CN102472685A - 用于确定利用电磁轴承的涡轮机械的机械备用轴承的间隙的装置和方法 - Google Patents

用于确定利用电磁轴承的涡轮机械的机械备用轴承的间隙的装置和方法 Download PDF

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Abstract

用于确定利用电磁轴承的涡轮机械的机械备用轴承的间隙和磨损的装置和方法。为了减小在停机或断电期间发生灾难性故障的可能，旋转装置利用电磁轴承控制轴，以测量机械备用轴承的间隙。当恢复供电时，可编程控制器给电磁轴承供电，以根据预定顺序自动移动轴至与机械备用轴承接触，从而确定机械备用轴承的间隙。这些值被存储在控制器存储设备中。这些测量的间隙与机械备用轴承的先前间隙测量值进行比较。实际磨损与轴承的容许磨损进行比较。如果实际磨损超过预定值，则发出警告。如果实际磨损等于或超过容许磨损，则控制器自动锁止涡轮机械进一步运行，直到完成维修或更换。否则，控制器使轴居中，以允许涡轮机械正常运行。

Description

用于确定利用电磁轴承的涡轮机械的机械备用轴承的间隙的装置和方法
技术领域
在此提出的方法和装置总体涉及具有轴承的旋转装置，所述轴承利用主动式磁技术来支撑旋转轴，更具体地，涉及一种用于测量磨损以确定是否维修该旋转装置中的机械安全轴承的自动方法。
背景技术
目前电磁轴承形式的主动式磁技术应用在一些涡轮机械(turbomachinery)(诸如电机、压缩机或涡轮机)中，以通过在运行期间使转子和轴悬浮从而在允许自由旋转运动的同时减少摩擦。虽然在这种旋转装置的运行中电磁轴承取代了如滚动元件轴承或液膜轴承等常规技术，但是需要使轴居中位于电磁轴承内，所述轴包括铁磁材料。轴在电磁轴承内的位置由位置传感器监测，所述位置传感器提供表示轴位置的电信号给轴承控制器，所述轴承控制器接着调整供应给电磁轴承的电流，以将轴保持在期望位置或期望公差范围内。对轴的控制需要对5根轴线控制。通常有两个径向轴承(每个径向轴承各控制两根径向轴线)以及一个止推轴承(其控制1根轴线)。轴的期望的径向位置使得轴的轴线和电磁轴承的轴线基本共轴。基本共轴是指轴的径向位置可能以一个容许公差偏离电磁轴承的轴线，所述容许公差不影响涡轮机的运行，但是可以根据涡轮机的设计而改变。如本文中所用的，轴的正常径向运行位置也称为居中位置，居中位置是指轴的轴线与轴承的轴线重合(或者位于轴承的轴线的一个容许公差内)。因为涡轮机一般包括至少两套径向轴承以及一套轴向轴承(径向轴承和轴向轴承为电磁轴承)，所以本文中给出的描述适用于每套电磁轴承以及由这些轴承和相关联的机械备用轴承(back-up bearings)控制的5根轴线。虽然轴承控制器起到上述作用以管理电磁轴承的运行，但是控制涡轮机或旋转装置的系统一般由另一个控制器管理，所述另一个控制器被称为管理整个系统运行的系统控制器。例如，当旋转装置是离心式冷却器时，系统控制器可以监测冷却系统的所有方面，包括水冷却器的运行。电磁轴承控制器和系统控制器处于不断通信中。例如，系统控制器可以发送指令给电磁控制器以在开始旋转轴从而启动机器之前使轴悬浮。或者，当轴承控制器确定超过电磁轴承的能力时，轴承控制器可以给系统控制器发送停机指令。
如果在旋转期间、在轴承控制器发生故障期间、或者在设备停机期间电磁轴承电子器件断电(此时电磁轴承不能用)，轴可能不再由电磁轴承支撑。压缩机的部件(包括电磁轴承和轴)不是设计用于机械接触的，尤其是当涡轮机械正常运行时。然后，轴必须由出于此目的而设置的机械部件支撑。因此，机械或安全轴承被设置作为备用件或安全件，以在机器不运行时或在磁轴承不能用时支撑轴。也可能因为其他原因(典型地是不正常的过载状况，例如外部冲击、涡轮机械中的浪涌等)而发生与机械安全轴承的接触。当实际负载超过轴承的能力一预定时间段(通常约为1秒数量级)时，则安全停机的指令可以由轴承控制器产生。当电磁轴承不能用时，受到重力作用的轴与机械轴承形成接触并且因静力(诸如可能存在的摩擦力)最终停止移动。当轴的轴线在涡轮机械中水平取向时，由于重力，静止位置一般会是径向机械轴承的容许间隙内的最低位置，并且会影响径向机械安全轴承。静止位置在轴向方向是不可预测的。当轴线竖直取向时，由于重力，静止位置一般会是轴向机械轴承的容许间隙内的最低位置。对于具有竖直取向的轴的机械，静止位置在径向方向是不可预测的。虽然部件(诸如轴和轴承)之间的间隙会根据设备大小而改变，但是典型的离心式压缩机的轴和电磁轴承之间的径向间隙约是0.5毫米(0.02英寸)的数量级，而轴和机械轴承之间的径向间隙约是0.2-0.25毫米(0.008-0.010英寸)的数量级。另外，柔性阻尼环可以插在机械轴承和它们的支撑件之间，以在轴接触机械轴承时抑制冲击。当完全压缩这些阻尼环时，它们提供了另外的径向间隙，约是0.07毫米(0.003英寸)的数量级。由于这些公差，在正常运行期间，电磁轴承将轴保持居中心并且不与机械轴承接触，从而避免轴和轴承的磨损，同时机械轴承仍固定不动，甚至当机械轴承为滚动元件技术的轴承时。因此，当轴靠磁力悬浮时，在轴和机械备用轴承之间必须有一些间隙。当电磁轴承不能用时，机械轴承在涡轮机械停止或正滑行停止时支撑轴，而在轴和电磁轴承之间没有接触。虽然多种机械轴承中的任一种都可以用作备用或安全轴承，但是滚动元件类型的轴承常常是优选的。用在主要依靠电磁轴承技术的涡轮机械中的机械轴承在本文中被称作(机械)安全轴承或者备用轴承。备用轴承包括机械径向轴承和机械轴向轴承。因为这些安全轴承位于机械的内部并且在不大规模拆卸的情况下不能进入该机械，所以这些机械安全轴承的过度磨损可能是未被检测到的，或者过度磨损可能发生在间隔检查之间。机械安全轴承的这种未被检测到的过度磨损可能会导致旋转机械的严重损坏，如果机械保持运行而没有进行适当维护。
在正常运行中，在启动时开始旋转之前，轴靠磁力悬浮；在停机时，轴保持悬浮，直到该机械完全停止。因此，在正常运行期间，机械不应在轴与机械轴承接触时旋转。然而，在旋转期间可能在一些异常情况下发生接触。例如，在电源发生故障的情况下，电机因自身的惯性而最初继续运行，并且电机可以用作发电机以给电磁轴承及其控制器供电，同时速度降低。但是，在某点处，因轴旋转而得到的备用功率变得不足，并且轴仅因重力而落到机械轴承上，以及轴在功率降低期间滑行至停止。在该功率降低期间，磨损会出现在轴和轴承之间。通常，与机械安全轴承的这种接触仅发生在速度大大降低时，通常降低至设计速度的约10％时。然而，在该功率降低期间，磨损仍出现在轴和轴承之间。这大大降低了在电源发生故障的情况下对机械安全轴承的潜在损坏，但是磨损仍存在。在多种其他情况下(例如，在轴承电子器件发生故障的情况下，或者当施加的载荷超过轴承的能力时)，当轴旋转时可能接触机械轴承。后一事件可能因外部冲击、涡轮机械上的浪涌等而出现。
用于防止与机械备用轴承磨损有关的风险的现有技术方法已利用计数器来确定当轴承电子器件失去对轴的控制时的事件的数量；并且当超过预定的计数数量时，结果是触发报警，或者关闭旋转装置。该方法没有并且不能区分硬着陆或接触与软着陆或接触，即使这些不同类型的着陆提供不同的磨损结果。接着，基于预定计数确定是否应该检查或更换轴承。该方法可能引起过早以及不必要的更换轴承，这可能导致在旋转装置运行期间不必要的停机时间。
