SU1751499A1 - Способ управлени радиальными активными магнитными подшипниками роторной машины и роторна машина - Google Patents

Abstract

Изобретение м.б. использовано в опорах роторных машин. Согласно предлагаемому способу измер ют величину зазоров в подшипниках и между ротором и статором машины в зоне наибольшей деформации ротора . С учетом изменени  зазора в зоне наибольшей деформации ротора регулируют величину тока питани  электромагнитов подшипников. Роторна  машина дл  осуществлени  способа со держит статор, установ- ленный в радиальных активных подшипниках, ротор и систему автоматического регулировани  с датчиками положени  ротора в подшипниках и датчиков положени  ротора в статоре. Зазоры в подшипниках выполн ют большими, чем зазоры между ротором и статором в зоне наибольшей деформации ротора. 2 с.п. ф- лы, 2 ил. (Л с

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности к опорам роторных машин.

В известных технических решени х не предусмотрены средства дл  повышени  надежности работы роторной машины на переходных режимах, когда возможны увеличенные деформации деталей, например, при разогреве машины.

Дл  предотвращени  касани  вращающихс  и неподвижных деталей роторных машин , возможного в результате короблени  корпуса или ротора при разогреве, обычно ограничивают скорость разогрева и предусматривают достаточно большой зазор между детал ми ротора и статора или примен ют разрушаемые элементы уплотнени  проточной части.

Ограничение скорости разогрева снижает маневренность машины, а увеличение зазора в проточной части ухудшает экономичность , в особенности при малых высотах

проточной части, за счет увеличени  протечек .

Различные разрушаемые уплотнени  снижают надежность, дополнительно нагружа  детали, и не обеспечивают стабильности перетечек из-за увеличени  зазора на других режимах.

Известны также различные приемы компенсации изменени  зазора роторной машины при разогреве. Например, способ защиты ротора паровой турбины от контакта с корпусом заключаетс  в установке электронагревател  вокруг кольца диафрагмы и разогрева этого кольца при пуске турбины.

Однако это техническое решение св зано с дополнительными энергозатратами и из-за большой инерционности не эффективно дл  высокооборотных машин специального назначени , предъ вл ющих повышенные требовани  к маневренности.

VI ел

Ј ю о

Известен также способ гашени  колебаний ротора с помощью дополнительного активного магнитнбго подшипника, установленного в зоне увеличени  амплитуды отклонени , при осуществлении которого создают силу, демпфирующую колебани  пропорционально скорости смещени  оси ротора в месте установки дополнительного подшипника.

Однако дл  создани  этого демпфирующего усили  требуютс  соответствующие энергозатраты, и более эффективным дл  большого класса роторных машин оказываетс  увеличение скорости прохождени  зоны увеличенных (резонансных) колебаний.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ управлени  радиальными активными магнитными подшипниками, заключающийс  в измерении зазоров в подшипниках и регулировани  величины тока электропитани  магнитов подшипников по величине изменени  зазоров и скорости изменени  зазоров.

Машина дл  осуществлени  этого способа содержит статор и установленный в радиальных активных магнитных подшипниках ротор систему автоматического регулировани , состо щую из контуров стабилизации/включающих датчики положени  ротора в подшипниках, блоки сигна- лизации,блокисравнени ,

пропорционально-дифференциальные регул торы , усилители мощности и электромагниты .

Однако не обеспечивает необходимой надежности работы на переходных режимах роторной машины, вызывающих увели- ченные деформации, При разогреве, прохождении критических оборотов и в других случа х увеличени  деформаций возможно касание вращающихс  и неподвижных деталей машины, что может привести к аварийной ситуации, в особенности при высоких скорост х вращени .

Цель изобретени  - повышение надежности работы роторной машины путем исключени  касани  ротором статора машины в переходных режимах.

Дл  достижени  поставленной цели при осуществлении способа управлени  радиальными активными магнитными подшипниками роторной машины, включающем в себ  регулирование величины тока питани  электромагнитов подшипников по величине и скорости изменени  зазоров в подшипниках , дополнительно измер ют величину зазора между ротором и статором роторной машины в зоне наибольшей деформации ротора и с учетом изменени  этого зазора

регулируют величину тока питани  электромагнитов подшипников.

