挤压油膜阻尼器分布式压力试验装置及其测试方法与流程

本发明涉及旋转机械中的燃气涡轮发动机领域。

背景技术：

挤压油膜阻尼器是以航空发动机为代表的燃气轮机转子支撑的重要减振结构，是在鼠笼外环与腹板内环的间隙内通以滑油，形成挤压油膜，通过油膜的挤压消耗转子振动能量，减小航空发动机转子的外传载荷和振动；其中挤压油膜阻尼器压力分布和大小是作用时关键参数，直接影响着其减振效果，且挤压油膜阻尼器的周向压力以及沿轴向的压力分布且随着航空发动机转子工况条件而发生变化，如转子不平衡、碰摩等工况引起挤压油膜阻尼器压力分布复杂变化以及转子不对中状态、转子过临界俯仰振动引起挤压油膜阻尼器轴向压力的差异等等，变化极其复杂；因此获取挤压油膜阻尼器压力分布对于挤压油膜阻尼器的理论分析、设计具有重要意义。

目前理论上主要采用半油膜或全油膜假设并通过数值分析方法求解reynolds方程获得非线性挤压油膜压力或油膜力，虽然一些学者也采用压力传感器(一种滑动轴承润滑膜动特性测试的方法-201010583181.7和液体滑动轴承全周润滑膜压力无线监测方法-201010572585)以及光纤光栅传感器(cn径向滑动轴承轴瓦温度场和压力场测试平台及测量方法-201810366850.1)在滑动轴承上应用测试压力，但挤压油膜阻尼器与滑动轴承在结构、功能、空间布置乃至工作条件都有所差别。从现公开的资料来看，缺少针对挤压油膜阻尼器分布式压力测试方法，而采用传统的压力传感器和应变片也会由于压力传感器的尺寸限制不能实现分布压力的有效测试，且对挤压油膜阻尼器产生很多的改动，不能获得复杂工况条件下挤压油膜阻尼器压力的有效实验数据，从而不能对理论进行验证，并进行有效改进设计。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，提出基于光纤光栅传感的挤压油膜阻尼器分布式压力试验装置及其测试方法，实现挤压油膜阻尼器轴向多面、周向多点的空间压力分布测试。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：挤压油膜阻尼器分布式压力试验装置，底座7上安装第一支撑2和第二支撑4，第一支撑2与第二支撑4上设有对称的贯通孔，第一支撑2的贯通孔内安装鼠笼22，鼠笼22固定安装于第一支撑2的支座21上，鼠笼22一侧固定连接轴承座24，轴承座24上安装支撑轴承23，位于轴承座24上部的挤压油膜支座25固定连接支座21一侧，挤压油膜支座25与轴承座24之间设有间隙，挤压油膜支座25中部设有密封孔252，所述密封孔252与轴承座24之间设有密封圈26，挤压油膜支座25中间有油膜孔254，油膜孔254上部和下部分别设置油孔255，油孔255连接液压接头27，油膜孔254两侧设有用于安装光纤光栅传感器11的环形凹槽256，所述环形凹槽256距离油膜孔254两侧端面相同，环形凹槽256上部设有用于光纤光栅传感器信号线穿过的贯通于挤压油膜支座25上部的穿线孔257；转盘轴3一端连接支撑轴承23，转盘轴3另一端通过轴承贯穿安装于第二支撑4上，转盘轴3位于第二支撑4的一端通过联轴器连接位于第二支撑4一侧的驱动电机6。

所述环形凹槽256内分别设置一个光纤光栅传感串，光纤光栅传感串的数量与环形凹槽256数量相一致，单根光纤光栅传感串测点之间通过光纤信号线来连接通信，光纤信号线经穿线孔257连接采集器12；在单个环形凹槽256内部布置光纤光栅传感，其中一个测点外部设置塑料胶皮套管，该测点作为温度测点112；其他光纤光栅传感通过粘贴方式直接贴附在环形凹槽256内部作为压力测点111，压力测点111沿周向呈均匀布置。

