Page 323 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 5 期 伍奕桦，等：多孔质可倾瓦气体轴承-转子系统的动力学特性试验研究 1527

12
10 0 9.6 μm,1.08×10 r/min
4
P s /P a =4.5 (上瓦块) 原始数据
约8000 r/min 10 8 慢滚动减除数据
转速比率 (ω/ω max ) 10 −2 约100 r/min P s /P a =4.25 振幅 / μm 6 4 8.9 μm,1.2×10 r/min
−1
4
P s /P a =4.0
速度下降
P s /P a =3.75
10
10 −3 2 0 4 4 4.2 μm 4 4
0 200 400 600 800 0 1×10 2×10 3×10 4×10
−1
降速时间 / s 转速 / (r·min )

图 7 不同供气压力条件下转速比率随降速时间的变化曲线 图 8 慢滚动矢量补偿前后振动数据对比
Fig. 7 Variation of rotational speed ratio with deceleration time Fig. 8 Comparison of vibration data before and after slow
under different gas supply pressures rolling vector compensation

3
4
3
当转子系统的转速低于 8×10 r/min 时，转速缓 振动响应。转速范围为 1×10 ~4×10 r/min。随着转
慢下降，系统摩擦力主要来源于系统部件对空气的 速逐步升高，同步振动幅值逐渐增大，当转速接近一
扰动，此阶段的降速时间超过降速试验总用时的一 阶临界转速时，同步振动幅值达到峰值。随转速继
半。当改变轴承供气压力，降速时间发生变化，表明 续增大，同步振动响应的幅值逐渐减小，并稳定在某
空气扰动产生了变化。试验表明，增大轴承供气压 一固定幅值。由于气体轴承在不同方向上的刚度分
力能够增大轴承间隙，有效改善轴承的润滑状态，降 布存在差异，所以不同方向上的临界转速略有不同。

低轴承的阻力系数，减小系统的摩擦阻力。 15

振幅 / μm 5
2.3 慢滚动矢量补偿 10 次同步振动 同步振动

在数据测量过程中，由于转子系统的弯曲、装配 40000 0
等问题，采集的振动数据中会存在慢滚动矢量，这将
30000
干扰转子系统动态响应数据的准确性。因此，需要
20000
采用慢滚动矢量补偿方法，从采集的振动矢量中去 转速 / (r·min −1 )
除慢滚动矢量。该转子系统的一阶临界转速约为 10000
1×10 r/min，所以选择 1×10 r/min 时的振动矢量作为 0 300 400 500 600
3
4
0 100 200
系统慢滚动矢量。为确保慢滚动矢量的可靠性，对 频率 / Hz
(a) 竖直方向(涡轮端)
转子系统进行多次降速试验，采用稳定后的振动数 (a) Vertical direction (turbine end)
据作为系统慢滚动矢量。
图 8 为 1 倍频振动原始数据与经过慢滚动矢量
补偿后的 1 倍频振动数据对比情况。通过观察发 振幅 / μm 20 次同步振动 同步振动
10
现，振动信号经慢滚动矢量补偿后，转子系统的临界
0
转速为 1.08×10 r/min，而由原始振动信号得出的临 40000
4
界转速为 1.2×10 r/min。原始数据与补偿后数据的 30000
4
振动峰值分别为 9.6 和 8.9 μm。同时，当转速高于一
20000
阶临界转速后，经补偿后振动幅值逐渐降低并稳定 转速 / (r·min −1 )
10000
在 4.2 μm 左右，符合旋转机械同步振动幅值随转速
变化的规律。这表明经慢滚动矢量补偿后的数据能 0 200 300 400 500 600
0 100 频率 / Hz
够反映出转子系统真实的临界转速和振动幅值，在
(b) 水平方向(涡轮端)
旋转机械信号处理过程中是有必要的。后续试验数 (b) Horizontal direction (turbine end)

据中的同步振动信号均进行了慢滚动矢量补偿处理。 图 9 涡轮端轴承附近转子中心振动响应的竖直与水平瀑布图

Fig. 9 Vertical and horizontal waterfall diagrams of the
2.4 降速试验
vibration response at rotor center near the turbine end
在降速试验中，涡轮端与配重盘端在水平方向 bearing
4
和竖直方向上的瀑布图如图 9~10 所示。转子系统 次 同 步 振 动 在 转 速 约为 1.5×10 r/min 时 出 现 。
的振动响应主要包含 1 倍频同步振动响应和次同步 次同步振动的幅值随转速升高而增大，达到峰值后，