一种汽轮机自检测电磁悬浮轴承减振系统技术方案

本发明专利技术公开了一种汽轮机自检测电磁悬浮轴承减振系统，在汽轮机机械轴承上加装电磁悬浮轴承，采用自感式电磁阻尼器探测汽轮机转子与轴承之间的间距，自感式电磁阻尼器中包括不少于２对磁路，每对磁路包括绕在电磁铁上的偏置线圈和控制线圈，偏置线圈产生偏置电流和载波信号，载波信号提取后经全波整流，再由低通滤波器变为转子的低频位移信号，经ＰＩＤ控制器转变为控制信号，功率放大后作用于控制线圈产生吸合力，实现减小汽轮机轴的振动和摩擦。本发明专利技术还可用在大型内燃机、水轮机等回转机械上。本发明专利技术在汽轮机机械轴承上加装电磁悬浮轴承，减小振动和轴的摩损，提高汽轮机寿命，且结构设计合理、成本低、高效节能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种汽轮机自检测电磁悬浮轴承减振系统，用在火力发电厂、化工厂及船舶等需要汽机的场合上。
技术介绍
汽轮机工作时，叶片、轴的不平衡及蒸汽膨胀反作用的不平衡产生的惯性力、离心力、各缸的不平衡力是引起汽轮机振动的主要原因。振动不仅引起机械设备的振动，还引起噪声、加剧构件的疲劳和磨损，从而縮短机器和结构的使用寿命。有效降低振动，对提高机械设备性能具有特别重要的意义。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供了 一种汽轮机自检测电磁悬浮轴承减振系统，本专利技术具有结构设计合理、减振效率高的特点。 为达到上述的目的，本专利技术采用如下技术方案 —种汽轮机自检测电磁悬浮轴承减振系统，在汽轮机机械轴承上加装电磁悬浮轴承，采用自感式电磁阻尼器探测和控制汽轮机轴位移偏差，自感式电磁阻尼器中包括不少于2对磁路，每对磁路包括绕在电磁铁上的偏置线圈和控制线圈，汽轮机轴位移偏差导致偏置线圈产生偏置电流和载波信号，载波信号提取后经全波整流，再由低通滤波器变为转子的低频位移信号，经PID控制器转变为控制信号，功率放大后作用于控制线圈产生吸合力，实现减小汽轮机轴的振动和摩擦。 所述的自感式电磁阻尼器中最简单可只采用2对磁路，其每对磁路的电磁铁位置相互垂直。 采用本专利技术的技术方案后，当汽轮机轴由于某种原因产生振动时，自动检测振动位移，产生一个相反的作用力，阻碍轴的振动，可有效减小轴的振动，提高汽轮机的寿命。 本专利技术通过汽轮机电磁悬浮轴承减振系统且具有结构设计合理、高效节能的特点，不需要另外再设置位移传感器，减轻了阻尼器的成本。同时还可用在大型内燃机、水轮机等回转机械上。附图说明 图1是普通自检测磁悬浮轴承系统总体结构示意 图2是本专利技术中自感式电磁阻尼器的端面 图3是本专利技术中自感式电磁阻尼器的等效电路图。具体实施例方式如图l-3所示，对本实施例做进一步详细说明。 传统电磁轴承防振系统为检测转子位移，需使用位移传感器，使轴承系统轴向尺3寸加大，动态性能下降，制造成本增高，由此提出利用电磁铁线圈的自感应来测转子位移。 自检测磁悬浮轴承系统工作原理如图1所示当转子1发生位移时，电磁铁线圈2的自感应系数也要发生变化，即电磁铁线圈2的自感应系数是转子1位移X的函数，相应的电磁铁线圈2的端电压(或电流)也是位移x的函数。将电磁铁线圈的端电压(或电流)检测出来并作为系统闭环控制的反馈信号，通过控制器调节转子1位移，使其工作在平衡位置上，脉宽调制信号(P丽)经驱动电磁铁产生磁场，从控制电磁铁提取P丽载波电压中包含了转子1位移信息，提取的信号经全波整流后，由低通滤波器3变为转子1的低频位移信号，PID控制器4将此信号转变为控制信号，经功率放大器5放大后控制电磁铁，形成闭环控制。 本专利技术中采用自感式电磁阻尼器，区别于普通的电磁阻尼器在于它不需要传感器结构，系统自带具有传感功能的作动器。它一方面实现传感，一方面实现控制。对于电磁式阻尼器而言，采用电磁铁的工作原理，当输入一定幅值的电流时，经过电磁转换，对导体产生磁力。由于单个电磁铁只能产生吸力，故为达到在控制振动所需的正负两个方向的力时，必须设置相对布置的多个电磁铁，以差动的方式产生吸力与斥力。 自感式电磁阻尼器结构的安装如图2所示，为了对作圆周运动的控制对象进行控制，必须能够产生各个方向的驱动力，而单个电磁铁只能产生单个方向的吸合力，因此至少需要采用两对磁路、电路参数完全相同的电磁铁，在相互垂直的方向上产生控制所需要的力。本例中对其中 一对磁路进行说明。 