CN1570417A - 油膜振荡故障在线消除的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高速旋转机械在线消除油膜振荡的方法和此方法所采用的一些执行机构，工作时通过在线地改变轴颈在轴承中的相对平衡位置，从而改变轴承油膜对轴的作用状态，增加系统的稳定性，进而在线消除油膜振荡，该方法操作简单，效果好，对原始机组改动少，减少由于停机所造成的经济损失，保护设备。
Description
技术领域
本发明涉及旋转机械的油膜振荡故障在线消除的方法及装置。特别地，本发明涉及在线改变轴颈在轴承中的相对平衡位置，从而改变轴承油膜对轴的作用状态，也就是说在轴质量不变的情况下改变轴承承载来消除油膜振荡的一些控制方法；本发明还特别地涉及在线加静载荷的快速响应装置，可在线消除油膜振荡故障。
背景技术
石油石化单位工业的生产是连续性强，系统复杂自动化程度高大型化生产。设备故障停机，甚至发生事故，其代价很大，而且给安全生产带来严重威胁，为了延长生产周期，减少停工检修次数和检修时间，利用旋转机器的振动信号，及时准确地诊断出设备故障，或者在线消除其故障是很重要的。
高速旋转机械的转轴大部分是由油膜滑动轴承支撑的。如果轴承设计或安装不当，旋转机械会出现振动超标或低频振动分量过大等故障，转速过高时，系统甚至会发生严重的油膜振荡故障。有时，即使系统没有发生油膜振荡，但由于系统的稳定裕度较低，一旦外界出现气流激振、碰磨等干扰因素，系统很容易发生失稳故障。由于油膜力的非线性，随着转速的升高和不平衡量的增加，转子轴颈的涡动中心上浮，使得转子系统的稳定性减弱。当旋转机械振动超标及低频振动分量过大或转速过高时，系统发生油膜振荡，油膜振荡往往会在短时间内引起严重的设备事故，是大型高速流体机械(如透平压缩机、汽轮机等)的常见故障。一般都是运行中的某一个(段)转速工况出现，有时是在运行相当一段时间的稳定工况后突然产生的，其来势很猛，瞬间振幅突然升高，局部油膜很快破裂，引起轴颈和轴瓦摩擦，产生强烈的吼叫声。当机组一旦出现此种现象，随后的运行工况逐渐恶劣，使得机组被迫停机重新安装或更换轴瓦有时也是造成轴承或整台机组破坏的原因。据不完全统计，近十年来，采用高温高压蒸汽的汽轮发电机组，包括从国外进口安装的大机组，发生轴系自激振荡主要形式都是油膜涡动或气流激振故障，从而确定了稳定性在转子动力学分析中的重要地位。
但从现有的文献看和治理方法看，主要是停车后处理。不管是刮研轴瓦还是换油或者是增加支承标高，这些方法都需要停机来实现，特别是大型企业要全线停车，影响正常生产，造成很大的经济损失。最理想的办法就是进行在线的消除油膜振荡，不停车时机组正常运行，调整油温可以降低振动，但由于受油冷却器换热面积、冷却水温度及轴瓦温度等因素的限制，不宜作大幅度的调整。而其它在线消除油膜振荡的方法还未见报道。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种在线消除油膜振荡故障的方法，分为以下步骤：检测器检测旋转机械的振动，将它们变换成的振动信号，并将振动信号传送给控制器；控制器接收并分析从检测器出来的振动信号，以确定是否开启电磁执行器装置；电磁执行装置改变轴颈在轴承的相对平衡位置，从而改变轴承油膜对轴的作用状态，从而在线消除油膜振荡故障，执行装置是非接触式的执行装置，通过改变流经执行装置的电流的强度来改变静态电磁力的大小，从而改变轴颈在轴承中的相对平衡位置，改变轴颈在轴承中的相对平衡位置后，系统稳定性增加，还可以在线消除由气流激振、碰磨等引起的失稳故障。
本发明的目的还在于提供一种在线消除油膜振荡故障的装置，该装置包括：一检测器，靠近转子，检测旋转机械的振动，将它们变换成振动信号，并将振动信号传送给控制器；一控制器，与检测器相连，接收并分析从检测器出来的振动信号，通过观测控制器分析的检测信号以确定是否开启电磁执行器装置；电磁执行装置；其特征在于电磁执行装置由定子、转子和电源组成，在定子的铁芯上绕有一组线圈，铁芯和转子是叠片式或非叠片式的，在转子和定子之间有间隙，通电后，该电磁执行装置改变轴颈在轴承的相对平衡位置，从而改变轴承油膜对轴的作用状态，在线消除油膜振荡故障。
本发明的优点是：不必停机可以完成油膜振荡故障的在线消除，可以减小由于停机可造成的经济损失并且保护设备不被破坏。例如用电磁执行器，由于其结构简单，操作方便，由于体积较小，容易找到位置安装并不用较大的改变原装机组，没有其它的不良影响，并且消除油膜振荡的效果显著：图1(a)部分和图1(b)是转子轴承系统发生油膜振荡时的振动情况，此时给电磁执行器通静态电流，产生向下的静载荷，油膜振荡消除，系统又回到了较小振幅的周期运动状态见附图1(c)，油膜振荡故障消除，但是当关掉电磁执行器时，又回到油膜振荡状态见附图1(a)标志的3部分。
附图说明
图1(a)是轴颈振动随时间变化的示意图；
图1(b)是油膜振荡时轴颈涡动轨迹示意图；
图1(c)是加电磁力后轴颈涡动轨迹示意图；
图2是轴颈相对静平衡位置示意图；
图3是电磁执行器的结构示意图；
图4是油膜振荡在线消除方法的控制方框图。
