CN112610603A - 磁悬浮转子起浮控制方法和控制装置、磁悬浮轴承 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种磁悬浮转子起浮控制方法和控制装置、磁悬浮轴承。该磁悬浮转子起浮控制方法包括：获取辅助轴承(1)的单边最大形变游隙△x；获取转子起浮位移量δ；计算转子(2)自适应起浮的初始位置s＝△x+δ，其中0＜δ＜(x0‑D)/2，其中x0为辅助轴承(1)的设计间隙，D为转子(2)直径。根据本申请的磁悬浮转子起浮控制方法，能够实现转子自适应起浮，保证在第一次起浮转子就能够完全脱离辅助轴承，避免了引发振动导致损坏转子和辅助轴承。

Description

磁悬浮转子起浮控制方法和控制装置、磁悬浮轴承

技术领域

本申请涉及磁悬浮技术领域，具体涉及一种磁悬浮转子起浮控制方法和控制装置、磁悬浮轴承。

背景技术

辅助轴承作为一种高精密轴承，是磁悬浮轴承系统中的重要组成部分，在保护转子方面起着至关重要的作用。其中，辅助轴承的游隙与其使用性能密切相关，如果游隙过大将降低轴承—转子系统刚度，增加转子振动噪声；如果游隙过小，会使摩擦力增大，产生热量增加，加剧轴承磨损，甚至会磨损转子，失去保护作用。由于厂家、制造工艺等差异，不同轴承的最佳工作游隙区间往往差别较大，由于磁悬浮压缩机对转子的悬浮精度要求高，达到微米级别，游隙差异过大影响磁悬浮压缩机生产一致性，大大降低系统可靠性。

目前磁悬浮控制系统中，使用较多的起浮方式是软起浮，传统的软起浮初始位置靠测量和经验设定，起浮位置固定。在理想情况下，转子起浮瞬间应从辅助轴承完全脱离，但实际使用中，转子大小不同，压缩辅助轴承的形变量也不同，而在轴起浮的瞬间，辅助轴承的形变会恢复，传统单一的起浮方式，不能使转子完全脱离辅助轴承，容易引发强烈振动，导致起浮失败，不仅损伤转子和辅助轴承，同时降低系统稳定性和可靠性。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种磁悬浮转子起浮控制方法和控制装置、磁悬浮轴承，能够实现转子自适应起浮，保证在第一次起浮转子就能够完全脱离辅助轴承，避免了引发振动导致损坏转子和辅助轴承。

为了解决上述问题，本申请提供一种磁悬浮转子起浮控制方法，包括：

获取辅助轴承的单边最大形变游隙△x；

获取转子起浮位移量δ；

计算转子自适应起浮的初始位置s＝△x+δ，其中0＜δ＜(x0-D)/2，其中x0为辅助轴承的设计间隙，D为转子直径。

优选地，获取辅助轴承的单边最大形变游隙△x的步骤包括：

获取辅助轴承的实际最大间隙x；

获取辅助轴承的设计间隙x0；

计算辅助轴承的单边最大形变游隙△x＝(x-x0)/2。

优选地，获取辅助轴承的实际最大间隙x的步骤包括：

获取位移传感器的采样信号；

获取转子运动至距离位移传感器最远位置时的下极限位置与位移传感器之间的最大间距x1；

获取转子运动至距离位移传感器最近位置时的上极限位置与位移传感器之间的最小间距x2；

根据最小间距x1和最大间距x2对辅助轴承的实际最大间隙x进行计算，其中x＝x1-x2。

优选地，磁悬浮转子起浮控制方法还包括：

获取辅助轴承的设定游隙范围；

判断单边最大形变游隙△x是否位于设定游隙范围内；

若位于设定游隙范围内，判断辅助轴承合格；

若位于设定游隙范围外，则判断辅助轴承不合格。

优选地，磁悬浮转子起浮控制方法还包括：

若判断辅助轴承合格，则进入获取转子起浮位移量δ的步骤；

若判断辅助轴承不合格，则更换辅助轴承并进入到获取转子运动至距离位移传感器最远位置时的最大间距x1的步骤。

根据本申请的另一方面，提供了一种磁悬浮转子起浮控制装置，包括：

辅助轴承；

转子，套设在辅助轴承内；

检测单元，用于检测转子的向上运动极限位置和向下运动极限位置；

控制单元，与检测单元和转子连接，接收检测单元的检测数据，并根据检测数据控制转子的起浮除湿位置。

优选地，检测单元设置在转子的正上方或正下方。

优选地，转子的正上方和正下方分别设置有检测单元。

根据本申请的另一方面，提供了一种磁悬浮轴承，包括上述的磁悬浮转子起浮控制装置。

本申请提供的磁悬浮转子起浮控制方法，包括：获取辅助轴承的单边最大形变游隙△x；获取转子起浮位移量δ；计算转子自适应起浮的初始位置s＝△x+δ，其中0＜δ＜(x0-D)/2，其中x0为辅助轴承的设计间隙，D为转子直径。通过上述的转子起浮控制方法，能够有效解决传统起浮位置单一的问题，经过自适应算法计算得出起浮初始位置，以保证在第一次起浮转子就能够完全脱离辅助轴承，降低因起浮振动而导致损坏转子和辅助轴承的风险，极大提高了磁悬浮压缩机可靠性。

