一種偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置，屬于振動控制領域。該裝置包括信號檢測分析與控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)；采用閉環(huán)主動控制，能根據(jù)轉子系統(tǒng)的偏心量、轉速和振動能量等狀態(tài)，自適應調節(jié)密封靜子的徑向位置，減小轉子的偏心，進而減小密封激振力；同時提供及時的、適度的阻尼力作用于密封靜子，耗散密封間隙內的流體不穩(wěn)定能量，減少密封自激力對轉子的作用，從而實現(xiàn)轉子密封系統(tǒng)振動的主動控制。本發(fā)明的偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置能有效降低不同原因產(chǎn)生的偏心，耗散不同工況下產(chǎn)生的密封激振能量，實現(xiàn)密封轉子系統(tǒng)在變工況下的振動控制，抑制密封流體激振，提高轉子穩(wěn)定性。
【專利說明】
一種偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明是一種運用于旋轉機械非接觸密封的偏心自適應調節(jié)阻尼減振裝置，主要用于迷宮密封、蜂窩密封和孔型密封等，來抑制密封流體激振，屬于振動控制技術領域。
技術背景
[0002]密封間隙流體激振是燃氣輪機、汽輪機、離心壓縮機等葉輪機械普遍存在而不易解決的問題。隨著葉輪機械向著高效、穩(wěn)定、大功率方向的發(fā)展，傳統(tǒng)密封間隙流體激振的危害日益突出。降低密封間隙的泄漏量，抑制密封間隙的流體激振，確保機組運行的穩(wěn)定性，已成為現(xiàn)代葉輪機械發(fā)展的關鍵技術之一。
[0003]—般認為，產(chǎn)生密封流體激振的因素主要有兩個:轉子偏心和密封腔流體周向流動。當氣流進入密封體時，不僅以很大的軸向速度通過各腔，而且往往還具有很高的入口預旋，并在軸的帶動下具有很大的周向速度，所以氣流在密封體內是以螺旋的形式向外流動的。另外，由于軸系因制造、安裝、偏磨或旋轉產(chǎn)生渦動運動等因素而偏心，導致與密封腔在圓周上間隙的不一致，密封腔中的螺旋形流動使周向壓力分布的變化與轉子和密封腔之間的間隙變化不完全對應，最高壓力點滯后密封腔最小間隙一定角度，這樣，流體作用在轉子上的力可分解成一個與偏心方向相垂直的切向力Ft和一個沿偏心反方向的徑向力Fr，該切向力將激勵轉子產(chǎn)生渦動，當激振力超過一定值時，就會使轉子產(chǎn)生強烈的振動。圖1是轉子密封動力學模型示意圖，根據(jù)牛頓第三定律，密封靜子所受的流體激振力可以分解為切向力打，和Fr ’，打’與打、Fr ’與Fr方向相反，大小相等。
[0004]目前，抑制密封流體激振的方法主要是減小密封腔的周向流動速度，主要分為主動控制和被動控制。主動控制主要有反旋流法(ant1-swirl)，即從機體內引出一股高壓介質，以與轉子轉向相反的方向注入到密封腔中，抵消密封腔氣流的周向運動，但這種方法缺點是，增加了有效介質的損失和動力能源的浪費，而且計算較為困難，結構復雜，設計難度大。被動控制主要有阻尼密封技術(Damper seal)和阻旋柵(swirl brakes)，阻尼密封是采用粗糙靜子面來消耗流體周向流動速度，包括蜂窩密封、孔型密封、袋型密封、鋸齒密封、三角形密封、菱窩密封和刷式密封等。其中蜂窩密封和孔型密封的理論相對成熟，在實際中都有很大的運用與發(fā)展，其余幾種阻尼密封在制造方面和使用性能等方面都存在一些不成熟的地方。Childs在《Test Results for Round-Hole-Pattern Damper Seals:OptimumConfigurat1ns and Dimens1ns for Maximum Net Damping》中對孔型密封進行了研究，實驗結果表明所設計的孔型密封的泄漏量是光滑密封的1/3，交叉剛度系數(shù)減少20%(Journal of Tribology，1986.108(4): 605-609.)。1985年，美國航天飛機主引擎的高壓液氧渦輪栗中，通過把階梯狀迷宮密封(齒在轉子上)更換成為恒定間隙的光滑轉子面蜂窩密封后消除了轉子的同步振動和亞同步振動問題(Chi Ids D W ,Moyer D S.Vibrat1nCharacteristics ofthe HPOTP(High Pressure Oxygen Turbopump)of the SSME(SpaceShuttle Main Engine)[J].Journal of Engineering for Gas Turbines and Power,1985，107(1): 152-159.)