CN108414929A - 一种空气箔片轴承支承高速电机的转子起飞状态实时检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气箔片轴承支承高速电机的转子起飞状态实时检测装置，联轴器，用于向转子系统传递驱动力，并反馈转子系统的运行状态；电主轴装置，用于提供驱动力，并根据自身输出特性得到轴承转子系统的旋转特性；变频器控制装置，用于控制电主轴的输出特性，并将输出特性实时导出；计算及显示装置，根据变频器控制装置导出的电主轴输出特性，及其输出功率和实时转速，计算转子系统转子运行的实时转矩，并绘制和显示实时旋转力矩图。本发明提供的检测系统，避免了基于空气箔片轴承支撑的转子系统转子未成功起飞而造成盘车或者伤害转子和轴承的情况。本发明还公开了一种包括上述空气箔片轴承支承高速电机的转子起飞状态实时检测装置的空气箔片轴承电机转子起飞状态实时监测系统。
Description
技术领域
本发明涉及空气箔片轴承支承的高速电机领域，更具体的说，涉及一种基于空气箔片轴承支撑的任何高速转子的起飞状态的监测系统，还涉及一种空气箔片轴承高速电机支撑转子起飞状态的监测系统。
技术背景
箔片式气体动压润滑轴承隶属于滑动轴承，在国外已经被应用于高速、无油化涡轮机械领域。与滚动轴承和普通滑动轴承相比，气体箔片轴承能够承受更高的转速、温度且不受润滑系统、冷却系统的限制。与此同时，该轴承以环境空气作为润滑介质，因此可以满足无油化机械的使用要求，而且也更为环保。
箔片式气体动压润滑轴承起飞原理为当转轴作为移动件与轴承内表面形成收敛间隙，且移动件的运动方向是从较大间隙的一侧移动到较小间隙的一侧时，那么进入间隙的气量必然大于流出间隙的气量。进入楔形间隙的过剩气量，必将由进口和出口两处截面被挤出，就产生了一种因压力而驱使的流动，成为压力流。此时楔形间隙中流体的流动将由剪切流和压力流叠加而成，加上气体具有一定可压缩性，因此进口气流的速度曲线呈内凹状，出口呈外凸状。只要环境提供一定粘度的气体介质，且移动件与轴承内表面的相对速度足够大，则流入楔形间隙的流体所产生的动压效应是能够持续稳定存在的，即所说的流体动压润滑楔效应，因此当转子转速达到起飞转速之后，转子就能够顺利起飞。在转子起飞过程中，起始阶段轴承与转子之间形成的是楔形间隙并形成稳定的气膜，所以随着转速的增加，转子与轴承之间的摩擦力矩会迅速增大。随着转速的继续增长，当转速达到起飞转速，轴承与转子间的楔形间隙转变为稳定的气膜，轴承与转子间的润滑变为气体润滑，使得转子的摩擦力矩迅速下降。因此，在正常起飞的转子力矩图中，转子的力矩会出现一个开始急剧增加而后迅速回落的波形。
对于空气箔片轴承支承的高速电机，即使在质量和性能合格的空气箔片轴承支承下，其转子系统也会受到轴承座和电机壳体等零部件的加工和装配影响，致使两支承轴承不对中、安装不到位等问题，使其转子系统难以保证顺利起飞。若不能在高速电机稳速调试前发现并解决加工和安装引起的这些问题，最终会使轴承磨损，甚至会对转子系统或者电机造成严重破坏。但是现在对于此高速设备并没有相关的测量设备来对其起飞状态进行检测。
综上所述，设计空气箔片轴承电机及其支撑转子起飞状态的监测系统具有重大意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种高速电机转子系统起飞测试的方案。本发明的第二个目的在于提供一种高速电机转子系统起飞状态实时检测装置，用于检测高速电机的转子实时力矩。本发明的第三个目的是提供一种空气箔片轴承电机转子起飞状态实时监测系统，用于实时监测并绘制其实时力矩图，将图形与正常起飞的高速转子力矩图进行对比，判断转子是否顺利起飞。
为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：
在转子起飞过程中，起始阶段轴承与转子之间形成的是楔形间隙并形成稳定的气膜，所以随着转速的增加，转子与轴承之间的摩擦力矩会迅速增大。随着转速的继续增长，当转速达到起飞转速，轴承与转子间的楔形间隙转变为稳定的气膜，轴承与转子间的润滑变为气体润滑，使得转子的摩擦力矩迅速下降。因此，在正常起飞的转子力矩图中，转子的力矩会出现一个开始急剧增加而后迅速回落的波，因为是高速电机，转速能够很快达到转子的起飞转速，因此转子的起飞时间非常短，相应的转子起飞力矩波的时间跨度亦非常短。因此要判断高速电机转子系统的起飞状态，关键在于得到其转子的实时力矩图，力矩信息可以通过从电机的控制变频器获得相关参数计算得到，甚至可以通过变频器控制直接获得，将获得的数据通过相关装置进行处理并绘图即可得到电机转子的实时力矩图，再将得到的实时力矩图与正常起飞的转子力矩图进行对比，进而判断转子是否顺利起飞。