附图说明

图1为本申请实施例的磁悬浮转子起浮控制装置检测转子最大位移时的辅助轴承状态图；

图2为本申请实施例的磁悬浮转子起浮控制装置检测转子最小位移时的辅助轴承状态图；

图3为本申请实施例的磁悬浮转子起浮控制装置的辅助轴承设计间隙图；

图4为本申请实施例的磁悬浮转子起浮控制装置的辅助轴承实际最大间隙图；

图5为本申请实施例的磁悬浮转子起浮控制装置的辅助轴承游隙恢复图；

图6为本申请实施例的磁悬浮转子起浮控制装置的转子起浮初始位置图；

图7为本申请实施例的磁悬浮转子起浮控制方法流程图。

附图标记表示为：

1、辅助轴承；2、转子；3、检测单元。

具体实施方式

结合参见图1至图7所示，根据本申请的实施例，磁悬浮转子起浮控制方法包括：获取辅助轴承1的单边最大形变游隙△x；获取转子起浮位移量δ；计算转子2自适应起浮的初始位置s＝△x+δ，其中0＜δ＜(x0-D)/2，其中x0为辅助轴承1的设计间隙，D为转子2直径。

通过上述的转子起浮控制方法，能够有效解决传统磁悬浮转子起浮位置单一的问题，经过自适应算法计算得出起浮初始位置，以保证在第一次起浮转子就能够完全脱离辅助轴承1，降低因起浮振动而导致损坏转子2和辅助轴承1的风险，极大提高了磁悬浮压缩机可靠性。

获取辅助轴承1的单边最大形变游隙△x的步骤包括：获取辅助轴承1的实际最大间隙x；获取辅助轴承1的设计间隙x0；计算辅助轴承1的单边最大形变游隙△x＝(x-x0)/2。

获取辅助轴承1的实际最大间隙x的步骤包括：获取位移传感器的采样信号；获取转子2运动至距离位移传感器最远位置时的下极限位置与位移传感器之间的最大间距x1；获取转子2运动至距离位移传感器最近位置时的上极限位置与位移传感器之间的最小间距x2；根据最小间距x1和最大间距x2对辅助轴承1的实际最大间隙x进行计算，其中x＝x1-x2。

磁悬浮转子起浮控制方法还包括：获取辅助轴承1的设定游隙范围；判断单边最大形变游隙△x是否位于设定游隙范围内；若位于设定游隙范围内，判断辅助轴承1合格；若位于设定游隙范围外，则判断辅助轴承1不合格。

磁悬浮转子起浮控制方法还包括：若判断辅助轴承1合格，则进入获取转子起浮位移量δ的步骤；若判断辅助轴承1不合格，则更换辅助轴承1并进入到获取转子2运动至距离位移传感器最远位置时的最大间距x1的步骤。

辅助轴承1在设计时本身自带一定设计误差，转子2落在辅助轴承1上时，重力挤压辅助轴承1，使得辅助轴承1的游隙产生形变，因此需要检测出辅助轴承的实际间隙，根据转子2在辅助轴承1内的最大运动位置以及实际间隙来确定辅助轴承1的最大游隙，然后可以根据该最大游隙与转子起浮位移量δ来确定转子起浮的初始位置。

结合参见图1和图2所示，为检测转子2位移时的轴承状态图，可以利用位移传感器来检测转子2在任意同一径向方向上相对于位移传感器的最大位移及最小位移，当转子处在最大位移位置和最小位移位置时，辅助轴承2的内圈都会压缩气隙有轻微的形变量；同时在检测最大位移位置和最小位移位置时，记录转子2运动至距离位移传感器最远位置时的下极限位置与位移传感器之间的最大间距x1和转子2运动至距离位移传感器最近位置时的上极限位置与位移传感器之间的最小间距x2，如附图4所示，虚线表示在检测最大和最小间距时辅助轴承1的内圈所在的位置，因此保护轴承实际最大间隙即为最大间距与最小间距的差值。

附图3为辅助轴承1的设计间隙，也即辅助轴承在不受任何外力状态下的间隙，该设计间隙记为x0；附图5为转子2在起浮后辅助轴承1内圈的恢复量，最大恢复量记为Δx，也即单边最大形变游隙；附图6为转子起浮的初始位置，为了保证完全脱离辅助轴承，设定初始位置在辅助轴承恢复后内圈的δ处。

