用於轉子動力系統中的振動補償和錯位防止的集成方法

2023-05-01 15:33:16 2

用於轉子動力系統中的振動補償和錯位防止的集成方法
【專利摘要】一種用於抑制第一設備中的振動的方法，該第一設備設置有被連接至第二設備的第二轉軸的第一轉軸，該第一軸和第二軸的每一個被軸頸連接在彼此間隔開的兩個位置處，並且由第一軸與第二軸之間的錯位和第一軸或第二軸的不平衡造成振動，特徵在於，在第一軸的轉動期間，測量軸承處第一軸的中心的軌跡，然後分析這些軌跡，並確定錯位和不平衡，在此之後，仍在第一軸的轉動期間，第一設備進行移位以消除錯位，並且該軸承沿徑向方向連續地進行移位，以消除由於不平衡引起的振動。將首先消除錯位，然後將消除由於不平衡引起的振動，這可以再次造成錯位，然後首先消除該錯位，之後進一步消除由於不平衡引起的振動。
【專利說明】用於轉子動力系統中的振動補償和錯位防止的集成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於抑制第一設備中的振動的方法，該第一設備設置有被連接至第二設備的第二轉軸的第一轉軸，該第一軸和第二軸的每一個被軸頸連接(journaled)在彼此間隔開的兩個位置處，並且由第一軸與第二軸之間的錯位和第一軸或第二軸的不平衡造成振動。
【背景技術】
[0002]當具有轉軸的兩個設備(例如，電動機和發電機)被耦接時，則這兩個設備之一(例如，電動機或熱機(thermodynamics engine))能夠被用於驅動另一個設備(例如,發電機)。這些設備是所謂的轉子動力系統，這些轉子動力系統的每一個通常由轉子(包括軸)和定子(外殼)組成。轉子動力系統既能夠是亞臨界的又能是超臨界的。這種轉子動力系統可以包括電動機、發電機、壓縮機、渦輪機以及膨脹器。它們也可以涉及高速耦接的電動機、發電機以及小型和微型燃氣輪機。在耦接期間，兩個轉動系統需要被非常仔細地對齊，以避免作用於系統的軸承的力。實際上，總會存在一些錯位。由於錯位引起的力將造成振動，出於這個原因，軸承將磨損得更快。將轉子對齊是非常耗費時間且困難的，因此當在生產線中耦接這些系統時，其是一種繁瑣的方法。另外，不能夠或幾乎不能達到100%或完美的對齊。
[0003]轉子動力系統通常不僅具有錯位而且還具有剩餘質量不平衡。象錯位一樣，幾乎不可能創建完全平衡的轉子。在軸上總會存在一些質量不平衡。該質量不平衡將在轉子動力系統內產生振動(其將造成軸承磨損)以及另外的不受歡迎的影響(例如，噪聲)。而且，對於質量不平衡，消除該不平衡也是非常耗費時間的，因此當耦接(尤其在生產中)轉子動力系統時，其是一種繁瑣的方法。結果是，耦接的轉子動力系統的使用壽命是有限的:振動和錯位造成諸如軸和軸承系統組件等系統組件的磨損。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是要提供一種在開始部分中限定的那類的方法，該方法不具有已知方法的缺點。為了這個目的，根據本發明的方法特徵在於在第一軸的轉動期間，測量軸承處第一軸的中心的軌跡(orbit)，然後分析這些軌跡，並且確定錯位和不平衡。在此之後，仍在第一軸的轉動期間，第一設備進行移位以消除錯位，並且軸承沿徑向方向連續地進行移位，以消除由於不平衡引起的振動。
[0005]錯位與轉子中的質量不平衡結合在一起將創建軸的中心的橢圓形軌跡，通過這樣，將能夠檢測是否存在錯位。因此，在質量不平衡的幫助下，變得可以檢測並校正錯位。在服務中而不是在生產期間消除由於質量不平衡和錯位引起的振動提供以下優點:
[0006]-顯著降低生產成本；
[0007]-減少磨損；
[0008]-延長壽命；
[0009]-抑制噪聲；[0010]-提供轉動系統的在線監控、服務以及維護；以及
[0011]-減少系統的整體「擁有成本」。
[0012]根據本發明的方法能夠既被應用於亞臨界轉子動力系統又能被應用於超臨界轉子動力系統。