需要一种在期望的时候(例如，在每个可能潜在地产生机械安全轴承的一些磨损的事件之后)自动并准确地测量机械安全轴承磨损的系统。这些事件通常是断电，不论这种断电是有意的或无意的，以使得可以避免机械安全轴承发生故障。这些事件也可能包括由轴承控制器产生的安全停机，通常在电磁轴承过载的情况下。根据应用，也可以在每次停机(不论停机的原因是什么)时有系统地进行测量。
公开系统和/或方法的预期优点满足了这些需要中的一个或多个或者提供其他有益特征。其他特征和优点从本说明书中会变得显而易见。所公开的教导延伸到落入权利要求的范围内的那些实施方案，不管这些实施方案是否满足上述需要中的一个或多个。
发明内容
在此提出的系统涉及触地轴承磨损(touchdown bearing wear)，该系统自动确定轴承间隙并可选地记录轴承间隙，确定是否有磨损并且当磨损超过预定限值时产生适当报警或者停机以保护机械。最少，机械安全轴承的间隙需要旋转装置的轴的至少两个已知位置，至少一个所述已知位置需要轴与机械安全轴承接触。例如，轴的其中一个已知位置可以是轴与一个所述机械安全轴承的接触点的位置，如由与机械安全轴承关联的位置指示器所测量的。另一个已知位置可以是在电磁轴承内的轴的轴线的居中位置，该居中位置是一个可以通过对轴的控制而计算出的以及例如在机械首次运行时记录的数字。可以从这两个位置之间的差中减去轴在径向轴承处的半径(该半径可以参考图纸(drawing)或通过在安装时对轴的直接测量而确定)来确定间隙。通过将间隙与轴在轴承中的初始间隙的记录值或轴与轴承的标称间隙(如在图纸中提供的)进行比较，可以在任何时间确定机械备用轴承的磨损，以及可以确定在任何时间间隔内的磨损率。该方法可以用来为旋转装置设置的每个机械备用轴承测量间隙和磨损。
该系统在停机之后或在启动之前确定机械安全轴承的间隙。如在本文中所用的，停止(stoppage)被限定为轴旋转停止。轴旋转和轴悬浮是独立事件，虽然除非轴悬浮，否则轴旋转不应发生。用于旋转装置的正常停机程序包括：(1)给电机断电；(2)轴旋转中断；以及(3)给电磁轴承断电，使得轴落下并且可能接触机械备用轴承。任何其他停机可能是异常停机。另一方面，停止可能在给电磁轴承断电的情况下或在没有给电磁轴承断电的情况下导致轴旋转中断。在停止之后，电磁轴承一般不需要再次通电直至下一启动程序。在(正常或异常)停机之后，电磁轴承会在下次启动程序期间要求再次通电。用于测量因停机或停止而由机械径向轴承所承受的力的严重程度的装置。这些用于测量力的装置可以是与控制器通信的加速度计，或者这些装置可以是电磁轴承本身，因为用于保持轴在电磁轴承内居中的电流强度(该电流强度可以由控制器连续监测)准确确定了轴承处承受的力。在给电磁轴承断电从而导致停机之后，电磁轴承必须被控制器通电以使轴悬浮，并且轴必须基本在电磁轴承内居中。位置传感器可以用来确定悬浮的轴的位置以确认所述轴居中。为了使轴悬浮，轴必须包括铁磁材料或在受到电磁场影响时能产生磁性的其他材料，诸如钴。
由于旋转装置包括电源、电磁轴承、轴、控制轴的定位的控制器、用来允许控制器控制轴的运动的编程器件、机械径向备用轴承、一组径向位置传感器，一旦轴在电磁轴承内居中，径向位置传感器用来确定轴在涡轮机械内的径向位置。一种用于自动确定机械安全轴承在利用电磁轴承的旋转装置中的间隙的方法包括以下步骤。轴在电磁轴承内的居中位置可以可选地参照对轴在电磁轴承内的居中位置的先前记录的测量值来确定。该记录的测量值可能被存储在电磁轴承控制器的存储器中、在系统控制器的存储器中、在与旋转装置通信的设备的存储器中或者在书面记录中。在轴已经基本中止旋转运动之后，控制器引导电施加至电磁轴承，以将轴移动至电磁轴承内的居中位置(如果该轴还未位于该位置时)，所述居中位置由位置传感器基于轴在电磁轴承内的居中位置的先前记录的测量值确定。接下来，控制器引导电施加至其中一个电磁径向轴承以在给定径向方向上使轴移动远离该居中位置。在某点处，轴的径向移动受到限制，这是因为当轴接触机械径向轴承时它已达到机械径向轴承的最大间隙。第一点的位置由位置传感器确定，所述位置传感器提供表示该第一点的信号给控制器。然后该机械径向备用轴承的间隙被确定为轴半径、第一点的位置以及第一点离轴的居中位置的距离的函数。例如，因为轴的半径是已知的，以及在居中位置的轴的外直径的位置可以通过位置传感器测量，所以轴从其居中位置移动直到它接触机械安全轴承的距离减去轴的半径表示在考虑的半径方向上的轴承间隙。接下来，可以通过将机械径向备用轴承的测量的间隙与机械径向备用轴承的间隙的先前记录值进行比较，可确定或计算该机械径向备用轴承的磨损。该记录值可以是备用轴承间隙的实际测量值，如当轴承是新的时通过类似的测量确定的并且记录在存储器中或者通过其他方法记录。或者，机械备用轴承的间隙的先前记录值可以是从典型的工程图纸中可得到的标称轴承直径。
由控制器向其中一个电磁轴承供电，以沿第一径向方向移动轴，与其中一个径向安全轴承的第一侧面接触。位置传感器确定轴在此位置的位置，并且提供表示该位置的信号给控制器，该位置被记录在与控制器关联的存储器中。如在本文中所用的，与控制器关联的存储器是指可以为控制器的一部分的存储器或者为与控制器通信的设备的一部分的存储器。然后，由控制器向电磁轴承供电，以移动轴180度，与安全轴承的相对布置的侧面接触。位置传感器再次确定轴在该第二位置的位置，并且位置传感器提供表示该第二位置的第二信号给控制器，该第二位置被记录在存储器中。这两个位置值之间的差可以由与存储器关联的软件程序确定，以确定轴承的直径间隙，所述软件程序具有必要的算法来评估记录的值。通过将这些测量值与轴承的初始直径间隙(其是当径向轴承是新的时确定的，不论是实际测量值或标称值，记录并存储在存储器中)进行比较，表示了沿对应于上述两个位置的直径的轴承间隙且还表示磨损的第一值，所述值可以被记录在与控制器关联的存储器中。径向轴承沿第一次的两个测量位置的轴线的总间隙的第一测量值可以由上述轴移动来确定。该测量值还提供关于机械安全轴承的几何中心位于何处的第一测量值。程序指令对电磁轴承控制器编程以通过供电将轴移动至给定序列的位置；所述程序指令可以被编程到电磁轴承控制器中，或者这些指令可以从与电磁轴承控制器通信的其他设备发送到电磁轴承控制器。例如，这些设备可能包括管理系统运行的控制器(当旋转装置为离心式压缩机时，所述系统例如为冷却系统)，或远程连接的计算机，或专用固件。
