在利用电磁轴承的涡轮机中定位密封件的方法技术

一种在利用电磁轴承的涡轮机中将轴和相关联的密封件定位的方法。该方法包括给电磁轴承的绕组施加电力的步骤，其中轴中心处在第一位置并且其中轴与相关联的密封件接触。通过调整给电磁轴承的电力，密封件可以通过使轴以一系列的减幅运动移动到这样一个位置而用轴来控制：在该位置，在轴在涡轮机的正常运行期间在其定中位置旋转时密封件与轴不接触。当轴心线与电磁轴承的轴线基本共轴时，轴在正常运行期间处在其定中位置。所述一系列的减幅运动可以包括在一个或多个轴线附近的减幅振荡，或者可以包括以具有减幅的半径的螺旋形旋转以将轴的中心从初始位置移动到最终位置。轴的移动是通过调整给电磁轴承的绕组的电力而实现的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
在本说明书中阐述的方法和装置总体涉及具有利用主动磁技术的轴承的涡轮机 (turbomachinery)，诸如压縮机或涡轮，更具体地，涉及对涡轮机轴的密封布置的改进。 目前，主动磁技术以电磁轴承的形式用在一些涡轮机中以使转子和轴浮起，代替 了如滚动元件轴承或流体膜轴承的传统技术。转子的位置由位置传感器监测。通常有至少 4个位置传感器等间隔围绕在磁轴承的孔周围。这些传感器输送信息给控制器，该控制器转 而调整提供给电磁轴承的电流以将轴的中心保持在期望位置或在期望公差范围内。 一般， 轴承电子元件试图保持轴离所有传感器等距。在此位置，轴心线(shaft axis)和电磁轴承 轴线基本共轴。基本共轴意味着轴可以偏离电磁轴承的轴线一容许公差，该容许公差不影 响涡轮机的运行但可以根据涡轮机的设计以及根据与理想情况的各种偏离而变化，所述各 种偏离诸如不平衡、偏摆或不稳定的空气动力。如在本说明书中使用的，轴的正常运行位置 也被称为定中位置，其意味着轴心线与轴承轴线重合(或位于轴承轴线的可接受公差范围 内)。因为涡轮机一般包括至少两套径向轴承——在此是电磁轴承，在本说明书中给出的描 述适用于每套轴承。 在轴承电子元件在旋转期间失电或者控制电子元件发生故障的情况下，磁轴承失 效，轴不再能被电磁轴承支撑。然后，轴会被电磁轴承的为此目的而被提供的机械部件支 撑和/或被密封件支撑。这些部件和轴不是被设计为进行永久机械接触的，特别是在涡轮 机正旋转时。因此，机械轴承被设置作为备用或安全部件以在磁轴承失效时支撑轴。机械 轴承相对于电磁轴承是固定的，并且如制造公差允许的那样与它们既同心又共轴。因此，如 在本说明书中所使用的，电磁轴承和机械轴承的该公共中心被称为轴承的中心，这意味着 电磁轴承和机械轴承既同心又共轴。当磁轴承失效时，轴在重力和可能存在的其他静力的 作用下停止移动。当轴线在涡轮机中为水平取向时，静止位置一般会是在机械轴承的容许 间隙内的最低位置。当轴线竖直时，静止位置是不可预计的。虽然诸如轴和轴承的部件之 间的间隙会根据设备尺寸而变化，但是在用于一般离心式压縮机的轴和电磁轴承之间的径 向间隙在大约lmm(0.040英寸)的数量级。在涡轮机正常运行或动力推动运行(powered operation)期间，该旋转的机器必须在不接触机械轴承的情况下运行以避免轴和轴承的磨 损，与此同时机械轴承保持静止。因此，当轴被磁性浮起时，必须在轴和备用机械轴承之间 有一定间隙。轴和机械轴承之间的径向间隙通常是大约0. 25mm(0. 010英寸)。当电磁轴承 失效时，机械轴承支撑轴，与此同时涡轮机停止或正滑行停止，而在轴和电磁轴承之间没有 任何接触。虽然各种轴承中的任一种均可用作备用或安全轴承，但是经常优选滚动元件型 轴承。 在涡轮机中，轴还通常与气密封件(gas seal)相关联以减少或防止沿着轴的任何 泄漏。对于离心式压縮机，还在利用闭式叶轮的装置的叶轮入口处减少或防止气体泄漏。将 机械轴承用作备用轴承影响用来减少涡轮机中的气体泄漏的密封件的设计和机械布置。密 封件的最直截了当的设计是具有一个以小间隙面对轴的圆柱套筒。用来减少沿着轴的泄漏 流的另一种设计是一种具有迷宫式几何结构的密封件，该密封件又被称为迷宫式密封件。4迷宫式密封件使用多个节流台阶来实现泄漏流的减少，而不是试图用单个长障碍物密封。 气密封件通常由具有精密匹配直径和几何形状的两个硬表面制成，使得它们在正 常运行时不接触辅助表面(adjutant surface)。不仅减少或避免轴和密封件之间的机械摩 擦，而且更重要的是减少或避免了密封件和轴磨损。