CN104763774A - 转子系统扭转模式频率调谐装置 - Google Patents

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CN104763774A CN201510006949.7A CN201510006949A CN104763774A CN 104763774 A CN104763774 A CN 104763774A CN 201510006949 A CN201510006949 A CN 201510006949A CN 104763774 A CN104763774 A CN 104763774A
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A.G.贝克福德
M.C.道森
R.拉简
A.里戈苏
B.W.威尔逊
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Abstract

本发明公开一种转子系统扭转模式频率调谐装置，所述装置包括第一轴和第二轴、可操作地设置在所述第一轴与所述第二轴之间的联轴器和设置在所述联轴器处的联接元件，所述联接元件配置用于通过包括所述第一轴和所述第二轴以及所述联轴器的转子系统中的惯性和/或扭转刚度中至少一个的改变来调整所述转子系统的频率。

Description

转子系统扭转模式频率调谐装置
技术领域
本说明书公开的主题涉及转子系统扭转模式频率装置，并且更具体地说，涉及转子系统频率通过所述传动系某处的惯性和/或扭转刚度的改变而可调节的转子系统扭转模式频率装置。
背景技术
旋转体(如转子)在包括发电机、发动机和其他类似装置的许多不同类型的机械元件和电子元件中使用。这些旋转体具有多个扭转固有频率模式，并且因各种原因(包括压力、疲劳、性能等)，需要使这些频率模式保持在某些操作范围之外。例如，发电机或其他包括旋转体的机械元件一般具有接近线路频率两倍的至少一个扭转固有频率模式。如果这个频率模式变得太接近线路频率的两倍并变成被激发的，它可导致联接体(coupled body)中元件的失效，诸如在联接涡轮机中的末级轮叶。
转子扭转模式的频率可通过直接影响感兴趣的旋转体模式的频率的惯性或扭转刚度改变(例如，通过添加或移除大的红套箍环(shrunk-on ring))而偏移。然而，做出这些改变需要使转子从传动系中的其他转子部分去耦并暴露转子以允许安装/移除所述环的过程。所述环通常为大的、高强度的和昂贵的，并且如果所述过程不成功，部件可能需要取决于情境而被机械加工以便去除刚度或惯性。这些步骤中的每个步骤可为昂贵且费时的。
以上描述的用于调谐转子扭转模式频率的过程还倾向于不只把转子模式的扭转频率或振动作为目标。而实际上，当前的质量增加过程可影响转子中的应力，或导致不需要的横向频率改变。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种转子系统扭转模式频率调谐装置，所述装置包括第一轴和第二轴、可操作地设置在第一轴与第二轴之间的联轴器、和设置在所述联轴器上的联接元件，所述联接元件配置用于通过转子系统(rotor train)中的惯性和/或扭转刚度中的至少一个的改变来调整所述转子系统的频率，其中所述转子系统包括所述第一轴和所述第二轴、以及所述联轴器的。
根据本发明的另一方面，提供一种转子系统扭转模式频率调谐装置，所述装置包括固定地设置在联轴器上的联接元件，所述联轴器可操作地设置在第一轴与第二轴之间；以及可支撑式地设置在所述联接元件上的便携块(portable mass)。所述便携块可移动至联接元件以便调整所述轴之一的扭转刚度和旋转惯性中的至少一个，以使得所述轴之一的扭转模式频率大体等于所述轴中另一个的扭转模式固有频率(natural frequency)。
根据本发明的又一方面，提供用于转子系统扭转模式频率调谐的装置。所述转子系统包括通过其使轴的相应末端彼此可连接的联轴器。所述装置包括固定地设置在联轴器上的联接元件，以及可支撑式地设置在所述联接元件上的便携块。所述便携块可移动至联接元件以便调整所述轴之一的扭转刚度和旋转惯性中的至少一个，以使得所述轴之一的扭转模式频率大体等于所述轴中另一个的扭转模式固有频率。
结合附图阅读以下说明可以更好地了解这些和其他优点和特征。
附图说明
本专利申请文件中的权利要求书详细指出并明确主张了本发明。结合附图阅读以下具体实施方式可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中：
图1为转子系统的侧视示意图；
图2为根据实施例的转子系统扭转模式频率装置的示意图；
图3为根据替代性实施例的转子系统扭转模式频率装置的示意图；
图4为根据进一步的替代性实施例的转子系统扭转模式频率装置的示意图；