现在可以指示电磁轴承控制器为电磁轴承供电，以移动轴至由位置传感器所确定的其中心位置(在容许公差内)。现在控制器可以为电磁轴承供电，以移动轴90度，从而沿一半径与安全轴承接触，该半径基本垂直于上述的第一轴/轴承接触位置和第二轴/轴承接触位置之间的直径。基本垂直于该直径的新位置提供第三轴/轴承接触位置。位置传感器确定轴在此接触位置的位置，并且提供表示该位置的信号给控制器，然后该位置被记录在与控制器关联的存储器中。接下来，控制器供电给电磁轴承，以从第三轴/轴承接触位置移动轴180度至第四轴/轴承接触位置，从而与机械安全轴承的相对布置的侧面接触。位置传感器确定轴在此位置的位置，并且提供表示该位置的信号给控制器，该位置被记录在与控制器关联的存储器中。然后，软件计算在记录的第三轴/轴承接触位置和第四轴/轴承接触位置处的位置值之间的差，以提供轴承的直径距离的第二值。第二值也被记录。第二测量(以及记录)直径距离与轴承的初始直径距离之间的比较表示轴承间隙的第二值，该第二值被记录，其中轴承的初始直径距离是在机械径向轴承是新的时所确定的，且被记录并存储在与控制器关联的存储器中。径向轴承的总磨损的第二测量值可以上述轴运动幅度确定。该测量值也提供了关于机械安全轴承之间的几何中心位于何处的第二测量值。如果机械轴承磨损的测量值中的任一个超过轴承磨损的预定值，这表示可能存在危险状况。所述程序可被应用至每组径向轴承以确定磨损。对于轴向方向，由控制器供电给电磁轴承，以通过在两个轴向方向上的移动使轴与机械轴向安全轴承接触。位置指示器将表示轴位置的信号通信至控制器，所述轴位置被保存在与电磁轴承控制器关联的存储器中。可以由软件计算出的移动差表示机械止推轴承的间隙。当与机械轴向轴承是新的时的运动幅度比较时，运动幅度差表示轴向轴承的磨损。
当怀疑有过度轴承磨损情况时，涡轮机械可以停机以进行进一步评估。如果需要，当触地轴承间隙测试表示机械安全轴承过度磨损时，系统控制器可以锁定涡轮机械的进一步运行。然而，可以设定不同阈值。如果超过预定磨损值，低预定磨损值可以触发报警，用于早期警告应该计划进行检查，而较高预定磨损值可能导致系统控制器自动锁定机械的进一步运行。当预定磨损导致警告时，该警告可能导致在PLC上产生的警告信息指示间隙问题并需要主动行动来清除。警告也可能是在控制面板上产生的特定的视觉报警灯，该报警灯也需要主动行动来清除。或者，涡轮机械可以停机，直到进一步检查确定过度磨损情况不存在了。这种检查可能必需拆卸机械，以使得可以进行视觉检查以及进一步的尺寸检查。另一个选择可能包括一旦机械被拆卸，系统化地更换机械安全轴承，而不需要进一步检查轴承。
在该测量安全轴承的磨损的方法中叙述了电磁轴承控制器的以下能力：给电磁轴承供电，从而以如同一体式停机或启动程序的系统化方式在轴向方向和任意径向方向移动轴以及定位轴。该方法包括通过电磁轴承控制器给电磁轴承供电的步骤。电磁轴承控制器具有内部控制算法以调节供给线圈的电流，以保持轴的位置位于或非常靠近沿五根控制轴线的每一根的参考位置。在正常的运行模式下，参考位置沿五根控制轴线的每一根基本居中。在本发明的方法中，磁轴承控制器的控制算法继续正常运行，但是参考位置被改变。根据存储在电磁轴承控制器、作为机械的控制面板的一部分的系统控制器、或者与电磁轴承控制器通信的另一远程设备中的编程序列，给予轴承控制器不同的连续参考位置。该编程序列导致供给电磁轴承电，以移动轴至与机械安全轴承接触，从而在基本径向方向上以预定形式移动轴，以使得轴接触径向机械安全轴承，并且轴与径向机械安全轴承的相交点被记录以辅助确定径向机械安全轴承的情况。该编程序列也导致供给电磁轴承的电，以在轴向方向上移动轴至与轴向安全轴承接触，从而辅助确定径向机械安全轴承的情况。每次轴随后移动至与机械安全轴承接触都以类似方式完成。位置指示装置或位置指示传感器用来确定轴的轴线和轴承的轴线的共轴性，该信息可以用来表示轴承磨损。逻辑，或者被描述为编程，以预定序列引导朝轴的参考位置变化，导致轴相对于机械安全轴承移动。该逻辑控制轴沿预定路径移动，该预定路径导致轴与机械安全轴承接触。位置传感器发出这些接触位置的信号，所述接触位置被传递给控制器或可以与控制器通信的其他设备。这些信号表示位置并且被存储在存储器中。
电磁轴承控制器引导电被供给电磁轴承的线圈，以沿第一预选轴线移动轴处于居中。通常，当轴静止处于正常居中位置时，该轴线穿过轴的中心，并且第一预选轴线位于第一和第二轴/轴承接触位置之间，在确定第一位置之后确定第二位置。对于具有竖直取向轴的机械，可能有必要首先移动具有电磁轴承的轴至与机械安全轴承接触，然后以与具有水平取向轴的机械一样的方式继续测量。然后，基于第一轴线以及第一和第二轴/轴承接触位置确定第二轴线。另外，预选轴线不仅仅限于相互垂直的第一预选轴线和第二预选轴线。可以基于任意期望的角度选择第二轴线，第二轴线垂直于第一轴线仅仅是示例性的。使用柱面坐标系，即，在中心轴线的径向方向上描述该序列的参考位置和运动。这简化了编程和理解。但是各种不同形式的运动可能得到类似结果。例如，编程可以给轴提供围绕中心轴线的圆形运动，其中半径大于机械备用轴承的正常间隙。因为受到备用轴承的间隙的限制，轴中心的运动实际上会导致半径比编程的更小的圆形，该半径等于机械备用轴承的间隙。另外，在以上描述中，为了简化起见，机械备用轴承及其支撑件被假定为完全刚性。然而，如本领域技术人员所理解的，这些部件具有一些柔性。轴承支撑件被设计为具有柔性。而且，备用轴承的底座可以是柔性的，因为在轴接触备用轴承的情况下，可能有必要抑制冲击。这可以通过在备用轴承及其支撑件之间插入弹性环来实现。在这种情况下，当轴逐渐与轴承接触从而给轴承施力时，由相反的力来抵抗所施加的力。但是，电磁轴承仍会试图到达参考位置，直到弹性底座被完全挤压，或者达到轴承的最大能力，无论谁先达到。因固有柔性而导致的该小变化易于被包含在编程中以及用于计算磨损的任意算法中。在任何情况下，只要轴可以在间隙内自由移动，电磁轴承必须仅支撑轴的重量；由轴承电子器件传递到每个线圈的电流与轴位置无关。当轴最初接触机械备用轴承时，电流开始变化。因为供给线圈的电流表示轴承负载，所以供给线圈的电流变化也用作轴和备用轴承之间接触的指标。当轴承电子器件继续试图朝因机械备用轴承与轴的接触而不能到达的位置移动轴时，此时电流增加，而位置传感器不表示轴位置的任何变化。因此，应该监测轴位置和发送给电磁轴承的线圈的电流。当发送给线圈的电流增加而轴位置变化很小或没有变化时，此时轴与机械轴承接触。运行应被编程为在电流开始增加时停止，并且运行应该在电流达到停机安全水平之前暂停。
装置和方法的优点包括基于实际磨损而非基于不太可靠的预定计数来更换机械轴承。因为轴承使用寿命会基于实际轴承磨损，所以想到在更换之间有更长的轴承使用寿命，并且轴承更换会基于更准确的磨损数据。因为轴承使用寿命得到延长，所以轴承更换之间的平均使用寿命会导致更少的机械停机时间，从而导致更高的产出。
本文描述的实施方案的一些优点为：该方法可以被包含进现有涡轮机械中，而不需要增加额外设备。该方法会检测触地轴承的磨损并且允许做出更加有根据的有关机械轴承的维护、检查和更换的决定，从而使这种机械的停机次数最少并且减少损坏的可能。
其他实施性实施方案涉及其他特征以及特征组合，如在权利要求中总体限定的。
附图说明
图1示出了具有加热和冷却系统的建筑物，该加热和冷却系统包括位于地下室中的涡轮机械，即离心式压缩机，以及屋顶的冷却塔。
图2是图1的离心式压缩机的示例性剖视图，该离心式压缩机使用电磁轴承。
图3是本发明的离心式压缩机的局部细节图。
图4A和4B是在两个直径相对位置相接触的轴和机械径向轴承的剖视图。