。阻旋柵是一種在密封入口沿周向布置的柵板，其結構簡單，可以改變密封入口流體方向，有效降低入口預旋，減小密封流體激振力。阻旋柵多用于高壓離心壓縮機和航空發(fā)動機級間密封和口環(huán)密封，RDSoghe在《Numerical Characterizat1nof swirl brakes for high pressure centrifugal compressor》中應用CFD 方法建立阻方定柵密封靜力特性求解模型，研究了單一形式阻旋柵對迷宮密封泄漏量與流場特性的影響(ASME Turbo Expo 2013: Turbine Technical Conference and Exposit1n.)。孫丹等在《阻旋柵對密封靜力與動力特性影響的數(shù)值分析與實驗研究》中實驗研究了無或有阻旋柵共5種密封動力特性，結果表明阻旋柵可有效降低密封的交叉剛度，增加密封的主阻尼，提高密封的穩(wěn)定性(航空學報,2015,36(9): 3002-3011.)。
[0005]美國DRESSER-RAND公司的MemmottE A在《Stability of High PressureCentrifugal Compressor Through Applicat1n of Shunt Holes and a HoneycombLabyrinth》中實驗研究了高壓離心壓縮機平衡盤密封開分流孔(Shunt Holes)，即從隔板上游引入一股高壓氣體到平衡盤蜂窩梳齒密封，來減小密封腔周向速度，并且在密封入口設置有阻旋柵，實驗結果表明，帶有分流孔的蜂窩密封明顯優(yōu)于梳齒密封，使轉子系統(tǒng)更穩(wěn)定(CMVA，13th Machinery Dynamics Seminar ,Toronto ,Canada，1994，pp.211-233.)。該技術把被動控制(蜂窩密封和阻旋柵)與主動控制(分流孔引流)結合，具有很好的運用前景，但其分流孔引流壓力和流量不可控，無法應對轉子系統(tǒng)變工況運行，具有一定的局限性。
[0006]給振動系統(tǒng)附加外阻尼來耗散運動能量，減少結構的動力響應，降低噪聲，是工程運用中一種十分有效的手段，廣泛運用于航空航天、石油石化、建筑橋梁、車輛船舶等領域。磁流變液阻尼器是一種新型智能阻尼減振裝置，它主要是根據(jù)輸入電壓(電流)的變化產(chǎn)生趨近于最優(yōu)主動控制力的阻尼力，對系統(tǒng)進行耗能減振。磁流變液阻尼器利用磁流變效應，即磁流變液在無磁場的條件下呈現(xiàn)出低黏度的牛頓流體特性，產(chǎn)生小阻尼力，而在強磁場的作用下，呈現(xiàn)出高黏度低流動性的流體特性，產(chǎn)生大阻尼力。由于其耗能低、阻尼力大和結構響應快等優(yōu)勢，已成功應用于車輛、建筑、橋梁等領域的結構振動控制，在旋轉機械振動領域也日益受到關注。馬新娜，楊紹普，邸書靈在《基于磁流變液阻尼器的高速機車橫向半主動振動控制研究》中建立了基于磁流變液阻尼器的17自由度高速機車橫向半主動模型，提出根據(jù)控制效果實時修正磁流變液阻尼器輸入?yún)?shù)的自適應模糊控制策略，有效衰減機車橫向振動;在低頻階段，尤其是對乘坐舒適度影響大的5Hz?8Hz范圍內能顯著提高高速機車的平穩(wěn)性和乘坐舒適性(振動與沖擊，2009，28(7):126-130.KKeun-Joo Kim在《Optimal posit1ning and control ofa MR-squeeze film damper for reducingunbalanced vibrat1ns in a rotor system with multiple masses》中也表明車專子系統(tǒng)在臨界轉速下的不平衡響應由于磁流變液阻尼器的阻尼作用明顯衰弱了(JournalofVibrat1n andAcoustics,2009131(4)，0410061-0410069.)。