为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种高速电机转子系统起飞状态实时检测装置，包括：
联轴器，用于向转子系统传递驱动力，并反馈转子系统的运行状态；
电主轴装置，用于提供驱动力，并根据自身输出特性得到轴承转子系统的旋转特性；
变频器控制装置，用于控制电主轴的输出特性，并将输出特性实时导出；
计算及显示装置，根据变频器控制装置导出的电主轴输出特性，及其输出功率和实时转速，计算转子系统转子运行的实时转矩，并绘制和显示实时旋转力矩图。
优选地，上述的高速电机转子系统起飞状态实时检测装置中，所述的联轴器采用波纹管联轴器，波纹管联轴器具有无间隙,高灵敏度；弹性高,能很好的保护设备；可吸收振动,同时补偿径向,角向和轴向偏差能力强；抗油污,耐腐蚀性强；扭向刚性,顺时针与逆时针回转特性完全相同等优点，能够很好地将电主轴装置与高速电机转子支撑结构进行刚性连接，将电主轴的输出特性准确地传递给转子系统，并将转子的旋转状态反馈到电主轴装置。
优选地，上述的高速电机转子系统起飞状态实时检测装置中，所述的电主轴装置具有转速高、功率大，寿命长等优点，并且其额定转速能够达到转子起飞转速，输出功率能够满足高速电机转子支撑结构转子起飞要求，能够通过变频器控制装置对其进行输出特性控制。
优选地，上述的高速电机转子系统起飞状态实时检测装置中，所述的变频器控制装置能够精准的控制电主轴装置的输出功率和转速，能够对相关的数据或图表进行读取，并且能够与计算及显示装置实现电性连接，将电主轴的实时旋转状态传递到计算及显示装置。
优选地，上述的高速电机转子系统起飞状态实时检测装置中，所述计算及显示装置能够识别变频器控制装置有关于电主轴的输出特性数据，包括输出功率及转速数据，并且根据所得到的数据计算得到电主轴装置的实时转矩(因为电主轴与高速电机转子支撑结构为刚性连接，所以电主轴的旋转特性即为高速电机转子支撑结构的旋转特性)，并绘制出高速电机转子支撑结构的实时转矩图。
优选地，上述的高速电机转子系统起飞状态实时检测装置中，还包括与所述计算及显示装置连接的报警装置，所述的报警装置用于在所述监控装置故障致进行报警提示。
本发明提供的高速电机转子系统起飞状态实时检测装置，包括联轴器，用于向转子系统传递驱动力，并反馈转子系统的运行状态；电主轴装置，用于提供驱动力，并根据自身输出特性得到轴承转子系统的旋转特性；变频器控制装置，用于控制电主轴的输出特性，并将输出特性实时导出；计算及显示装置，根据变频器控制装置导出的电主轴输出特性，及其输出功率和实时转速，计算转子系统转子运行的实时转矩，并绘制显示实时旋转力矩图。
应用本发明提供的高速电机转子系统起飞状态实时检测装置，通过其得到的转子实时旋转力矩图，将其与正常的转自起飞力矩图进行对比，则可以判断转子是否顺利起飞，避免事故的发生以及对高速电机转子支撑结构造成伤害。
为了达到上述第三个目的，本发明提供如下技术方案：
一种空气箔片轴承电机转子起飞状态实时监测系统，其特征在于，包括步骤：
监测电机转子系统的旋转特性；
绘制其工作状态的实时转矩图；
与正常的起飞的转子实时力矩图对比，判断其转子是否顺利起飞，若是，则判断电机转子系统顺利起飞，否则，则判断起飞失败，进行报警。
优选地，上述的空气箔片轴承电机转子起飞状态实时监测系统，所述的电机转子系统旋转特性，具体包括：
读取电机转子系统的输出功率及实时转速。
本发明提供的空气箔片轴承电机转子起飞状态实时监测系统，能够实时监测基于空气箔片轴承支撑的转子系统转子的运行状态，读取转子的旋转特性，绘制转子的实时力矩图，将其与正常的转子起飞力矩图进行对比，则可以判断转子是否顺利起飞，避免事故的发生以及对高速电机转子支撑结构造成破害。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的空气箔片轴承支承高速电机的转子起飞状态实时检测装置一种具体实施方式的结构示意图；