图5A和5B是在两个直径相对位置且基本垂直于图4中示出的位置的相接触的轴和机械径向轴承的剖视图。
图6是涡轮机械的局部剖视图，示出了轴、转子、电磁轴承、机械径向轴承以及位置传感器的相对位置。
图7是涡轮机械的局部剖视图，示出了轴、转子、电磁轴承、机械轴向轴承以及位置传感器的相对位置。
图8是轴和机械轴向轴承的局部剖视图，其中轴处在两个极限轴向位置。
图9示出了径向位置传感器相对于径向轴承的位置。
图10示出了轴向位置传感器相对于第二径向轴承的位置。
具体实施方式
图1示出了装备有典型的加热和冷却系统的建筑物10。加热和冷却系统包括位于地下室中的锅炉12和离心式压缩机14，以及蒸发器和冷凝器15。离心式压缩机14装备有电磁轴承。冷凝器15与冷却塔16流体连通，虽然冷却塔16如图所示位于屋顶上，但是冷却塔的位置不受此限制。建筑物10的每层都装备有空气处理系统18，以将空气分布至建筑物的每层。
图2是图1的离心式压缩机14的剖面图。离心式压缩机14类似于其他现有技术的离心式压缩机，除了它装备有驱动叶轮26的高速电机24，以及围绕轴22的任一端的电磁轴承20。电源供电以驱动压缩机以及向电磁轴承供电。功率放大器设置为放大和调节来自电源的功率并且给电磁铁的电磁线圈供电。电磁轴承与电磁轴承控制器连通；该电磁轴承控制器在图2中示为位于远处，并且与压缩机的内部连通，该电磁轴承控制器可以位于涡轮机械的控制面板中，但是其位置不受此限制。电磁轴承控制器中包含设置为放大和调节来自电源的功率并且给电磁铁的电磁线圈供电的功率放大器。电磁轴承控制器可以采用任何便利的方式与电磁轴承和诸如位置传感器的传感器连通。控制器与位置传感器之间的连通可以通过硬连线至电磁轴承和传感器或通过包括发射机和接收机的射频(RF)通信来实现。电磁轴承和系统控制器(或其他装置)之间的通信方法不是本发明的重点。电磁轴承控制器也调整来自功率放大器的电流以保持轴在电磁轴承内居中。因为将轴完全保持居中实际上是不可能的，所以电磁轴承控制器调整电流以通过不断地监测由位置传感器132提供的表示旋转轴22的位置的信号来将旋转轴保持在电磁轴承20内的一位置包络线(location envelope)或公差包络线(toleranceenvelope)内。当被供电时，电磁轴承20将轴22悬置在轴承20内，以使得轴22可以旋转，而摩擦损失最小。根据机械性质，轴可以关联到不同设施(utility)。例如，它可以包括电机24以驱动叶轮26。如果该机械是压缩机，则气体密封件28通常被设置在轴22和壳体30之间以防止流体穿过轴22和壳体30之间的间隙泄漏。在示出的实施方案中，安全机械备用轴承46是滚子元件轴承，并且位于轴22的任一端。
图3是位于壳体30的一端处的离心式压缩机14的细节图。位于所述轴的一端处的安全轴承46在图3中是可见的。在一个实施方案中，涡轮机械的迷宫式密封件28和叶轮26之间径向间隙以及迷宫式密封件28和轴22之间的径向间隙至少等于或大于轴22和机械安全轴承46之间的间隙。该尺寸关系防止迷宫式密封件和它们的配合件之间的损伤或不必要的磨损，从而允许机械安全轴承46在该实施方案中充当磨损面。具有电磁轴承20的涡轮机械的旋转轴22(该涡轮机械诸如压缩机，更具体地是用在空气调节或制冷应用中的离心式压缩机14)，以及压缩机轴22和机械安全轴承46之间的关系示于图4中，此时离心式压缩机14被断电，诸如出现在正常停机或电源故障期间。图4A示出了轴和机械安全轴承的位置，此时电磁轴承20被断电。通常为滚动元件轴承的机械安全备用轴承46以常规的方式360°围绕轴22延伸，以在断电时接收轴22(该轴可能在电磁轴承20被断电之后仍旧在旋转)，从而允许轴22安全地滑行至停止。随着轴滑行至停止，磨损可能出现在轴22和机械安全轴承46之间。每当电磁轴承被断电而轴仍旧在旋转时，就会在机械安全轴承46和轴22之间出现接触，从而可能导致磨损。也可能在机械运行期间因其他原因而出现磨损。例如，可能因外部冲击(诸如地震、浪涌、或其他非正常的过载事件)而出现磨损。该机械可以继续在这些事件期间临时运行，即使这些事件导致超出了该机械预期承受的常规条件范围。然而，当这些状况导致超过电磁轴承的能力的实际负载一预选时间量时，这些状况可能在检测到这些状况时导致启动自动停机。在机械安全轴承上的磨损随时间累积。然而，因为机械安全轴承处于密封的压缩机中，所以它们不易于检查，无论是视觉检查还是尺寸检查；因此，该累积的磨损可以随时间而逐渐变成过度磨损，甚至在定期维护之间。
在机械停止时，即轴22不旋转时，可在任何时间执行程序来自动确定机械安全轴承46所遭受的磨损。该简单的程序确定是否需要进一步评估或检查机械轴承46的损坏，或者是否需要更换轴承46。如果该涡轮机械在轴承磨损的情况下运行，会导致对涡轮机械的进一步损坏，并且在某些情形下，损坏可能导致灾难性故障。这种损坏通常导致足以需要长期停机(在此期间进行维修)的损坏，从而使得该涡轮机械停用。在停机之后，在使涡轮机械恢复运行之前，参照图4A和4B以及图5A和5B描述用于确定机械安全轴承所承受的磨损的程序。
图6和7示出了涡轮机械(诸如离心式压缩机)的典型轴的一端的局部剖视图。轴22被示为在电磁轴承20之间延伸。层压板也示于图6中。对于图6和7中示出的轴来说，轴22在第一轴向位置具有第一轴直径127，并且在第二轴向位置具有第二轴直径129。本领域技术人员应理解，轴22可以沿其轴向具有同一直径，或者一系列直径。在该实施例中，第一轴直径127延伸越过电磁轴承20，并且大于第二直径129。层压板125从轴22延伸，从而将轴22配合至电磁轴承20。轴向位置传感器130也邻近轴22布置。在径向方向上，径向位置传感器132可以与每个机械径向磁轴承一起被包含在共同装置中。安全轴承46也邻近轴22布置。在触发使轴22旋转的转子之前，给电磁轴承20通电以使轴22悬浮并使轴22在电磁轴承20内居中。使轴22在电磁轴承20内居中也使轴22基本在安全轴承46内居中。径向位置传感器132测量轴22的位置，并且提供表示该位置的信号给控制器。当控制器确定轴22在电磁轴承20内居中时，可以启动该旋转装置的运行，同时轴向位置传感器130测量轴的轴向位置等。如图6所示，机械安全轴承46邻近第二轴直径129。然而，机械安全轴承的位置不被限制于图6(该图示出了机械径向安全轴承)所示的构造，它们可以位于沿轴122的轴线的任何位置。图7也示出轴向电磁轴承以及机械轴向安全轴承150，以及位于电磁轴承20和径向机械安全轴承46之间的轴向位置传感器130。
在磨损的情形下，诸如当电磁轴承20被断电或者压缩机涡轮机械可能受到严重浪涌的状况下，轴22会不再在电磁轴承20内居中。然而，在这些状况下，机械安全轴承46被定位以接触轴22，从而防止轴22、电磁轴承20以及涡轮机械的其他重要部件之间的接触。当涡轮机械如图6-8所示水平定位时，重力会使得轴22向下与径向机械安全轴承46接触。当涡轮机械竖直定位时，轴22会沿机械安全轴承46的内圈随机地接触径向机械安全轴承46。然而，机械安全轴承防止对电磁轴承或其他重要机械部件造成无意损坏。在这些状况下，轴22会接触机械安全轴承46。但是机械安全轴承46的故障至少会导致对轴22或其他系统部件的损坏，对电磁轴承20的损坏，或者在最坏的情形下，造成涡轮机械的灾难性故障。
