CN117823566A - 一种用于转子系统的挤压油膜阻尼器主动控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于转子系统的挤压油膜阻尼器主动控制系统，包括转子系统、数据采集模块、开关控制模块、驱动开关、油泵、油箱，其中转子系统包括：转盘、转轴、轴承、轴承座和挤压油膜阻尼器。数据采集模块采集转盘的径向振动，同时与开关控制模块连接；驱动开关与开关控制模块相连，油泵与驱动开关相连，油箱和油泵、油泵与轴承座、轴承座和油箱之间通过管道进行连接。当转子系统的振动幅值超过振动阈值的上限，开关控制模块会给驱动开关一个开启信号，驱动开关开启使油泵通电起动供油，使挤压油膜阻尼器发挥减振作用；反之则使油泵关闭停止减振。本发明将传统的挤压油膜阻尼器由被动式振动控制变为主动式振动控制，实现振动精准抑制的同时降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于转子系统的挤压油膜阻尼器主动控制系统，属于旋转机械振动控制技术领域。
背景技术
挤压油膜阻尼器作为一种阻尼减振装置，主要用于航空发动机、汽轮机等旋转设备的振动控制，如图1所示，其工作过程是转轴的横向振动通过轴承传递到挤压油膜阻尼器，油泵以一定的供油压力将油箱中的油(一般为润滑油)从轴承座供油孔供给挤压油膜阻尼器，阻尼器挤压油膜区域的油膜受挤压发生环向流动从而产生黏性阻尼力，此外，润滑油流出挤压油膜区域的时候受到两侧密封圈的阻挡而产生憋压，产生活塞阻尼力，也可以耗散转子系统的振动能量。
挤压油膜阻尼器工作时需要靠油泵供给一定压力的润滑油，润滑油不断地在挤压油膜阻尼器与油箱之间循环流动，油泵不停地运行，造成了电能的浪费。润滑油在循环一定次数后由于物理性质的变化，也需要进行更换。
由于制造和安装的误差，转子系统一般在经过临界转速时存在较大的振动，此外，当转子系统运行过程中出现不对中、摩碰等机械故障时，也会出现较大的振动。但大部分时间内转子系统是能够稳定运行的，只有当转子系统的振动较大时，才需要挤压油膜阻尼器发挥阻尼减振作用。因此，转子系统全工作周期内不断地通过油泵为挤压油膜阻尼器提供润滑油，不仅造成了电能的浪费，也造成了润滑油的损耗。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于转子系统的挤压油膜阻尼器主动控制系统，将传统的挤压油膜阻尼器由被动式振动控制变为主动式振动控制。从而有针对性地抑制转子系统过临界转速时的振动或因机械故障导致的较大振动，实现振动精准抑制的同时降低能耗。
本发明的技术解决方案是：一种用于转子系统的挤压油膜阻尼器主动控制系统，包括：数据采集模块、开关控制模块、驱动开关、油泵、油箱；其中转子系统包括：转盘、转轴、轴承、轴承座和挤压油膜阻尼器；其中：
转盘套装在转轴的中间位置，转轴两端安装有轴承，用于支承转轴和转盘；轴承安装在轴承座中，挤压油膜阻尼器安装在轴承座和轴承之间；
油泵和油箱通过管道相连，油泵通过供油管路与轴承座的供油孔连接，轴承座的出油孔通过出油管路和油箱连接；
数据采集模块用于测量转盘的径向振动，并将测量到的振动幅值数据送入开关控制模块，开关控制模块比较振动阈值和测量得到的振动幅值的大小，根据比较结果给驱动开关发送开启或关闭信号，通过驱动开关控制油泵的通电起动和断电停止。
优选的，开关控制模块中设置有控制油泵起动和关闭的振动阈值：
当转子系统的振动幅值超过振动阈值的上限，开关控制模块会给驱动开关一个开启信号，驱动开关开启使油泵通电起动，将油箱中的润滑油送入轴承座的供油孔，之后润滑油进入挤压油膜阻尼器，挤压油膜阻尼器发挥阻尼减振作用，使转子系统的振动值降低；润滑油从挤压油膜阻尼器流出后，从轴承座的出油孔返回油箱；