[0013]另外，本發明尤其可適用於這樣的轉子動力系統:在系統的使用壽命中，系統的組件不僅受到轉子動力而且還受到熱影響，例如，膨脹、熱衝擊以及造成額外振動的強度和剛度的減少。
[0014]根據本發明的方法的優選實施例特徵在於將首先消除錯位，然後將消除由於不平衡引起的振動，這(不久之後)可以再次造成錯位(例如，由於組件的熱膨脹)，然後將首先消除該錯位，之後再進一步消除由於不平衡引起的振動。
[0015]根據本發明的方法的另外的優選實施例特徵在於，當檢測到錯位時，將重建第一軸的中心的軌跡，將推導出為消除錯位而使得第一設備必須被移位所沿的方向和/或所轉的角度，然後第一設備沿該方向進行移位和/或移位轉過這些角度，直到不再檢測到錯位，然後，當檢測到不平衡時，確定該不平衡所導致的振動，然後軸承沿徑向方向連續地進行移位，直到不再檢測到不平衡，然後在由於不平衡引起的振動的消除期間檢查是否發生了錯位，並且必要時將再次進行消除錯位。
[0016]本發明還涉及一種系統，包括:第一設備，設置有第一轉軸；第二設備，設置有第二轉軸；以及耦接器，連接第一軸和第二軸，該設備的每一個包括具有彼此間隔開的兩個軸承的外殼，這些軸經由該軸承被軸頸連接(journal),該軸承的每一個包括被連接至外殼的外環。
[0017]對於該系統，本發明特徵在於，軸承的每一個外環經由相對於彼此成角度的兩個位移裝置(振動致動器)和沿徑向方向與位移裝置(振動致動器)相對的兩個振動傳感器而被連接至外殼，並且該系統包括四個支撐件，第一設備的外殼經由該四個支撐件被支撐在底座上，該支撐件的每一個包括另外的用於移動第一設備的外殼的位移裝置(錯位致動器)。該系統的新穎性是該系統使用布置在第一設備下方的位移裝置(錯位致動器)。然後，布置在軸承的外環與外殼之間的位移(振動)傳感器確定作用於軸承的力。這些位移(振動)測量然後被用於校正錯位。如果不再有錯位的跡象，則該系統從錯位防止切換到質量不平衡(振動)補償。該補償通過沿位移(振動)傳感器的相反方向同樣被布置在軸承與外殼之間的位移裝置(振動致動器)來完成。一旦振動控制器得到錯位的跡象，則該控制器從質量不平衡消除(振動補償)切換回到錯位防止。
[0018]通常，該位移裝置:
[0019]-將電信號轉換成線性位移；
[0020]-將電信號轉換成角位移；
[0021]-沿著旋轉的軸進行作用；以及
[0022]-沿著橫軸進行作用。
[0023]該位移裝置能夠是壓電元件推拉磁體、音圈、磁軸承、電動機低頻線性致動器的集成部分或發電機的集成部分。
[0024]傳感器能夠是壓電元件、應變計(沿著致動器)、音圈、電動機的集成部分或發電機的集成部分。[0025]根據本發明的系統的實施例特徵在於該系統還包括:振動控制器，其被連接至位移裝置(振動致動器);錯位控制器，其被連接至另外的位移裝置(錯位致動器);以及開關，連接至這些控制器以及這些振動傳感器所連接的位置，該開關能夠選擇地將振動傳感器連接至振動控制器和錯位控制器，該錯位控制器能夠將開關切換至振動傳感器與振動控制器連接的位置，並且該振動控制器能夠將開關切換至振動傳感器與錯位控制器連接的位置。
[0026]優選地，位移裝置和/或振動傳感器和/或另外的位移裝置是壓電元件。
[0027]根據本發明的系統的另外的實施例特徵在於，在第一設備的每一個軸承處，位移裝置(振動致動器)和振動傳感器都由兩個壓電元件構成，每一個能夠測量位移並能夠同時移動外環，並且該無源元件在與壓電元件相對的位置處存在於外環與外殼之間，該無源元件具有幾乎等於壓電元件的剛度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]將基於附圖在下文進一步闡明本發明。這些附圖示出根據本發明的系統的實施例。在附圖中:
[0029]圖1為包括錯位致動器、振動致動器以及振動傳感器的系統的完整(機械)安裝的三維視圖。
[0030]圖2為包括錯位致動器、振動致動器以及振動傳感器的發電機(機械的)的剖視圖。
[0031]圖3為系統的包括控制器、放大器以及發電機的振動/錯位控制系統的的示意性圖示。
