CN117889735A - 一种透平转子的轴向位置监测结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透平转子的轴向位置监测结构，透平转子一端设有锁紧挡圈，锁紧挡圈一侧设有与透平转子同轴心的磁轴承壳体，磁轴承壳体靠近锁紧挡圈一侧连接有保护轴承座，保护轴承座内设有保护轴承，保护轴承与锁紧挡圈之间间隙配合，轴向位置监测结构包括设置在磁轴承壳体内的电感式传感器及设置在保护轴承座外的电涡流胀差传感器；电涡流胀差传感器和电感式传感器与轴承控制器连接；电感式传感器用于监测透平转子轴向位置和轴向振动；电涡流胀差传感器用于测量锁紧挡圈与保护轴承之间的轴向间隙值，当轴向间隙值超过预设值时，触发轴承控制器内的警报器。本发明能保证转子轴向位置及轴向振动的稳定性又保障了保护轴承轴向小间隙的安全性。

Description

一种透平转子的轴向位置监测结构

技术领域

本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种透平转子的轴向位置监测结构。

背景技术

磁轴承因为无油、静音、损耗小、便于维护受到越来越多的关注和应用。而磁轴承主要依靠其中传感器部件对转子轴向和径向位置的测量数据进行运行控制，由于磁轴承的运行控制要求较高，对传感器部件测量数据的准确性要求也高。

目前位移传感器的形式主要包含两类：电感式和电涡流式。其中，电涡流传感器在油轴承透平设备上使用广泛。电感式则相对应用较少，但是电感式具有抗电磁干扰能力强的优点，故在磁轴承透平设备上具有独特的优势。电感式传感器对轴向位移的测量方式和电涡流的完全不同，其要求所测量转轴具备独特的材质，且由于电磁轴承结构本身的限制，电感式传感器往往布置在径向轴承和推力轴承附近。不同于油轴承所用电涡流传感器直接测取推力盘的轴向位置，磁轴承对转子轴向位置的控制其实是基于保护轴承最小轴向间隙，即要控制保护轴承左右轴向间隙处于安全值。如图1所示，透平转子1的左端同轴心设有锁紧挡圈11，锁紧挡圈11的右侧设有与透平转子1同轴心的磁轴承壳体2，磁轴承壳体2靠近锁紧挡圈11一侧固定连接有保护轴承座3以及设置在保护轴承座3内壁的保护轴承31，保护轴承31与锁紧挡圈11之间间隙配合。具体地，保护轴承31间隙设置在锁紧挡圈11的右侧，锁紧挡圈11的右侧与保护轴承31的左侧之间的间隙为左侧轴向间隙A，保护轴承31的右侧与透平转子1的台阶壁之间的间隙为右侧轴向间隙B。当透平转子1开始运转时，由于鼓风以及热传导等因素会导致透平转子1温度逐渐升高，而保护轴承座3及磁轴承壳体2等定子部件由于拥有水冷条件，温度相对较低，从而使得透平转子1的膨胀比轴承轴向定子的轴向膨胀量大，引起保护轴承31的左侧轴向间隙A的间隙变小、右侧轴向间隙B的间隙变大，进而导致保护轴承31与透平转子1上的锁紧挡圈11之间有轴向碰磨的风险。

在实际使用时，由于受到结构设计的限制，往往电感式传感器所测量位置距离保护轴承位置还有一定距离，因而容易造成传感器测量数据和保护轴承实际的轴向间隙产生一定的偏差，特别对于个别由于结构设计需要，保护轴承设计间隙较小，电感式传感器距离保护轴承较远的案例，往往因为透平转子和轴向轴承定子的热胀差，造成保护轴承单侧间隙减小而电感式传感器未能有效识别进而引起轴承设备发生碰磨等意外。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种能检测透平转子的轴向位置、轴向振动，又可以监测保护轴承处的轴向间隙的一种透平转子的轴向位置监测结构。

