CN103821875A - 旋转机械多跨转子轴系振动靶向控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转机械多跨转子轴系振动靶向控制装置，属于振动控制技术领域；本发明装置通过实时监测轴系振动参数变化，分析故障振动原因，确定适当位置，在适当时候，施加适当阻尼力，实现轴系振动的靶向控制；装置包括实时在线信号监测分析系统和执行系统，实时在线信号监测分析系统包括电涡流位移传感器、光电传感器、信号调理模块、数据采集卡、模拟输出模块、计算机；执行系统包括磁流变阻尼器、可调电源；其主要作用是解决轴系在启停机过程中通过各阶临界转速时振动过大，以及在运行中因碰摩、突发不平衡等导致的剧烈振动问题。

Description

旋转机械多跨转子轴系振动靶向控制装置

技术领域

本发明涉及一种旋转机械多跨转子轴系振动靶向控制装置，属于振动控制技术领域。

背景技术

能源、石化等领域的许多大型旋转设备普遍采用多轴串联运行形式，如汽轮发电机组，压缩机组等。机组各跨转子经严格动平衡后，其残余不平衡量在允许范围之内，然后将转子进行串联组装，运转起来后发现轴系仍然有可能发生强烈振动,导致无法正常开机。目前通常采用现场动平衡的方法来消除轴系不平衡振动，但是该方法需要反复启停机组数次甚至数十次，经济损失严重。

除了现场动平衡的方法外，通过采用弹性支撑、各类阻尼器及电磁轴承等的转子系统振动控制方法也是国内外学者的研究热点。目前，转子系统的振动控制可以分为被动控制和主动控制。被动控制方法主要有采用弹性支撑或挤压油膜阻尼器等。采用笼条式或者钢环式弹性支承能够降低系统的支承刚度，增加系统的支承阻尼，减小转子共振时的振幅和轴承所受动压；挤压油膜阻尼器是20世纪60年代发展起来的技术，能够提供转子系统一定的阻尼和刚度，在一定程度上降低转子系统共振时的振幅，增加转子系统稳定性。

转子振动主动控制装置主要有可控挤压油膜阻尼器、形状记忆合金调节器、电磁轴承及压电调节器等。可控的挤压油膜阻尼器区别于传统SFD的不可控性，可以实现主动振动控制，如可变间隙SFD，磁流变液SFD等；形状记忆合金调节器是利用记忆合金材料的记忆效应，加热恢复原形过程中受阻时产生恢复力，目前多采用电流加热方式控制其恢复力，其缺点是响应较慢；电磁轴承是利用电磁力将转子无机械摩擦地悬浮于空间的一种非接触式支承装置，其刚度、阻尼特性可调，但是静电轴承需要很大的电场强度,应用受到限制；压电调节器是利用压电材料的压电效应制成，对轴承施加控制力或改变轴承的结构参数以调节轴承的动力学性能，具有动态响应快、线性度和重复性好的优点，但压电材料的变形和压电常数均较小，单位体积提供的控制力较小，且所需驱动电压高、存在滞后现象。

但是，上述振动控制方法目前主要应用于单跨转子系统振动控制，并且处于一直作用状态，无法做到针对不同工况实现综合时间、位置和大小的靶向振动控制。本发明针对轴系因通过各阶临界转速时振动过大而无法正常启停机，因突发不平衡导致的剧烈振动等故障问题，提出一种轴系振动靶向控制装置，实现多跨转子轴系振动的实时靶向控制。装置包括实时在线信号监测分析系统和执行系统，通过实时在线信号监测分析系统监测的轴系振动参数，并通过对采集的振动信号进行分析处理确定阻尼力施加的适当时候、适当位置及适当大小，来降低轴系振动，实现轴系振动的靶向控制。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种旋转机械多跨转子轴系振动靶向控制装置，该装置针对轴系通过各阶临界转速时振动过大而无法正常启停机，在运行过程中因突发不平衡导致的剧烈振动或者转子发生碰摩等故障问题，其可根据转速及各跨转子振动大小变化，实时连续在线计算施加阻尼力的位置、时间及大小，然后调节阻尼器参数，从而控制施加阻尼力的位置、时间及大小，形成实时连续闭环可控的振动控制，实现轴系振动的靶向控制；其适用范围广、自动化程度高，可以广泛应用于实际机组中。

