉(zhuǎn)子高精度平衡測定的需要。
[0007]三點(diǎn)拾取法是測量轉(zhuǎn)子不平衡量方位角的一種方法。三點(diǎn)拾取法是利用相互間隔120°的三個電渦流位移傳感器采集轉(zhuǎn)子位移信息，所述的三個電渦流位移傳感器與檢測工裝的薄壁半球腔球心距離為R。設(shè)三個電渦流位移傳感器的初始示數(shù)為WcilWci2-ci3 ;轉(zhuǎn)子氣浮后，在重力的作用下自由偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子停止擺動后，位移傳感器的示數(shù)分別為W1, W2, W3;此時轉(zhuǎn)子端面的法向向量為:
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種超導(dǎo)轉(zhuǎn)子靜平衡檢測裝置，其特征在于，所述的檢測裝置包括檢測工裝(5)和六孔側(cè)吹式靜壓氣浮軸承(6);所述的六孔側(cè)吹式靜壓氣浮軸承(6)位于所述檢測裝置的最下方，支撐檢測工裝(5);所述的檢測工裝(5)位于六孔側(cè)吹式靜壓氣浮軸承(6)的氣浮腔內(nèi)；待檢測的特殊結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)置于檢測工裝(5)的薄壁半球腔(7)內(nèi)。
2.按照權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子靜平衡檢測裝置，其特征在于，所述的檢測工裝(5)由薄壁半球腔(7)、凸臺(8)和環(huán)形端面(9)組成；薄壁半球腔(7)，凸臺(8)和環(huán)形端面(9)三者具有同軸性；所述的凸臺(8)為圓柱形，位于薄壁半球腔(7)底部的中央；環(huán)形端面(9)作為待檢測的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子的端面的延展面，與薄壁半球腔(7)相連接，環(huán)形端面(9)的表面與待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的赤道面為同一平面；薄壁半球腔(7)與六孔側(cè)吹式靜壓氣浮軸承(6)相配合，實(shí)現(xiàn)待檢測的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)氣浮擺動；待檢測的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的中心孔套在凸臺(8)上，凸臺(8)的外圓柱面與超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的中心管相配合；凸臺(8)對超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)進(jìn)行定位:檢測工裝(5)的中心軸線與超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的中心軸線重合。
3.按照權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子靜平衡檢測裝置，其特征在于，三個電渦流位移傳感器(10、11、12)相互間隔120°置于所述的檢測工裝(5)的環(huán)形端面(9)下表面，與六孔側(cè)吹式靜壓氣浮軸承(6)相對；三個電渦流位移傳感器(10、11、12)與檢測工裝(5)的薄壁半球腔(7)球心距離為R。
4.按照權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子靜平衡檢測裝置，其特征在于，所述的待檢測的特殊結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)為薄壁空心非完整球形轉(zhuǎn)子，在薄壁球殼正中穿有一個中心管，該中心管的回轉(zhuǎn)軸線過轉(zhuǎn)子外球面的球心；中心管的一端開口在所述超導(dǎo)轉(zhuǎn)子表面形成孔口(2)，另一端封閉形成端面，旋轉(zhuǎn)時，中心管的端面在上，孔口(2)在下；中心管的中部有四個對稱分布的窗口(3)，四個 窗口的對稱中心線與轉(zhuǎn)子球心在同一個平面內(nèi)，并且該平面垂直于中心管的回轉(zhuǎn)軸線。
5.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的裝置檢測特殊結(jié)構(gòu)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子不平衡量的方法，其特征在于，所述的檢測方法是將待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的中心孔套入檢測工裝(5)的凸臺(8)上，控制待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)總的不平衡量的方位靠近待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子的中心軸線，稱量裝配有待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的檢測工裝(5)的總重量；由六孔側(cè)吹式靜壓氣浮軸承(6)實(shí)現(xiàn)檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的連續(xù)、穩(wěn)定氣?。粚⑼粋€待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)分別與兩套不同質(zhì)量的檢測工裝裝配，測定安裝在不同質(zhì)量的檢測工裝上的待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的不平衡量方位角口和0，計(jì)算得到待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)自身不平衡量的大小和方位；所述的方位角0為檢測工裝的環(huán)形端面與Z軸的夾角，所述的方位角0為環(huán)形端面在水平面上的投影與X軸的夾角。
6.按照權(quán)利要求5所述的檢測特殊結(jié)構(gòu)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子不平衡量的方法，其特征在于，所述的檢測方法的步驟如下: (1)首先計(jì)算得出兩套不同質(zhì)量的檢測工裝的質(zhì)心分別為和r2，兩套檢測工裝質(zhì)心之間的距離r = Ir1-1r21 ； (2)將同一個待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)分別安裝在兩套不同質(zhì)量的檢測工裝(5)上；稱量裝有超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的第一套檢測工裝的質(zhì)量為Hi1，裝有超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的第二套檢測工裝的裝配質(zhì)量為m2,兩套裝有超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的檢測工裝的質(zhì)量差為Am= In1-1n2 ； (3)測量時，將超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)安裝在第一套檢測工裝上，放置于六孔側(cè)吹式靜壓氣浮軸承(6)內(nèi)，使用圓柱度儀調(diào)整待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的端面，使待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)處于水平狀態(tài)；此時記錄下三個電潤流位移傳感器(10、11、12)的示數(shù)為Wcil, Wci2, Wci3 ;打開氣源，向六孔側(cè)吹式靜壓氣體軸承(6)通入氣體，使待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)處于氣浮狀態(tài)，觀察待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)浮起后的擺動情況；輕微地觸動待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)，觀察待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的擺動情況，若待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)連續(xù)、穩(wěn)定地小幅擺動，即表明待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)、穩(wěn)定的氣浮；當(dāng)待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)停止擺動后，待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的質(zhì)心垂直向下，此時記錄三個電渦流位移傳感器(10、11、12)的示數(shù)為Wl，w2, w3;根據(jù)三點(diǎn)拾取法即可得出此時待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)的不平衡量的方位角隊(duì)和0 方位角隊(duì)為第一套檢測工裝的環(huán)形端面與Z軸的夾角，方位角0:為第一套檢測工裝環(huán)形端面在水平面上的投影與X軸的夾角； (4)將待檢測超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(4)安裝在另外一套檢測工裝上，此檢測工裝與上一套測量工裝形狀相同，環(huán)形端面厚度不同，因而質(zhì)量不同；采用與所述步驟(3)相同的操作方法得出此時不平衡量的方位角於、6 2，方位角約為第二套檢測工裝的環(huán)形端面與Z軸的夾角，方位角9 2為第二套檢測工裝環(huán)形端面在水平面上的投影與X軸的夾角； (5)根據(jù)偏心距計(jì)算公式可得:
【文檔編號】G01M1/12GK103439051SQ201310376715
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】高霏, 王暉, 王秋良, 胡新寧, 崔春艷, 劉建華 申請人:中國科學(xué)院電工研究所