如上所述，减少气体泄漏的最简单和最 好的方法是最小化密封件和轴之间的间隙，同时避免接触。在轴和密封件之间，气密封件的 一般期望径向间隙是0. 1mm至0. 15mm(0. 004-0. 006英寸)，其小于备用机械轴承的一般径 向间隙，备用机械轴承的一般径向间隙一般为0. 25mm(0. 010英寸)。机械轴承的间隙大于 密封件的期望间隙使得该密封件的设计复杂化。密封件的设计必须考虑机械轴承的影响。 如果密封件邻近轴刚性地固定到壳体，那么密封件间隙应至少等于轴和机械轴承之间的间 隙，以在磁轴承失效并且机械轴承被依靠以给轴提供支撑时避免密封件和轴之间的接触。 不能提供这一间隙会导致密封件的磨损，这会导致机器效率的损失。在更严重的情况下，会 发生对轴的损坏，以及会因摩擦导致的高温而发生接触部分即轴和密封件的过热。另外，因 为与将密封件与轴适当对准相关的困难，将固定密封件邻近轴装配是困难且耗时的。 —种减少轴和密封件之间的间隙的方法是安装密封件使得它不是刚性安装到壳 体。相反，密封件被可移动地安装为使得它可径向滑动，从而在轴位置妨碍密封件时在有限 的阻力下跟随轴的运动。众所周知，使用弹簧来促进密封件移动并且使密封件相对于轴基 本自定中(self-center)。在这样的设计中，当将给电磁轴承的电力接通和断开时，密封件 跟随轴的移动，因为轴影响密封件的位置；但轴和密封件不一定同心，并且可能保持接触。 例如，对于水平取向的轴，当给电磁轴承断电时，轴因重力落到轴承上，直到它接触备用机 械轴承。然后，密封件偏向下抵靠在其静止位置的轴，但是密封件和轴接着相互接触并且 不同心。在轴和密封件之间会发生一些磨损，如果轴在此位置旋转的话，例如当轴在掉电 (power down)过程中正滑行停止时。当给电磁轴承恢复供电时，轴被浮起回到其正常运行 位置并向上推密封件，此时密封件与轴残余接触。因为密封件仍与轴接触，所以当机器在此 位置旋转时会发生磨损。 虽然当电磁轴承在恢复供电后被重新浮起时接触力小，但是在涡轮机重新开始旋 转时在轴和密封件之间仍存在摩擦。密封件的设计必须考虑此摩擦。必须选择材料来承受 此摩擦而没有过度磨损和受热，这使得设计更复杂和昂贵。尽管有这些设计上的努力，密封 件最终仍会显现一定量的磨损和性能退化。可能需要定期维护以恢复涡轮机的运行特性， 这可能需要替换密封件和/或修理或替换轴，除非在设计中设置附加的磨损套筒以保护 轴，在这种情况下，在维护过程中可能需要替换这些套筒。 需要的是一种这样的系统，其允许在密封件和轴之间有最小间隙而不需要设计昂 贵和复杂的密封件。最小间隙应在机器的装配和运行期间被保持。本专利技术提供满足这些需 要中的一个或多个的方法，并提供其他有利特征。
技术实现思路
—个实施方案涉及在利用电磁轴承的涡轮机中在涡轮机起动之前相对于轴将轴密封件定中。如在本说明书中所使用的，术语"电磁轴承"包括那些将主动电磁运行与永磁 体的被动作用结合以补偿诸如重力的永久静载的轴承，还包括没有永磁体仅在施加电流的 情况下运行的"电磁轴承"。通常，气密封件的间隙小于备用轴承的间隙，这对于涡轮机的高效运行是期望的。通过相对于密封件将轴基本定中，轴和密封件基本同心。如在本说明书 中所使用的，术语同心是指轴的几何中心和密封件的几何中心基本相同。由于轴具有轴向 长度，并且密封件，尤其是迷宫式密封件，也具有轴向长度，所以密封件的几何轴线和轴的 心线也可以基本共轴，这种情况被包含在术语同心的范围内，如在本说明书中所使用的。 在本说明书中提出一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在利用由控制器控制的电磁轴承的涡轮机中将轴定中以及将在径向方向上可移动的、相关联的密封件定位的方法，包括以下步骤：利用所述控制器给所述电磁轴承施加电力，所述控制器控制所述轴的运动；以及通过利用所述控制器给所述轴承施加电力来移动所述轴使其与所述密封件接触并且在径向方向上移动所述轴，从而将所述密封件移动到一径向位置，由此当所述轴处于其定中位置并且正旋转时，该径向位置避免所述轴和密封件之间的接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PM德拉米纳特，
申请(专利权)人：江森自控科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]