为实现以上技术目的，本发明所采用的技术方案为一种旋转机械多跨转子轴系振动靶向控制装置，该装置包括实时在线信号监测分析系统、执行系统；实时在线信号监测分析系统对各跨转子振动幅值、频谱及轴心轨迹振动参数进行分析计算，得到所需施加阻尼力的适当位置、时间及大小，并给出控制执行系统的控制信号，执行系统的可调电源根据接收到控制信号，改变输出电压来控制各磁流变阻尼器参数，调节施加阻尼力的位置、时间及大小，从而控制轴系转子振动，形成实时连续闭环可控的振动控制系统，实现轴系振动的靶向控制；其中，适当位置指的是经过实时在线信号监测分析系统分析振动数据变化规律得到的发生振动故障的转子位置；适当时间指的是当振动将要超过允许振动值，轴系接近某阶临界转速时，或者是转子发生碰摩需要进行减振控制的时候；适当的阻尼力指的是降低轴系振动所需的阻尼力，由分析系统根据振动数据分析计算得到的。

所述实时在线信号监测分析系统包括电涡流位移传感器、光电传感器、信号调理模块、数据采集卡、模拟输出模块、计算机；其中，电涡流位移传感器与光电传感器经信号调理模块接入数据采集卡，使位移和转速信号转化为数字信号；数据采集卡则接入计算机，计算机对信号进行分析计算；模拟输出模块输入端与计算机连接，用于接受计算机给出的控制信号；模拟输出模块输出端与执行系统连接；其中电涡流位移传感器将转子振动的位移信号转化为振动电信号，光电传感器将转子系统转速转化为转速电信号；振动电信号和转速电信号接入信号调理模块，调理后的信号接入信号采集卡内，转换为计算机识别的数字信号，计算机对振动信号和转速信号的分析计算，通过模拟输出模块输出控制信号调节可调电源输出电压，从而调节磁流变阻尼器电流。

所述执行系统包括磁流变阻尼器、可调电源；可调电源的输出端与磁流变阻尼器线圈连接，为阻尼器提供工作电压；其控制端与在线信号监测分析系统中模拟输出模块输出端连接。

可调电源用于为磁流变阻尼器提供电压，电压值由实时在线信号监测分析系统中模拟输出模块给出的电压信号决定；多个磁流变阻尼器（数量大于等于2小于等于5）分别安装在机组各跨转轴上，用于控制系统振动；当其中一跨转子因接近其临界转速而振动过大时，该跨对应的可调电源输出电压增大，磁流变阻尼器的工作电流就会增大，提供阻尼力增大，从而抑制转子振动，使机组安全通过该阶临界转速；同理当该跨转子振动很小时，该跨对应的可调电源输出电压相应减小直至为零，这样既不影响转子振动控制，又可以降低阻尼器能耗。

本发明使用的磁流变阻尼器采用剪切式的工作模式，通过轴承与转子连接，作为附加部件安装在机组各跨转子上，可以安装在轴系任意位置，不改变机组原有支撑形式；由于磁流变液的流变特性，该阻尼器在工作电流为零时，提供的阻尼力非常小，不会影响转子振动情况；当通入一定电流后，阻尼器内磁流变液在短时间(毫秒)由流动性良好的流体变为具有一定剪切屈服应力的半固体状态，为转子系统提供一定的阻尼和刚度特性；随电流增大，阻尼器能够提供的阻尼和刚度也随之增大；这样当实时在线信号监测分析系统根据机组的状态，决定改变磁流变阻尼器工作电流时，只需要改变控制信号大小来调节可变电源输出电压，就可以实时在线调整电源输出电压来控制磁流变阻尼器的工作电流，形成实时连续闭环可控的振动控制系统，保证机组振动处于安全稳定状态。