当转子系统的振动幅值低于振动阈值的下限时，开关控制模块会给驱动开关一个关闭信号，驱动开关关闭使油泵断电停止供油，挤压油膜阻尼器停止发挥作用。
优选的，开关控制模块给驱动开关发送开启信号的过程为：开关控制模块生成一个数字信号，经过数模转换后发送给驱动开关，驱动开关为继电器类产品。
优选的，开关控制模块中控制油泵起动和关闭的振动阈值需要根据转子的结构参数和运行参数计算确定。
优选的，挤压油膜阻尼器的阻尼系数与阻尼器的结构参数和油泵的供油压力有关，供油压力越大，阻尼系数越大。
优选的，轴承为滚动轴承或滑动轴承。
优选的，数据采集模块中采用振动位移传感器测量转盘的径向振动。
优选的，转盘代表旋转设备的负载。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明通过开关控制程序和驱动开关，实现油泵工作过程的主动控制，使挤压油膜阻尼器只在转子系统振幅较大的时候发挥作用，可以更高效、节能地达到控制转子系统振动的目的，避免电能的浪费和润滑油的损耗。
(2)本发明和原有技术相比，只是增加了一个开关控制程序和油泵驱动开关，即可将挤压油膜阻尼器由被动式振动控制装置变为主动控制装置，原理简单，没有其他的冗杂结构。
(3)油泵起动和关闭的振动阈值可以根据转子运行的具体要求进行设定，设定后系统即可根据此值进行驱动开关的主动控制，无需人为干预。
附图说明
图1为挤压油膜阻尼器结构图；
图2为转子系统用挤压油膜阻尼器主动控制方案示意图；
具体实施方式
图1为挤压油膜阻尼器结构图，图中1为供油孔，2为密封圈，3为轴承，4为转轴，5为挤压油膜区域。
如图2所示，一种用于转子系统的挤压油膜阻尼器主动控制系统，包括：转子系统、数据采集模块11、开关控制模块12、驱动开关13、油泵9、油箱10；转子系统包括：转盘6、转轴4、轴承3、轴承座7和挤压油膜阻尼器8。其中转盘6代表旋转设备的负载，例如燃气轮机的叶轮盘。转盘6对称安装在转轴4中间，转轴4两端安装有轴承3，用于支承转轴4和转盘6，这里的轴承3可以是滚动轴承或滑动轴承。轴承3安装在轴承座7中，轴承座7是整个转子系统的基础。挤压油膜阻尼器8一般安装在轴承座7和轴承3之间。
油泵9和油箱10、油泵9与轴承座7、轴承座7和油箱10之间通过管道进行连接，用于输送润滑油。
数据采集模块11中的振动位移传感器一般安装在转盘6的径向方向，用于采集转盘6的径向振动；数据采集模块11同时也与开关控制模块12连接；驱动开关13与开关控制模块12相连；油泵9与驱动开关13相连。
转子系统运行过程中，其振动幅值由数据采集模块11进行实时测量和处理，然后转子系统的振幅数据进入开关控制模块12，开关控制模块12中设置有油泵起动和关闭的振动阈值，实时测量的转子系统的振动幅值和振动阈值进行对比，当转子系统的振动幅值超过振动阈值的上限，开关控制模块12会给驱动开关13一个开启信号，这个过程一般是开关控制模块12给出一个数字信号，然后经过数模转换后给驱动开关13，驱动开关13可以是继电器之类的产品。驱动开关13开启使油泵9通电后起动，将油箱10中的润滑油以一定的压力送入轴承座7的供油孔，之后润滑油进入挤压油膜阻尼器8。挤压油膜阻尼器8发挥阻尼减振作用，使转子系统的振动幅值降低。润滑油从挤压油膜阻尼器8流出后，最后从轴承座7的出油孔返回油箱10。
当转子系统的振动幅值低于振动阈值的下限时，开关控制模块12会给驱动开关13一个关闭信号，使得油泵断电停止为挤压油膜阻尼器供给定压的润滑油，挤压油膜阻尼器停止发挥作用。
