一种可主动粗微调油膜间隙的挤压油膜阻尼器

1.本发明涉及一种可调挤压油膜阻尼器，具体涉及一种可主动粗微调油膜间隙的挤压油膜阻尼器，属于挤压油膜阻尼器技术领域。


背景技术：

2.燃气轮机的转子结构往往较为复杂，载荷也是多种多样，其受转子系统的重力、制造和装配误差等因素所产生的不平衡力以及流体的激振和密封中的间隙环流等常常会引起转子系统的强烈振动。据统计航空发动机90％以上的结构强度故障都由转子振动直接或间接引起，为了减小转子系统的振动，在转子支撑系统中使用挤压油膜阻尼器来抑制转子振动幅值的方案被广泛采用。挤压油膜阻尼器因其结构简单、重量轻、体积小、可靠性高、加工工艺好、成本低廉、具有显著减振效果等特点在航空发动机结构中被广泛应用。
3.挤压油膜阻尼器的应用降低了对转子系统平衡的要求，减轻了转子支撑系统等一系列零部件的疲劳程度，但从本质上讲，挤压油膜阻尼器是非线性阻尼器，它在转子系统中的等效刚度和等效阻尼是非线性函数，其油膜刚度随挤压作用的增加而增加，并且挤压作用越强其非线性程度越高，在高转速和大平衡量下工作时，极容易出现“双稳态响应”、“锁死”和非协调进动等严重影响转子工作可靠性的现象。且若参数选择不当，不但不能发挥其减振效果，反而会严重威胁到转子系统的运行安全。
4.目前，为了避免挤压油膜阻尼器强烈的非线性特性带来的一系列问题，许多专家和学者在传统挤压油膜阻尼器的基础上改进其结构形式，例如公开文献1：周明.弹性环式挤压油膜阻尼器减振机理研究[j].航空动力学报,1998(4):403.doi:10.13224/j.cnki.jasp.1998.04.012，提出了在挤压油膜中间增加弹性环分隔油膜，对于既定的转子系统拥有较好的减振效果，但对加工和装配的精度有较高的依赖。公开文献2：郭宝亭,马艳红,赵福安,等.金属橡胶外环自适应式挤压油膜阻尼器实验研究[j].航空动力学报,2003,18(1):119-123.doi:10.3969/j.issn.1000-8055.2003.01.021.，使用特殊材料制造挤压油膜阻尼器的内外环，受限于新型材料的制造工艺、耐久性和稳定性，该类型的挤压油膜阻尼器的应用受到限制。以及公开文献3：祝长生,汪希萱.新型动静压挤压油膜阻尼器减振特性的实验研究[j].振动工程学报,1995,(3):281-285.doi:10.16385/j.cnki.issn.1004－4523.1995.03.015，使用节流器对油腔供油实现动静压混合压力油膜，但其要求较高的供油压力，需要额外的供油系统，结构复杂，在对空间有较高限制的情况下难以适用。以上的改进有的对工艺要求比较高，距离实际应用还存在一定距离，而有些结构过于复杂、材料不成熟，受到应用场景的限制，不适合应用于航空发动机等大型重载燃气轮机转子系统。
[0005]
另外，如授权公告号为cn106907355b、发明名称为一种弹性支承挤压油膜阻尼器的发明专利，具体公开了一种油膜法线与转子轴线不垂直的锥形油膜挤压油膜阻尼器，其油膜外环通过螺纹与壳体连接，通过旋转油膜外环使其可以沿轴向移动，改变锥形油膜的厚度参数，但螺纹的通长远大于油膜的厚度尺寸，通过旋转螺纹进行轴向位移难以精确控制油膜厚度，且非对称的锥形油膜会为系统带来额外的轴向振动和载荷，使转子系统的安