图5为在至少图2和图4的实施例中可用的多件式盘或环的轴向图；以及
图6为根据进一步的替代性实施例的转子系统扭转模式频率装置的流程图。
具体实施方式参考附图来以实例方式介绍本发明的各实施例以及优点和特征。
具体实施方式
以下提供的描述涉及在例如涡轮机-发电机传动系中的扭转固有频率的调谐。所述调谐的公开内容类似于美国专利号8,013,481的公开内容，所述美国专利号8,013,481的内容通过引用并入本说明书中。所述调谐可在两个轴或转子的联轴器处应用，并且由扭转振动吸收器提供，所述扭转振动吸收器用于通过所述传动系某处的惯性和/或扭转刚度改变来调整转子系统频率。
参考图1，旋转体100通过第一轴105连接至机械装置102。旋转体100可为发电机转子，但应理解可结合本发明的实施例使用任何机械元件。机械装置102可为联接至旋转体100的任何装置，如蒸汽涡轮机、燃气涡轮机、联合蒸汽和燃气涡轮机等。第一轴105具有末端部分106，并且进一步在末端部分106处通过联轴器109联接或以其他方式连接至第二轴108互补的末端部分107。如图1所示，旋转体100、第一轴105和第二轴108可由任何合适的装置(包括轴承104)来支撑。
联轴器109可包括与第一轴105的末端关联的第一联接部分1091，以及与第二轴108的末端关联的第二联接部分1092。图1的第一轴105、第二轴108、以及联轴器109的第一联接部分1091和第二联接部分1092形成转子系统110的一部分。参考图2至4，提供用于转子系统扭转模式频率调谐的装置1，装置1可与转子系统110或与类似的传动装置一起使用。如图2至4所示，装置1包括联接元件2、固定元件3和便携块4。联接元件2固定地设置在联轴器109的第二联接部分1092上。固定元件3邻近联接元件2设置。便携块4可支撑式地设置在固定元件3或联接元件2上。
如以下将更详细描述的，便携块4可从固定元件3和联接元件2中的一个重新定位或可移动至固定元件3和联接元件2中的另一个，以便调整第一轴105和第二轴108之一的扭转刚度和旋转惯性中的至少一个。更具体地，便携块4可从固定元件3移动至联接元件2、或从联接元件2移动至固定元件3，以便调整第二轴108的扭转刚度(torsional stiffness)或旋转惯性(rotational inertia)中的至少一个。这样，可使第二轴108的扭转模式的频率大体等于第一轴105的扭转模式频率。
特别参考图2，联接元件2可机械联接至联轴器109。在这种情况下，联接元件2包括机械联接至联轴器109外径向表面11的底座环10，以及从底座环10轴向延伸的保持环12。如图2所示，联接元件109的外径向表面11、底座环10的轴向表面13和保持环12的内径向表面14共同限定环带15。
在以上描述的安排下，固定元件3包括法兰16和挂钩元件17。法兰16邻近联接元件2设置，并且挂钩元件17排列在法兰16上以便支撑或保持便携块4。在便携块4被提供为环形惯性盘18或环的情况下，便携块4可被升起离开挂钩元件17并且装载至联接元件2上。根据实施例，便携块4可被提供为完整的环形元件或装配在一起的多个周向分段件，并且可被设置尺寸以配合在环带15内。
装载可涉及将便携块4从法兰16和挂钩元件17传输至联接元件2，并且随后将便携块4滑动至环带15中。可完成所述装载而不用将第二轴108从第一轴105去耦/或者说去联接(decoupling)，不用将第一轴105从机械装置102或旋转体100去耦，并且不用将第二轴108从第二轴108可附接至的任何下游体/下游构件去耦。
根据进一步的实施例，便携块4可提供为各自具有类似的或独特的单个质量或重量的多个便携块4。这样，第二轴108的扭转刚度和旋转惯性中至少一个的调整的可定制的准确度和精确度可通过将一个或多个便携块4装载至环带15中而获得。
在图2的转子系统110的操作期间，第一轴105的旋转驱动第二轴108和便携块(或多个便携块)4的对应旋转。便携块(或多个便携块)4从而通过保持环12以及通过在便携块(或多个便携块)4与保持环12的内径向表面14之间产生的离心力而包含在环带15内。便携块(或多个便携块)4的附加包含可通过被任选地设置用于将便携块(或多个便携块)4紧固或螺栓固定至底座环10的紧固元件来提供。
特别参考图3，联接元件2可压配合至联轴器109上。在这种情况下，联接元件2包括配置用于收缩配合至联轴器109的外径向表面21上的底座环20，并且所述底座环20包括轴向部分22和径向部分23。如图3所示，轴向部分22的外径向表面24和径向部分23的轴向表面25共同限定环形袋26。
在以上描述的安排下，固定元件3包括末端面27，所述末端面27邻近联接元件2设置并且配置用于支撑或保持便携块4。在便携块4提供为环形惯性盘28或环的情况下，便携块4可被升起离开末端面27并且装载至联接元件2上。根据实施例，便携块4可提供为完整的环形元件或装配在一起的多个周向分段件，并且可被设置尺寸以配合在袋26内。