可以很容易地监测到机械径向安全轴承46所受到的磨损，以防止故障发生、确定定期或不定期的维护以及进行检查。每当启动涡轮机械或当关闭涡轮机械时可以依序地执行该程序。图4示出了轴22沿轴线在点60处与机械安全轴承46接触，对于具有水平取向的轴的旋转装置或涡轮机械来说。对于具有竖直取向的轴的旋转装置或涡轮机械来说，当控制器激活电磁轴承20并移动轴22直到该轴在点60处接触机械安全轴承46时，轴22可以在点60处与机械安全轴承46形成接触。这可以通过给其中一个电磁线圈提供高电流以将轴吸引至相应磁极而实现。或者，电磁轴承控制器可以通过根据一连串的参考位置给轴承供电直至该串参考位置导致轴接触机械备用轴承来控制轴。通过比较由位置传感器确定的实际测量位置与参考位置来确定接触，并且通过电磁轴承电子器件来确定偏差。该串参考位置可以由包含在系统控制器的控制软件中的、电磁轴承控制器中的或与电磁轴承控制器通信的一些远程机械中的软件程序产生。不论轴如何取向，径向位置传感器132可以确定轴22的径向位置，并且将表示该位置的信号通信至电磁轴承控制器。然后通过使用上述任一方法，控制器可以给电磁轴承20供电以使轴22朝与点60径向相对180度的位置移动，直到轴22在图4B所示的点74处接触径向机械安全轴承46。换言之，控制器命令电磁轴承20将轴22从点60处的第一接触位置(在此位置，轴22接触径向机械安全轴承46)沿轴承46的直径移动到点74处的相对的第二接触位置，在此位置，轴再次接触径向接触安全轴承。径向位置传感器132确定轴122在点74处的位置，并且将表示轴位置的信号提供给电磁轴承控制器，在所述电磁轴承控制器处，这些信号被记录并且被存储在存储器中。或者，可以在另一个存储器(诸如前述的系统控制器)中存储和处理相关信息。相关控制器可以确定这两个测量位置之间的差值，该差值可以被记录和存储。新确定的值与以前记录的值以及在机械安全轴承46是新的时候记录的值进行比较。最近测量的值与当机械安全轴承46是新的时候存储在存储器中的测量值之间的比较直接表明机械安全轴承46在由点60和74限定的直径(线)上的总间隙或磨损。可以确定轴承46是否需要更换或检修。这可以通过确定磨损是否已达到或超过预定值来完成。如果需要，最近启动时记录的值可以与从上一次启动或预选序列的先前启动获得的值进行比较，以确定预选时间间隔期间的磨损，从而跟踪在该预选时间间隔期间的增量磨损以及磨损率。这可以作为一算法被包含在编程进电磁轴承控制器20、系统控制器或与轴承控制器20通信的装置或机械中的软件中。该磨损率可以与基于先前记录时间间隔期间的先前磨损测量值的磨损率进行比较。如果测量值表示磨损率正在增加或加速，如从在预选时间间隔期间先前记录磨损值的比较中确定的，甚至当磨损处于可接受的预定水平内，或者磨损超过预定磨损率时，可以在PLC上或者通过激活控制面板上的报警灯来产生报警信号。如之前公开的这种报警灯可能需要主动行动来清除或去掉。
虽然出于示例目的，这些图示出起始点60作为涡轮机械的低点(在轴水平取向的情况下)，但是由点60和74限定的直径不必包括该低点60。可以选择在任意方向上的由任两点限定的直径。通常，径向轴承的磁极(pole)被布置在轴承的两侧与水平直径或竖直直径成一角度，并且通常，该角度为与水平方向和竖直方向都成45度。可以容易的以及优选的是，选择位于这些磁极处的点，以使得直径以预定角度取向，诸如与垂直于例如水平取向的轴线的直径成45度。因此，如图6所示的沿线W1-W3和V1-V3布置的直径可能是优选的。然而，应注意，由于控制器是可编程的，所以也可对该控制器进行编程以不仅对于每次测试选择相同的点和相同的直径，而且通过在编程中包括随机选择特征来随机地选择点以及直径。
可选地，可以将磨损测量值重复作为启动程序的一部分，或者优选地在停机之后。再次参见图5A和5B，控制器给电磁轴承20供电，以移动轴22分别至与图4A或4B中的点60或点74成90度的位置。从图4中的点60或点74沿机械轴承的内周面移动90度作为实施例，同样地可以选择任意其他角度间隔。在图5A中，轴22在点78处与机械径向安全轴承46形成接触。径向位置传感器132测量轴22的位置并且提供表示该位置的信号给控制器，该位置被记录在该控制器中。然后控制器供电给电磁轴承20以移动轴22约180度，直到轴22在点80处接触机械径向安全轴承46，如图5B所示。径向位置传感器132测定轴122在点80处的位置，并且提供信号给控制器，如前所述，该新位置也被记录在该控制器中。如上所述计算间隙。可以采用类似方式进行其他测量。然后可以由控制器将间隙确定为基于最坏情况测量值的绝对值计算，或者可以基于测量值的平均值计算或者基于所期望的任何其他统计函数。然后将所确定的间隙或所测量的间隙与预定值进行比较，该预定值用来评估机械安全轴承的可接受性以继续使用。例如，确定了机械安全轴承已受到约20％的预定磨损，这可能触发需要维修或进一步检查的报警。确定了机械安全轴承46已受到约50％的预定磨损，这可能通过控制器触发涡轮机械的自动停止，指示进一步运行是不安全的以及在允许进一步运行之前需要更换机械安全轴承46。
可以采用类似的方式进行机械轴向安全轴承的间隙测量。轴向轴承用来阻碍轴22在轴向方向上的移动。当电磁轴承被断电时，机械轴向安全轴承防止轴22在轴向方向上过度移动。机械轴向安全轴承可以承受因断电时轴22的轴向位移而导致的负载。与机械径向安全轴承一样，可以很容易地监测机械轴向安全轴承所受到的磨损，以防止故障发生、以确定定期或不定期的维护，以及进行检查。优选地，可以在停机之后，即，在轴22已停止旋转之后，进行机械轴向安全轴承的间隙测量。图8示出了用于实现机械轴向安全轴承150的间隙测量的方法。控制器给径向电磁轴承20通电以沿图A所示的第一轴向方向移动轴22，轴向安全轴承的内圈沿轴22滑动，直到轴向安全轴承的移动受到阻挡。轴向位置传感器130测量轴22相对于安全机械轴承的第一位置，并且提供表示该位置的信号给控制器，该结果被记录在该控制器中。然后控制器供电给电磁轴承20以沿图B中示出的第二轴向方向移动轴22，安全轴承的内圈再次沿轴22滑动，直到安全轴承的移动再次受到阻挡。轴向位置传感器130再次测量轴22相对于轴向安全轴承的位置，并且提供信号给控制器，该结果被记录在该控制器中。再次由控制器计算得到的测量的、记录的位置之间的差被记录，并且给出了轴向轴承的间隙。该记录的值可以与当轴承是新的时候进行的测量值进行比较。在最近启动时进行的位置测量值与当轴承是新的时候进行的测量值之间的差提供了关于总的轴承磨损的数据。可以通过将最近测量值与一个或多个先前记录的测量值进行比较而确定增量磨损。与机械径向安全轴承一样，然后将机械轴向安全轴承的测量磨损与预定值进行比较，该预定值用来评估轴承的可接受性以继续使用。
