CN109443642A - 汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统，包括动平衡块、电磁条、径向滑动轴承、非接触式温度传感器和角加速度振动位移传感器；汽轮机转子被径向滑动轴承包围并通过油膜润滑保护在轴承内部旋转；本发明结构简单、实用可靠、自动、精确、动态反馈；当转子系统发生动平衡问题时，具有电磁力的动平衡块，通过圆周均匀布置的角加速度振动位移传感器反馈的高速旋转转子部件的不平衡量信号，与铺设在轴颈上槽中槽以及轴承内圈槽中槽滑道最里表面的圆周电磁条相吸引并开始工作，在径向滑动轴承内圈槽中槽及转子轴颈上的槽中槽所组成的封闭滑道内滑动来调节系统整体的动平衡。
Description
技术领域
本发明属于汽轮机转子动平衡领域，具体涉及一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统。
背景技术
随着现代科学技术的迅猛发展，各行各业对产品的稳定性和使用性能的要求也越来越高，比较典型的就是汽轮机转子的动平衡问题，转子旋转所产生的不平衡离心力与转速的平方成正比，对于高速转子，即使再微小的不平衡量也可能产生非常大的不平衡离心力，引起汽轮机的振动过大、轴承磨损等故障，进而造成严重的后果。因此，高速转子系统的不平衡量严重影响着汽轮机组的工作能力和使用寿命。
传统的汽轮机转子系统动平衡工作原理就是通过确定高速转子系统不平衡量的大小和方向，然后在其相反的方向某一半径处加一平衡质量，使附加不平衡量与高速转子系统不平衡量的大小相等、方向相反，以减小或消除高速转子系统的不平衡量，其结构庞大、调节方式复杂，得多次开停机，无法自动调节。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统，解决原有的动平衡装置结构庞大、调节方式复杂的问题。
本发明的技术方案为：一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统，其特征在于：包括具有磁力的动平衡块3、电磁条6、径向滑动轴承10、非接触式温度传感器11和角加速度振动位移传感器7；汽轮机转子被径向滑动轴承包围并通过油膜润滑保护在轴承内部旋转；多个非接触式温度传感器11和非接触式角加速度振动位移传感器7均匀布置于径向滑动轴承末端与转子轴颈9之间，分别用于采集转子不同角度的温度和位移；非接触式温度传感器11和非接触式角加速度振动位移传感器7交叉分布；轴承内圈与转子轴颈对应位置上均设有环形槽中槽滑道；转子轴颈上的槽中槽滑道4以及轴承内圈的槽中槽滑道5最内表面均铺设一圈电磁条6；静止时，三个动平衡块1均匀设置在转子轴颈的槽中槽滑道中并过盈配合连接，动平衡块1处于锁定状态；轴承内圈与转子轴颈的热膨胀系数远大于动平衡块的热膨胀系数，使得转子旋转起来后，动平衡块与转子轴颈实现间隙配合；根据非接触式角加速度振动位移传感器7采集的转子信息控制不同位置的电磁条，使动平衡块旋转到相应位置，实现汽轮机转子在线动平衡调节。
有益效果：本发明克服了原有的动平衡装置结构庞大和控制系统复杂等问题，结构简单、实用可靠、自动、精确、动态反馈；当转子系统发生动平衡问题时，具有电磁力的动平衡块，通过圆周均匀布置4台角加速度振动位移传感器反馈的高速旋转转子部件的不平衡量信号，与铺设在轴颈上槽中槽以及轴承内圈槽中槽滑道最里表面的圆周电磁条相吸引并开始工作，在径向滑动轴承内圈槽中槽及转子轴颈上的槽中槽所组成的封闭滑道内滑动来调节系统整体的动平衡，及时准备来补偿、调整转子不平衡所需的校正量，进而来调节系统动平衡。此技术下的在线动平衡调节系统可在转子工作转速下自动识别不平衡量的大小和相位，并自动完成平衡工作，在线动平衡具有避免频繁开关机试重，提高，同时可根据不同工况等因素的改变而对不平衡量实施自动平衡的优点，并且能够提高轴承的支撑精度、旋转精度、寿命，减少事故的发生，本发明对于今后的汽轮机转子动平衡在线补偿技术具有重要的实际意义。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为径向滑动轴承结构示意图；
图3为汽轮机动平衡块及转子轴颈配合结构示意图；
图4为汽轮机转子轴承端的轴截面上偏心补偿结构剖面示意图。
其中：1-动平衡块、2-径向滑动轴承系统、3-转子、4-转子轴颈上槽中槽、5-径向滑动轴承内圈槽中槽、6-电磁条、7-角加速度振动位移传感器、8-喷油嘴、9-转子轴颈、10-径向滑动轴承、11-非接触式温度传感器。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统，包括动平衡块1、电磁条6和径向滑动轴承系统2；