所述装载可涉及将便携块4从末端面27传输至联接元件2，并且随后将便携块4在袋26中滑动。可完成所述装载而不用将第二轴108从第一轴105去耦，不用将第一轴105从机械装置102或旋转体100去耦，并且不用将第二轴108从第二轴108可附接至的任何下游体/下游构件去耦。
根据进一步的实施例，便携块4可提供为各自具有类似的或独特的单个质量或重量的多个便携块4。这样，第二轴108的扭转刚度和旋转惯性中至少一个的调整的可定制的准确度和精确度可通过将一个或多个便携块4装载至袋26中而获得。
在图3的转子系统110的操作期间，第一轴105的旋转驱动第二轴108和便携块(或多个便携块)4的对应旋转。便携块(或多个便携块)4从而通过轴向部分22以及通过在便携块(或多个便携块)4与轴向部分22的外径向表面24之间产生的离心力而包含在袋24中。便携块(或多个便携块)4的附加包含可通过被任选地设置用于将便携块(或多个便携块)4紧固或螺栓固定至径向部分23的紧固元件来提供。
特别参考图4，联接元件2可与联轴器109一体形成。在这种情况下，联接元件2包括第一联接部分1091和第二联接部分1092(见图1和图4)。如图4所示，第一联接部分1091的轴向表面30、第二联接部分1092的轴向表面31和第二联接部分1092的径向表面32共同限定环形凹部33。
在以上描述的安排下，固定元件3包括法兰34和挂钩元件35。法兰34邻近联接元件2设置，并且挂钩元件35排列在法兰34上以便支撑或保持便携块4。在便携块4提供为环形惯性盘36或环的情况下，便携块4可被升起离开挂钩元件35并且装载至联接元件2上。根据实施例，便携块4可提供为完整的环形元件或装配在一起的多个周向分段件，并且可被设置尺寸以配合在凹部33内。
装载可涉及将便携块4从法兰34和挂钩元件35传输至联接元件2，并且随后将便携块4滑动至凹部33中。可完成所述装载而不用将第二轴108从第一轴105去耦，不用将第一轴105从机械装置102或旋转体100去耦，并且不用将第二轴108从第二轴108可附接至的任何下游体/下游构件去耦。
根据进一步的实施例，便携块4可提供为各自具有类似的或独特的单个质量或重量的多个便携块4。这样，第二轴108的扭转刚度和旋转惯性中至少一个的调整的可定制的准确度和精确度可通过将一个或多个便携块4装载至环带15中而获得。
在图4的转子系统110的操作期间，第一轴105的旋转驱动第二轴108和便携块(或多个便携块)4的对应旋转。便携块(或多个便携块)4从而通过在便携块(或多个便携块)4与第二联接部分1092的轴向表面31之间产生的离心力而被包含在凹部内。便携块(或多个便携块)4的附加包含可通过被设置用于将便携块(或多个便携块)4紧固或螺栓固定至第二联接部分1092的紧固元件(例如，螺栓)36来提供。
根据进一步的实施例并且参考图5，将理解至少图2实施例的惯性盘18和图4实施例的惯性盘36可以多件形式(如图5的段50和段51)设置。这些段可沿缝52彼此连接，并且可提供在每种对应情况下便携块4的更简单安装。此外，使用段50和段51可允许移除或允许缺少来自至少图2和图4实施例的固定元件3。在这些情况下，段50和段51可分别靠近或邻近联接元件2安置或保持，并且分开设置在联轴器109上。一旦进行所述设置，段50和段51可被系结或以其他方式联接在一起，以形成在环带15(见图2)或在凹部33(见图4)中的惯性盘18。
参考图6，提供根据进一步替代性实施例的转子系统扭转模式频率装置。如图6所示，联接元件2以如上描述地设置在联轴器109处，并且被提供为可重新配置的块40。这样，联接元件2的块的全部或一部分可根据期望或需要而沿轴向或径向尺寸移动、延伸或伸展，以便调整第二轴108的扭转刚度和旋转惯性中的至少一个。根据实施例，可重新配置的块40可包括变形/变体(morphing)、或智能材料，如形状记忆合金(例如，镍钛合金)或形状记忆聚合物。在这种情况下，联接元件2的配置可通过施加热或电来改变。
以上描述的实施例增加了在转子系统110的联轴器109上或之间的扭转惯性。这个惯性改变产生了第二轴108的扭转固有振荡频率，所述频率大体等于第一轴105中有关系/相关联的扭转频率，并且通过使用完全装配单元的修改而获得。此外，由于完成对完全装配单元的修改，所以如果有必要，所述修改允许结果验证和进一步的修改。
尽管仅结合有限数量的实施例来详细描述本发明，但应理解，本发明并不限于所揭示的此类实施例。相反，可对本发明进行修改以涵盖前文未描述但与本发明的精神和范围相符的任何数量的变化、更改、替代或等效布置。此外，尽管已描述本发明的各种实施例，但应理解，本发明的各方面可仅包括前述实施例中的一些实施例。因此，本发明不应被视为受前述说明书的限制，其仅受所附权利要求书范围的限制。

Claims (20)

1.一种转子系统扭振模式频率调谐装置，所述装置包括：