全具有不确定性。并且目前常见的挤压油膜阻尼器一般在设计制造完成之后不改变外界条件的情况下其动力特性是固定不变的，在实际使用过程中往往由于制造和装配误差而达不到设计要求，另外一些针对转子系统的实验研究也需要分析阻尼值改变对转子系统的影响。
[0006]
因此，提出一种新型可变参数的挤压油膜阻尼器具有一定的研究和应用价值。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的是：克服现有技术中挤压油膜阻尼器存在的在高转速和大平衡量条件下，转子运行可靠性不稳定的问题，提供一种可主动粗微调油膜间隙的挤压油膜阻尼器，可主动粗调和微调油膜参数，安全可靠，适用性广。
[0008]
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种可主动粗微调油膜间隙的挤压油膜阻尼器，包括一端带有法兰的轴承安装套筒，远离法兰一端的轴承安装套筒外壁上同圆心由内而外依次套设有外锥形轴向位移环、阻尼器油膜内环和阻尼器油膜外环；所述阻尼器油膜外环和阻尼器油膜内环的外壁间隙之间形成有密封的油膜腔，阻尼器油膜外环的侧端面与轴承安装套筒的法兰之间连接有为阻尼器油膜内环提供弹性支撑的弹性支撑杆；所述阻尼器油膜内环与外锥形轴向位移环通过两者之间配合设置的锥形接触面滑动连接，锥形接触面的锥度为1：10～13，且阻尼器油膜内环的大端面一侧位于远离法兰一端的轴承安装套筒上，远离法兰一端的轴承安装套筒端面上固定连接有对阻尼器油膜内环进行轴向接触限位的定位端盖；所述外锥形轴向位移环的大端面一侧与轴承安装套筒的法兰之间设置有螺杆轴向位移环，外锥形轴向位移环和螺杆轴向位移环的两端面之间接触设置压电陶瓷叠堆，螺杆轴向位移环和轴承安装套筒的法兰之间通过螺纹连接粗调六棱螺杆。
[0009]
所述定位端盖的外径小于所述阻尼器油膜外环的内径，定位端盖的内端配合设置在阻尼器油膜外环和轴承安装套筒之间构成的环形空腔内；外锥形轴向位移环的小端面与定位端盖的内端面之间设置有移动间隙。
[0010]
所述压电陶瓷叠堆为空心柱状体，所述螺杆轴向位移环的一侧端面上沿圆周方向均布有多个圆柱凸台，压电陶瓷叠堆通过中心孔配合连接在螺杆轴向位移环的圆柱凸台上。
[0011]
所述螺杆轴向位移环的另一侧端面上沿圆周均布有多个螺纹通孔，多个螺纹通孔与圆柱凸台之间交错分布；轴承安装套筒的法兰内端面上对应螺纹通孔设置有螺纹连接孔，粗调六棱螺杆螺纹连接在螺纹通孔和螺纹连接孔之间。
[0012]
所述粗调六棱螺杆的两端螺纹旋向相反，与螺杆轴向位移环连接的一端为右旋螺纹，与轴承安装套筒的法兰连接的一端为左旋螺纹。
[0013]
所述阻尼器油膜内环的外圆柱面上沿周向间距设置有两个凹槽，两个凹槽内配合连接有密封圈，阻尼器油膜外环和阻尼器油膜内环的外壁间隙之间通过密封圈构成密封的油膜腔；所述阻尼器油膜外环的外圆周上径向开设有进油孔，阻尼器油膜外环的内壁上与进油孔连通处沿圆周向设置周向导油槽，进油孔通过周向导油槽与油膜腔连通。
[0014]
远离法兰一端的所述轴承安装套筒端面上设置有限位端面，限位端面的内部设置滑动轴承和转子，所述定位端盖通过螺钉固定连接在限位端面的外部上。
[0015]
所述阻尼器油膜外环的内侧端面和轴承安装套筒的法兰外圆周上沿圆周方向均
布有多个螺纹孔，所述弹性支撑杆的一端通过螺纹孔与阻尼器油膜外环固定，另一端通过连接螺母固定在轴承安装套筒的法兰上。
[0016]
本发明的有益效果是：
[0017]