[0032]圖4為示出根據本發明的系統的振動/錯位控制系統的操作的流程圖。
【具體實施方式】
[0033]在圖1和圖2中，分別在透視圖和剖視圖中示出了根據本發明的系統的實施例。該系統包括第一設備1，設置有第一轉軸5 ;第二設備3，設置有第二轉軸7 ;以及耦接器9，連接第一軸和第二軸。第一設備I是被第二設備(其被構成為電動機)3驅動的發電機。耦接器9被構成為柔性軸。每一個設備1、3包括具有彼此間隔開的兩個軸承15、17和19、21的外殼11、13。
[0034]每一個軸承包括外環23，外環23經由相對於彼此成一角度的兩個位移裝置(振動致動器)25和沿徑向方向與位移裝置(振動致動器)相對的兩個振動傳感器27而被連接至外殼11。位移裝置25 (振動致動器)和振動傳感器27 (振動傳感器)能夠被實施為壓電元件，但不限於此。
[0035]該系統還包括被支撐在底座31上的四個位移裝置33 (錯位致動器)。這些位移裝置33能夠被實施為壓電元件，但不限於此。
[0036]當彼此耦接的兩個設備的軸5和7不完全對齊時，發生錯位。錯位能夠被分成兩種類型:(1)平行錯位和(2)角度錯位。也有可能(最有可能)兩種類型的錯位同時發生。進一步，這兩種類型的錯位發生在徑向方向，這意味著與轉動的軸線垂直，因此能夠沿兩個方向(X方向和I方向)去看所發生的錯位。
[0037]在圖3中，不出了振動/錯位控制系統的不意性圖不。該振動/錯位控制系統包括連接至放大器120以驅動位移裝置(振動致動器)的振動控制器110，該位移裝置(振動致動器)是機械配置130的一部分，機械配置130進一步包括轉子的質量、軸承的質量以及定子的質量。該振動/錯位控制系統還包括經由放大器150連接至另外的位移裝置(錯位致動器)以驅動這些裝置(錯位致動器)的錯位控制器140。這些另外的位移裝置(錯位致動器)是另外的機械配置160的一部分，機械配置160還包括定子的質量、軸承的質量以及轉子的質量。另外，該振動/錯位控制系統包括檢測振動並被連接至振動測量放大器和濾波器180的振動傳感器170。該放大器被連接至開關190，以設定錯位控制或振動控制。如果觀察到錯位，則振動控制器110自動地將開關190切換至錯位控制器140。
[0038]現在將參考圖4中的流程圖來討論本發明的系統的操作。在框200處，位移傳感器170檢測振動。在框210處，放大器/濾波器180放大傳感器的信號並濾波不能被位移裝置(振動致動器25)補償的高頻。在框220處，發生以下事項:如果存在錯位，則執行錯位分支230。如果不存在錯位，則執行錯位分支240。該錯位分支在框250處重建轉子軸3的中心的軌跡。然後，在框260處控制器分析是否存在錯位:如果不存在，下一次在框200處開始執行該流程圖時，線270將220設定為振動，圖3中的開關190被設定為振動，並且下一次執行該流程圖的框220時，緊隨的是振動分支240。如果是這樣，然後控制器在框260處確定用於另外的位移裝置(錯位致動器33)的信號，並且將該信號傳到在框280處的用於另外的位移裝置的驅動器。在框280，該信號被放大和/或升壓並在框290處通過另外的位移裝置(錯位致動器)。
[0039]如果執行振動分支240，則在框300處該信號首先被反相。然後，在框310處控制器採取應對措施，以補償振動。一旦在兩個信號(X和/或y)之一中存在高次諧波，或者X幅度高於I幅度(這表明存在錯位)，則該系統經320被切換回到錯位分支230。在框330處，來自控制器的信號被放大並在框340通過位移裝置(振動致動器25)。
[0040]雖然基於給出的附圖在上文闡明了本發明，應該注意的是本發明不限於附圖所示的實施例。在由權利要求書限定的上下文中，本發明還延伸到與附圖所示的實施例偏離的所有實施例。代替四個壓電元件，位移裝置(振動致動器)和振動傳感器能夠由兩個壓電元件構成，每一個壓電元件能夠測量位移並能夠移動外環。在那種情況下，多個無源元件(passive elements)存在於處於與壓電元件相對的位置的外環與外殼之間。這些無源元件優選地具有幾乎等於壓電元件的剛度。除了壓電元件之外的裝置能夠在本發明的
