一种超导转子静平衡检测装置及其检测方法
【专利摘要】一种超导转子静平衡检测装置及其检测方法，包括检测工装（5）和六孔侧吹式静压气浮轴承（6）；所述的六孔侧吹式静压气浮轴承（6）位于所述检测装置的最下方，支撑检测工装（5）；所述的检测工装（5）位于六孔侧吹式静压气浮轴承（6）的气浮腔内；待检测的特殊结构的超导转子（4）置于检测工装（5）的薄壁半球腔（7）内。通过连续、稳定的气浮方式，测量固定于不同质量的检测工装上的待检测超导转子（4）的不平衡方位角、θ，计算得到待检测超导转子（4）自身的不平衡量。
【专利说明】一种超导转子静平衡检测装置及其检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超导转子静平衡检测的设备及其检测方法，特别涉及一种用于特殊结构超导转子静平衡检测的装置及其检测方法。
【背景技术】
[0002]转子的质量不平衡是指转子质心和转子的几何中心不重合。在转子旋转过程中，该不平衡质量会产生不平衡力矩，使转子产生振动从而造成惯性系统中转子的漂移，降低仪表精度，这是精密仪表所不允许的。因此精确测量转子不平衡量再调整转子的质量分布使不平衡量达到一定的精度要求是很有必要的。
[0003]超导转子不平衡量的产生有两方面的因素:(I)由转子材料、组织不均匀等形成的不平衡量，如由于材料加工、热处理、焊接等造成的密度不均匀、组织缺陷、组织微结构不一致等；(2)由转子加工误差形成的不平衡量，如转子加工处理过程中存在的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等。
[0004]转子的平衡精度采用偏心距指标衡量，偏心距是一个向量，其大小定义为单位质量的转子质心偏离形心的距离，单位为米，其方向从转子外球面球心指向转子质心。可见，测定超导转子的平衡精度包含两个内容，即不仅要确定转子不平衡量的大小，还要确定其方位。
[0005]传统的静平衡测试法都难以适用或达不到足够的平衡精度。采取三点支撑传感器称重的方式也可以对该转子进行测量，但是，这种装置是对运行中有固定空间回转轴的转子进行轴对称静平衡测量，测出的偏心位置是相对于回转轴的，是过垂直于回转轴投影面的二维静平衡，而对相对于球心有三维空间静平衡要求的球形转子的测量无能为力；其次三点式平衡测量对三个传感器安装位置精度、自身加工精度和弹性应变线性度的统一性要求很高。质量小、球体带有小平台和圆柱孔，其特殊的结构和工作环境的特殊性，决定了这种超导转子不能采用传统测量静平衡的方法。
[0006]特殊结构超导转子的静平衡可以采用简单的气浮测量法[高霏，王晖，胡新宁，王秋良.不完整球形超导转子静平衡的气浮测量方法.光学精密工程，2012，20
[7]:1566-1572]，但通过拍照、划线等方式确定角度大小，精度偏低，不能满足超导转子高精度平衡测定的需要。
[0007]三点拾取法是测量转子不平衡量方位角的一种方法。三点拾取法是利用相互间隔120°的三个电涡流位移传感器采集转子位移信息，所述的三个电涡流位移传感器与检测工装的薄壁半球腔球心距离为R。设三个电涡流位移传感器的初始示数为WcilWci2-ci3 ;转子气浮后，在重力的作用下自由偏转。转子停止摆动后，位移传感器的示数分别为W1, W2, W3;此时转子端面的法向向量为:
[0008]
【权利要求】
1.一种超导转子静平衡检测装置，其特征在于，所述的检测装置包括检测工装(5)和六孔侧吹式静压气浮轴承(6);所述的六孔侧吹式静压气浮轴承(6)位于所述检测装置的最下方，支撑检测工装(5);所述的检测工装(5)位于六孔侧吹式静压气浮轴承(6)的气浮腔内；待检测的特殊结构的超导转子(4)置于检测工装(5)的薄壁半球腔(7)内。
2.按照权利要求1所述的超导转子静平衡检测装置，其特征在于，所述的检测工装(5)由薄壁半球腔(7)、凸台(8)和环形端面(9)组成；薄壁半球腔(7)，凸台(8)和环形端面(9)三者具有同轴性；所述的凸台(8)为圆柱形，位于薄壁半球腔(7)底部的中央；环形端面(9)作为待检测的超导转子的端面的延展面，与薄壁半球腔(7)相连接，环形端面(9)的表面与待检测超导转子(4)的赤道面为同一平面；薄壁半球腔(7)与六孔侧吹式静压气浮轴承(6)相配合，实现待检测的超导转子(4)气浮摆动；待检测的超导转子(4)的中心孔套在凸台(8)上，凸台(8)的外圆柱面与超导转子(4)的中心管相配合；凸台(8)对超导转子(4)进行定位:检测工装(5)的中心轴线与超导转子(4)的中心轴线重合。