图2为发明所提供的空气箔片轴承电机转子起飞状态实时监测系统一种具体实施方式的流程示意图。
图3为本发明所提供的空气箔片轴承支承高速电机的转子起飞状态实时检测装置与之对比的转子正常起飞转子力矩图。
附图中标记如下：
高速电机转子支撑结构101，联轴器102，电主轴装置103，变频器控制装置104，计算及显示装置105；图中各装置连接线中，粗实线为刚性连接，带箭头的细实线为电性连接。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种空气箔片轴承支承高速电机的转子起飞状态实时检测装置，用于检测基于空气箔片轴承支撑的转子系统其转子的运行状态，观测其是否顺利起飞运行，避免造成盘车或者伤害轴承转子机构。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明所提供的空气箔片轴承支承高速电机的转子起飞状态实时检测装置一种具体实施方式的结构示意图。
在一种具体实施方式中，本发明提供的空气箔片轴承支承高速电机的转子起飞状态实时检测装置包括高速电机转子支撑结构101，联轴器102，电主轴装置103，变频器控制装置104，计算及显示装置105。其中高速电机转子支撑结构101与联轴器102以及电主轴装置103之间为刚性连接，而电主轴装置103，变频器控制装置104以及计算及显示装置105之间为电性连接。
其中高速电机转子支撑结构101代表需要进行起飞监测的基于空气箔片轴承支撑的高速电机转子结构，通过联轴器102与电主轴装置103之间进行刚性连接，使得电主轴装置103能够通过联轴器102为高速电机转子支撑结构101提供旋转所需的能量，同时因为之间为刚性连接，因此高速电机转子支撑结构101的旋转状态能够准确的反馈到电主轴装置103，及电主轴装置103的实时转速和输出功率与高速电机转子支撑结构101的转子转速和输入功率相等。通过这样的连接就能够将高速电机转子支撑结构101的实时旋转特性传递到电主轴装置103，变为一种可读取的状态。
优选地，为了满足这其中的传递特性，联轴器102一般选用波纹管联轴器，减小因联轴器102造成的数据误差。
电主轴装置103余变频器控制装置104之间进行电性连接，变频器控制装置104对电主轴装置103的输出特性进行实时控制，主要对电主轴装置103的输出功率和输出转速进行精确控制。
优选地，为了保证高速电机转子支撑结构101转子的顺利起飞，电主轴装置103的额定转速必须高于转子能顺利起飞最小转速，且变频器控制装置104对电主轴装置103的控制，必须满足使电主轴装置103的转速尽快达到高速电机转子支撑结构101转子起飞转速的要求。
变频器控制装置104与计算及显示装置105之间为电性连接，变频器控制装置104将电主轴装置103的输出特性包括输出功率，运行转速等实时传出给计算及显示装置105，计算及显示装置105根据从变频器控制104得到的数据进行计算，得到高速电机转子支撑结构101转子的实时力矩数据，并且通关有关软件绘制出高速电机转子支撑结构101转子的实时力矩图，再与图3所示的空气箔片轴承支撑的转子系统转子正常起飞力矩图进行对比，最后判断转子是否顺利起飞。需要说明的是，此处提到的实时力矩通过式T＝9550P/n求得，式中T为转矩，P为功率，n为转速。在图3中可明显看到，在转子起飞过程中，其转矩首先会急速上升并迅速下降，图中t1与t2之间的时间差很小一般不超过3s，其时间差的长短以及力矩的变化是判断转子是否顺利起飞的关键，同样的在转子停机过程中也会有相应的变化趋势，如图3中t3～t4所示。
优选地，由于变频器控制装置104所选的变频器不同，在其中得到的数据可能会有差异，有的是频率和功率，有的甚至能够直接得到实时转矩并进行输出，本发明所描述的为最为普遍的情况，其他情形亦属于本发明保护的范围。
进一步地，上述空气箔片轴承支承高速电机的转子起飞状态实时检测装置还可以包括与计算与显示装置105电性连接的报警装置，用于在高速电机转子支撑结构101转子未正常起飞的情况下进行报警提示。例如当计算及显示装置105无法接受变频器控制装置104的数据时，则表明电性连接发生故障，控制报警装置进行报警提示，以便于相关人员迅速采取措施。报警装置具体的可以为声光报警器、语音播报器或者蜂鸣器等。