[0007]現(xiàn)今抑制密封流體激振的方法主要是減小流體周向速度，對導致激振的另一原因一一轉子偏心的調節(jié)，相關技術手段較少?；谶@樣的背景，結合阻尼減振技術在結構減振領域的諸多優(yōu)點，本發(fā)明設計了一種主、被動相結合的偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置，該裝置能根據(jù)轉子的振動狀態(tài)自適應調節(jié)密封靜子，減小轉子偏心量;主動施加外部阻尼，消耗密封間隙內的不穩(wěn)定流體力，實現(xiàn)密封流體激振的自適應控制，提高密封轉子系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明設計了一種偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置，針對轉子密封系統(tǒng)中的流體激振問題，所設計裝置能根據(jù)轉子的振動狀態(tài)自適應調節(jié)密封靜子，減小轉子偏心量；主動施加外部阻尼，消耗密封間隙內的不穩(wěn)定流體力，實現(xiàn)密封流體激振的自適應控制，保證轉子的安全、穩(wěn)定、長期運行。所提出的偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置采用閉環(huán)主動控制，能根據(jù)轉子系統(tǒng)的偏心量、轉速和振動能量等狀態(tài)，自適應調節(jié)密封靜子的徑向位置，減小轉子的偏心，進而減小密封激振力；同時提供及時的、適度的阻尼力作用于密封靜子，耗散密封間隙內的流體不穩(wěn)定能量，減少密封自激力對轉子的作用，從而實現(xiàn)轉子密封系統(tǒng)振動的主動控制。該裝置具有結構簡單、適用性強、實用性好、使用壽命長等優(yōu)點，可以廣泛應用于工業(yè)實際生產(chǎn)。
[0009]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取如下技術方案:
[0010]該偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置包括信號檢測分析系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于:
[0011]所述信號檢測分析系統(tǒng)由電渦流位移傳感器14、激光測速儀13、信號調理模塊17、數(shù)據(jù)采集卡18和計算機19組成;計算機19上安裝有轉速與振動分析軟件，振動位移傳感器14和激光測速儀13安裝于轉軸12上，兩者實時將振動信號16和轉速信號15轉化為電信號，通過接線接入信號調理模塊17進行整流、濾波、放大后進入數(shù)據(jù)采集卡18，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡18模數(shù)轉換為計算機能識別的數(shù)字信號，再把信號接入計算機19并由分析軟件計算與分析獲得轉速、振幅與頻譜振動參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)包括振動控制軟件和模擬輸出模塊21。所述振動控制軟件能根據(jù)轉速、振幅與頻譜振動參數(shù)，并結合轉子密封系統(tǒng)的結構、密封類型和尺寸及密封靜子2外側的磁流變液阻尼器結構參數(shù)，計算獲得所需阻尼力的大小，實時輸出控制信號20，傳遞給模擬輸出模塊21，經(jīng)數(shù)模轉換成模擬信號，傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)。所述執(zhí)行系統(tǒng)由偏心調節(jié)機構和磁流變液阻尼器組成。偏心調節(jié)機構置于磁流變液阻尼器內側，主要由密封靜子2、動剪切片4、定位套筒9和彈簧8組成，其中彈簧8提供系統(tǒng)剛度K;磁流變液阻尼器由動剪切片4、靜剪切片3、定位套筒9、磁流變液23、線圈繞筒5、線圈10、外筒11和端蓋7組成，其中磁流變液23提供系統(tǒng)阻尼C。偏心調節(jié)結構和磁流變阻尼器零部件的直徑均由小到大，由內而外套接安裝，順序為:密封靜子2與轉軸12形成密封間隙，動剪切片4通過定位套筒9依次套于密封靜子2外側，組成磁流變液阻尼器的運動部分;靜剪切片3通過定位套筒9定距，依次套于線圈繞筒5的內壁，線圈10繞在線圈繞筒5外側，套于外筒11內部，套筒11則與機器殼體固定連接，組成磁流變液阻尼器的靜定部分。