与现有转子振动控制方法相比，本发明装置通过实时监测机组各跨转子振动情况，实时判断阻尼力施加的时间、位置及大小，实现轴系振动的靶向控制，不仅可以解决轴系启停机过程中因通过各阶临界转速附近振动过大的问题，还可以解决轴系在运行过程中出现的转子碰摩，叶片断裂引发的突发不平衡，灰尘等堆积造成的不平衡振动等问题；并且该装置安装改造方便，安装位置较随意，无需大幅改变原有结构，尤其是支撑形式。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。

1、阻尼力施加位置实时可控；本发明中实时在线信号监测分析系统根据采集到的实时振动进行判断，确定一个适当的阻尼力施加位置。例如，转速接近某阶临界转速，此时的应在该阶临界转速对应的转子位置施加阻尼力，降低临界转速附近振动；轴系发生碰摩现象，通过振动情况某转子发生碰摩，及时在该跨转子施加阻尼力，降低碰磨振动；通过振动情况发现某跨转子出现主频振动急剧增大，及时在该跨转子施加阻尼力抑制这种突发不平衡振动。

2、阻尼力施加时间实时可控；本发明中实时在线信号监测分析系统根据采集到的实时振动进行判断，确定一个适当的阻尼力施加时间，如振动将要超过允许振动值时，轴系接近某阶临界转速时，或者是转子出现碰摩现象等时候。

3、阻尼力施加大小实时可控；本发明中实时在线信号监测分析系统根据施加阻尼力时转子的实时振动数据变化，自动增加或减小电流来改变阻尼力大小，适应轴系振动变化；这样，通过对阻尼器电流的实时调节，可以在保证振动较小的同时降低能耗，保证转子振动安全平稳。

附图说明

图1为闭环控制系统框图。

图2为多跨转子轴系阻尼减振控制装置图。

图3a为磁流变阻尼器结构及安装示意图。

图3b为图3a中A-A的剖面图。

图4为磁流变阻尼减振机理图。

图5a为多跨转子轴系结构图。

图5b为轴系一阶振型图。

图5c为轴系二阶振型图

图5d为轴系三阶振型图

图5e为轴系四阶振型图

图5f为轴系五阶振型图

图6为磁流变阻尼器工作电流算法示意图。

图中：1、信号调理模块，2、数据采集卡，3、计算机，4、模拟输出模块，5、光电传感器，6、电涡流传感器A，7、电涡流传感器B，8、电涡流传感器C，9、电涡流传感器D，10、磁流变阻尼器A，11、磁流变阻尼器B，12、磁流变阻尼器C，13、磁流变阻尼器D，14、转速信号，15、振动信号，16、控制信号，17、可调电源A，18、可调电源B，19、可调电源C，20、可调电源D，21、转轴，22、连接轴承，23、铁芯，24、动阻尼片，25、磁流变液，26、静阻尼片，27、线圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明是一种旋转机械多跨转子轴系振动靶向控制装置，在轴系启停机和运行过程中形成实时在线连续调控阻尼装置的主动闭环控制系统，如图1所示。电涡流位移传感器实时监测机组各跨转子振动，光电传感器实时监测轴系转速，得到振动信号与转速信号；数据采集处理系统对振动和转速信号进行滤波调幅处理，再将信号输入控制系统，控制系统通过一定的控制算法，根据转速和振动大小给出控制可调电源的控制信号；控制信号通过调节可调电源输出电压来改变磁流变阻尼器参数，从而控制阻尼力施加位置、施加时间及施加大小，形成实时在线连续调控阻尼装置的主动闭环控制系统，实现轴系振动靶向控制。

图2为本发明多跨转子轴系阻尼减振控制装置图，装置包括实时在线信号监测分析系统和执行系统；其中多跨转子轴系中，每个转子均配有一组电涡流传感器、磁流变阻尼器；所述多跨转子轴系的转子数目优选为2-5，多跨转子轴系的转子数目更优选为4，即多跨转子轴系包括转子一、转子二、转子三、转子四。