所述光纤光栅传感以及其信号线粘贴固定于环形凹槽256内，环形凹槽256内填充环氧树脂胶；穿线孔257内的光纤信号线通过环氧树脂胶固定并密封穿线孔257。

所述挤压油膜支座25一侧设有用于支座21定位的圆柱形定位止口251，挤压油膜支座25两侧面设有用于螺栓将挤压油膜支座25与支座21连接固定的螺栓连接通孔258。

所述挤压油膜支座25中部密封孔252上设有用于放置密封圈26的密封凹槽253，密封圈26与轴承座24配合安装，密封凹槽253左右对称设置。

所述油膜孔254直径大于密封孔252直径，直径差为0.5-1.5mm。

挤压油膜阻尼器分布式压力试验装置及其测试方法，包括以下步骤：

步骤一，光纤光栅传感器布置，挤压油膜阻尼器轴向方向光纤光栅传感器布置：环形凹槽256内分别设置一个光纤光栅传感串，光纤光栅传感串的数量与环形凹槽256数量相一致，单根光纤光栅传感串测点之间通过光纤信号线来连接通信，光纤信号线经穿线孔257连接采集器12；挤压油膜阻尼器周向方向光纤光栅传感器布置：在单个环形凹槽256内部布置光纤光栅传感，其中一个测点外部设置塑料胶皮套管，该测点作为温度测点112；其他光纤光栅传感设置在环形凹槽256内部作为压力测点111，压力测点111沿周向呈均匀布置；

步骤二，传感器封装，光纤光栅传感以及其信号线在挤压油膜阻尼器的环形凹槽256粘贴固定好后，将环形凹槽256填充；将穿线孔257内的光纤信号线粘贴固定，并密封穿线孔257；

步骤三，压力参数标定，将挤压油膜阻尼器的油孔上的接头27接上压力表，在挤压油膜阻尼器另一侧进油口通入不同大小的压力油、憋住压力，不断改变进油压力值，记录油压与光纤光栅传感不同测点的波长间数据，将得到的多组数据采用最小二乘法数据拟合方法得到不同测点压力转换系数kp1、kp2、kp3…..；

步骤四，温度补偿与解耦，利用补偿光纤光栅传感器的温度测点112对压力测点111进行修正补偿，则压力计算公式为：

其中，λ1为对应光纤光栅传感器压力测点111的波长；△λ1为对应光纤光栅传感器压力测点111的波长变化量；kp为光纤光栅压力转换系数；k2t为光纤光栅温度转换系数；λ2为对应光纤光栅传感器温度测点112的波长；△λ2为对应光纤光栅传感器温度测点112的波长变化量；p为光纤光栅传感器压力测点111的压力值。

所述步骤四中：固定驱动电机6转速，在转盘轴3施加不同质量的不平衡量，采用光纤光栅传感测试装置1测试不平衡量产生离心载荷对挤压油膜阻尼器压力影响；固定驱动电机6转速，给包含挤压油膜阻尼器的第一支撑2采用垫片的方式垫高，给第一支撑2和第二支撑4设置不对称，采用光纤光栅传感测试装置1测试支点不同中产生附加不同测点的油膜压力变化；调高驱动电机6转速，使转子系统越过一阶临界，采用光纤光栅传感测试装置1测试挤压油膜阻尼器的油膜压力变化。

本发明的挤压油膜阻尼器分布式压力试验装置及其测试方法，试验装置结构简单，能够模拟转子不平衡、支点不对中等复杂工况条件下，对于复杂工况条件下燃气涡轮发动机挤压油膜阻尼器分布式压力试验变化研究提供技术支撑；可以用于研究挤压油膜阻尼器的周向多点、轴向多面的空间压力分布关联关系；采用的光纤光栅传感具有一线多点和灵敏度高、体积小优点，方便传感器布置，对挤压油膜阻尼器影响和改动小；采用温度补偿与解耦，减小温度变化对测试结果影响，使压力测试结果更加准确。

