一种磁悬浮转子高精度现场动平衡方法

摘要

本发明涉及一种磁悬浮转子高精度现场动平衡方法，首先，建立磁悬浮转子绕几何轴旋转时校正质量与径向四通道同频控制电流的关系；然后，分别在平衡面A、平衡面B、平衡面A和平衡面B进行三次试重，每次加重后都升速到相同转速，使磁悬浮转子实现绕几何轴旋转的情况下，测量并提取径向四通道的同频控制电流；最后，计算出校正质量的大小和位置，在平衡面A和平衡面B上进行相应的不平衡质量的动平衡操作。本发明提出的现场动平衡方法，可直接对特性参数未知的刚性磁悬浮转子进行动平衡操作，步骤简单、效率高。

主权项

一种磁悬浮转子高精度现场动平衡方法，其特征在于包括以下步骤：(1)建立磁悬浮转子绕几何轴旋转时，校正质量与径向四通道同频控制电流的关系；在转速Ω下，平衡面A的校正质量m_ca和平衡面B的校正质量m_cb对应的力和力矩等价于磁悬浮转子绕几何轴旋转时的径向磁轴承力和力矩，校正质量产生的离心力和力矩与径向磁轴承力和力矩的等价关系式表示为：$\left\{\begin{array}{c}{m}_{ca}{\Omega }^2{r}_a+m_{cb}{\Omega }^2{r}_b=k_{ia}{i}_{ma}+k_{ib}{i}_{mb}\\ m_{ca}{\Omega }^2{r}_a\left(L_1+l_{am}\right)-m_{cb}{\Omega }^2{r}_b\left(L_3+l_{bm}\right)=k_{ia}{i}_{ma}{l}_{am}-k_{ib}{i}_{mb}{l}_{bm}\end{array}\right.$其中r_a为平衡面A的校正质量的轴心距、r_b为平衡面B的校正质量的轴心距，k_ia为磁轴承A的电流刚度、k_ib为磁轴承B的电流刚度，i_ma为磁轴承A的同频控制电流、i_mb为磁轴承B的同频控制电流，L₁为平衡面A到磁轴承A的距离、L₃为平衡面B到磁轴承B的距离、l_am为磁轴承A到质心的距离、l_bm为磁轴承B到质心的距离；根据上述等价关系式求解校正质量表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{m}_{ca}=\frac{1}{{\Omega }^2{r}_{a}L}\left[k_{ia}{i}_{ma}\left(L_2+L_3\right)+k_{ib}{i}_{mb}{L}_3\right]\\ m_{cb}=\frac{1}{{\Omega }^2{r}_{b}L}\left[k_{ia}{i}_{ma}{L}_1+k_{ib}{i}_{mb}\left(L_1+L_3\right)\right]\end{array}\right.$其中L为平衡面A到平衡面B的距离，L₂为磁轴承A到磁轴承B的距离；由校正质量表达式可知，校正质量只与平衡面A、平衡面B、磁轴承A和磁轴承B四者的相对距离有关，而与平衡面A、平衡面B、磁轴承A和磁轴承B的相对位置无关；(2)为了求解校正质量，需在预设转速Ω下实现磁悬浮转子绕几何轴旋转，测量并提取径向磁轴承的同频电流；启动磁悬浮转子达到预设转速Ω，实现磁悬浮转子绕几何轴旋转，由位移检测装置采集转子的径向位移信号，待磁悬浮转子的径向同频振幅收敛稳定后，通过电流传感器测量出磁轴承线圈电流信号，并将该电流信号输入数字滤波器，提取出与转速同频的电流信号，得到磁轴承A的同频电流初始值i_ma0和磁轴承B的同频电流初始值i_mb0，校正质量和同频电流的关系表达式1为：$\left\{\begin{array}{c}{m}_{ca0}=\frac{1}{{\Omega }^2{r}_{a}L}\left[k_{ia}{i}_{ma0}\left(L_2+L_3\right)+k_{ib}{i}_{mb0}{L}_3\right]\\ m_{cb0}=\frac{1}{{\Omega }^2{r}_{b}L}\left[k_{ia}{i}_{ma0}{L}_1+k_{ib}{i}_{mb0}\left(L_1+L_3\right)\right]\end{array}\right.---\left(1\right)$(3)将磁悬浮转子转速降到0，在平衡面A加上试重m_试1，然后按照步骤(2)同样的方式，得到第一次试重时磁轴承A的同频电流i_ma1和磁轴承B的同频电流值i_mb1，校正质量和同频电流的关系表达式2为：(4)将磁悬浮转子转速降到0，移除平衡面A的试重m_试1，在平衡面B加上试重m_试2，采取和步骤(2)同样的方式，得到第二次试重时磁轴承A的同频电流i_ma2和磁轴承B的同频电流值i_mb2，校正质量和同频电流的关系表达式3为：(5)再将磁悬浮转子转速降到0，在平衡面A再加上试重m_试1，此时平衡面A的试重为m_试1和平衡面B的试重为m_试2，采取和步骤(2)同样的方式，得到第三次试重时磁轴承A的同频电流i_ma3和磁轴承B的同频电流值i_mb3，校正质量和同频电流的关系表达式4为：(6)根据校正质量和同频电流的关系表达式1‑4，求解出不平衡面A的初始校正量m_ca0和不平衡面B的初始校正量m_cb0；(7)将磁悬浮转子转速降到0，在所述两个不平衡面上根据步骤(6)中计算所得的相应初始不平衡校正量进行加重或反向去重的动平衡操作；(8)再次重新启动磁悬浮转子使其转速达到Ω，检测磁悬浮转子的位移振动量是否小于预设振动阈值，如果小于所述预设振动阈值，则地该转速下动平衡完成；否则，重复步骤(2)‑(7)直至磁悬浮转子转速达到Ω时，检测到的磁悬浮转子振动量小于预设振动阈值。