实时在线信号监测分析系统包括电涡流位移传感器A6、电涡流位移传感器B7、电涡流位移传感器C8、电涡流位移传感器D9、光电传感器5、信号调理模块1、数据采集卡2、模拟输出模块4、计算机3；执行系统包括可调电源A17、可调电源B18、可调电源C19、可调电源D20、磁流变阻尼器A10、磁流变阻尼器B11、磁流变阻尼器C12、磁流变阻尼器D13。

电涡流位移传感器A6安装在转子一上，电涡流位移传感器B7安装在转子二上，电涡流位移传感器C8安装在转子三上，电涡流位移传感器D9安装在转子四上，光电传感器5安装在转子轴一侧；电涡流位移传感器A6、电涡流位移传感器B7、电涡流位移传感器C8、电涡流位移传感器D9及光电传感器5接入信号调理模块1，信号调理模块1将信号进行整流、滤波、放大之后接入信号采集卡2，信号采集卡2将模拟电信号转换为计算机识别的数字信号，并接入计算机3。

磁流变阻尼器A10安装在转子一上，磁流变阻尼器B11安装在转子二上，磁流变阻尼器C12安装在转子三上，磁流变阻尼器D13安装在转子四上；可调电源A17与磁流变阻尼器A10线圈连接，可调电源B18与磁流变阻尼器B11线圈连接，可调电源C19与磁流变阻尼器C12线圈连接，可调电源D20与磁流变阻尼器D13线圈连接。

其中，电涡流位移传感器A6、电涡流位移传感器B7、电涡流位移传感器C8、电涡流位移传感器D9分别将转子一、转子二、转子三、转子四振动的位移信号转化为振动电信号15，光电传感器5将转子系统转速转化为转速电信号14；振动电信号15和转速电信号14接入信号调理模块1，信号调理模块1将杂乱的信号进行整流、滤波、放大之后接入信号采集卡2内，信号采集卡2将模拟电信号转换为计算机识别的数字信号，并将信号接入计算机3中，计算机3中控制分析系统通过对振动信号15和转速信号14进行分析计算，通过模拟输出模块4给出控制信号16，控制可调电源A17、可调电源B18、可调电源C19、可调电源D20的输出电压，从而调节磁流变阻尼器A10、磁流变阻尼器B11、磁流变阻尼器C12、磁流变阻尼器D13的电流，为轴系提供施加位置、时间及大小实时可调的阻尼力，实现振动的靶向控制。

可调电源A17、可调电源B18、可调电源C19、可调电源D20的输出电压大小由输入的控制信号16的大小来控制，控制信号16为模拟或数字电压信号，可调电源A17、可调电源B18、可调电源C19、可调电源D20的输出电压可以控制磁流变阻尼器A10、磁流变阻尼器B11、磁流变阻尼器C12、磁流变阻尼器D13的电流大小，所以各磁流变阻尼器的电流与输入的可调电源控制信号16是一一对应的关系，这样当计算机3中的控制分析系统确定施加阻尼力适当位置、时间及大小后，就可以确定输入各可调电源的控制信号16，来调节各可调电源的输出电压，改变各个阻尼器参数，实现阻尼力的靶向施加，控制轴系振动。

如图3所示为执行系统采用的磁流变阻尼器结构及安装示意图，磁流变阻尼器包括连接轴承22、铁芯23、动阻尼片24、静阻尼片26、磁流变液25、线圈27；转轴21与连接轴承22相连；其中动阻尼片24与连接轴承22固定，静阻尼片26与铁芯23底部固定；转轴21的振动通过连接轴承22传递到动阻尼片24，这样动阻尼片24、静阻尼片26在磁流变液25中产生相对运动，由于磁流变液27具有粘度，所以动阻尼片24、静阻尼片26的相对运动会产生阻尼力，从而降低转轴21振动；并且磁流变液25的粘度与磁场大小有关，而磁场大小由线圈27的电流决定，所以通过控制线圈27的工作电流可以改变磁流变液粘度，进而改变阻尼力大小。