具体实施方式
下面结合附图做详细说明。
图2给出了轴颈的相对平衡位置的示意图，其中w为静载荷，Fe为油膜力的切向力，F为油膜力的法向力，o点表示的是轴瓦的中心位置，o′表示的是轴颈中心相对于轴瓦的位置，对于一个确定的轴承系统，当润滑油粘度及进油压力已给定时，转速和静载荷不变时，o′点相对于轴瓦的位置是不变的，因此称o′为轴颈的相对平衡位置。当静载荷的大小发生变化时，o′的位置也发生变化，并随着w的增加，o′逐渐下降，稳定性越好。当转轴受到某种干扰时(如转轴的不平衡力，轴承工作状况变化等)轴颈的相对平衡位置就会发生变化，当相对平衡位置上升的一定程度时，就可能导致系统的失稳，例如所说的发生的油膜振荡。发生油膜振荡后处理的方式经常是停机后处理，由于停机而造成较大的经济损失。如果在转子运转的状态，在线的增加静载荷或者改变轴颈在轴承中的相对平衡位置，有助于降低轴颈的相对平衡位置，增加稳定性。
为了达到上述目的，本发明采取了下列措施。在转子运转的状态下，经检测发现快到转子发生油膜振荡的瞬间改变轴颈的相对平衡位置，此方法所采用的原理是给系统在线施加一个向下的静载荷，特别的是采用电磁执行装置给系统施加一个向下的电磁恒力。附图3是电磁执行装置的结构示意图，是由定子(包括铁芯1和线圈2)、固定板3、转子4和电源(未示处)组成，固定板3是用来固定定子在转子-轴承系统的结构部分。电磁执行器装置中定子是主要部分，铁芯1和转子4可以由导磁性能优良的材料制成，在铁芯上嵌有一组线圈2，但其原理和电磁轴承相似。转子和定子之间有一定的间隙Δ(气隙)，间隙可调。给线圈2通以静态工作电流，由于磁场的作用，就会产生一个大小不变、方向向下的将转子向下拉的电磁力，对轴承而言，就相当于增加了一部分静载荷或者是改变轴承的相对平衡位置。由于它无需反馈控制系统，可以直接通过改变工作电流的大小来改变电磁力的大小，因此具有稳定可靠的性能，可以在线消除油膜振荡。电磁执行器是一种结构简单，体积小，能耗省，无需反馈控制，性能稳定，且与转子无接触的。由于体积较小，安装位置较容易找到。为保证线圈内所通的电流达到工作要求，在电路中串连一个电位器和一个电流表，用供电电源和电位器调节线圈中电流的大小，就能改变作用在转子上向下的电磁力的大小，也就是改变静载荷的大小。
图4是油膜振荡在线消除方法的控制方框图。油膜振荡在线消除装置由检测器、控制器、电磁执行器装置三部分组成。检测器用来检测旋转机械的振动和转速，将它们变换成的振动信号送给控制器；经控制器分析信号后确定是否开启电磁执行器装置。装置中检测器可选用速度传感器和位移传感器。控制器可采用计算机或单片机。
工作时，测振传感器输出以振动信号经放大采样后送至计算机中，通过观察计算机分析后的电信号或者通过频谱分析仪，看是否产生了油膜振荡，决定是否接通执行装置的电源，也就是给电磁执装置通电，产生电磁力，在线消除了油膜振荡。
上述实施例是为了解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和附加的权利要求的范围内，对本发明进行的修改或改变，都落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1、一种在线消除油膜振荡故障的方法，分为以下步骤：
1)检测器检测旋转机械的振动，将它们变换成振动信号，并将振动信号传送给控制器；
2)控制器接收并分析从检测器出来的振动信号，以确定是否开启电磁执行装置；
3)电磁执行装置改变轴颈在轴承的相对平衡位置，从而改变轴承油膜对轴的作用状态，在线消除油膜振荡故障。
2、根据权利要求1所述的在线消除油膜振荡故障的方法，其特征在于执行装置是非接触式的，通过在线对转子施加静态作用力，从而改变轴承的静载荷及轴颈在轴承中的相对平衡位置。
3、根据权利要求2所述的在线消除油膜振荡故障的方法，其特征在于通过改变流经执行装置的电流的强度来改变静态电磁力的大小。
4、根据权利要求1所述的在线消除油膜振荡故障的方法，其特征在于，改变轴颈在轴承中的相对平衡位置后，系统稳定性增加，可以在线消除由气流激振或碰磨引起的失稳故障。
5、一种在线消除油膜振荡故障的装置，包括：
一检测器，靠近转子，检测旋转机械的振动，将它们变换成振动信号，并将振动信号传送给控制器；
一控制器，与检测器相连，接收并分析从检测器出来的振动信号，通过观测控制器分析的检测信号以确定是否开启一电磁执行装置；
一电磁执行装置；
其特征在于电磁执行装置由定子、转子和电源组成，在定子的铁芯上绕有一组线圈，铁芯和转子是叠片式或非叠片式的，在转子和定子之间有间隙，通电后，该电磁执行装置改变轴颈在轴承的相对平衡位置，从而改变轴承油膜对轴的作用状态，在线消除油膜振荡故障。
6、根据权利要求5所述的在线消除油膜振荡故障的装置，其特征在于电磁执行装置还包括一固定板。
7、根据权利要求5所述的在线消除油膜振荡故障的装置，其特征在于还包括电磁轴承、液压支承或辅助支承。
8、根据权利要求5所述的在线消除油膜振荡故障的装置，其特征在于间隙可调。
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