油泵起动和关闭的振动阈值需要根据转子的结构参数和运行参数计算后确定，不是固定值，也没有具体的范围。
挤压油膜阻尼器8的阻尼系数与阻尼器的结构参数和油泵的供油压力有关，一般是供油压力越大，阻尼系数越大。因此，转子系统需要多大阻尼系数的挤压油膜阻尼器，即挤压油膜阻尼器8需要多大的供油压力，也是需要通过计算后确定的，不是固定值，也没有具体的范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种用于转子系统的挤压油膜阻尼器主动控制系统，其特征在于：包括数据采集模块(11)、开关控制模块(12)、驱动开关(13)、油泵(9)、油箱(10)；其中转子系统包括：转盘(6)、转轴(4)、轴承(3)、轴承座(7)和挤压油膜阻尼器(8)；其中：
转盘(6)套装在转轴(4)的中间位置，转轴(4)两端安装有轴承(3)，用于支承转轴(4)和转盘(6)；轴承(3)安装在轴承座(7)中，挤压油膜阻尼器(8)安装在轴承座(7)和轴承(3)之间；
油泵(9)和油箱(10)通过管道相连，油泵(9)通过供油管路与轴承座(7)的供油孔连接，轴承座(7)的出油孔通过出油管路和油箱(10)连接；
数据采集模块(11)用于测量转盘(6)的径向振动，并将测量到的振动幅值数据送入开关控制模块(12)，开关控制模块(12)比较振动阈值和测量得到的振动幅值的大小，根据比较结果给驱动开关(13)发送开启或关闭信号，通过驱动开关(13)控制油泵(9)的通电起动和断电停止。
2.根据权利要求1所述的一种用于转子系统的挤压油膜阻尼器主动控制系统，其特征在于：开关控制模块(12)中设置有控制油泵起动和关闭的振动阈值：
当转子系统的振动幅值超过振动阈值的上限，开关控制模块(12)会给驱动开关(13)一个开启信号，驱动开关(13)开启使油泵(9)通电起动，将油箱(10)中的润滑油送入轴承座(7)的供油孔，之后润滑油进入挤压油膜阻尼器(8)，挤压油膜阻尼器(8)发挥阻尼减振作用，使转子系统的振动值降低；润滑油从挤压油膜阻尼器(8)流出后，从轴承座(7)的出油孔返回油箱(10)；
当转子系统的振动幅值低于振动阈值的下限时，开关控制模块(12)会给驱动开关(13)一个关闭信号，驱动开关(13)关闭使油泵(9)断电停止供油，挤压油膜阻尼器(8)停止发挥作用。
3.根据权利要求2所述的一种用于转子系统的挤压油膜阻尼器主动控制系统，其特征在于：开关控制模块(12)给驱动开关(13)发送开启信号的过程为：开关控制模块(12)生成一个数字信号，经过数模转换后发送给驱动开关(13)，驱动开关(13)为继电器类产品。
4.根据权利要求2所述的一种用于转子系统的挤压油膜阻尼器主动控制系统，其特征在于：开关控制模块(12)中控制油泵(9)起动和关闭的振动阈值需要根据转子的结构参数和运行参数计算确定。
5.根据权利要求2所述的一种用于转子系统的挤压油膜阻尼器主动控制系统，其特征在于：挤压油膜阻尼器(8)的阻尼系数与阻尼器的结构参数和油泵(9)的供油压力有关，供油压力越大，阻尼系数越大。
6.根据权利要求1所述的一种用于转子系统的挤压油膜阻尼器主动控制系统，其特征在于：轴承(3)为滚动轴承或滑动轴承。
7.根据权利要求1所述的一种用于转子系统的挤压油膜阻尼器主动控制系统，其特征在于：数据采集模块(11)中采用振动位移传感器测量转盘(6)的径向振动。
8.根据权利要求1所述的一种用于转子系统的挤压油膜阻尼器主动控制系统，其特征在于：转盘(6)代表旋转设备的负载。
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