本发明的技术目的通过下述技术方案实现：

一种透平转子的轴向位置监测结构，所述透平转子一端设有锁紧挡圈，所述锁紧挡圈一侧设有与透平转子同轴心的磁轴承壳体，所述磁轴承壳体靠近锁紧挡圈一侧固定连接有保护轴承座，所述保护轴承座内壁设有保护轴承，所述保护轴承与锁紧挡圈之间间隙配合，所述轴向位置监测结构包括设置在磁轴承壳体内部的电感式传感器以及设置在保护轴承座外部的电涡流胀差传感器；所述电涡流胀差传感器和电感式传感器与轴承控制器连接；所述电感式传感器用于监测透平转子轴向位置和轴向振动；所述轴承控制器通过调整磁轴承壳体内的轴承定子的电流值来限制透平转子轴向位置的变化以及降低轴向振动；所述电涡流胀差传感器用于测量透平转子的锁紧挡圈与保护轴承之间的轴向间隙值，当轴向间隙值超过预设值时，触发轴承控制器内的报警器。

所述磁轴承壳体内从左至右间隔设有第一轴向轴承定子、第二轴向轴承定子和电感式传感器；所述透平转子对应第一轴向轴承定子和第二轴向轴承定子之间设有推力盘；所述保护轴承设置在锁紧挡圈的右侧，所述保护轴承座的左侧通过连接支架连接涡流胀差传感器且涡流胀差传感器设置在锁紧挡圈的左侧；所述电涡流胀差传感器对应锁紧挡圈左端面，所述电涡流胀差传感器用于测量其与锁紧挡圈左端面之间的轴向间距值，当轴向间距值超过预设值时，触发轴承控制器内的警报器。

所述连接支架一端通过紧固螺钉安装于保护轴承座的左侧端面，所述电涡流胀差传感器通过双锁紧螺母安装在连接支架的另一端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1. 本发明的轴向位置监测结构包括设置在磁轴承壳体内部的电感式传感器以及设置在保护轴承座外部的电涡流胀差传感器；其中，电感式传感器可监测透平转子的轴向位置、轴向振动；电感式传感器将测取的转子轴向振动和轴向位置变化数据反馈给轴承控制器，轴承控制器通过调整轴承定子的电流值来限制透平转子轴向位置的变化以及降低轴向振动，确保透平转子在运行过程中不因轴向位置变化剧烈以及轴向振动大引起透平机组轴向故障。电涡流胀差传感器用于测量透平转子的锁紧挡圈与保护轴承之间的轴向间隙值，当轴向间隙值超过预设值时，触发轴承控制器内的报警器，从而引导采取相关处理措施，以保证透平转子的锁紧挡圈与保护轴承之间（保护轴承处）的轴向间隙安全性。正常运行时是电感式传感器起作用起到全自动控制，而当外因引起的电磁轴承运行条件变恶劣而无法通过自身来克服时，通过电感式传感器和电涡流胀差传感器的协同工作，保证转子轴向位置及轴向振动的稳定性又保障了保护轴承轴向小间隙的安全性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中的C部放大图；

附图标记：1—透平转子，11—锁紧挡圈；12—推力盘；

2—磁轴承壳体；21—第一轴向轴承定子；22—第二轴向轴承定子；23—电感式传感器；

3—保护轴承座；31—保护轴承；32—连接支架；

4—电涡流胀差传感器；5—紧固螺钉；6—双锁紧螺母；

A—左侧轴向间隙；B—右侧轴向间隙。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，一种透平转子的轴向位置监测结构，透平转子1一端设有锁紧挡圈11，锁紧挡圈11一侧设有与透平转子1同轴心的磁轴承壳体2，磁轴承壳体2靠近锁紧挡圈11一侧固定连接有保护轴承座3，保护轴承座3内壁设有保护轴承31，保护轴承31与锁紧挡圈11之间间隙配合，轴向位置监测结构包括设置在磁轴承壳体2内的电感式传感器23以及设置在保护轴承座3外部的电涡流胀差传感器4；电涡流胀差传感器4和电感式传感器23与轴承控制器连接；电感式传感器23用于监测透平转子1轴向位置和轴向振动；轴承控制器通过调整磁轴承壳体2内的轴承定子的电流值来限制透平转子1轴向位置的变化以及降低轴向振动；电涡流胀差传感器4用于测量透平转子1的锁紧挡圈11与保护轴承31之间（保护轴承31处）的轴向间隙值，当轴向间隙值超过预设值时，触发轴承控制器内的报警器，即向外部发送故障信号。