磁流變液阻尼器的動靜兩部分之間徑向設有一定距離的間隙，通過彈簧8連接，連接部位為動靜兩部分的定位套筒9，彈簧8的數(shù)量可以是4到8個，周向均勻布置，組成偏心調節(jié)結構；同時，動靜兩部分之間的間隙中充滿磁流變液23，彈簧浸沒在磁流變液23中；最后，端蓋7通過螺釘6與外筒11固定，壓緊磁流變液阻尼器零部件，密封靜子2與端蓋7和外筒11之間的間隙通過O型圈I密封，防止磁流變液泄漏。轉子偏心時，密封間隙周向壓力分布不均，產(chǎn)生的流體激振力作用于密封靜子2上。由于密封靜子2周向布置有彈簧8，能沿密封激振力作用方向產(chǎn)生徑向移動，從而實時自適應調節(jié)，減小轉子偏心量;同時密封靜子2也帶動動剪切片4在磁流變液23中做剪切運動，產(chǎn)生的阻尼力消耗密封間隙不穩(wěn)定能量，從而減小作用于轉軸的流體激振力。通過以上兩種方式來達到減小轉子密封系統(tǒng)振動的目的。
[0012]信號檢測分析與控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)形成一個閉環(huán)的負反饋控制回路，實時監(jiān)測與控制轉子的振動，保證密封轉子系統(tǒng)穩(wěn)定安全工作。
[0013]本發(fā)明的原理是:旋轉機械轉子在工作中因各種原因產(chǎn)生偏心，從而使密封間隙周向壓力分布不均，產(chǎn)生不穩(wěn)定的橫向激振力，發(fā)生流體自激振動。通過所設計的偏心調節(jié)機構可以自適應調節(jié)減小轉子偏心，磁流變液阻尼器可以消耗密封間隙內流體不穩(wěn)定能量，減小密封力對轉子的作用，增強轉子密封系統(tǒng)的抗干擾能力，提高其穩(wěn)定性裕度。
[0014]偏心調節(jié)機構的外側均布偶數(shù)個彈簧，沿一周徑向均勻排布，其剛度和數(shù)量能夠根據(jù)密封轉子系統(tǒng)的結構及運行工況進行設計。當轉子偏心時，密封間隙周向壓力分布不均，偏心產(chǎn)生流體激振力作用于靜子上，分解為一個與沿偏心方向的徑向力和垂直于偏心方向的橫向力。該徑向力使靜子沿偏心方向產(chǎn)生一定徑向移動，從而實時自適應調節(jié)減小轉子偏心量，改善密封間隙壓力不均，減小促使轉子渦動的橫向力，提高轉子系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0015]振動采集分析與控制系統(tǒng)的工作過程是，安裝于轉子上的激光測速儀和電渦流位移傳感器，實時將轉速、振動信號轉化為電信號，通過接線接入信號調理模塊進行整流、濾波、放大后進入數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)采集卡模數(shù)轉換為計算機能識別的數(shù)字信號，再把信號接入計算機并由振動分析軟件計算與分析獲得轉速、振幅與頻譜等參數(shù)，控制軟件根據(jù)轉速、振幅與頻譜參數(shù)，并結合轉子密封系統(tǒng)的結構、密封類型和尺寸及靜子外側磁流變液阻尼器結構參數(shù)，計算獲得所需阻尼力的大小，并實時輸出控制信號，傳遞給模擬輸出模塊，經(jīng)數(shù)模轉換成模擬信號，模擬控制信號控制電流調節(jié)器輸出電流，該實時控制電流輸入到磁流變液阻尼器的線圈，產(chǎn)生磁場作用于阻尼器內的磁流變液，改變磁流變液的剪切屈服應力和粘度等參數(shù)，從而產(chǎn)生可控的阻尼力，消耗不同轉速、振幅和頻率下的密封間隙激振能量，從而減小作用于轉軸的流體激振力，達到抑制轉子密封系統(tǒng)流體激振的目的。
[0016]另外，本發(fā)明對密封偏心產(chǎn)生的原因并不挑剔，無論是初始裝配偏心、軸彎偏心及不平衡或不對中振動造成的偏心，都能根據(jù)密封間隙內壓力的變化，自動調節(jié)靜子的徑向位置，從而減小轉子的偏心量，從產(chǎn)生流體激振的源頭來抑振，適應轉子運行的不同工況，適用范圍廣。該裝置把屬于被動控制的偏心自動調節(jié)結構與磁流變液阻尼器主動控制相結合，保留了被動控制結構簡單、穩(wěn)定的優(yōu)點，又實現(xiàn)了變工況、變參數(shù)的精準主動調節(jié)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有的抑制密封流體激振裝置相比具有以下的優(yōu)勢:
[0018](I)適應性強。本發(fā)明所設計的偏心自適應調節(jié)機構能適應轉子運行的不同工況，無論是初始裝配偏心、軸彎偏心及不平衡或不對中振動造成的偏心，都能根據(jù)密封間隙內壓力的變化，自動調節(jié)靜子的徑向位置，從而減小轉子的偏心量，從產(chǎn)生流體激振的源頭來抑振。