如图4所示为磁流变阻尼器的减振机理图，本发明在各跨转子上安装磁流变阻尼器A10、磁流变阻尼器B11、磁流变阻尼器C12、磁流变阻尼器D13、各磁流变阻尼器在不通电的情况下对转子轴系无影响，当阻尼器通入电流（如1A）后，会对本跨转子的振动产生影响；图中线EFG为某跨转子原始振动，线HFJ为阻尼器通电后该跨转子振动；可以得到，磁流变阻尼器通电后，该跨转子的临界转速由N1附近增加到N2附近，转速N之前，振幅相对于原始振动大幅降低，但是转速N之后，振幅反而高于原始振动；所以，通过控制信号16调节转子升速过程中磁流变阻尼器的电流，使转子通过各阶临界转速附近时的振动大致沿线HFG变化，可以降低转子振动，使该跨转子顺利通过临界转速。

如图5a所示为某多跨转子轴系结构图。在轴系的第一阶主振型中，转子四的振动比较显著，而其他转子的振动相对来说较小，所以称第一阶主振型为转子四振型，其一阶临界转速n₁约1000r/min，如图5b所示；同理，第二阶主振型为转子二振型，其二阶临界转速n2约1500r/min，转子二的振动比较显著，如图5c所示；第三阶主振型为转子一振型，其三阶临界转速n₃约1950r/min，转子一的振动比较显著，如图5d所示；第四阶主振型为转子三振型，其四阶临界转速n₄约2100r/min，转子三的振动比较显著，如图5e所示；第五阶主振型为转子四振型，其五阶临界转速n₅约2650r/min，转子四的振动比较显著，如图5f所示；多跨转子轴系在开机过程中，转速由0r/min逐步升速到3000r/min，会经过上述五阶临界转速，转子在临界转速附近会因共振产生较为剧烈的振动，如果振动值过大，会使轴系无法正常开机。

根据上述多跨转子轴系振型及阻尼器减振机理，可以得到轴系各跨转子的临界转速及需要进行减振调控的转速区间，如表1所示。以临界转速N(1±15%)为通过该阶临界时需要减振调控的转速范围，轴系一阶临界转速为1000r/min，其调控范围为850～1150r/min，对应减振调控的转子为转子四，安装在该跨转子上的阻尼器为磁流变阻尼器D；同理，轴系二阶临界转速为1500r/min，其调控范围为1275～1725r/min，对应减振调控的转子为转子二，安装在该跨转子上的阻尼器为磁流变阻尼器B；轴系三阶临界转速为1950r/min，其调控范围为1658～2243r/min，对应减振调控的转子为转子一，安装在该跨转子上的阻尼器为磁流变阻尼器A；轴系四阶临界转速为2100r/min，其调控范围为1743～2358r/min，对应减振调控的转子为转子三，安装在该跨转子上的阻尼器为磁流变阻尼器C；轴系五阶临界转速为2650r/min，其调控范围为2253～3000r/min，对应减振调控的转子为转子四，安装在该跨转子上的阻尼器为磁流变阻尼器D。