【發明內容】
下被用在如上所述的方案中。
【權利要求】
1.一種用於抑制第一設備(I)中的振動的方法，所述第一設備(I)設置有被連接至第二設備(3)的第二轉軸(7)的第一轉軸(5)，所述第一軸和所述第二軸的每一個被軸頸連接在彼此間隔開的兩個位置處，並且由所述第一軸與所述第二軸之間的錯位和所述第一軸或所述第二軸的不平衡造成振動，特徵在於，在所述第一軸(5)的轉動期間，測量所述軸承(15，17)處所述第一軸的中心的軌跡，然後分析這些軌跡，並且確定所述錯位和不平衡，在此之後，仍在所述第一軸的轉動期間，所述第一設備(I)進行移位以消除所述錯位，並且所述軸承沿徑向方向連續地進行移位，以消除由於不平衡引起的振動。
2.根據權利要求1所述的方法，特徵在於， 將首先消除所述錯位，然後將消除由於不平衡引起的振動，這可以再次造成錯位，然後首先消除所述錯位，之後進一步消除由於不平衡引起的振動。
3.根據權利要求2所述的方法，特徵在於， 當檢測到錯位時，將重建所述第一軸(5)的中心的軌跡，將推導出為消除錯位所述第一設備(I)必須被移位所沿的方向和/或所轉的角度，然後所述第一設備沿所述方向進行移位和/或移位轉過所述角度，直到不再檢測到錯位， 然後，當檢測到不平衡時，確定由於所述不平衡所導致的振動，然後所述軸承(15，17)沿徑向方向連續地進行移位，直到不再檢測到不平衡，然後在由於不平衡引起的振動的消除期間檢查是否發生了錯位，並且必要時將再次進行消除錯位。
4.一種系統，包括:第一設備(1)，設置有第一轉軸(5);第二設備(3)，設置有第二轉軸(7);以及耦接器(9)，連接所述第一軸和所述第二軸，所述裝置每一個包括具有彼此間隔開的兩個軸承(15，17，19，21)的外殼(11，13)，所述軸經由所述耦接器(9)被軸頸連接，所述軸承每一個包括被連接至所述外殼的外環(23)，特徵在於，所述軸承的每一個外環(23)經由相對於彼此成一角度的兩個位移裝 置(25)和沿徑向方向與所述位移裝置相對的兩個振動傳感器(27)而被連接至所述外殼，並且所述系統包括四個支撐件，所述第一設備的所述外殼(11)經由所述四個支撐件被支撐在底座(31)上，所述支撐件每一個包括另外的用於移動所述第一設備的所述外殼的位移裝置(33)。
5.根據權利要求4所述的系統，特徵在於， 所述系統還包括:振動控制器(110)，其被連接至所述位移裝置(130);錯位控制器(140)，其被連接至另外的位移裝置(160);以及開關(190)，連接至這些控制器和所述這些振動傳感器所連接的位置處，所述開關能夠選擇地將所述振動傳感器連接至所述振動控制器和所述錯位控制器，並且所述錯位控制器(140)能夠將所述開關切換至所述振動傳感器(170)與所述振動控制器(110)連接的位置，並且所述振動控制器(I 10)能夠將所述開關切換至所述振動傳感器(170)與所述錯位控制器(140)連接的位置。
6.根據權利要求4或5所述的系統，特徵在於， 所述位移裝置(25 )和/或所述振動傳感器(27 )和/或所述另外的位移裝置(33 )是壓電元件。
7.根據權利要求6所述的系統，特徵在於， 在所述第一設備(I)的每一個軸承(15，17)處，所述位移裝置和所述振動傳感器都由兩個壓電元件構成，每一個壓電元件能夠測量位移並能夠同時移動所述外環(23)，並且無源元件在與所述壓電元件相對的位置處存在於所述外環(23)與所述外殼(11)之間，所述無源元件具有幾乎等於所述 壓電元件的剛度。
【文檔編號】F16F15/00GK103890444SQ201280032443
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年5月1日 優先權日:2011年4月29日
【發明者】安東尼斯·科內利斯·彼得勒斯·馬裡亞·貝克斯, 麥可·馬裡納斯·威廉默斯·布蘭茨, 約翰·科內利斯·孔特爾 申請人:麥科羅特邁尼科技有限公司