[0019](2)閉環(huán)連續(xù)的主動控制。本發(fā)明的磁流變液阻尼器可以實現(xiàn)阻尼的實時在線連續(xù)調節(jié)，計算機控制軟件根據(jù)轉速和振動信號，結合轉子密封系統(tǒng)的結構和阻尼器參數(shù)，計算出系統(tǒng)需要的阻尼力，轉換成線圈需要的電流值，產(chǎn)生適度的磁場強度，調節(jié)磁流變液的剪切屈服應力和粘度等參數(shù)，從而提供可控的阻尼力，消耗不同轉速、振幅和頻率下的轉子密封系統(tǒng)振動能量。
[0020](3)穩(wěn)定性和可靠性高，結構緊湊，所需安裝空間小。本發(fā)明設計把屬于被動控制的偏心自動調節(jié)結構與磁流變液阻尼器主動控制相結合，保留了被動控制結構簡單、穩(wěn)定的優(yōu)點，又實現(xiàn)了變工況、變參數(shù)的精準主動調節(jié)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
[0021](4)該阻尼器是提供動力響應速度相關的阻尼力，不承受靜載荷，即不改變彈簧的剛度，不會影響系統(tǒng)的剛度。
【附圖說明】
[0022]圖1為轉子密封動力學模型示意圖。
[0023]圖2為偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置閉環(huán)主動控制系統(tǒng)流程圖。
[0024]圖3為偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置結構圖。
[0025]圖4為磁流變液阻尼器剪切片局部放大圖。
[0026]圖5為偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置周向截面圖。
[0027]圖中:1、O型圈；2、密封靜子;3、靜剪切片;4、動剪切片；5、線圈繞筒;6、螺釘;7、端蓋;8、彈簧;9、定位套筒；10、線圈；11、外筒；12、轉軸；13、激光測速儀；14、電渦流位移傳感器；15、轉速信號；16、振動信號；17、信號調理模塊；18、數(shù)據(jù)采集卡；19、計算機;20、控制信號;21、模擬輸出模塊;22、電流調節(jié)器;23、磁流變液。
【具體實施方式】
[0028]以下結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0029]本發(fā)明是一種用于非接觸密封的偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置，自適應調節(jié)轉子的偏心量，實時監(jiān)測轉子的振動，連續(xù)在線主動調節(jié)磁流變液阻尼器的阻尼力，抑制轉子因密封流體激振而產(chǎn)生的振動。圖2是偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置閉環(huán)主動控制系統(tǒng)流程圖。其控制過程為，安裝于轉子上的激光測速儀和電渦流位移傳感器，實時將轉速、振動信號轉化為電信號，通過接線接入信號調理模塊進行整流、濾波、放大后進入數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)采集卡模數(shù)轉換為計算機能識別的數(shù)字信號，再把信號接入計算機并由振動分析軟件計算與分析獲得轉速、振幅與頻譜等參數(shù)?？刂栖浖芨鶕?jù)轉速、振幅與頻譜等參數(shù)，并結合轉子密封系統(tǒng)的結構、密封類型和尺寸及靜子外側磁流變液阻尼器結構參數(shù)，計算獲得所需阻尼力的大小，并實時輸出控制信號，傳遞給模擬輸出模塊，經(jīng)數(shù)模轉換成模擬信號，傳遞給電流調節(jié)器，模擬控制信號控制電源調節(jié)器輸出電流，該實時控制電流輸入到磁流變液阻尼器的線圈，產(chǎn)生磁場作用于阻尼器內的磁流變液，改變磁流變液的剪切屈服應力和粘度等參數(shù)，從而產(chǎn)生可控的阻尼力，消耗不同轉速、振幅和頻率下的密封間隙激振能量，從而減小作用于轉軸的流體激振力，達到抑制轉子密封系統(tǒng)流體激振的目的。