表1为本发明中轴系各跨转子的临界转速及减振调控区间表

实施例1

以图2中发电机组轴系为例，轴系开机过程中的具体控制方案如表2所示；转速由0r/min逐步升速，此时磁流变阻尼器全部处于关闭状态，当转速达到约850r/min时，控制信号16控制可调电源D20使磁流变阻尼器D13开启；当转速达到约1150r/min时，控制信号16控制可调电源20使磁流变阻尼器D13关闭；当转速达到约1275r/min时，控制信号16控制可调电源B18使磁流变阻尼器B11开启；当转速达到约1658r/min时，控制信号16控制可调电源A17使磁流变阻尼器A10开启；当转速达到约1725r/min时，控制信号16控制可调电源B18使磁流变阻尼器B11关闭；当转速达到约1743r/min时，控制信号16控制可调电源C19使磁流变阻尼器C12开启；当转速达到约2243r/min时，控制信号16控制可调电源A17使磁流变阻尼器A10关闭；当转速达到约2253r/min时，控制信号16控制可调电源D20使磁流变阻尼器D13开启；当转速达到约2358r/min时，控制信号16控制可调电源C19使磁流变阻尼器C12关闭；当转速达到约3000r/min时，控制信号16控制可调电源D20给磁流变阻尼器D13断电，此时轴系到达工作转速，轴系开机振动主动控制过程完成。

所以，转速0～850r/min区间内，阻尼器全部关闭；转速850～1150r/min区间内，磁流变阻尼器D开启，其余阻尼器关闭；转速1150～1275r/min区间内，阻尼器全部处于关闭状态；转速1275～1658r/min区间内，磁流变阻尼器B开启，其余阻尼器关闭；转速1658～1725r/min区间内，磁流变阻尼器A、B开启，其余阻尼器关闭；转速1725～1743r/min区间内，磁流变阻尼器A开启，其余阻尼器关闭；转速1743～2243r/min区间内，磁流变阻尼器A、C开启，其余阻尼器关闭；转速2243～2253r/min区间内，磁流变阻尼器C开启，其余阻尼器关闭；转速2253～2358r/min区间内，磁流变阻尼器C、D开启，其余阻尼器关闭；转速2358～3000r/min区间内，磁流变阻尼器D开启，其余阻尼器关闭。

开机过程中磁流变阻尼器处于开启状态时的工作电流大小由相应跨转子振动决定；如图6所示为磁流变阻尼器处于开启状态时的工作电流大小的一种计算方式，在某磁流变阻尼器开启的初始时刻，给定一较小的电流值I，振幅允许范围为P₁～P₂，对实时采集的该跨转子的振动数据P进行判定，当P>P₂时，根据算法适当增加电流值I，降低转子振动；当P<P₁时,根据算法适当减小电流值I，可以在保证振动较小的同时降低能耗；这样，通过对阻尼器电流的实时调节，就可以保证转子振动安全平稳。

表2本发明中轴系启停机过程中各跨转子上阻尼器状态表

实施例2

以图2中多跨转子轴系为例，轴系停机过程中的具体控制方案如表2所示。转速由3000r/min逐步减速，控制可调电源D20使磁流变阻尼器D13开启，其余阻尼器关闭；当转速达到约2358r/min时，控制可调电源C19使磁流变阻尼器C12开启；当转速达到约2253r/min时，控制可调电源D20使磁流变阻尼器D13关闭；当转速达到约2243r/min时，控制可调电源A17使磁流变阻尼器A10开启；当转速达到约1743r/min时，控制可调电源C19使磁流变阻尼器C12关闭；当转速达到约1725r/min时，控制可调电源B18使磁流变阻尼器B11开启；当转速达到约1658r/min时，控制可调电源A17使磁流变阻尼器A10关闭；当转速达到约1275r/min时，控制可调电源B18使磁流变阻尼器B11关闭；当转速达到约1150r/min时，控制可调电源20使磁流变阻尼器D13开启；当转速达到约850r/min时，控制可调电源D20使磁流变阻尼器D13关闭；最后降速到0r/min，轴系停机振动主动控制过程完成。

所以，转速3000～2358r/min区间内，磁流变阻尼器D开启，其余阻尼器关闭；转速2358～2253r/min区间内，磁流变阻尼器C、D开启，其余阻尼器关闭；转速2253～2243r/min区间内，磁流变阻尼器C开启，其余阻尼器关闭；转速2243～1743r/min区间内，磁流变阻尼器A、C开启，其余阻尼器关闭；转速1743～1725r/min区间内，磁流变阻尼器A开启，其余阻尼器关闭；转速1725～1658r/min区间内，磁流变阻尼器A、B开启，其余阻尼器关闭；转速1658～1275r/min区间内，磁流变阻尼器B开启，其余阻尼器关闭；转速1275～1150r/min区间内，阻尼器全部处于关闭状态；转速1150～850r/min区间内，磁流变阻尼器D开启，其余阻尼器关闭；转速850～0r/min区间内，阻尼器全部关闭；