用来评估机械安全轴承46的预定值会根据不同系统而改变，并且取决于多个变量。例如，安全轴承46中所使用的材料、安全轴承的大小、轴的大小、轴的速度、轴中所使用的材料等都是会影响对用来评估机械安全轴承46以继续使用的预定值进行选择的变量。可以在涡轮机械停机之后或涡轮机械启动之前对涡轮机械所装备的如图6所示的径向机械安全轴承以及对涡轮机械所装备的如图7所示的轴向机械安全轴承分别进行自动检测程序，以测量机械安全轴承的磨损。
提供图9和10，仅用于示出轴向位置传感器130和径向位置传感器132相对于轴和相对于径向轴承的相对位置。
应理解，本申请不限于以下描述中列出或图中示出的细节或方法。也应理解，本文中所用的措辞和术语仅为描述目的，并且不应看作限制性的。
虽然图中示出的和本文中描述的示例性实施方案目前是优选的，但是应理解，仅通过举例的方式给出这些实施方案。相应地，本申请不限于具体实施方案，而延伸到仍落入附带的权利要求的范围内的各种改进。任何过程或方法步骤的顺序或序列可以根据替换的实施方案而被改变或重新排序。
本申请考虑到了为实现轴的运行而在机器可读介质上实现所要求的轴的运动的方法、系统以及程序产品。本申请的实施方案可以使用现有的计算机处理器或控制器、或通过用于为此或其他目的而被包含进合适系统的专用计算机处理器、或通过硬件实现的系统来实施。
虽然图中示出以及描述的示例性实施方案目前是优选的，但是应理解，仅通过举例的方式给出这些实施方案。相应地，本申请不限于具体实施方案，而延伸到仍落入附带的权利要求的范围内的各种改进。任何过程或方法步骤的顺序或序列可以根据替换的实施方案而被改变或重新排序。
重要的是应注意，各示例性实施方案示出的系统构造和布置仅是举例性的。虽然在本公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但是看过本公开内容的本领域技术人员将易于理解各种改进是可能的(例如，在各元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料使用、颜色、取向等方面的改变)，而不会实质性脱离权利要求中限定的技术方案的新颖性教导和优点。例如，示为整体形成的元件可以由多个零件或元件构成，元件的位置可以颠倒或有其他改变，以及分立元件或位置的性质或数量可以调整或改变。因此，所有这些改进都意在被包含在本申请的范围内。任何过程或方法步骤的顺序或序列可以根据替换的实施方案而被改变或重新排序。在权利要求中，任何功能性限定的特征意在覆盖本文描述的执行所述功能的结构，并且不仅是结构等同件，还包括等效结构件。可以在示例性实施方案的设计、运行条件以及布置方面进行其他替换、改进、变化以及省略，而不脱离本申请的范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于自动确定在利用电磁轴承的旋转装置中的机械安全轴承的间隙的方法，包括以下步骤：
(a)提供一个旋转装置，该旋转装置包括电源、电磁轴承、轴、控制所述轴的定位的控制器、允许所述控制器控制所述轴的运动的编程器件、至少两个机械径向备用轴承、与每个径向备用轴承都靠近的径向位置传感器，所述径向位置传感器确定所述轴在所述涡轮机械内的位置；
(b)确定所述轴在所述电磁轴承内的居中位置；
(c)在所述轴已基本中止旋转运动之后，引导电从所述控制器供应至所述电磁轴承，以移动所述轴至第一位置，在该第一位置，所述轴在第一点处接触第一机械径向备用轴承；
(d)确定所述第一点的位置；
(e)提供表示所述第一点的位置的信号给所述控制器；
(f)将所述机械径向备用轴承的间隙确定为所述轴半径、所述第一点的位置以及所述第一点离所述轴在所述第一机械径向备用轴承内的居中位置的距离的函数；
对额外的径向备用轴承重复步骤(b)至(f)；以及
通过对所述机械径向备用轴承的测量间隙与每个机械径向备用轴承的间隙的先前确定值进行比较，确定每个机械径向备用轴承的磨损。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电磁轴承包括多个径向定位且绕所述轴间隔开的线圈，并且所述轴的移动是通过引导足够的电供应给所述多个线圈中的一个线圈以朝磁极拉动所述轴来实现的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中间隙测量值、磨损测量值以及测量时间被记录。
4.根据权利要求1所述的方法，在步骤(b)之前还包括额外的步骤：基于对先前磨损历史的控制器评估或者基于在停机或停止期间测量且传送到控制器的超过预定阈值的力，确定额外步骤的执行是否得到保证。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括额外的步骤：评估所述间隙测量值和磨损测量值，确定所述间隙测量值或磨损测量值是否超过预定限值以及当所述磨损测量值位于所述预定限值的50％以内时提供视觉警告，并且当超过所述预定限值时阻止进一步正常运行。
6.根据权利要求1所述的方法，在确定第一点的位置之后，还包括额外的步骤：
将所述第一点的位置记录在与所述控制器关联的存储设备中；
然后，在保持所述轴在第二轴承内处于居中位置时，引导电从所述控制器供应给所述电磁轴承，以移动所述轴至与所述第一位置成180度角的第二位置，在第二位置处，所述轴在与所述第一点直径相对的第二点处接触所述第一机械径向备用轴承；
确定所述第二点的位置；
提供表示所述第二点的位置的信号给所述控制器；
将所述第二点的位置记录在与所述控制器关联的所述存储设备中；
然后引导电从所述控制器供应给所述电磁轴承，以移动所述轴至与所述第二位置成一预定角度距离的第三位置，在第三位置处，所述轴在第三点处接触所述第一机械径向备用轴承；
确定所述第三点的位置；
提供表示所述第三点的位置的信号给所述控制器；
将所述第三点的位置记录在与所述控制器关联的存储设备中；
然后引导电从所述控制器供应给所述电磁轴承，以移动所述轴至与所述第三位置成180度角的第四位置，在第四位置处，轴在与所述第三点直径相对的第四点处接触所述第一机械径向备用轴承；
确定所述第四点的位置；
提供表示所述第四点的位置的信号给所述控制器；
将所述第四点的位置记录在与所述控制器关联的所述存储设备中；
其中确定所述第一机械径向备用轴承的间隙的步骤还包括将所述间隙确定为由所述第一点和第二点确定的第一直径和由所述第三点和第四点确定的第二直径的函数；以及
在将轴保持在第一径向备用轴承内的居中位置的同时对所述第二径向备用轴承重复这些步骤，从而确定所述第二备用轴承的间隙。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括步骤：将在确定所述第一备用轴承的间隙的步骤中计算的所述径向轴承的间隙与先前记录的间隙进行比较，以确定所述机械径向备用轴承的磨损。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述机械径向备用轴承的先前记录的间隙是在机械安全轴承是新的时候测量和确定的间隙。