1)本发明通过空心柱状的压电陶瓷叠堆和粗调六棱螺杆来控制外锥形轴向位移环的轴向位移，进而控制阻尼器油膜内环的膨胀程度来对阻尼器的油膜参数产生影响，实现对阻尼器油膜参数的粗微调效果，从而实现对挤压油膜阻尼器阻尼特性的控制。
[0018]
2)本发明装置中通过阻尼器油膜内环和外锥形轴向位移环之间的斜面连接达到调整轴向间隙即油膜厚度变化的目的，且油膜法线始终与转子轴线相垂直，不会产生附加的轴向载荷和振动，能够使得装置运行更可靠稳定、安全性能高，进一步提高轴承使用寿命。
[0019]
3)本发明装置中通过拧动粗调六棱螺杆可快速对油膜参数进行改变，通过控制施加于压电陶瓷叠堆的电压大小和方向可以在其处于工作状态时在极短的时间内对油膜间隙产生数微米的调整，能够消除安装误差对油膜间隙的影响，对油膜参数的调整快速准确；弹性支撑杆为螺纹连接，方便对弹性支撑杆的数量和尺寸做出调整，从而改变系统的支撑刚度和临界转速。
[0020]
4)本发明装置中内外环油膜间隙的主动可调使得阻尼器在拥有一定的制造和装配误差的情况下仍能适应工作需求，针对不同工作情况下的油膜参数动态调整可以使阻尼器工作在线性区域，使转子系统以比较小的振动通过多阶共振转速，避免系统的双稳态响应，更有效地对转子的振动进行抑制。
附图说明
[0021]
图1为本发明的结构剖视图；
[0022]
图2为本发明的半剖结构示意图；
[0023]
图3为图1中a处的局部放大图；
[0024]
图4为图1中螺杆轴向位移环的结构示意图。
[0025]
图中，1-阻尼器油膜外环，101-周向导油槽，102-进油孔，2-阻尼器油膜内环，3-外锥形轴向位移环，4-压电陶瓷叠堆，5-弹性支撑杆，6-螺杆轴向位移环，601-圆柱凸台，602-螺纹通孔，7-粗调六棱螺杆，8-轴承安装套筒，9-轴向定位端盖，10-滑动轴承，11-螺钉，12-密封圈，13-油膜腔，14-螺母。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的解释说明。
[0027]
实施例：如图1-4所示，本发明提供一种可主动粗微调油膜间隙的挤压油膜阻尼器，包括一端带有法兰的轴承安装套筒8，远离法兰一端的轴承安装套筒8外壁上同圆心由内而外依次套设有外锥形轴向位移环3、阻尼器油膜内环2和阻尼器油膜外环1；阻尼器油膜外环1的内壁和阻尼器油膜内环2的外壁间隙形成有密封的油膜腔13，阻尼器油膜外环1的一侧端面与轴承安装套筒8的法兰之间连接有为阻尼器油膜内环2提供弹性支撑的弹性支撑杆5；阻尼器油膜内环2与外锥形轴向位移环3通过两者之间配合设置的锥形接触面滑动连接，锥形接触面的锥度为1：12.5，且阻尼器油膜内环2的大端面一侧位于远离法兰一端的
轴承安装套筒8上，远离法兰一端的轴承安装套筒8端面上固定连接有对阻尼器油膜内环2进行轴向接触限位的定位端盖9；外锥形轴向位移环3的大端面一侧与轴承安装套筒8的法兰之间设置有螺杆轴向位移环6，外锥形轴向位移环3和螺杆轴向位移环6的两端面之间接触设置压电陶瓷叠堆4，螺杆轴向位移环6和轴承安装套筒8的法兰之间通过螺纹连接粗调六棱螺杆7。
[0028]
定位端盖9的外径小于阻尼器油膜外环1的内径，定位端盖9的内端配合设置在阻尼器油膜外环1和轴承安装套筒8之间构成的环形空腔内；外锥形轴向位移环3的小端面与定位端盖9的内端面之间设置有移动间隙。
[0029]