停机过程中磁流变阻尼器处于开启状态时的工作电流大小调控方法如实施例1中最后一段所述。

实施例3

以图2中多跨转子轴系为例，当轴系在运行过程中某跨或者某几跨转子由于叶片断裂、灰尘堆积等发生不平衡故障问题时，其转子振动的时域、频域及轴心轨迹具有一定的特点；本发明中实时在线信号监测分析系统会根据这些特点做出判断，确定发生不平衡故障的转子位置，并控制对应转子上的磁流变阻尼器开启，并给定适当的工作电流。假设轴系在运行中转子一由于转子磨损导致振动剧烈，实时在线信号监测分析系统根据采集各跨转子振动数据，确定振动剧烈的转子为转子一，经过系统分析和计算得到需要施加的阻尼力及其对应的磁流变阻尼器工作电流，通过控制信号16控制可调电源A17调节磁流变阻尼器A10的工作电流，降低转子一振动。

实施例4

以图2中多跨转子轴系为例，当轴系在运行过程中某跨转子发生碰摩故障时，其转子振动的频域2倍频几多倍频突出，轴心轨迹呈心形或者8字形等不规则形状等特点；本发明中实时在线信号监测分析系统会根据这些特点做出判断，确定发生碰摩故障的转子位置，并控制对应转子上的磁流变阻尼器开启，并给定适当的工作电流。假设轴系在运行中转子一由于转子磨损导致异常振动，实时在线信号监测分析系统根据采集各跨转子振动数据，确定发生碰摩的转子为转子一，经过系统分析和计算得到需要施加的阻尼力及其对应的磁流变阻尼器工作电流，通过控制信号16控制可调电源A17调节磁流变阻尼器A10的工作电流，降低转子一2倍频及多倍频振动，使转子稳定运行。

Claims (6)

1.一种旋转机械多跨转子轴系振动靶向控制装置，其特征在于：该装置包括实时在线信号监测分析系统和执行系统；其中多跨转子轴系中，每个转子均配有一组电涡流传感器、磁流变阻尼器；所述多跨转子轴系的转子数目优选为2-5，多跨转子轴系的转子数目更优选为4，即多跨转子轴系包括转子一、转子二、转子三、转子四；

实时在线信号监测分析系统包括电涡流位移传感器A（6）、电涡流位移传感器B（7）、电涡流位移传感器C（8）、电涡流位移传感器D（9）、光电传感器（5）、信号调理模块（1）、数据采集卡（2）、模拟输出模块（4）、计算机（3）；执行系统包括可调电源A（17）、可调电源B（18）、可调电源C（19）、可调电源D（20）、磁流变阻尼器A（10）、磁流变阻尼器B（11）、磁流变阻尼器C（12）、磁流变阻尼器D（13）；

电涡流位移传感器A（6）安装在转子一上，电涡流位移传感器B（7）安装在转子二上，电涡流位移传感器C（8）安装在转子三上，电涡流位移传感器D（9）安装在转子四上，光电传感器（5）安装在转子轴一侧；电涡流位移传感器A（6）、电涡流位移传感器B（7）、电涡流位移传感器C（8）、电涡流位移传感器D（9）及光电传感器（5）接入信号调理模块（1），信号调理模块（1）将信号进行整流、滤波、放大之后接入信号采集卡（2），信号采集卡（2）将模拟电信号转换为计算机识别的数字信号，并接入计算机（3）；