根据差动变压器的工作原理，将每个电磁铁的线圈分成相互独立的两个部分一个相当于差动变压器中的初级线圈，它将充当励磁线圈的角色，提供偏置电流与载波信号，在自感式电磁阻尼器中，称为偏置线圈；另外一个相当于差动变压器中的次级线圈，它将承担感应接收调制信号、产生吸合力的任务，称之为控制线圈。 线圈的连接方式如图2所示，左右两个放在电磁铁底部的偏置线圈同向连接，构成一个总的初级线圈。偏置电流Ib及其在偏置线圈中生成的磁路方向如图2中实线所示，同向连接使得两个偏置线圈的磁场在导体内部相互抵消，偏置磁路穿过磁导体；两个放置有电磁铁顶端的控制线圈反向连接，按照差动方式进行工作，构成次级线圈，控制磁路的方向如图中虚线所示，反向连接使得两个控制线圈的磁场在导体内部同向加强，从而也增强了控制吸力。图中所示偏置磁路与控制磁路的方向在左边反向而右边同向，这样就产生了一个向右的吸合力；当控制电流I。反向时，吸合力就会指向左方，这样的连接方式也有效地防止了磁路饱和现象的发生。偏置线圈的电流是通过调节脉宽调制(P丽)电源的脉宽来调节。 在忽略线圈寄生电容与铁心损耗的情况下，自感式电磁阻尼器结构线路连接等效电路如图3所示。图中k——为偏置线圈的电感；L2， L3——为控制线圈的电感；ei——为偏置线圈激励电压，频率为cr ; e2， e3——为控制线圈电压。 假定差动变压器上下结构完全对称，当偏置绕组通以一定频率cr的交变电流/,时，在控制线圈输出端可得电压为e。ut = e2_e3。如果转子处于几何中心位置，则有Xl = x2 =x。。由于差动变压器结构对称，气隙相等，磁阻相等，磁通相等，互感相等，则有62 = 63， e。ut=O，如果a # ^，两线圈的互感m工^M2，大小发生了变化，两个控制线圈绕组感应的电势不再相等，即e2 # e3，e。ut # 0。 e。ut的大小和相位取决于转子偏离中心位置的方向和大小，<formula>formula see original document page 5</formula>仏 式中R,和Rmb为上电磁铁的磁阻和下电磁铁的磁阻，它们的值远小于气隙的磁阻。由于偏置线圈也有两个线圈组成，设e工=en+e^在忽略原边线圈的电阻和漏磁的条件下有11 2 & 2化 A12 2 cfr 24x2 &8 W根据变压器的变比公式可得到控制线圈的电压为2 iV11 M8^ &iV2 iV2 ,《〃。S、,Ax 当Xl > x2时，设Xl = x。+Ax， x2 = x。-Ax，贝lJe加=—7* — a ;iV2 Ax 当Xl < x2时，设Xl = x。_ A x， x2 = x。+ A x，贝lje加=i*一a 考虑在转子的垂直方向，当转子在悬浮状态时，受到两个作用力的作用，一个力mg，另一个是磁力4，两者的矢量和为 f = f迈士mg (4) 磁力总是随着位移的增加而减小，因而总是使平衡趋于不稳定状态，当线圈电流^ =一 6， = -承-(---)-=-*-*-V-0' 23iV, 8、 x2 M 8 &-i------，---~ --。iJV, a + x2 平28 JVj & + x2(3)上式就是得到的差动变压器输出电压与上、下气隙长度之间的关系。从中可以清楚看到当A二X2时，则e加t二0;5im = i。恒定时，在气隙很小的前提下，力和气隙大小的平方成反比。 电磁力可以通过控制线圈im来控制，只要铁芯磁密不饱和，电磁力总随着电流的平方而增加。 为方便问题的分析，在这里只研究转子系统在垂直方向的数学模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽轮机自检测电磁悬浮轴承减振系统，其特征在于：在汽轮机机械轴承上加装电磁悬浮轴承，采用自感式电磁阻尼器探测汽轮机转子与轴承之间的间距，自感式电磁阻尼器中包括不少于２对磁路，每对磁路包括绕在电磁铁上的偏置线圈和控制线圈，偏置线圈产生偏置电流和载波信号，载波信号提取后经全波整流，再由低通滤波器变为转子的低频位移信号，经ＰＩＤ控制器转变为控制信号，功率放大后作用于控制线圈产生吸合力，实现减小汽轮机轴的振动和摩擦。

【技术特征摘要】
一种汽轮机自检测电磁悬浮轴承减振系统，其特征在于在汽轮机机械轴承上加装电磁悬浮轴承，采用自感式电磁阻尼器探测汽轮机转子与轴承之间的间距，自感式电磁阻尼器中包括不少于2对磁路，每对磁路包括绕在电磁铁上的偏置线圈和控制线圈，偏置线圈产生偏置电流和载波信号，载波信号提取后经全波整流，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄德中，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]