压电陶瓷叠堆4为空心柱状体，螺杆轴向位移环6的一侧端面上沿圆周方向均布有多个圆柱凸台601，压电陶瓷叠堆4通过中心孔配合连接在螺杆轴向位移环6的圆柱凸台601上。
[0030]
螺杆轴向位移环6的另一侧端面上沿圆周均布有多个螺纹通孔602，多个螺纹通孔602交错分布在多个圆柱凸台601之间；轴承安装套筒8的法兰内端面上对应螺纹通孔602设置有螺纹连接孔，粗调六棱螺杆7螺纹连接在螺纹通孔602和螺纹连接孔之间。
[0031]
粗调六棱螺杆7的两端螺纹为螺距0.5mm的单线螺纹，两端螺纹旋向相反，与螺杆轴向位移环6连接的一端为右旋螺纹，与轴承安装套筒8的法兰连接的一端为左旋螺纹。
[0032]
阻尼器油膜内环2的外圆柱面上沿周向间距设置有两个凹槽，两个凹槽内配合连接有密封圈12，阻尼器油膜外环1和阻尼器油膜内环2的外壁间隙之间通过密封圈12构成密封的油膜腔13；阻尼器油膜外环1的外圆周上径向开设有进油孔102，阻尼器油膜外环1的内壁上与进油孔102连通处沿圆周向设置周向导油槽101，进油孔102通过周向导油槽101与油膜腔13连通。
[0033]
远离法兰一端的轴承安装套筒8端面上设置有限位端面，限位端面的内部设置滑动轴承10和转子，定位端盖9通过螺钉11固定连接在限位端面的外部上。
[0034]
阻尼器油膜外环1的内侧端面和轴承安装套筒8的法兰外圆周上沿圆周方向均布有多个螺纹孔，弹性支撑杆5的一端通过螺纹孔与阻尼器油膜外环1固定，另一端通过连接螺母14固定在轴承安装套筒8的法兰上。
[0035]
工作原理：
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阻尼器油膜外环1固定在主机壳体上，阻尼器油膜外环1内依次装有阻尼器油膜内环2、外锥形轴向位移环3、轴承安装套筒8和滚动轴承10，阻尼器油膜外环1与阻尼器油膜内环2之间留有微小间隙并可沿径向相对运动，润滑油从进油孔102经周向导油槽101流入密封间隙的油膜腔13内产生油膜。当转子受到不平衡力产生的振动经滚动轴承10传递到阻尼器油膜内环2时，阻尼器油膜内环2随转子振动发生径向位移，挤压油膜产生反力。
[0037]
在轴向定位端盖9与轴承安装套筒8法兰之间依次装有阻尼器油膜内环2、外锥形轴向位移环3、空心柱状压电陶瓷叠堆4、螺杆轴向位移环6和粗调六棱螺杆7，彼此之间相互接触，空心柱状压电陶瓷叠堆4上连接有加载电压。通过拧动粗调六棱螺杆7可使得其自身和螺杆轴向位移环6产生轴向大幅运动l，并带动压电陶瓷叠堆4和外锥形轴向位移环3产生轴向位移l，通过锥形接触面相互配合的阻尼器油膜内环2和外锥形轴向位移环3因后者的轴向位移使得阻尼器油膜内环2产生径向尺寸的改变，从而实现油膜厚度的粗调；通过电路控制施加在压电陶瓷叠堆4上的压电大小和方向，利用其逆压电效应推动外锥形轴向位移
环3产生微小轴向位移来改变阻尼器油膜内环2的径向尺寸可实现对挤压油膜厚度的微调。
[0038]
本发明装置中通过拧动粗调六棱螺杆可快速对油膜参数进行改变，通过控制施加于压电陶瓷叠堆的电压大小和方向可以在其处于工作状态时在极短的时间内对油膜间隙产生数微米的调整，能够消除安装误差对油膜间隙的影响，对油膜参数的调整快速准确；弹性支撑杆为螺纹连接，方便对弹性支撑杆的数量和尺寸做出调整，从而改变系统的支撑刚度和临界转速。
[0039]
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。