如图1所示，透平转子1的左端同轴心固定设有锁紧挡圈11，锁紧挡圈11的右侧设有与透平转子1同轴心的磁轴承壳体2，磁轴承壳体2靠近锁紧挡圈11一侧固定连接有保护轴承座3，保护轴承座3内壁设有保护轴承31，保护轴承31与锁紧挡圈11之间间隙配合。

具体地，保护轴承31间隙设置在锁紧挡圈11的右侧，锁紧挡圈11的右侧与保护轴承31的左侧之间的间隙为左侧轴向间隙A，保护轴承31的右侧与透平转子1的台阶壁之间的间隙为右侧轴向间隙B。磁轴承壳体2内从左至右间隔设有第一轴向轴承定子21、第二轴向轴承定子22和电感式传感器23；透平转子1对应第一轴向轴承定子21和第二轴向轴承定子22之间设有推力盘12。其中，通过设置电感式传感器23可监测透平转子1的轴向位置、轴向振动；推力盘12与第一轴向轴承定子21和第二轴向轴承定子22之间形成配合关系，当电感式传感器23将测取的透平转子1轴向振动和轴向位置变化数据反馈给轴承控制器，轴承控制器通过调整第一轴向轴承定子21和第二轴向轴承定子22的电流值来限制推力盘12，从而限制透平转子1轴向位置的变化以及降低轴向振动，以确保透平转子1在运行过程中不因轴向位置变化剧烈以及轴向振动大引起透平机组轴向故障。

如图1、图2所示，保护轴承31设置在锁紧挡圈11的右侧，保护轴承座3的左侧通过连接支架32连接电涡流胀差传感器4且电涡流胀差传感器4设置在锁紧挡圈11的左侧；电涡流胀差传感器4对应锁紧挡圈11左端面，电涡流胀差传感器4用于测量透平转子1的锁紧挡圈11与保护轴承31之间的轴向间隙值，当轴向间隙值超过预设值时，触发轴承控制器内的报警器，即向外部发送故障信号。

具体地，当透平转子1开始运转时，由于鼓风以及热传导等因素会导致透平转子1温度逐渐升高，而保护轴承座3及磁轴承壳体2等定子部件由于拥有水冷条件，温度相对较低，从而使得透平转子1的膨胀比轴承轴向定子的轴向膨胀量大，引起保护轴承31的左侧轴向间隙A的间隙变小、右侧轴向间隙B的间隙变大， 进而导致保护轴承31与锁紧挡圈11之间有碰磨的风险。

在设置电涡流胀差传感器4后，具体表现为，当左侧轴向间隙A减小，电涡流胀差传感器4与锁紧挡圈11左端面之间的间距会增大；而当右侧轴向间隙B减小时，电涡流胀差传感器4与锁紧挡圈11左端面之间的间距会减小。通过设置电涡流胀差传感器4测量其与锁紧挡圈11左端面之间的轴向间距值，达到测量锁紧挡圈11与保护轴承31之间的轴向间隙值，当电涡流胀差传感器4与锁紧挡圈11左端面之间的轴向间距值达到一定值后，会发出报警（向外部发送故障信号）从而引导采取相关处理措施，以保证透平转子1的锁紧挡圈11与保护轴承31之间的轴向间隙安全性。正常运行时，是电感式传感器23起作用起到全自动控制，而当外因引起的磁轴承运行条件变恶劣而无法通过自身来克服时，通过电感式传感器23和电涡流胀差传感器4的协同工作，保证透平转子1的轴向位置及轴向振动的稳定性；同时又保障了保护轴承31轴向小间隙的安全性，即又保障了透平转子1的锁紧挡圈11与保护轴承31之间的轴向间隙的安全性。

如图1、图2所示，锁紧挡圈11呈L型，其左侧为是竖向段，其右侧为横向段。电涡流胀差传感器4对应锁紧挡圈11的竖向段上部。

如图1所示，连接支架32一端通过紧固螺钉5安装于保护轴承座3的左侧端面，电涡流胀差传感器4通过双锁紧螺母6安装在连接支架32的另一端。在实际使用时， 使用不同的传感器支架能根据具体情况更换电涡流胀差传感器4，提高适用性。通过在锁紧挡圈11的左端面间隔设置电涡流胀差传感器4， 能有效监测锁紧挡圈11与保护轴承31之间的轴向间隙，即监测左侧轴向间隙A和右侧轴向间隙B的间隙大小，以确保透平机组安全运行。