9.根据权利要求7所述的方法，其中先前的间隙是从先前中止所述轴旋转而测量和确定的所述机械径向备用轴承的间隙，并且所述磨损确定值表示在从先前中止所述轴旋转到本次测量的时间间隔内测量的间隙的差。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述控制器是可编程的，并且在所述轴已基本中止旋转运动之后，由所述控制器根据一预定顺序执行所述步骤，如所述编程器件所指示的。
11.根据权利要求6所述的方法，其中在引导电供应以将所述轴移动至第三位置时，预定角度距离为90度。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括步骤：将确定的磨损值与存储在所述控制器中的预定磨损值进行比较，以及其中当超过所述预定磨损值时，所述控制器阻止所述轴旋转。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括步骤：将确定的磨损值与存储在所述控制器中的预定磨损值进行比较，以及其中当超过所述预定磨损值时，所述控制器产生信号以提供警告。
14.根据权利要求9所述的方法，其中先前确定的间隙是从先前中止所述轴旋转而测量和确定的所述机械径向备用轴承的间隙，并且所述磨损确定值表示在从先前中止所述轴旋转到本次测量的时间间隔内测量的间隙的差，并且在所述时间间隔内磨损值的差表示磨损率，该磨损率与预定磨损率进行比较，以及其中当该磨损率超过所述预定磨损率时，所述控制器产生信号以提供超过所述预定磨损率的警告。
15.根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：
引导电从所述控制器供应给所述电磁轴承，以沿第一轴向方向移动所述轴至第五点，在第五点处，所述轴不再移动；
确定所述第五点的位置；
提供表示所述第五点的位置的信号给所述控制器；
将所述第五点的位置记录在与所述控制器关联的存储设备中；
然后引导电从所述控制器供应给所述电磁轴承，以沿与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向移动所述轴至第六点，在第六点处，所述轴不再移动；
确定所述第六点的位置；
提供表示所述第六点的位置的信号给所述控制器；
将所述第六点的位置记录在与所述控制器关联的所述存储设备中；
通过确定所述第五点和所述第六点之间的距离来确定所述机械轴向备用轴承的间隙；
将所述轴向轴承的间隙与存储在与所述控制器关联的所述存储设备中的先前确定的间隙进行比较，以确定所述机械轴向备用轴承的磨损。
16.一种旋转装置，包括：
轴，包括铁磁材料；
支撑所述轴的主动式电磁轴承，所述主动式电磁轴承还包括围绕所述轴的至少两对电磁线圈以及轴承电子器件，以控制电流供应，从而将所述轴保持在所述电磁轴承内的期望位置处；
供电的电源；
多个机械备用轴承，用于当所述电磁轴承断电时支撑所述轴；
位置传感器，邻近每个机械备用轴承定位，以确定所述轴的位置并且提供表示所述轴位置的信号；
功率放大器，用于放大和调节来自所述电源的功率并给所述电磁线圈供电；
可编程控制器，用于调节来自所述功率放大器的电流，以在所述轴旋转的同时将所述轴保持在所述电磁轴承内的预选位置包络线内，所述控制器被编程为给所述电磁轴承供电以根据预定顺序移动轴，从而在保持所述轴在与至少另一个机械备用轴承关联的电磁轴承内居中的同时接触至少一个机械备用轴承，接收表示所述轴位置的信号，确定所述轴与所述至少一个机械备用轴承的接触点的位置，以及确定所述至少一个机械备用轴承的间隙。
17.根据权利要求16所述的旋转装置，其中可编程控制器还包括一个存储设备，用来存储所述轴与所述机械备用轴承的接触点的位置以及所述机械备用轴承的间隙。
18.根据权利要求17所述的旋转装置，其中所述可编程控制器还基于测量的间隙与存储间隙的比较确定所述机械备用轴承的磨损，以及在超过预定磨损时阻止所述旋转装置的运行。
19.根据权利要求16所述的旋转装置，其中所述旋转装置是离心式压缩机。
20.根据权利要求16所述的旋转装置，其中所述可编程控制器包括在给所述电磁轴承恢复供电之后执行权利要求1中列出的连续操作的软件。

Claims (21)

1.一种用于自动确定在利用电磁轴承的旋转装置中的机械安全轴承的间隙的方法，包括以下步骤：
(a)提供一个旋转装置，该旋转装置包括电源、电磁轴承、轴、控制所述轴的定位的控制器、允许所述控制器控制所述轴的运动的编程器件、至少两个机械径向备用轴承、与每个径向备用轴承都靠近的径向位置传感器，所述径向位置传感器确定所述轴在所述涡轮机械内的位置；
(b)确定所述轴在所述电磁轴承内的居中位置；
(c)在所述轴已基本中止旋转运动之后，引导电从所述控制器供应至所述电磁轴承，以移动所述轴至第一位置，在该第一位置，所述轴在第一点处接触第一机械径向备用轴承；
(d)确定所述第一点的位置；
(e)提供表示所述第一点的位置的信号给所述控制器；
(f)将所述机械径向备用轴承的间隙确定为所述轴半径、所述第一点的位置以及所述第一点离所述轴在所述第一机械径向备用轴承内的居中位置的距离的函数；
(g)对额外的径向备用轴承重复步骤(b)至(f)；以及
(h)通过对所述机械径向备用轴承的测量间隙与每个机械径向备用轴承的间隙的先前确定值进行比较，确定每个机械径向备用轴承的磨损。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电磁轴承包括多个径向定位且绕所述轴间隔开的线圈，并且所述轴的移动是通过引导足够的电供应给所述多个线圈中的一个线圈以朝磁极拉动所述轴来实现的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中间隙测量值、磨损测量值以及测量时间被记录。
4.根据权利要求1所述的方法，在步骤(b)之前还包括额外的步骤：基于对先前磨损历史的控制器评估或者基于在停机或停止期间测量且传送到控制器的超过预定阈值的力，确定额外步骤的执行是否得到保证。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括额外的步骤：评估所述间隙测量值和磨损测量值，确定所述间隙测量值或磨损测量值是否超过预定限值以及当所述磨损测量值位于所述预定限值的50％以内时提供视觉警告，并且当超过所述预定限值时阻止进一步正常运行。
6.一种用于自动确定在利用电磁轴承的旋转装置中的机械安全轴承的间隙的方法，包括以下步骤：
(a)提供一个旋转装置，该旋转装置包括电源、电磁轴承、轴、控制所述轴的运行的控制器、允许所述控制器控制所述轴的运动的编程器件、至少两个机械径向备用轴承、确定所述轴在所述涡轮机械内的位置的径向位置传感器；
(b)当通过引导电从所述控制器供应给所述电磁轴承来将所述轴保持在第一径向轴承内的居中位置处时，在所述轴已基本中止旋转运动之后，引导电从所述控制器供应至所述电磁轴承，以移动所述轴至第一位置，在该第一位置处，所述轴在第一点处接触第二机械径向备用轴承；
(c)确定所述第一点的位置；
(d)提供表示所述第一点的位置的信号给所述控制器；
(e)将所述第一点的位置记录在与所述控制器关联的存储设备中；
(f)然后引导电从所述控制器供应给所述电磁轴承，以移动所述轴至与所述第一位置成180度角的第二位置，在第二位置处，所述轴在与所述第一点直径相对的第二点处接触所述第二机械径向备用轴承；