磁流变阻尼器A（10）安装在转子一上，磁流变阻尼器B（11）安装在转子二上，磁流变阻尼器C（12）安装在转子三上，磁流变阻尼器D（13）安装在转子四上；可调电源A（17）与磁流变阻尼器A（10）线圈连接，可调电源B（18）与磁流变阻尼器B（11）线圈连接，可调电源C（19）与磁流变阻尼器C（12）线圈连接，可调电源D（20）与磁流变阻尼器D（13）线圈连接；

其中，电涡流位移传感器A（6）、电涡流位移传感器B（7）、电涡流位移传感器C（8）、电涡流位移传感器D（9）分别将转子一、转子二、转子三、转子四振动的位移信号转化为振动电信号（15），光电传感器（5）将转子系统转速转化为转速电信号（14）；振动电信号（15）和转速电信号（14）接入信号调理模块（1），信号调理模块（1）将信号进行整流、滤波、放大之后接入信号采集卡（2）内，信号采集卡（2）将模拟电信号转换为计算机识别的数字信号，并将信号接入计算机（3）中，计算机（3）中控制分析系统通过对振动信号（15）和转速信号（14）进行分析计算，通过模拟输出模块（4）给出控制信号（16），控制可调电源A（17）、可调电源B（18）、可调电源C（19）、可调电源D（20）的输出电压，从而调节磁流变阻尼器A（10）、磁流变阻尼器B（11）、磁流变阻尼器C（12）、磁流变阻尼器D（13）的电流，为轴系提供施加位置、时间及大小实时可调的阻尼力，实现振动的靶向控制。

2.根据权利要求1所述的一种旋转机械多跨转子轴系振动靶向控制装置，其特征在于：可调电源A（17）、可调电源B（18）、可调电源C（19）、可调电源D（20）的输出电压由输入的控制信号（16）控制；控制信号（16）为模拟或数字电压信号；可调电源A（17）、可调电源B（18）、可调电源C（19）、可调电源D（20）的输出电压可以控制磁流变阻尼器A（10）、磁流变阻尼器B（11）、磁流变阻尼器C（12）、磁流变阻尼器D（13）的电流。

3.根据权利要求1所述的一种旋转机械多跨转子轴系振动靶向控制装置，其特征在于：各磁流变阻尼器的电流与输入的可调电源控制信号（16）是一一对应关系；计算机（3）中的控制分析系统通过确定施加阻尼力适当位置、时间及大小，就可以确定输入各可调电源的控制信号（16）来调节各可调电源的输出电压，改变各磁流变阻尼器参数，控制轴系振动。

4.根据权利要求1所述的一种旋转机械多跨转子轴系振动靶向控制装置，其特征在于：磁流变阻尼器包括连接轴承（22）、铁芯（23）、动阻尼片（24）、静阻尼片（26）、磁流变液（25）、线圈（27）；转轴（21）与连接轴承（22）相连；其中动阻尼片（24）与连接轴承（22）固定，静阻尼片（26）与铁芯（23）底部固定；转轴（21）的振动通过连接轴承（22）传递到动阻尼片（24），这样动阻尼片（24）、静阻尼片（26）在磁流变液（25）中产生相对运动，由于磁流变液（27）具有粘度，所以动阻尼片（24）、静阻尼片（26）的相对运动会产生阻尼力，从而降低转轴（21）振动。

5.根据权利要求1所述的一种旋转机械多跨转子轴系振动靶向控制装置，其特征在于：各跨转子上安装磁流变阻尼器A（10）、磁流变阻尼器B（11）、磁流变阻尼器C（12）、磁流变阻尼器D（13）、各磁流变阻尼器在不通电的情况下对转子轴系无影响；当磁流变阻尼器通入电流后，会对本跨转子的振动产生影响，通过控制信号（16）调节转子升速过程中磁流变阻尼器的电流，以降低转子振动。

6.根据权利要求1或4所述的一种旋转机械多跨转子轴系振动靶向控制装置，其特征在于：磁流变液（25）的粘度与磁场大小有关，而磁场大小由线圈（27）的电流决定，所以通过控制线圈（27）的工作电流可以改变磁流变液粘度，进而改变阻尼力。

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