附图说明

图1是本发明基于光纤光栅传感的挤压油膜阻尼器分布式压力试验装置主视结构图；

图2是本发明光纤光栅传感测试装置的原理图；

图3a是本发明弹性支承支点及挤压油膜阻尼器主剖面结构图；

图3b是图3a中a部分的局部放大结构图；

图4a是本发明挤压油膜支座主视剖面结构图；

图4b是本发明挤压油膜支座立体结构图；

图4c是图4a的a-a剖视图；

图5a是本发明光纤光栅传感的布置结构图；

图5b是本发明光纤光栅传感的布置剖视结构图；

图6是本发明光纤光栅传感的封装结构图；

图7是本发明光纤光栅传感标定示意图；

图中：1、光纤光栅传感测试装置，11、光纤光栅传感器，111、压力测点，112、温度测点，12、采集器，13、计算机，2、第一支撑，21、支座，22、鼠笼，23、支承轴承，24、轴承座，25、挤压油膜支座，26、密封圈，27、液压接头，251、定位止口，252、密封孔，253、密封凹槽，油膜孔、254，255、油孔，256、环形凹槽，257、穿线孔，258、螺栓连接通孔，3、转盘轴，4、第二支撑，5、联轴器，6、驱动电机，7、底座。

具体实施方式

如图1所示，基于光纤光栅传感的挤压油膜阻尼器分布式压力试验装置由光纤光栅传感测试装置1、第一支撑2、转盘轴3、第二支撑4、联轴器5、驱动电机6、底座7组成，第一支撑2、第二支撑4用于支撑转轴转盘轴3旋转，驱动电机6位于第二支撑4一侧，电机6通过联轴器5与转盘轴3连接，带动转盘轴3旋转，驱动电机6通过螺栓与底座7固定连接，第一支撑2与第二支撑4可为相同结构，也可为不相同结构，本实施例为了方便对照，第一支撑2与第二支撑4描述为不同结构，第一支撑2为带有挤压油膜阻尼器结构及光纤光栅传感测试装置的支点，第二支撑2为常用弹性支承的支点结构。

如图2所示，所述光纤光栅传感测试装置1用于采集挤压油膜阻尼器的压力及温度信息，包括光纤光栅传感器11、采集器12和计算机13；而光纤光栅传感器11测试挤压油膜阻尼器架温度、压力引起波长信号变化；采集器12用于采集光纤光栅波长信号变化；所述计算机13用于将波长信号转化为压力、温度信息，并且显示和存贮。

结合图3a和图3b，第一支撑2为具有挤压油膜阻尼器结构的支点，包括支座21、鼠笼22、支承轴承23、轴承座24、挤压油膜支座25、密封圈26、液压接头27，支座21与底台7通过螺栓固定连接，鼠笼22与支座21通过螺栓固定连接，轴承座24与鼠笼22通过螺栓固定连接，支承轴承23安装固定于轴承座24内部，支撑轴承23为滚动轴承，用于支承转盘轴3旋转；挤压油膜支座25与支座21通过螺栓固定连接，并与轴承座24存在一定间隙，构成挤压油膜阻尼器。挤压油膜支座25有密封凹槽253用于安装密封26，用于密封挤压油膜阻尼器的压力油，避免挤压油膜阻尼器运行时，油泄露，挤压油膜支座25的进油口、回油口设有液压接头27，用于连接液压管路，使液压油产生流动，耗散转子振动产生的能量。

结合图4，挤压油膜支座25一侧设有圆柱形定位止口251，用于支座21定位，两侧面设有多个螺栓连接通孔258，用于螺栓将挤压油膜支座25与支座21固定连接。挤压油膜支座25中部设有密封孔252，所述密封孔252上设有多个密封凹槽253，用于放置密封圈26，与轴承座24相互配合，起到润滑油密封作用；所述的密封凹槽253左右对称布置。在挤压油膜支座25中间并且沿密封凹槽253对称的位置设有油膜孔254，所述油膜孔254直径比密封孔252稍大，优先选用大0.5-1.5mm；所述油膜孔254上部和下部分别设置油孔255，油孔255有螺纹结构，用于固定安装液压接头27，分别为进油口、回油口，使液压油进出挤压油膜阻尼器。油膜孔254两侧设有多个环形凹槽256，用于安装光纤光栅传感器11；所述传感器凹槽256距离油膜孔254两侧端面相同，环形凹槽256上部设有贯穿的穿线孔257，贯通与挤压油膜支座25上部，用于光纤光栅传感器信号线穿过。