[0030]圖3是偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置結構圖。該裝置主要包括信號檢測分析與控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)。信號檢測分析與控制系統(tǒng)由激光測速儀13、電渦流位移傳感器
14、信號調理模塊17、數(shù)據(jù)采集卡18、計算機19、模擬輸出模塊21和電流調節(jié)器22組成。激光測速儀13和電渦流位移傳感器14安裝于轉子上實時采集轉子轉速和振動，獲得轉速電信號15和振動電信號16，經(jīng)信號調理模塊17整流、濾波、放大后進入數(shù)據(jù)采集卡18轉換為數(shù)字信號，經(jīng)計算機19計算分析軟件計算分析獲得轉速、振幅和頻譜等參數(shù)，控制軟件根據(jù)該參數(shù)并結合轉子密封系統(tǒng)的結構、密封類型和尺寸及靜子外側磁流變液阻尼器結構參數(shù)，采用分段控制算法、隨動控制算法或PID控制算法得到實時控制信號20，傳遞給模擬輸出模塊21，經(jīng)數(shù)模轉換成控制模擬信號，傳遞給電流調節(jié)器22實時調節(jié)電流輸入到磁流變液阻尼器線圈10，產(chǎn)生可控的磁場作用于阻尼器內的磁流變液23，改變磁流變液的剪切屈服應力和粘度相關參數(shù)，從而獲得可控的阻尼力，消耗不同轉速、振幅和頻率下的密封間隙激振能量，形成實時在線連續(xù)變阻尼主動閉環(huán)控制，實現(xiàn)轉子密封系統(tǒng)流體激振的抑制功能。
[0031]執(zhí)行系統(tǒng)由偏心調節(jié)機構和磁流變液阻尼器組成。所述磁流變液阻尼器提供系統(tǒng)的阻尼C，由O型圈1、密封靜子2、靜剪切片3、動剪切片4、線圈繞筒5、螺釘6、端蓋7、彈簧8、定位套筒9、線圈10和外筒11組成。密封靜子2與轉軸12形成密封間隙，阻尼器外筒11與殼體固定連接，密封靜子2與端蓋7和外筒11之間通過O型圈I密封;外筒11與端蓋7通過端部周向的螺釘6進行緊固連接，線圈繞筒5通過凸臺卡裝在外筒11上;端蓋7內的周向位置處設有定位套筒9，定位套筒9為雙層空心圓環(huán)結構，其外側安裝有線圈繞筒5，內側安裝有密封靜子2;所述定位套筒9的雙層空心結構內均勻交錯布置有動剪切片4、靜剪切片3，動剪切片4布置在靠近密封靜子2—側，靜剪切片3布置在靠近線圈繞筒5—側;動剪切片4能隨靜子2沿徑向運動，靜阻尼片3與線圈繞筒5連接不能運動。靜子2與轉軸12之間的密封間隙內的不穩(wěn)定激振力作用在靜子2上，帶動動阻尼片4在磁流變液23內做剪切運動，產(chǎn)生阻尼力，消耗密封間隙內的激振能量，從而減少轉子的振動，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。所述偏心調節(jié)機構由密封靜子2、彈簧8和定位套筒9構成，彈簧兩端分別于定位套筒連接，彈簧提供系統(tǒng)剛度K，彈簧的剛度和數(shù)量可以根據(jù)密封轉子系統(tǒng)的結構及運行工況進行調整。當轉子偏心時，密封間隙周向壓力分布不均，偏心產(chǎn)生流體激振力作用于靜子上，可以分解為一個與沿偏心方向的徑向力和垂直于偏心方向的橫向力。由于靜子周向布置有彈簧，在密封徑向力的作用下會沿偏心方向產(chǎn)生一定徑向移動，從而實時自適應調節(jié)減小轉子偏心量，改善密封間隙壓力不均，減小促使轉子渦動的橫向力，提高轉子系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本發(fā)明主要通過以上兩種方式來達到抑制密封激振的目的。圖4是磁流變液阻尼器剪切片局部放大圖。
[0032]圖5是偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置周向截面圖。所述彈簧8兩端分別與安裝于密封靜子2和線圈繞筒5上的定位套筒9連接，定位繞筒9固定，密封靜子2能沿徑向運動，彈簧8沿周向均布4個、6個、8個或者更多，徑向均勻布置I排、2排或更多，其剛度和數(shù)量可以根據(jù)密封轉子系統(tǒng)的結構及運行工況進行設計。
【主權項】