В роторной машине, содержащей статор , установленный в радиальных активных

магнитных подшипниках ротор, и систему автоматического регулировани , состо щую из контуров стабилизации, включающих датчики положени  ротора в подшипниках и соединенные с ним блоки

0 сигнализации, блоки сравнени , пропорционально-дифференциальные регул торы, усилители мощности и электромагниты подшипников , зазоры в подшипниках выполнены большими по величине, чем зазоры

5 между ротором и статором машины в зоне наибольшей деформации ротора, а система автоматического регулировани  дополнительно снабжена контурами адаптации, включающими датчики положени  ротора в

0 зоне его наибольшей деформации, вычислитель на основе сумматоров и интегратора, а также делитель напр жени , сопротивлени  ступеней которого пропорциональны рассто ни м между подшипниками и зоной

5 наибольшей деформации ротора, а их выходы соединены с задающими входами блоков сравнени  контуров стабилизации.

Согласно предлагаемому способу удерживаютс  близкими к первоначальным за0 зоры в рабочей части машины за счет перемещени  осей в подшипниках и синхронно компенсирующего вли ни  деформаций деталей машины на зазоры в рабочей части. Дл  этого измер ют зазоры в рабочей

5 части, в зоне наибольшей деформации ротора и вырабатывают дополнительный управл ющий сигнал дл  каждого электромагнита подшипников по изменению зазоров. Удержание величины зазоров рабочей части не0 смотр  на деформацию деталей ротора и статора, позвол ет выполн ть эти зазоры минимальными по возможност м конкретной технологии изготовлени  и сборки машины и в то же врем  обеспечить

5 надежность работы на переходных режимах , когда, например, термические деформации при разогреве или упругие деформации при вибраци х достигают довольно значительных величин.

0 При деформации корпуса корректировка величины тока электромагнитов приводит к сдвигу создаваемого электромагнитного пол  таким образом, что оно удерживает шейки ротора подшипни5 ков в новом положении, смещенном от геометрической оси дл  компенсации деформации.

При деформации ротора соответствующа  корректировка электромагнитов приведет к дополнительному вращению

электромагнитного пол  вслед за вращающейс  изогнутой осью ротора. Так как изменение зазоров в рабочей части стремитс  к нулю, центр т жести остаетс  неподвижным , поскольку зазоры в подшипниках пре- вышают описываемую наружной поверхностью цапфы окружность, энергозатраты на вращение электромагнитного пол  стрем тс  к нулю

В системе автоматического регулировани  имеютс  дополнительные контуры адаптации, подключенные к задающим входам блоков сравнени  контуров стабилизации , что позвол ет осуществить необходимую корректировку величины тока питани  электромагнитов подшипников.

Таким образом, предлагаемый способ не только обеспечивает надежную работу машины, но и позвол ет улучшить ее экономические показатели за счет снижени  перетечек в проточной части газодинамических машин или потерь в зазоре рабочей части электрических машин,

На фиг. 1 представлена схема роторной машины; на фиг. 2 - схема системы автоматического управлени  ее активными магнитными подшипниками.

Роторна  машина содержит статор 1 и вращающийс  ротор 2, образующий со статором рабочую часть (например, изображенный на фиг, 1 лабиринтно-винтовой нагреватель) Ротор 2 установлен на активных магнитных подшипниках с электромагнитами 3-6, размещенными в одной из плоскостей, показаны на фиг. 1.

Машина снабжена внешней системой автоматического регулировани  (САР). В состав САР вход т датчики 7 и 8 зазоров д в подшипниках, датчики 9 и 10 зазоров рабочей части, установленные в наиболее опасном месте (например, на рассто ни х Li и L.2 от соответствующих опор) в зоне наибольшей деформации ротора 2

Эти места установлены расчетом деформаций и (или) измерением рассто ний и до места касани  деталей ротора и статора во врем  проверок и испытаний модели машины, например, макетного образца .

Сумматор 11, интегратор 12, сумматор 13, сигнализаторы 14 и 15 предельных значений и блоки сравнени  16 и 17, ПД-регу- л торы 18 и 19, усилители 20-23 и делитель 24 напр жени  установлены вне роторной машины, обычно в отдельном шкафу управлени , и образуют внешнюю САР подшипников .

Величина сопротивлений R1,R2,R3,R4 ступеней делител  напр жени  24 пропорциональна рассто ни м Li и L2 между подшипниками и опасным сечением, в котором установлены датчики 9 и 10.

Предлагаемый способ управлени  радиальными активными магнитными подшипниками роторной машины осуществл ют следующим образом.

