Page 322 - 《振动工程学报》2026年第5期

1526 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

光电传感器 2.1 悬浮高度试验

PTPB PTPB
Y
通过改变多孔质可倾瓦气体轴承的供气压力，
O Z
使转子系统的悬浮高度产生变化。轴承供气压力由
X
0 kPa 逐 渐 升 至 450 kPa， 再 由 450 kPa 缓 慢 下 降 至
冲击涡轮 推力盘 配重盘 0 kPa。转子悬浮高度随供气压力的升高而增大，随
不平衡质量位置 电涡流传感器 供气压力的降低而减小，如图 6 所示（P s 为供气压力，

图 4 转子系统结构、传感器布置及坐标系示意图 P a 为标准大气压）。在供气压力上升和下降阶段，相
Fig. 4 Schematic of rotor system structure, sensor arrangement 同压力下转子悬浮高度没有明显的差别，说明转子
and coordinate system 系统悬浮高度与轴承供气压力的大小相关。当供气
统为多孔质可倾瓦气体轴承、多孔质气体推力轴承 压力为 250 kPa 时，转子悬浮高度约为 10 μm。为了保
以及冲击涡轮提供压力稳定的压缩气体。多孔质可 证试验中轴承处于良好润滑状态和一定的气膜间隙，
倾瓦气体轴承的上瓦块和下瓦块、推力轴承和冲击 多孔质可倾瓦轴承的供气压力应始终大于 250 kPa。

涡轮采用单独管路进行供气，由气动比例阀对供气 20
18 供气压力增大
压力进行调整。 16 供气压力降低
数据采集及数据处理系统主要包括 4 个电涡流 14
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位移传感器，分别正交安装于多孔质可倾瓦气体轴 转子悬浮高度 / μm 10
承附近；1 个光电转速传感器安装于配重盘附近；以 8 6
及 National Instruments 公司的数据采集板和用于数据 4
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存储和处理的计算机。数据采集界面用 LabVIEW 0
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进行编写，轴承-转子试验台照片如图 5 所示。 0 1 相对供气压力 (P s /P a ) 4 5

图 6 转子悬浮高度随轴承供气压力的变化曲线
Fig. 6 Variation of rotor suspension height with bearing gas
冲击涡轮 转速传感器
supply pressure

电涡流传感器 计算机
2.2 供气压力对降速时间的影响
转速表
降速过程中转子系统无额外外力输入，摩擦阻
力仅来自系统内部，主要包含多孔质可倾瓦气体轴
承、多孔质气体推力轴承、冲击涡轮间隙内气体扰
动及转子表面风阻。
多孔质
多孔质 可倾瓦轴承 数据采集仪 不同供气压力条件下，转子系统转速比率（ ω/
推力轴承 质量流量计 ω max ）随降速时间的变化情况如图 所示，图中的纵
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图 5 轴承-转子试验台照片 坐 标 采 用 对 数 坐 标 。 其 中， ω为 转 子 系 统 的 转 速 ，
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Fig. 5 Photograph of the bearing-rotor test rig ω max 为转子系统的最高转速，即 4×10 r/min。多孔质

可倾瓦气体轴承上瓦块保持 450 kPa 的供气压力不
变，下瓦块供气压力分别为 375、400 和 425 kPa，转子
2 系 统 动 力 学 响 应 分 析 系统从 4×10 r/min 降速到 1×10 r/min 经历的时间分
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别为 647、725 和 784 s。转子系统降速时间随轴承供
降速试验通过调节冲击涡轮的供气压力使转子
气压力的升高而增加，说明增大轴承供气压力能够
的转速加速上升，当转子被加速到 4×10 r/min 以上 降低转子系统的总摩擦力。
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时，关闭冲击涡轮的供气，转子进入自由降速阶段， 转子系统的转速由 4×10 r/min 下降到 8×10 r/min
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并全程记录电涡流传感器的位移信号和光电转速传 的过程中，转子系统的转速急剧降低，该过程转子系
感器的转速信号，直至转子系统完全停止转动。由 统摩擦力主要来源于转子表面的风阻。当转速为
于降速过程中，冲击涡轮不再供气，轴承-转子系统 4×10 r/min 时，转子表面线速度约为 63 m/s，风阻与
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不受其干扰，能够准确地反映多孔质可倾瓦气体轴 转速成正比，而与轴承供气压力关系较小。因此，增
承-转子系统的动力学特性。因此，动力学测试是借 大轴承供气压力对此降速阶段的降速时间未产生明
助降速试验进行的。 显的作用。