有了上述参数，就可以根据上述的参数计算得出转子2自适应起浮的初始位置s。

上述的转子起浮位移量δ可以根据转子2的大小进行适度调整，保证转子的起浮位置合适。δ可以由经验公式获得，或者是通过辅助轴承参数结合转子参数计算确定，也可以直接通过网络获取到最佳的转子起浮位移量δ。

由于辅助轴承1在出厂时均有相应的游隙设计数值，因此，需要根据计算出的实际游隙来判断该辅助轴承1是否在游隙设计数值范围内，进而判断该辅助轴承是否合格，若不合格，则需要更换辅助轴承，若是合格，则可以采用该辅助轴承1来实现转子2的起浮动作。

若辅助轴承1的设计游隙为d，误差范围为±ε，则辅助轴承1的合格游隙范围为(d-ε,d+ε)，单边最大形变游隙Δx若在该范围内，则说明辅助轴承1合格，若在该范围外，则说明辅助轴承1不合格。

通过对采用已知技术的转子起动过程的波形进行模拟，并对采用本申请的控制方法进行转子起动过程的波形进行模拟，可以明确看出，采用已知技术进行起动时，在起浮的第一段位置振动比较大，转子没有完全脱离辅助轴承，而通过采用本申请的自适应起浮方法进行起浮的转子波形可以看出，转子起浮比较平稳，几乎没有波动。

结合参见图1至图6所示，根据本申请的实施例，磁悬浮转子起浮控制装置包括：辅助轴承1；转子2，套设在辅助轴承1内；检测单元3，用于检测转子2的向上运动极限位置和向下运动极限位置；控制单元，与检测单元3和转子2连接，接收检测单元3的检测数据，并根据检测数据控制转子2的起浮初始位置。

检测单元3设置在转子2的正上方或正下方，可以实现对于转子2的上下位移的单侧测量。

转子2的正上方和正下方分别设置有检测单元3，能够对转子2的位置进行差分采样，提高测量精确度。

检测单元3也可以设置在转子2的其它位置，也能够进行转子2的位移量的测量。

根据本申请的实施例，磁悬浮轴承包括上述的磁悬浮转子起浮控制装置。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种磁悬浮转子起浮控制方法，其特征在于，包括：

获取辅助轴承(1)的单边最大形变游隙△x；

获取转子起浮位移量δ；

计算转子(2)自适应起浮的初始位置s＝△x+δ，其中0＜δ＜(x0-D)/2，其中x0为辅助轴承(1)的设计间隙，D为转子(2)直径。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮转子起浮控制方法，其特征在于，获取辅助轴承(1)的单边最大形变游隙△x的步骤包括：

获取辅助轴承(1)的实际最大间隙x；

获取辅助轴承(1)的设计间隙x0；

计算辅助轴承(1)的单边最大形变游隙△x＝(x-x0)/2。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮转子起浮控制方法，其特征在于，获取辅助轴承(1)的实际最大间隙x的步骤包括：

获取位移传感器的采样信号；

获取转子(2)运动至距离位移传感器最远位置时的下极限位置与位移传感器之间的最大间距x1；

获取转子(2)运动至距离位移传感器最近位置时的上极限位置与位移传感器之间的最小间距x2；

根据最小间距x1和最大间距x2对辅助轴承(1)的实际最大间隙x进行计算，其中x＝x1-x2。

4.根据权利要求2所述的磁悬浮转子起浮控制方法，其特征在于，磁悬浮转子起浮控制方法还包括：

获取辅助轴承(1)的设定游隙范围；

判断单边最大形变游隙△x是否位于设定游隙范围内；

若位于设定游隙范围内，判断辅助轴承(1)合格；

若位于设定游隙范围外，则判断辅助轴承(1)不合格。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮转子起浮控制方法，其特征在于，磁悬浮转子起浮控制方法还包括：

若判断辅助轴承(1)合格，则进入获取转子起浮位移量δ的步骤；

若判断辅助轴承(1)不合格，则更换辅助轴承(1)并进入到获取转子(2)运动至距离位移传感器最远位置时的最大间距x1的步骤。

6.一种磁悬浮转子起浮控制装置，其特征在于，包括：

辅助轴承(1)；

转子(2)，套设在所述辅助轴承(1)内；

检测单元(3)，用于检测所述转子(2)的向上运动极限位置和向下运动极限位置；

控制单元，与所述检测单元(3)和所述转子(2)连接，接收所述检测单元(3)的检测数据，并根据检测数据控制所述转子(2)的起浮除湿位置。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮转子起浮控制装置，其特征在于，所述检测单元(3)设置在所述转子(2)的正上方或正下方。

8.根据权利要求6所述的磁悬浮转子起浮控制装置，其特征在于，所述转子(2)的正上方和正下方分别设置有所述检测单元(3)。

9.一种磁悬浮轴承，其特征在于，包括权利要求6至8中任一项所述的磁悬浮转子起浮控制装置。

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