3.按照权利要求1所述的超导转子静平衡检测装置，其特征在于，三个电涡流位移传感器(10、11、12)相互间隔120°置于所述的检测工装(5)的环形端面(9)下表面，与六孔侧吹式静压气浮轴承(6)相对；三个电涡流位移传感器(10、11、12)与检测工装(5)的薄壁半球腔(7)球心距离为R。
4.按照权利要求1所述的超导转子静平衡检测装置，其特征在于，所述的待检测的特殊结构的超导转子(4)为薄壁空心非完整球形转子，在薄壁球壳正中穿有一个中心管，该中心管的回转轴线过转子外球面的球心；中心管的一端开口在所述超导转子表面形成孔口(2)，另一端封闭形成端面，旋转时，中心管的端面在上，孔口(2)在下；中心管的中部有四个对称分布的窗口(3)，四个 窗口的对称中心线与转子球心在同一个平面内，并且该平面垂直于中心管的回转轴线。
5.应用权利要求1所述的装置检测特殊结构超导转子不平衡量的方法，其特征在于，所述的检测方法是将待检测超导转子(4)的中心孔套入检测工装(5)的凸台(8)上，控制待检测超导转子(4)总的不平衡量的方位靠近待检测超导转子的中心轴线，称量装配有待检测超导转子(4)的检测工装(5)的总重量；由六孔侧吹式静压气浮轴承(6)实现检测超导转子(4)的连续、稳定气浮；将同一个待检测超导转子(4)分别与两套不同质量的检测工装装配，测定安装在不同质量的检测工装上的待检测超导转子(4)的不平衡量方位角口和0，计算得到待检测超导转子(4)自身不平衡量的大小和方位；所述的方位角0为检测工装的环形端面与Z轴的夹角，所述的方位角0为环形端面在水平面上的投影与X轴的夹角。
6.按照权利要求5所述的检测特殊结构超导转子不平衡量的方法，其特征在于，所述的检测方法的步骤如下: (1)首先计算得出两套不同质量的检测工装的质心分别为和r2，两套检测工装质心之间的距离r = Ir1-1r21 ； (2)将同一个待检测超导转子(4)分别安装在两套不同质量的检测工装(5)上；称量装有超导转子(4)的第一套检测工装的质量为Hi1，装有超导转子(4)的第二套检测工装的装配质量为m2,两套装有超导转子(4)的检测工装的质量差为Am= In1-1n2 ； (3)测量时，将超导转子(4)安装在第一套检测工装上，放置于六孔侧吹式静压气浮轴承(6)内，使用圆柱度仪调整待检测超导转子(4)的端面，使待检测超导转子(4)处于水平状态；此时记录下三个电润流位移传感器(10、11、12)的示数为Wcil, Wci2, Wci3 ;打开气源，向六孔侧吹式静压气体轴承(6)通入气体，使待检测超导转子(4)处于气浮状态，观察待检测超导转子(4)浮起后的摆动情况；轻微地触动待检测超导转子(4)，观察待检测超导转子(4)的摆动情况，若待检测超导转子(4)连续、稳定地小幅摆动，即表明待检测超导转子(4)实现了连续、稳定的气浮；当待检测超导转子(4)停止摆动后，待检测超导转子(4)的质心垂直向下，此时记录三个电涡流位移传感器(10、11、12)的示数为Wl，w2, w3;根据三点拾取法即可得出此时待检测超导转子(4)的不平衡量的方位角队和0 方位角队为第一套检测工装的环形端面与Z轴的夹角，方位角0:为第一套检测工装环形端面在水平面上的投影与X轴的夹角； (4)将待检测超导转子(4)安装在另外一套检测工装上，此检测工装与上一套测量工装形状相同，环形端面厚度不同，因而质量不同；采用与所述步骤(3)相同的操作方法得出此时不平衡量的方位角於、6 2，方位角约为第二套检测工装的环形端面与Z轴的夹角，方位角9 2为第二套检测工装环形端面在水平面上的投影与X轴的夹角； (5)根据偏心距计算公式可得:
【文档编号】G01M1/12GK103439051SQ201310376715
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】高霏, 王晖, 王秋良, 胡新宁, 崔春艳, 刘建华 申请人:中国科学院电工研究所