專利名稱：油膜振蕩故障在線消除的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械的油膜振蕩故障在線消除的方法及裝置。特別地，本實(shí)用新型涉及在線改變軸頸在軸承中的相對平衡位置，從而改變軸承油膜對軸的作用狀態(tài)，也就是說在軸質(zhì)量不變的情況下改變軸承承載來消除油膜振蕩的一些控制方法；本實(shí)用新型還特別地涉及在線加靜載荷的快速響應(yīng)裝置，可在線消除油膜振蕩故障。
背景技術(shù)：
石油石化單位工業(yè)的生產(chǎn)是連續(xù)性強(qiáng)，系統(tǒng)復(fù)雜自動(dòng)化程度高大型化生產(chǎn)。設(shè)備故障停機(jī)，甚至發(fā)生事故，其代價(jià)很大，而且給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅，為了延長生產(chǎn)周期，減少停工檢修次數(shù)和檢修時(shí)間，利用旋轉(zhuǎn)機(jī)器的振動(dòng)信號，及時(shí)準(zhǔn)確地診斷出設(shè)備故障，或者在線消除其故障是很重要的。
高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)軸大部分是由油膜滑動(dòng)軸承支撐的。如果軸承設(shè)計(jì)或安裝不當(dāng)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)或低頻振動(dòng)分量過大等故障，轉(zhuǎn)速過高時(shí)，系統(tǒng)甚至?xí)l(fā)生嚴(yán)重的油膜振蕩故障。有時(shí)，即使系統(tǒng)沒有發(fā)生油膜振蕩，但由于系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度較低，一旦外界出現(xiàn)氣流激振、碰磨等干擾因素，系統(tǒng)很容易發(fā)生失穩(wěn)故障。由于油膜力的非線性，隨著轉(zhuǎn)速的升高和不平衡量的增加，轉(zhuǎn)子軸頸的渦動(dòng)中心上浮，使得轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性減弱。當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)超標(biāo)及低頻振動(dòng)分量過大或轉(zhuǎn)速過高時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生油膜振蕩，油膜振蕩往往會(huì)在短時(shí)間內(nèi)引起嚴(yán)重的設(shè)備事故，是大型高速流體機(jī)械(如透平壓縮機(jī)、汽輪機(jī)等)的常見故障。
一般都是運(yùn)行中的某一個(gè)(段)轉(zhuǎn)速工況出現(xiàn)，有時(shí)是在運(yùn)行相當(dāng)一段時(shí)間的穩(wěn)定工況后突然產(chǎn)生的，其來勢很猛，瞬間振幅突然升高，局部油膜很快破裂，引起軸頸和軸瓦摩擦，產(chǎn)生強(qiáng)烈的吼叫聲。當(dāng)機(jī)組一旦出現(xiàn)此種現(xiàn)象，隨后的運(yùn)行工況逐漸惡劣，使得機(jī)組被迫停機(jī)重新安裝或更換軸瓦有時(shí)也是造成軸承或整臺(tái)機(jī)組破壞的原因。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近十年來，采用高溫高壓蒸汽的汽輪發(fā)電機(jī)組，包括從國外進(jìn)口安裝的大機(jī)組，發(fā)生軸系自激振蕩主要形式都是油膜渦動(dòng)或氣流激振故障，從而確定了穩(wěn)定性在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析中的重要地位。
但從現(xiàn)有的文獻(xiàn)看和治理方法看，主要是停車后處理。不管是刮研軸瓦還是換油或者是增加支承標(biāo)高，這些方法都需要停機(jī)來實(shí)現(xiàn)，特別是大型企業(yè)要全線停車，影響正常生產(chǎn)，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。最理想的辦法就是進(jìn)行在線的消除油膜振蕩，不停車時(shí)機(jī)組正常運(yùn)行，調(diào)整油溫可以降低振動(dòng)，但由于受油冷卻器換熱面積、冷卻水溫度及軸瓦溫度等因素的限制，不宜作大幅度的調(diào)整。而其它在線消除油膜振蕩的方法還未見報(bào)道。