本发明还提供了一种空气箔片轴承电机转子起飞状态实时监测系统，请参阅图2，图2为本发明所提供的空气箔片轴承支承高速电机的转子起飞状态实时检测系统一种具体实施方式的流程示意图。
在一种具体的实施方式中，本发明提供的空气箔片轴承支承高速电机的转子起飞状态实时检测系统的实施过程包括以下步骤：
S1：检测电机转子系统的旋转特性；
S2：绘制转子运行实时转矩图；
S3：判断转子是否顺利起飞；
S4：若是，则判断转子顺利起飞，电机正常运行；
S5：否则，转子起飞失败，应该立马停机进行检查。
具体可以通过变频器控制装置104控制电机运行的功率和转速，并通过变频器控制装置104获得绘制转子运行实时力矩图所需要的相关数据，并将相关数据发送到计算及显示装置105算出电机运行转子的实时力矩，并绘制出电机转子的实时力矩图，与转子正常起飞运行的转子力矩图，图3进行对比，判断转子是否顺利起飞。关于判断是否顺利起飞以及数据提取的相关细节，可以参考上文高速电机转子系统起飞状态实时检测装置的相关表述，此处不再赘述。相关的起飞转速的具体大小可以根据需要进行设定。
进一步地，上述步骤S1具体可以为：
读取电机转子系统的输出功率及实时转速。
也就是说根据得到的输出功率和实时转速值，计算得到转子的实时力矩，并根据数据绘制实时力矩图，与正常起飞状态的实时力矩图进行对比，最后判断转子是否顺起飞，并正常运转。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种空气箔片轴承支承高速电机的转子起飞状态实时检测装置，其特征在于，包括：
联轴器，用于向转子系统传递驱动力，并反馈转子系统的运行状态；
电主轴装置，用于提供驱动力，并根据自身输出特性得到轴承转子系统的旋转特性；
变频器控制装置，用于控制电主轴的输出特性，并将输出特性实时导出；
计算及显示装置，根据变频器控制装置导出的电主轴输出特性，及其输出功率和实时转速，计算转子系统转子运行的实时转矩，并绘制和显示实时旋转力矩图。
2.根据权利要求1所述的空气箔片轴承支承高速电机的转子起飞状态实时检测装置，其特征在于，所述的联轴器采用波纹管联轴器，波纹管联轴器具有无间隙,高灵敏度；弹性高,能很好的保护设备；可吸收振动,同时补偿径向,角向和轴向偏差能力强；抗油污,耐腐蚀性强；扭向刚性,顺时针与逆时针回转特性完全相同等优点，能够很好地将电主轴装置与高速电机转子支撑结构进行刚性连接，将电主轴的输出特性准确地传递给转子系统，并将转子的旋转状态反馈到电主轴装置。
3.根据权利1-2任一项所述的电主轴装置，其特征在于，所述的电主轴装置具有转速高、功率大，寿命长等优点，并且其额定转速能够达到转子起飞转速，输出功率能够满足高速电机转子支撑结构转子起飞要求，能够通过变频器控制装置对其进行输出特性控制。
4.根据权利1、3所述的变频器控制装置，其特在于，所述的变频器控制装置能够精准的控制电主轴装置的输出功率和转速，能够对相关的数据或图表进行读取，并且能够与计算及显示装置实现电性连接，将电主轴的实时旋转状态传递到计算及显示装置。
5.根据权利1、4任一项所述的计算及显示装置，其特征在于，所述计算及显示装置能够识别变频器控制装置有关于电主轴的输出特性数据，包括输出功率及转速数据，并且根据所得到的数据计算得到电主轴装置的实时转矩(因为电主轴与高速电机转子支撑结构为刚性连接，所以电主轴的旋转特性即为高速电机转子支撑结构的旋转特性)，并绘制出高速电机转子支撑结构的实时转矩图。
6.根据权利权利5所述的计算及显示装置，其特征在于。还包括与所述计算及显示装置连接的报警装置，所述的报警装置用于在所述监控装置故障致进行报警提示。
7.一种空气箔片轴承电机转子起飞状态实时监测系统，其特征在于，包括步骤：
监测电机转子系统的旋转特性；
绘制其工作状态的实时转矩图；
与正常的起飞的转子实时力矩图对比，判断其转子是否顺利起飞，若是，则判断电机转子系统顺利起飞，否则，则判断起飞失败，进行报警。
8.根据权利要求7所述的空气箔片轴承电机转子起飞状态实时监测系统，其特征在于，所述的电机转子系统旋转特性，具体包括：
读取电机转子系统的输出功率及实时转速。
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