转子系统径向电涡流阻尼器

　　0　引言

　　利用导体在磁场中运动产生电涡流效应的原理而形成的各种阻尼装置已得到了一些应用[1],然而在旋转机械的转子系统中使用这种阻尼装置还不多见。20世纪80年代, Gunter等[2]、　　Cunningham[3]、DiRusso等[4]分别为NASA航天飞机主发动机低温涡轮泵的转子系统研制了分块盘形永磁被动电涡流阻尼器,取得了良好的减振效果,但这种盘形电涡流阻尼器的结构较为庞大,限制了它的应用。Frederick等[5]、Kligerman等[6]、Fung等[7]从理论和试验上研究了旋转盘式电涡流阻尼器的动力特性,结果发现,由于盘的旋转,旋转盘式电涡流阻尼器会在转子的超临界区产生严重的不稳定问题,但如果能够限制盘的旋转运动,则旋转盘式电涡流阻尼器不仅不会出现不稳定现象,而且还能够起到显著的减振增稳效果。

　　由于电涡流阻尼器具有无需流体介质、无机械接触、动力特性可控、适用范围广等优点,如果采用合理的结构来消除由旋转引起的不稳定问题,电涡流阻尼器就可以成为一种具有良好动力特性的阻尼器。基于此,笔者提出了一种新型径向电涡流阻尼器结构[8]。本文研究了这种新型径向电涡流阻尼器所支撑的转子系统的动力特性。

　　1　电涡流阻尼器的结构及动力学模型

　　1.1　径向电涡流阻尼器的基本结构

　　电涡流阻尼器是基于导体在磁场中运动产生一个与导体运动速度成正比的电涡流力的原理来工作的。

　　径向电涡流阻尼器一般由阻尼器内环、外环、定心弹簧和激励线圈等组成[8]。阻尼器内外环可以都为导磁材料,也可以一个为导磁材料,另一个为导电材料,在导磁环上设置周向线圈以便在内外环之间形成工作磁场。当线圈布置在外环时,外环与轴承座之间要采取隔磁措施以使磁路经过内环。使用定心弹簧的目的首先是为了限制内环的旋转运动,从而消除由内环在磁场中旋转可能产生的不稳定问题;其次是在内外环都为磁性材料的情况下,产生一个使内外环不被磁力吸在一起的线圈电流或电压,以使电涡流阻尼器正常工作。

　　本试验采用的径向电涡流阻尼器的内外环均为导磁材料,线圈设置在内环上,具体结构如图1所示。

　　1.2　径向电涡流阻尼器的动力学模型

　　径向电涡流阻尼器精确的动力特性由电磁场的Maxwell方程来描述,但由于径向电涡流阻尼器的结构较为复杂,难以得到解析解,这里给出径向电涡流阻尼器的简化模型。

         (1)如果阻尼器的内外环一个为导磁材料,另一个为导电材料,无论径向间隙中磁场的分布是否均匀,内外环之间不存在磁吸力的作用,电涡流阻尼器的动力特性可以用一个阻尼力来表示,即