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種油膜振蕩故障在線消除的裝置，該裝置包括一檢測器，靠近轉(zhuǎn)子，檢測旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)，將它們變換成振動(dòng)信號，并將振動(dòng)信號傳送給控制器；一控制器，與檢測器相連，接收并分析從檢測器出來的振動(dòng)信號，通過觀測控制器分析的檢測信號以確定是否開啟電磁執(zhí)行器裝置；電磁執(zhí)行裝置；其特征在于電磁執(zhí)行裝置由定子、轉(zhuǎn)子和電源組成，在定子的鐵芯上繞有一組線圈，鐵芯和轉(zhuǎn)子是疊片式或非疊片式的，在轉(zhuǎn)子和定子之間有間隙，通電后，該電磁執(zhí)行裝置改變軸頸在軸承的相對平衡位置，從而改變軸承油膜對軸的作用狀態(tài)，在線消除油膜振蕩故障。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是不必停機(jī)可以完成油膜振蕩故障的在線消除，可以減小由于停機(jī)可造成的經(jīng)濟(jì)損失并且保護(hù)設(shè)備不被破壞。例如用電磁執(zhí)行器，由于其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，由于體積較小，容易找到位置安裝并不用較大的改變原裝機(jī)組，沒有其它的不良影響，并且消除油膜振蕩的效果顯著圖1(a)部分和圖1(b)是轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)發(fā)生油膜振蕩時(shí)的振動(dòng)情況，此時(shí)給電磁執(zhí)行器通靜態(tài)電流，產(chǎn)生向下的靜載荷，油膜振蕩消除，系統(tǒng)又回到了較小振幅的周期運(yùn)動(dòng)狀態(tài)見附圖1(c)，油膜振蕩故障消除，但是當(dāng)關(guān)掉電磁執(zhí)行器時(shí)，又回到油膜振蕩狀態(tài)見附圖1(a)標(biāo)志的3部分。


圖1(a)是軸頸振動(dòng)隨時(shí)間變化的示意圖；圖1(b)是油膜振蕩時(shí)軸頸渦動(dòng)軌跡示意圖；
圖1(c)是加電磁力后軸頸渦動(dòng)軌跡示意圖；圖2是軸頸相對靜平衡位置示意圖；圖3是電磁執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是油膜振蕩在線消除方法的控制方框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖做詳細(xì)說明。
圖2給出了軸頸的相對平衡位置的示意圖，其中w為靜載荷，F(xiàn)e為油膜力的切向力，F(xiàn)為油膜力的法向力，ο點(diǎn)表示的是軸瓦的中心位置，o′表示的是軸頸中心相對于軸瓦的位置，對于一個(gè)確定的軸承系統(tǒng)，當(dāng)潤滑油粘度及進(jìn)油壓力已給定時(shí)，轉(zhuǎn)速和靜載荷不變時(shí)，o′點(diǎn)相對于軸瓦的位置是不變的，因此稱o′為軸頸的相對平衡位置。當(dāng)靜載荷的大小發(fā)生變化時(shí)，o′的位置也發(fā)生變化，并隨著w的增加，o′逐漸下降，穩(wěn)定性越好。當(dāng)轉(zhuǎn)軸受到某種干擾時(shí)(如轉(zhuǎn)軸的不平衡力，軸承工作狀況變化等)軸頸的相對平衡位置就會(huì)發(fā)生變化，，當(dāng)相對平衡位置上升的一定程度時(shí)，就可能導(dǎo)致系統(tǒng)的失穩(wěn)，例如所說的發(fā)生的油膜振蕩。發(fā)生油膜振蕩后處理的方式經(jīng)常是停機(jī)后處理，由于停機(jī)而造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。如果在轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，在線的增加靜載荷或者改變軸頸在軸承中的相對平衡位置，有助于降低軸頸的相對平衡位置，增加穩(wěn)定性。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取了下列措施。在轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)快到轉(zhuǎn)子發(fā)生油膜振蕩的瞬間改變軸頸的相對平衡位置，此方法所采用的原理是給系統(tǒng)在線施加一個(gè)向下的靜載荷，特別的是采用電磁執(zhí)行裝置給系統(tǒng)施加一個(gè)向下的電磁恒力。附圖3是電磁執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，是由定子1、線圈2和固定板3和轉(zhuǎn)子4組成，固定板3是用來固定定子在轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部分。電磁執(zhí)行器裝置中定子是主要部分，鐵芯1和轉(zhuǎn)子4可以由導(dǎo)磁性能優(yōu)良的材料制成，在鐵芯上嵌有一組線圈2，但其原理和電磁軸承相似。轉(zhuǎn)子和定子之間有一定的間隙Δ(氣隙)，間隙可調(diào)。