(g)确定所述第二点的位置；
(h)提供表示所述第二点的位置的信号给所述控制器；
(i)将所述第二点的位置记录在与所述控制器关联的所述存储设备中；
(j)然后引导电从所述控制器供应给所述电磁轴承，以移动所述轴至与所述第二位置成一预定角度距离的第三位置，在第三位置处，所述轴在第三点处接触所述第二机械径向备用轴承；
(k)确定所述第三点的位置；
(l)提供表示所述第三点的位置的信号给所述控制器；
(m)将所述第三点的位置记录在与所述控制器关联的存储设备中；
(n)然后引导电从所述控制器供应给所述电磁轴承，以移动所述轴至与所述第三位置成180度角的第四位置，在第四位置处，轴在与所述第三点直径相对的第四点处接触所述第二机械径向备用轴承；
(o)确定所述第四点的位置；
(p)提供表示所述第四点的位置的信号给所述控制器；
(q)将所述第四点的位置记录在与所述控制器关联的所述存储设备中；
(r)将所述第二机械径向备用轴承的间隙确定为由所述第一点和第二点确定的第一直径和由所述第三点和第四点确定的第二直径的函数；以及
(s)在将轴保持在第二径向备用轴承内的居中位置的同时对所述第一径向备用轴承重复步骤(b)至(r)，从而确定所述第一备用轴承的间隙。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括步骤：记录在步骤(m)中确定的所述机械径向备用轴承的间隙。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括步骤：将在步骤(m)中确定的所述径向轴承的间隙与先前记录的、确定的间隙进行比较，以确定所述机械径向备用轴承的磨损。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述机械径向备用轴承的先前记录的、确定的间隙是在机械安全轴承是新的时候测量和确定的间隙。
10.根据权利要求8所述的方法，其中先前确定的间隙是从先前中止所述轴旋转而测量和确定的所述机械径向备用轴承的间隙，并且所述磨损确定值表示在从先前中止所述轴旋转到本次测量的时间间隔内测量的间隙的差。
11.根据权利要求6所述的方法，其中所述控制器是可编程的，并且在所述轴已基本中止旋转运动之后，由所述控制器根据一预定顺序执行所述步骤，如所述编程器件所指示的。
12.根据权利要求6所述的方法，其中在步骤(k)中的预定角度距离为90度。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括步骤：将确定的磨损值与存储在所述控制器中的预定磨损值进行比较，以及其中当超过所述预定磨损值时，所述控制器阻止所述轴旋转。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括步骤：将确定的磨损值与存储在所述控制器中的预定磨损值进行比较，以及其中当超过所述预定磨损值时，所述控制器产生信号以提供警告。
15.根据权利要求10所述的方法，其中先前确定的间隙是从先前中止所述轴旋转而测量和确定的所述机械径向备用轴承的间隙，并且所述磨损确定值表示在从先前中止所述轴旋转到本次测量的时间间隔内测量的间隙的差，并且在所述时间间隔内磨损值的差表示磨损率，该磨损率与预定磨损率进行比较，以及其中当该磨损率超过所述预定磨损率时，所述控制器产生信号以提供超过所述预定磨损率的警告。
16.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：
引导电从所述控制器供应给所述电磁轴承，以沿第一轴向方向移动所述轴至第五点，在第五点处，所述轴不再移动；
确定所述第五点的位置；
提供表示所述第五点的位置的信号给所述控制器；
将所述第五点的位置记录在与所述控制器关联的存储设备中；
然后引导电从所述控制器供应给所述电磁轴承，以沿与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向移动所述轴至第六点，在第六点处，所述轴不再移动；
确定所述第六点的位置；
提供表示所述第六点的位置的信号给所述控制器；
将所述第六点的位置记录在与所述控制器关联的所述存储设备中；
通过确定所述第五点和所述第六点之间的距离来确定所述机械轴向备用轴承的间隙；
将所述轴向轴承的间隙与存储在与所述控制器关联的所述存储设备中的先前确定的间隙进行比较，以确定所述机械轴向备用轴承的磨损。
17.一种旋转装置，包括：
轴，包括铁磁材料；
支撑所述轴的主动式电磁轴承，所述主动式电磁轴承还包括围绕所述轴的至少两对电磁线圈以及轴承电子器件，以控制电流供应，从而将所述轴保持在所述电磁轴承内的期望位置处；
供电的电源；
多个机械备用轴承，用于当所述电磁轴承断电时支撑所述轴；
位置传感器，邻近每个机械备用轴承定位，以确定所述轴的位置并且提供表示所述轴位置的信号；
功率放大器，用于放大和调节来自所述电源的功率并给所述电磁线圈供电；
可编程控制器，用于调节来自所述功率放大器的电流，以在所述轴旋转的同时将所述轴保持在所述电磁轴承内的预选位置包络线内，所述控制器被编程为给所述电磁轴承供电以根据预定顺序移动轴，从而在保持所述轴在与至少另一个机械备用轴承关联的电磁轴承内居中的同时接触至少一个机械备用轴承，接收表示所述轴位置的信号，确定所述轴与所述至少一个机械备用轴承的接触点的位置，以及确定所述至少一个机械备用轴承的间隙。
18.根据权利要求17所述的旋转装置，其中可编程控制器还包括一个存储设备，用来存储所述轴与所述机械备用轴承的接触点的位置以及所述机械备用轴承的间隙。
19.根据权利要求18所述的旋转装置，其中所述可编程控制器还基于测量的间隙与存储间隙的比较确定所述机械备用轴承的磨损，以及在超过预定磨损时阻止所述旋转装置的运行。
20.根据权利要求17所述的旋转装置，其中所述旋转装置是离心式压缩机。
21.一种离心式压缩机，包括：
轴，包括铁磁材料；
支撑所述轴的主动式电磁轴承，所述主动式电磁轴承还包括围绕所述轴的至少两对电磁线圈以及轴承电子器件，以控制电流供应，从而将所述轴保持在所述电磁轴承内的期望位置；
供电的电源；
一个机械备用轴承，用于当所述电磁轴承断电时支撑所述轴；
位置传感器，用于确定所述轴的位置并且提供表示所述轴位置的信号；
功率放大器，用于放大和调节来自所述电源的功率并给所述电磁线圈供电；
可编程控制器，其与所述电磁轴承通信以调节来自所述功率放大器的电流，从而在所述轴旋转的同时将所述轴保持在电磁轴承内的预选位置包络线内，以及其中，当所述轴不旋转时，所述控制器被编程为给所述电磁轴承供电，以根据预定顺序移动所述轴至与所述机械备用轴承接触；接收表示所述轴位置的信号；以及确定所述轴与所述机械备用轴承的接触点的位置并且确定所机械备用轴承的间隙；
其中所述可编程控制器包括在给所述电磁轴承恢复供电之后执行权利要求1中列出的连续操作的软件。
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