汽轮机转子系统主要有转子3和设置在转子上的动叶片、主轴、叶轮组成；径向滑动轴承系统2主要由径向滑动轴承10、喷油嘴8、冷却水喷嘴、非接触式温度传感器11、角加速度振动位移传感器7组成；径向滑动轴承10 包括轴承座、轴承盖、对开的上、下轴瓦和双头螺柱、定位销；
所述定位销主要是用来固定径向滑动轴承的上、下轴瓦；
转子被径向滑动轴承包围并通过油膜润滑保护在轴承内部旋转；
四个非接触式温度传感器11和四个非接触式角加速度振动位移传感器 7均匀布置于径向滑动轴承末端与转子轴颈9之间；分别用于采集转子不同角度的温度和位移；非接触式温度传感器11和非接触式角加速度振动位移传感器7交叉分布；
所述冷却水喷嘴与轴承内的管道连接，根据油系统里的温度传感器反馈温度，负责给润滑油冷却；
轴承座安装配合：对开的上、下轴瓦、轴承座、轴承盖安装时应使轴瓦背与轴承座孔接触良好，如不符台要求应以轴承座孔为基准刮厚壁轴瓦，轴瓦剖分面应比轴承座剖分面高出△h，该方案取△h＝0.07mm；轴承表面与轴承座之间接触面积，上轴瓦不得小于40％，下轴瓦不得小于50％，并且接触面积均匀，不允许下轴瓦底部与两侧出现间隙，一旦下轴瓦两侧有间隙，使轴瓦承受到压强增大，就导致很快磨损。该下轴瓦和轴承座之间的接触斑点定为2点/cm，过少会导致轴瓦加剧磨损变形破裂。
轴瓦与轴颈安装配合：所述径向滑动轴承由上、下二块轴瓦组成，为了保持轴承固定不动，下轴瓦与轴承座过盈配合连接，为了防止下轴瓦变形量过大，过盈量值为2道，同时为了保持轴承内圈润滑状态，上、下轴瓦内设有喷油嘴，有来油和回油二路，上、下轴瓦形成的轴承内圈与汽轮机转子之间产生油膜系统，轴承内圈设有环形槽中槽滑道，与转子轴颈上设置的槽中槽滑道4均由数控机床精铣而成。
动平衡盘系统安装：所有材料的形变利用材料热膨胀的方法进行调节，静止时，通过热压机热压方式，三个动平衡块1均匀设置在转子轴颈所设的槽中槽滑道中并过盈配合连接，动平衡块1处于锁定状态，同时为了使动平衡块在滑道里稳定滑动，增加接触面积，分别在转子轴颈9上以及径向滑动轴承10内圈均设计成槽中槽的结构形式，使其与平衡块相切布置，并增加动平衡块与滑道的接触点数，进一步使动平衡块静止时稳定，运动时平稳。如图3所示为汽轮机动平衡块及转子轴颈配合结构示意图。
所述的转子轴颈上槽中槽4以及径向滑动轴承内圈槽中槽5滑道最里表面均铺设一圆周圈的电磁条6，如图2所示为径向滑动轴承结构示意图。
在轴承座上设计通孔接线，用于控制所述的具有电磁力的动平衡块1 及滑道内表面电磁条6的智能化动作。
转子轴颈上的槽中槽4与径向滑动轴承内圈槽中槽5形成封闭的圆周滑道，为国内首创。动平衡块1和封闭滑道组成动平衡盘系统。
工作原理：本发明依据非接触式温度传感器11和角加速度振动位移传感器7采集的两种信号对动平衡盘系统进行实时的主动调节、补充和修正，该修正方法现有技术，不属于本发明的保护范围。如图4为汽轮机转子轴承端的轴截面上偏心补偿结构剖面示意图。
根据实验分析研究，磁力动平衡块所选用的材料为记忆合金钢，所述径向滑动轴承内圈槽中槽及转子轴颈内圈槽中槽的滑道面均选用牌号为 ZChSnSb11-6锡基合金，由于所选用的锡基合金的热膨胀系数记忆合金钢大很多，故能满足转子旋转起来系统温度升高后，动平衡块热变形相对于封闭圆周滑道小很多，所以在滑道滑动时不受滑道阻碍的影响而且经济性能好。并且为增加合金表面硬度和耐磨性，在径向滑动轴承内圈槽中槽及转子轴颈内圈槽中槽所组成的封闭滑道与动平衡块均镀镍。这种材料的搭配，以免温度升高后，引发转子刚度、旋转精度降低，振动增大，产生严重的打滑现象，从而导致轴承内部摩擦力矩迅速增大，动平衡块、轴承立即出现热咬合和烧伤等失效形式。并且这种材料的搭配硬度适当，价格低廉。选方案的选用是因为其具有体积小、位移分辨率极高、响应速度快等优点，故采用具有磁力的动平衡块在滑道里根据旋转部件质量不平衡量而相应滑动，补偿动平衡质量的技术就非常适合汽轮机转子动平衡的要求，并按 GB1031-1983要求，所有接触表面的粗糙度为Ra0.4；