給線圈2通以靜態(tài)工作電流，由于磁場的作用，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大小不變、方向?yàn)閷⑥D(zhuǎn)子向下拉的電磁力，對軸承而言，就相當(dāng)于增加了一部分靜載荷或者是改變軸承的相對平衡位置。由于它無需反饋控制系統(tǒng)，可以直接通過改變工作電流的大小來改變電磁力的大小，因此具有穩(wěn)定可靠的性能，可以在線消除油膜振蕩。電磁執(zhí)行器是一種結(jié)構(gòu)簡單，體積小，能耗省，無需反饋控制，性能穩(wěn)定，且與轉(zhuǎn)子無接觸的。由于體積較小，安裝位置較容易找到。為保證線圈內(nèi)所通的電流達(dá)到工作要求，在電路中串連一個(gè)電位器和一個(gè)電流表，用供電電源和電位器調(diào)節(jié)線圈中電流的大小，就能改變作用在轉(zhuǎn)子上向下的電磁力的大小，也就是改變靜載荷的大小。
圖4是油膜振蕩在線消除方法的控制方框圖。油膜振蕩在線消除裝置由檢測器、控制器、電磁執(zhí)行器裝置三部分組成。檢測器用來檢測旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)和轉(zhuǎn)速，將它們變換成的振動(dòng)信號送給控制器；經(jīng)控制器分析信號后確定是否開啟電磁執(zhí)行器裝置。裝置中檢測器可選用速度傳感器和位移傳感器。控制器可采用計(jì)算機(jī)或單片機(jī)。
工作時(shí)，傳感器輸出以振動(dòng)信號經(jīng)放大采樣后送至計(jì)算機(jī)中，通過觀察計(jì)算機(jī)分析后的電信號或者通過頻譜分析儀，看是否產(chǎn)生了油膜振蕩，決定是否接通執(zhí)行裝置的電源，也就是給電磁執(zhí)裝置通電，產(chǎn)生電磁力，在線消除了油膜振蕩。
上述實(shí)施例是為了解釋說明本實(shí)用新型，而不是對本實(shí)用新型進(jìn)行限制，在本實(shí)用新型的精神和附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，對本實(shí)用新型進(jìn)行的修改或改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種油膜振蕩故障在線消除的裝置，包括一檢測器，靠近轉(zhuǎn)子，檢測旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)，將它們變換成振動(dòng)信號，并將振動(dòng)信號傳送給控制器；一控制器，與檢測器相連，接收并分析從檢測器出來的振動(dòng)信號，通過觀測控制器分析的檢測信號以確定是否開啟一電磁執(zhí)行裝置；一電磁執(zhí)行裝置；其特征在于電磁執(zhí)行裝置由定子、轉(zhuǎn)子和電源組成，在定子的鐵芯上繞有一組線圈，鐵芯和轉(zhuǎn)子是疊片式或非疊片式的，在轉(zhuǎn)子和定子之間有間隙，通電后，該電磁執(zhí)行裝置改變軸頸在軸承的相對平衡位置，從而改變軸承油膜對軸的作用狀態(tài)，在線消除油膜振蕩故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油膜振蕩故障在線消除的裝置，其特征在于電磁執(zhí)行裝置還包括一固定板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油膜振蕩故障在線消除的裝置，其特征在于還包括電磁軸承、液壓支承或輔助支承。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油膜振蕩故障在線消除的裝置，其特征在于間隙可調(diào)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種油膜振蕩故障在線消除的裝置，涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域。本實(shí)用新型的油膜振蕩故障在線消除的裝置包括一檢測器、一控制器和一電磁執(zhí)行裝置，其中電磁執(zhí)行裝置由定子、轉(zhuǎn)子和電源組成。工作時(shí)通過在線地改變軸頸在軸承中的相對平衡位置，從而改變軸承油膜對軸的作用狀態(tài)，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進(jìn)而在線消除油膜振蕩。該方法操作簡單，效果好，對原始機(jī)組改動(dòng)少，減少由于停機(jī)所造成的經(jīng)濟(jì)損失，保護(hù)設(shè)備。
文檔編號F16F15/00GK2773405SQ20042002279
公開日2006年4月19日 申請日期2004年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月11日
發(fā)明者鄭水英, 劉淑蓮 申請人:浙江大學(xué)