[发明专利]一种用于旋转机械转子振动抑制的磁流变弹性体作动器

说明书

技术领域

本发明属于振动控制技术领域，涉及阻尼减振装置，尤其涉及一种用于旋转机械转子振动抑制的磁流变弹性体作动器。

背景技术

近年来，压缩机、汽轮机、燃气轮机等旋转机械向着高转速、高负荷、高效率方向发展，随之带来的振动问题成为一个非常突出和棘手的问题。旋转机械转子由于存在质量分布不平衡或受到外激励作用，转子的中心线偏离回转中心线，特别是当转子高速旋转时，在横向上容易产生较大的离心力使轴系产生较大的横向振动幅值，振动严重时可造成支承轴承磨损、轴承座松动甚至断裂等危害。基于上述原因，如何减小转子系统的振动，提高转子寿命，保证机械设备安全可靠运行成为旋转机械的研究中丞待解决的重要环节。

在用于抑制转子振动的执行机构中，近年来出现了一类磁流变材料的阻尼器，这类阻尼器的原理都是利用材料的刚度和阻尼能够在外加变化磁场作用下发生显著变化，实现转子振动控制，而且这种变化的时间是毫秒级的，当外加磁场撤除时，这种变化又会立即消失。用通入滞留电流的线圈来产生可变磁场，用导磁体将磁场引入磁流变材料工作区域，磁流变材料将产生磁致效应，刚度和阻尼发生改变，变化的程度与施加的磁场强度有关，而磁场强度与通入线圈的电流大小有关，改变电流大小即可改变该作动器的刚度、阻尼，进而达到抑制振动的作用。

目前技术较为成熟、应用较为广泛的阻尼器包括磁流变液式阻尼器，这种阻尼器所用的磁流变液式分布在载液中的磁性颗粒(羟基铁粉)和载液(硅油)组成。汪建晓、孟光在等人发明了用于转子振动控制的剪切式磁流变液阻尼器【参见《磁流变液阻尼器用于转子振动控制的实验研究》，华中科技大学学报(自然科学版)；2001年07期】、纯挤压式磁流变弹性体阻尼器(参见《挤压式磁流变弹性体阻尼器-转子系统的振动特性试验》，航空学报；第29卷第1期2008年1月)以及纯剪切式磁流变弹性体阻尼器(《转子振动控制用磁流变弹性体阻尼器》，专利号为200620154712.X)。卢坤等人设计了一种剪切刚度可调的半主动式吸振器，在1∶4的船舶轴系缩比模型上进行试验的结果进一步验证了利用磁流变弹性体设计推进轴系半主动式吸振器的可行性(《基于磁流变弹性体的推进轴系半主动式吸振器研究》，振动与冲击,2017.36(15))。

但是，由于磁流变弹性体在压缩模式下其零场模量大大高于剪切模式下模量，有学者试验测得大约为3.8倍左右关系，而在同样磁场强度下两种工作模式下模量的相对变化量差异不大，而磁流变效应是指有场下的模量与零场下模量的比值，故在同样磁场强度下采用剪切模式的相对磁流变效应更高。因此在早期设计的磁流变减振器件中弹性体主要采用剪切模式，但是在剪切模式下，线圈产生磁场经过一个长长的路径才能到磁流变弹性体所在位置，而铁芯材料的磁导率与空气磁导率之间的比值在1，存在磁场泄漏，泄漏比例随路径的增长而增加；且单纯采用剪切模式，隔振器在安装被隔振器件后，由于被隔振器件重力作用弹性体材料会发生相应的静应变，由于这个应变存在会导致隔振结构可工作范围减小。而压缩模式下磁流变弹性体紧挨铁芯放置，故磁场的泄漏较小，磁流变减振器件仍然具有一定的减振效果，同时压缩模式下磁流变弹性体材料储能模量为剪切模式下3-5倍，采用压缩模式可大大减小结构静应变，但单纯采用压缩模式较仅采用剪切模式隔振器在相同磁感应强度下的可变刚度范围小。

因此，上述技术还存在着以下缺点：

①目前普遍采用的磁流变液式阻尼器由于磁性颗粒的密度大于载液，所以存在颗粒沉降而影响振动控制效果，再者为防止磁流变液流失还需增设密封装置，成本增大，且磁流变液泄露也较难清洗；

②目前磁流变弹性体阻尼器采用纯挤压和纯剪切式,但单纯使用挤压工作模式的转子振动控制用磁流变弹性体式阻尼器移频效果较差，振动抑制效果不佳；单纯使用转子振动控制用剪切模式的磁流变弹性体阻尼器变形较大；

③目前设计的磁流变弹性体阻尼器只能单纯控制转子在单一方向横向振动，不能全方位抑制横向振动。

因此，针对以上不足，本发明急需提供一种用于旋转机械转子振动抑制的磁流变弹性体作动器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于旋转机械转子振动抑制的磁流变弹性体作动器，以解决现有技术中纯剪切模式下由转子振动引起的结构变形较大、纯压缩模式下移频效果较差，且无法全方位抑制转子横向振动的问题。

本发明提供了下述方案：