基于光纤光栅传感的挤压油膜阻尼器分布式压力测试方法，包括光纤光栅传感器布置、传感器封装、压力参数标定、温度补偿与解耦。光纤光栅传感器布置用于测试挤压油膜阻尼器周向多点、轴向多面的空间压力；传感器封装用于固定密封光纤光栅传感，使传感器以及信号线与挤压油膜阻尼器形成一体；压力参数标定用于标定各个测点压力与波长参数间的关系；温度解耦用于在压力测试时，排除挤压油膜阻尼器温度变化对波长变化的影响，使压力测试结果更加准确。

基于光纤光栅传感的挤压油膜阻尼器分布式压力测试方法步骤如下：

步骤一，光纤光栅传感器布置

结合图5，所述光纤光栅传感分为压力测点111、温度测点112。挤压油膜阻尼器轴向方向光纤光栅传感器布置：所述挤压油膜支座25设有多个环形凹槽256，本例以两条环形凹槽256的挤压油膜阻尼器轴向两平面为例来说明，可以为轴向多平面。左右两环形凹槽256分别布置一个光纤光栅传感串，光纤光栅传感串的数量与环形凹槽256数量相一致；单根光纤光栅传感串有多个fbg测点，测点之间通过光纤信号线来连接通信；所述的光纤信号线从穿线孔257传出，与采集器12直接相连。

挤压油膜阻尼器周向方向光纤光栅传感器布置：在单个环形凹槽内部布置多个光纤光栅传感(fbg测点)，其中一个测点用塑料胶皮套管穿过，使该测点与挤压油膜阻尼器不发生直接接触，仅感受温度的变化，而避免压力变化引起波长的变化，该测点作为温度测点112，所述的温度测点112优先选用一个；而其他光纤光栅传感(fbg测点)通过粘贴方式直接贴附在环形凹槽内部，作为压力测点111，所述的压力测点为多个，沿周向呈均匀布置。

步骤二，传感器封装

结合图6，光纤光栅传感以及其信号线在挤压油膜阻尼器的环形凹槽256粘贴固定好后，采用环氧树脂胶将环形凹槽256填满。凝固后，将多余环氧树脂胶去除，保证环形凹槽256的内表面与油膜孔254的内表面光滑平整，最大限度的避免传感器安装、布置对挤压油膜阻尼器结构、性能的影响；采用环氧树脂胶将穿线孔257内的光纤信号线固定，并密封穿线孔257。

步骤三，压力参数标定

结合图7，不同测点由于传感器粘贴的差异导致压力与波长间的关系也存在着差别，需要进行参数标定。将挤压油膜阻尼器的油孔上的接头27接上压力表，在挤压油膜阻尼器另一侧进油口通入不同大小的压力油、憋住压力。不断改变进油压力值，记录油压与光纤光栅传感不同测点的波长间数据，将得到的多组数据采用最小二乘法数据拟合方法得到不同测点压力转换系数kp1、kp2、kp3…..。

步骤四，温度补偿与解耦

光纤光栅传感器波长变化受应变、温度影响，测试信号中有挤压油膜阻尼器温度、压力信号，利用补偿光纤光栅传感器的温度测点112对压力测点111进行修正补偿，则压力计算公式为：

其中，λ1为对应光纤光栅传感器压力测点111的波长；△λ1为对应光纤光栅传感器压力测点111的波长变化量；kp为光纤光栅压力转换系数；k2t为光纤光栅温度转换系数；λ2为对应光纤光栅传感器温度测点112的波长；△λ2为对应光纤光栅传感器温度测点112的波长变化量；p为光纤光栅传感器压力测点111的压力值。

基于光纤光栅传感的挤压油膜阻尼器分布式压力试验装置及其测试方法主要以下测试实验如下

试验1：固定驱动电机6转速，在转盘轴3施加不同质量的不平衡量，采用光纤光栅传感测试装置11测试不平衡量产生离心载荷，研究不平衡对挤压油膜阻尼器压力影响；

试验2：固定驱动电机6转速，给包含挤压油膜阻尼器的支点2采用垫片的方式垫高，给两支点设置不对称，采用光纤光栅传感测试装置1测试支点不同中产生附加不同测点的油膜压力变化。

试验3：调高驱动电机6转速，使转子系统越过一阶临界，采用光纤光栅传感测试装置1测试挤压油膜阻尼器的油膜压力变化，研究共振时油膜压力变化以及过一阶临界引起的轴向油膜压力差异。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。