Перед включением подают напр жение через усилители 20-23 на соответствующие электромагниты 3-6 подшипников. Поддействием магнитного пол  ротор 2 всплывает, по сигналам от датчиков 7-10 САР устанавливают такие величины токов усилителей 20-23, при которых оси ротора 2 и статора 1 совпадают, силы маг нитйбго пол  уравновешивают силы, действующие на ротор.

Затем привод т во вращение ротор 2, и машина начинает осуществл ть свою рабочую функцию. Например, ротор 2 вращают с помощью высокочастотного электропривода , а лабиринтно-винтовые нарезки рабочей части, образованной статором 1 и ротором 2 с зазором, А нагнетают газ. При сжатии газ нагреваетс , что приводит к разогреву деталей машины и их температурным деформаци м, кроме того, при раскрутке ротора 2 возможно прохождение критических оборотов (в случае гибкого ро- Yopa), когда деформации ротора увеличены. Дл  получени  увеличенного напора нагнётател  зазоры А и Д рабочей части машины выполн ют минимальными из услови  изготовлени  и сборки деталей. В наиболее опасных местах эти зазоры контролируют датчиками 9 и 10. При по влении разницы в

показател х преобразователей 9, 10 она вы вл етс  в сумматоре 11 и подаетс  на блоки 12 и 13. Если разность носит статический характер (вызвана деформацией корпуса), то на выходе интегратора 12 по вл етс  посто нный сигнал, который через сумматор 13 и делитель 24 подаетс  на задающие входы контуров стабилизации блоков сравнени  16,17, вызыва  смещение оси ротора до тех пор, пока разность средних значений

показаний 9 и 10 не станет равной нулю.

Если разность носит динамический характер (вызвана деформацией ротора), то после инвертировани  в сумматоре 13 она также поступает на задающие входы блоков

сравнени  16, 17, вызыва  противофазные перемещени  шеек вала в опорах, в результате чего за счет жесткости ротора уменьшаетс  амплитуда его колебаний в рабочей зоне, а концы ротора будут совершать вращательные движени  в опорах.

После установлени  стабильных температур деталей или прохождени  критических оборотов деформации деталей уменьшаютс , роторна  машина переходит

в установившийс  режим работы, зазоры (ЗиЛ машины возвращаютс , как правило, к первоначальным значени м, а САР подшипников приводит систему электромагнитов в состо ние совпадени  осей статора 1 и ротора 2, в котором на работу системы требуютс  минимальные затраты энергии,

Таким образом, предлагаемый способ управлени  радиальными активными магнитными подшипниками и роторна  маши- на в отличие от прототипа увеличивают надежность работы при разогреве, прохож-- дении критических оборотов и при других переходных режимах, вызывающих увеличенные деформации, путем предотвраще- ни  касани  вращающихс  и неподвижных деталей рабочей части за счет большей величины зазоров в подшипниках, чем в рабочей части, и подачи магнитного пол  следом за деформаци ми, удержива  минимальной величину зазоров в рабочей части машины.

Предложенный способ повышает экономичность , так как не требует энергозатрат на силовое воздействие в исполнительных механизмах.

Claims (1)

1. Способ управлени  радиальными активными магнитными подшипниками роторной машины, включающий регулирование величины тока питани  элек- тромагнитов Подшипников по величине и скорости изменени  зазоров в подшипниках , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности работы роторной

машины путем исключени  касани  ротором статора машины в переходных режимах , дополнительно измер ют величину зазора между ротором и статором машины в зоне наибольшей деформации ротора и с учетом изменени  этого зазора регулируют величину тока питани  электромагнитов подшипников.

2, Роторна  машина, содержаща  статор , установленный в радиальных активных магнитных подшипниках, ротор и систему автоматического регулировани , состо щую из контуров стабилизации, включающих датчики положени  ротора в подшипниках и соединенные с ними блоки сигнализации, блоки сравнени , пропорционально-дифференциальные регул торы, усилители мощности и электромагниты подшипников , отличающа с  тем, что зазоры в подшипниках выполнены большими по величине, чем зазоры между ротором и статором машины в зоне наибольшей деформации ротора, а система автоматического регулировани  дополнительно снабжена контурами адаптации, включающими датчики положени  ротора в зоне его наибольшей деформации, вычислитель на основе сумматоров и интегратора, а также делитель на- пр жени , сопротивлени  ступеней которого пропорциональны рассто ни м между подшипниками и зоной наибольшей деформации ротора, а их выходы соединены с задающими входами блоков сравнени  контуров стабилизации

Фиг

а го

г/

19 &

23

лл L-J

3

JL

JL

Ј

Фиг 2.