该动平衡盘调节系统由为机械式为纯机械式结构，其核心是圆周均分的三个具有磁力的动平衡块1合金组件，根据质量分布均匀原理，同时为了保持轴承系统2、油系统以及转子3的精密配合，提出了国内领先的技术方案，当转子系统3发生动平衡问题时，具有电磁力的动平衡块1，通过4台角加速度振动位移传感器反馈的高速旋转转子部件的不平衡量，与铺设在轴颈上槽中槽4以及轴承内圈槽中槽5滑道最里表面的圆周电磁条6相吸引并开始工作，在径向滑动轴承内圈槽中槽5及转子轴颈上的槽中槽4所组成的封闭滑道内滑动到超出的振动位移矢量相反的方向来调节系统整体的动平衡，及时准备来补偿、调整转子不平衡所需的校正量，进而来调节系统动平衡。该平衡盘机械结构简单，可靠性非常高；该平衡盘的控制系统主要由磁力系统和电气系统两组成，磁力系统实现驱动平衡盘组件位置调节，方便快捷、动作准确；电气系统实现信号采集、分析及控制信号输出的功能，4台非接触式温度传感器11安装于轴承末端与轴颈之间，4台非接触式角加速度振动位移传感器7也安装于轴承末端与轴颈之间，进而精确控制转子的动平衡。
本机构还具有故障预警功能，当温度或者振动异常，具有磁力的动平衡盘失效时，与温度传感器和振动传感器相连接的信号灯就会亮起并发出警报，及时更换所损坏的动平衡块，降低事故的发生概率。
为了防止下轴承轴瓦变形量过大，过盈量设为2道，同时为了保持轴承内圈润滑状态，上、下轴瓦内设有喷油嘴8，有来油和回油二路，所述的滑道内圈与汽轮机转子之间产生油膜系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统，其特征在于：包括具有磁力的动平衡块(3)、电磁条(6)、径向滑动轴承(10)、非接触式温度传感器(11)和角加速度振动位移传感器(7)；汽轮机转子被径向滑动轴承包围并通过油膜润滑保护在轴承内部旋转；多个非接触式温度传感器(11)和非接触式角加速度振动位移传感器(7)均匀布置于径向滑动轴承末端与转子轴颈(9)之间，分别用于采集转子不同角度的温度和位移；非接触式温度传感器(11)和非接触式角加速度振动位移传感器(7)交叉分布；轴承内圈与转子轴颈对应位置上均设有环形槽中槽滑道；转子轴颈上的槽中槽滑道(4)以及轴承内圈的槽中槽滑道(5)最内表面均铺设一圈电磁条(6)；静止时，三个动平衡块(1)均匀设置在转子轴颈的槽中槽滑道中并过盈配合连接，动平衡块(1)处于锁定状态；轴承内圈与转子轴颈的热膨胀系数远大于动平衡块的热膨胀系数，使得转子旋转起来后，动平衡块与转子轴颈实现间隙配合；根据非接触式角加速度振动位移传感器(7)采集的转子信息控制不同位置的电磁条，使动平衡块旋转到相应位置，实现汽轮机转子在线动平衡调节。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统，其特征在于：径向滑动轴承(10)包括对开的上、下轴瓦。
3.根据权利要求2所述的一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统，其特征在于：上、下轴瓦内设有喷油嘴(8)，有来油和回油二路。
4.根据权利要求3所述的一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统，其特征在于：轴承内的管道连接有冷却水喷嘴，用于根据非接触式温度传感器反馈的温度，负责给润滑油冷却。
5.根据权利要求1所述的一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统，其特征在于：非接触式温度传感器(11)和非接触式角加速度振动位移传感器(7)各有四个且交叉均匀分布。
6.根据权利要求1所述的一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统，其特征在于：转子轴颈上的槽中槽滑道(4)与轴承内圈的槽中槽滑道(5)形成一个封闭的圆周滑道，动平衡块(3)与圆周滑道组成动平衡盘系统。
7.根据权利要求6所述的一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统，其特征在于：根据角加速度振动位移传感器(7)反馈的高速旋转转子部件的不平衡量，动平衡块与电磁条(6)相吸引并开始工作，滑动到超出的振动位移矢量相反的方向来调节整体的动平衡。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统，其特征在于：动平衡块所选用的材料为记忆合金钢，所述轴承内圈槽中槽及转子轴颈内圈槽中槽的滑道面均选用锡基合金。
9.根据权利要求6所述的一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统，其特征在于：在封闭的圆周滑道与动平衡块上均镀镍。
10.根据权利要求1所述的一种汽轮机转子在线动平衡盘主动调节系统，其特征在于：当温度或者振动异常，具有磁力的动平衡盘失效时，与温度传感器和振动传感器相连接的信号灯就会亮起并发出警报。
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