第一轴和第二轴；
可操作地设置在所述第一轴与所述第二轴之间的联轴器；以及
联接元件，所述联接元件设置在所述联轴器处，并且配置用于通过包括所述第一轴和所述第二轴以及所述联轴器的转子系统中的惯性和/或扭转刚度中至少一个的改变来调整所述转子系统的频率。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述联接元件包括可重新配置的块。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述联接元件包括可重新定位的块。
4.根据权利要求1所述的装置，所述装置进一步包括：
邻近所述联接元件设置的固定元件；以及
可支撑式地设置在所述固定元件或所述联接元件上的便携块。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述联接元件为机械联接至所述联轴器、压配合至所述联轴器上、以及与所述联轴器一体形成中的至少一个，并且其中所述便携块包括环形盘。
6.一种转子系统扭振模式频率调谐装置，所述装置包括：
固定地设置在联轴器上的联接元件，所述联轴器可操作地设置在第一轴与第二轴之间；以及
可支撑式地设置在所述联接元件上的便携块，
所述便携块可移动至所述联接元件以便调整所述第二轴的扭转刚度和旋转惯性中的至少一个，以使得所述第二轴的扭转模式的频率大体等于所述第一轴的所述扭转模式的固有频率。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述联接元件为机械联接至所述联轴器、压配合至所述联轴器上以及与所述联轴器一体形成中的至少一个。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述便携块包括环形盘。
9.一种用于转子系统扭转模式频率调谐的装置，所述转子系统包括：
通过其使轴的相应末端彼此连接的联轴器，所述装置包括：
固定地设置在所述联轴器上的联接元件；以及
可支撑式地设置在所述联接元件上的便携块，
所述便携块可移动至所述联接元件以便调整所述轴之一的扭转刚度和旋转惯性中的至少一个，以使得所述轴之一的扭转模式的频率大体等于所述轴中另一个的所述扭转模式的固有频率。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述轴包括：
联接至涡轮机的第一轴；以及
通过所述联轴器与所述第一轴联接的第二轴。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述联轴器包括：
与所述第一轴的所述末端关联的第一联接部分；以及
与所述第二轴的所述末端关联的第二联接部分，
所述联接元件固定地设置在所述第二联接部分上。
12.根据权利要求9所述的装置，其中所述联接元件机械联接至所述联轴器。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述联接元件包括：
机械联接至所述联轴器的底座环；以及
从所述底座环轴向延伸的保持环，
所述联接元件的外径向表面、所述底座环的轴向表面和所述保持环的内径向表面限定一个环带，
其中所述便携块包括被设置尺寸以配合在所述环带中的环形盘。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述转子系统包括邻近所述联接元件设置的固定元件，所述便携块可支撑式地设置在所述固定元件或所述联接元件上，并且可从所述固定元件和所述联接元件中的一个移动至另一个。
15.根据权利要求9所述的装置，其中所述联接元件压配合至所述联轴器上。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述联接元件包括：
收缩配合至所述联轴器上的底座环，所述底座环包括轴向部分和径向部分，
所述轴向部分的外径向表面和所述径向部分的轴向表面限定一个袋。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述便携块包括被设置尺寸以配合在所述袋中的环形盘。
18.根据权利要求9所述的装置，其中所述联接元件与所述联轴器一体形成。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述联接元件包括：
与所述第一轴的所述末端关联的第一联接部分；
与所述第二轴的所述末端关联的第二联接部分，
所述第一联接部分的轴向表面、所述第二联接部分的轴向表面和所述第二联接部分的径向表面限定一个凹部。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述便携块包括配置用于螺栓固定至所述凹部中的环形盘。
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