本发明的工作原理如下：

在透平机组正式运行前，先将透平转子1悬浮于正确位置，在进行轴向悬浮时，电感式传感器23测取透平转子1的轴向位置后将信号传递给轴承控制器；轴承控制器再通过调整第一轴向轴承定子21、第二轴向轴承定子22的电流值来达到对推力盘12的吸力调节，从而实现透平转子1轴向的定位。

当透平转子1旋转后，转子上会产生轴向振动，同时由于透平转子1上有气动等干扰力，透平转子1的轴向位置会发生变化，此时电感式传感器23将测取的转子轴向振动和轴向位置变化数据反馈给轴承控制器，轴承控制器通过调整第一轴向轴承定子21、第二轴向轴承定子22的电流值来限制透平转子1轴向位置的变化以及降低轴向振动。

当透平转子1开始运转时，由于鼓风以及热传导等因素会导致透平转子1温度逐渐升高，而保护轴承座3及磁轴承壳体2等定子部件由于拥有水冷条件，温度相对较低，从而使得透平转子1的膨胀比轴承轴向定子的轴向膨胀量大，引起保护轴承31的左侧轴向间隙A的间隙变小、右侧轴向间隙B的间隙变大，进而导致保护轴承31有轴向碰磨的风险。当电涡流胀差传感器4测取的胀差数据达到理论A值的2/3，即当电涡流胀差传感器4与锁紧挡圈11之间的距离变化超过预紧值，便开始报警（向外部发送故障信号），提醒设备有碰磨风险。

当因为外因引起的轴承运行条件变恶劣而无法通过自身来克服时，一方面可以通过调整透平机组的运行条件降低电涡流胀差传感器4所测取的胀差数据，另一方面可通过静态悬浮时将透平转子1进行预偏装，最终实现保护轴承31轴向间隙有效的监测和控制。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种透平转子的轴向位置监测结构，所述透平转子（1）一端设有锁紧挡圈（11），所述锁紧挡圈（11）一侧设有与透平转子（1）同轴心的磁轴承壳体（2），所述磁轴承壳体（2）靠近锁紧挡圈（11）一侧固定连接有保护轴承座（3）,所述保护轴承座（3）内壁设有保护轴承（31），所述保护轴承（31）与锁紧挡圈（11）之间间隙配合，其特征在于，

所述轴向位置监测结构包括设置在磁轴承壳体（2）内部的电感式传感器（23）以及设置在保护轴承座（3）外部的电涡流胀差传感器（4）；

所述电涡流胀差传感器（4）和电感式传感器（23）与轴承控制器连接；

所述电感式传感器（23）用于监测透平转子（1）轴向位置和轴向振动；所述轴承控制器通过调整磁轴承壳体（2）内的轴承定子的电流值来限制透平转子（1）轴向位置的变化以及降低轴向振动；

所述电涡流胀差传感器（4）用于测量透平转子（1）的锁紧挡圈（11）与保护轴承（31）之间的轴向间隙值，当轴向间隙值超过预设值时，触发轴承控制器内的报警器。

2.根据权利要求1所述的透平转子的轴向位置监测结构，其特征在于，所述磁轴承壳体（2）内从左至右间隔设有第一轴向轴承定子（21）、第二轴向轴承定子（22）和电感式传感器（23）；所述透平转子（1）对应第一轴向轴承定子（21）和第二轴向轴承定子（22）之间设有推力盘（12）；

所述保护轴承（31）设置在锁紧挡圈（11）的右侧，所述保护轴承座（3）的左侧通过连接支架（32）连接涡流胀差传感器且涡流胀差传感器设置在锁紧挡圈（11）的左侧；

所述电涡流胀差传感器（4）对应锁紧挡圈（11）左端面，所述电涡流胀差传感器（4）用于测量其与锁紧挡圈（11）左端面之间的轴向间距值，当轴向间距值超过预设值时，触发轴承控制器内的警报器。

3.根据权利要求2所述的透平转子的轴向位置监测结构，其特征在于，所述连接支架（32）一端通过紧固螺钉（5）安装于保护轴承座（3）的左侧端面，所述电涡流胀差传感器（4）通过双锁紧螺母（6）安装在连接支架（32）的另一端。