1.一種偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置，其特征在于:該偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置包括信號檢測分析系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)， 所述信號檢測分析系統(tǒng)由電渦流位移傳感器(14)、激光測速儀(13)、信號調理模塊(17)、數(shù)據(jù)采集卡(18)、計算機(19);計算機(19)上安裝有轉速與振動分析軟件，振動位移傳感器(14)和激光測速儀(13)安裝于轉軸(12)上，兩者實時將振動信號(16)和轉速信號(15)轉化為電信號，通過接線接入信號調理模塊(17)進行整流、濾波、放大后進入數(shù)據(jù)采集卡(18)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡(18)模數(shù)轉換為計算機能識別的數(shù)字信號，再把信號接入計算機(19)并由分析軟件計算與分析獲得轉速、振幅與頻譜振動參數(shù);控制系統(tǒng)包括振動控制軟件和模擬輸出模塊(21); 所述振動控制軟件能根據(jù)轉速、振幅與頻譜振動參數(shù)，并結合轉子密封系統(tǒng)的結構、密封類型和尺寸及密封靜子(2)外側的磁流變液阻尼器結構參數(shù)，計算獲得所需阻尼力的大小，并實時輸出控制信號(20)，傳遞給模擬輸出模塊(21)，經(jīng)數(shù)模轉換成模擬信號，傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)； 所述執(zhí)行系統(tǒng)由偏心調節(jié)機構和磁流變液阻尼器組成;偏心調節(jié)機構置于磁流變液阻尼器內側，主要由密封靜子(2)、動剪切片(4)、定位套筒(9)和彈簧(8)組成，其中彈簧(8)提供系統(tǒng)剛度K;磁流變液阻尼器由動剪切片(4)、靜剪切片(3)、定位套筒(9)、磁流變液(23)、線圈繞筒(5)、線圈(10)、外筒(11)和端蓋(7)組成，其中磁流變液(23)提供系統(tǒng)阻尼C;偏心調節(jié)結構和磁流變阻尼器零部件的直徑均由小到大，由內而外套接安裝，順序為:密封靜子(2)與轉軸(I2)形成密封間隙，動剪切片(4)通過定位套筒(9)依次套于密封靜子(2)外側，組成磁流變液阻尼器的運動部分;靜剪切片(3)通過定位套筒(9)定距，依次套于線圈繞筒(5)的內壁，線圈(10)繞在線圈繞筒(5)外側，套于外筒(11)內部，套筒(11)則與機器殼體固定連接，組成磁流變液阻尼器的靜定部分;磁流變液阻尼器的動靜兩部分之間徑向設有一定距離的間隙，通過彈簧(8)連接，連接部位為動靜兩部分的定位套筒(9)，彈簧(8)的數(shù)量是4個到8個，周向均勻布置，組成偏心調節(jié)結構；同時，動靜兩部分之間的間隙中充滿磁流變液(23)，彈簧浸沒在磁流變液(23)中；最后，端蓋(7)通過螺釘(6)與外筒(11)固定，壓緊磁流變液阻尼器零部件，密封靜子(2)則通過O型圈(I)分別與端蓋(7)和外筒(11)連接，組成完整的偏心調節(jié)結構與磁流變阻尼器;轉子偏心時，密封間隙周向壓力分布不均，產(chǎn)生的流體激振力作用于密封靜子(2)上；由于密封靜子(2)周向布置有彈簧(8)，能沿密封激振力作用方向產(chǎn)生徑向移動，從而實時自適應調節(jié)，減小轉子偏心量；同時密封靜子(2)也帶動動剪切片(4)在磁流變液(23)中做剪切運動，產(chǎn)生的阻尼力消耗密封間隙不穩(wěn)定能量，從而減小作用于轉軸的流體激振力;通過以上兩種方式來達到減小轉子密封系統(tǒng)振動的目的； 信號檢測分析與控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)形成一個閉環(huán)的負反饋控制回路，實時監(jiān)測與控制轉子的振動，保證密封轉子系統(tǒng)穩(wěn)定安全工作。2.根據(jù)權利要求1所述的一種偏心自適應調節(jié)的密封阻尼減振裝置，其特征在于:旋轉機械轉子在工作中因各種原因產(chǎn)生偏心，從而使密封間隙周向壓力分布不均，產(chǎn)生不穩(wěn)定的橫向激振力，發(fā)生流體自激振動;通過所設計的偏心調節(jié)機構可以自適應調節(jié)減小轉子偏心，磁流變液阻尼器可以消耗密封間隙內流體不穩(wěn)定能量，減小密封力對轉子的作用，增強轉子密封系統(tǒng)的抗干擾能力，提高其穩(wěn)定性裕度。
【文檔編號】F16F9/53GK105952833SQ201610279666
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】何立東, 涂霆, 李寬
【申請人】北京化工大學