旋轉(zhuǎn)機械多跨轉(zhuǎn)子軸系振動靶向控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)機械多跨轉(zhuǎn)子軸系振動靶向控制裝置，屬于振動控制【技術(shù)領(lǐng)域】；本發(fā)明裝置通過實時監(jiān)測軸系振動參數(shù)變化，分析故障振動原因，確定適當位置，在適當時候，施加適當阻尼力，實現(xiàn)軸系振動的靶向控制；裝置包括實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)，實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)包括電渦流位移傳感器、光電傳感器、信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡、模擬輸出模塊、計算機；執(zhí)行系統(tǒng)包括磁流變阻尼器、可調(diào)電源；其主要作用是解決軸系在啟停機過程中通過各階臨界轉(zhuǎn)速時振動過大，以及在運行中因碰摩、突發(fā)不平衡等導致的劇烈振動問題。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)機械多跨轉(zhuǎn)子軸系振動靶向控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)機械多跨轉(zhuǎn)子軸系振動靶向控制裝置，屬于振動控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]能源、石化等領(lǐng)域的許多大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備普遍采用多軸串聯(lián)運行形式，如汽輪發(fā)電機組，壓縮機組等。機組各跨轉(zhuǎn)子經(jīng)嚴格動平衡后，其殘余不平衡量在允許范圍之內(nèi)，然后將轉(zhuǎn)子進行串聯(lián)組裝，運轉(zhuǎn)起來后發(fā)現(xiàn)軸系仍然有可能發(fā)生強烈振動，導致無法正常開機。目前通常采用現(xiàn)場動平衡的方法來消除軸系不平衡振動，但是該方法需要反復啟停機組數(shù)次甚至數(shù)十次，經(jīng)濟損失嚴重。
[0003]除了現(xiàn)場動平衡的方法外，通過采用彈性支撐、各類阻尼器及電磁軸承等的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動控制方法也是國內(nèi)外學者的研究熱點。目前，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動控制可以分為被動控制和主動控制。被動控制方法主要有采用彈性支撐或擠壓油膜阻尼器等。采用籠條式或者鋼環(huán)式彈性支承能夠降低系統(tǒng)的支承剛度，增加系統(tǒng)的支承阻尼，減小轉(zhuǎn)子共振時的振幅和軸承所受動壓；擠壓油膜阻尼器是20世紀60年代發(fā)展起來的技術(shù)，能夠提供轉(zhuǎn)子系統(tǒng)一定的阻尼和剛度，在一定程度上降低轉(zhuǎn)子系統(tǒng)共振時的振幅，增加轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0004]轉(zhuǎn)子振動主動控制裝置主要有可控擠壓油膜阻尼器、形狀記憶合金調(diào)節(jié)器、電磁軸承及壓電調(diào)節(jié)器等。可控的擠壓油膜阻尼器區(qū)別于傳統(tǒng)SFD的不可控性，可以實現(xiàn)主動振動控制，如可變間隙SFD，磁流變液SFD等；形狀記憶合金調(diào)節(jié)器是利用記憶合金材料的記憶效應，加熱恢復原形過程中受阻時產(chǎn)生恢復力，目前多采用電流加熱方式控制其恢復力，其缺點是響應較慢；電磁軸承是利用電磁力將轉(zhuǎn)子無機械摩擦地懸浮于空間的一種非接觸式支承裝置，其剛度、阻尼特性可調(diào)，但是靜電軸承需要很大的電場強度，應用受到限制；壓電調(diào)節(jié)器是利用壓電材料的壓電效應制成，對軸承施加控制力或改變軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)以調(diào)節(jié)軸承的動力學性能，具有動態(tài)響應快、線性度和重復性好的優(yōu)點，但壓電材料的變形和壓電常數(shù)均較小，單位體積提供的控制力較小，且所需驅(qū)動電壓高、存在滯后現(xiàn)象。
[0005]但是，上述振動控制方法目前主要應用于單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動控制，并且處于一直作用狀態(tài)，無法做到針對不同工況實現(xiàn)綜合時間、位置和大小的靶向振動控制。本發(fā)明針對軸系因通過各階臨界轉(zhuǎn)速時振動過大而無法正常啟停機，因突發(fā)不平衡導致的劇烈振動等故障問題，提出一種軸系振動靶向控制裝置，實現(xiàn)多跨轉(zhuǎn)子軸系振動的實時靶向控制。裝置包括實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)，通過實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)監(jiān)測的軸系振動參數(shù)，并通過對采集的振動信號進行分析處理確定阻尼力施加的適當時候、適當位置及適當大小，來降低軸系振動，實現(xiàn)軸系振動的靶向控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供了一種旋轉(zhuǎn)機械多跨轉(zhuǎn)子軸系振動靶向控制裝置，該裝置針對軸系通過各階臨界轉(zhuǎn)速時振動過大而無法正常啟停機，在運行過程中因突發(fā)不平衡導致的劇烈振動或者轉(zhuǎn)子發(fā)生碰摩等故障問題，其可根據(jù)轉(zhuǎn)速及各跨轉(zhuǎn)子振動大小變化，實時連續(xù)在線計算施加阻尼力的位置、時間及大小，然后調(diào)節(jié)阻尼器參數(shù)，從而控制施加阻尼力的位置、時間及大小，形成實時連續(xù)閉環(huán)可控的振動控制，實現(xiàn)軸系振動的靶向控制；其適用范圍廣、自動化程度高，可以廣泛應用于實際機組中。
[0007]為實現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種旋轉(zhuǎn)機械多跨轉(zhuǎn)子軸系振動靶向控制裝置，該裝置包括實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)；實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)對各跨轉(zhuǎn)子振動幅值、頻譜及軸心軌跡振動參數(shù)進行分析計算，得到所需施加阻尼力的適當位置、時間及大小，并給出控制執(zhí)行系統(tǒng)的控制信號，執(zhí)行系統(tǒng)的可調(diào)電源根據(jù)接收到控制信號，改變輸出電壓來控制各磁流變阻尼器參數(shù)，調(diào)節(jié)施加阻尼力的位置、時間及大小，從而控制軸系轉(zhuǎn)子振動，形成實時連續(xù)閉環(huán)可控的振動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)軸系振動的靶向控制；其中，適當位置指的是經(jīng)過實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)分析振動數(shù)據(jù)變化規(guī)律得到的發(fā)生振動故障的轉(zhuǎn)子位置；適當時間指的是當振動將要超過允許振動值，軸系接近某階臨界轉(zhuǎn)速時，或者是轉(zhuǎn)子發(fā)生碰摩需要進行減振控制的時候；適當?shù)淖枘崃χ傅氖墙档洼S系振動所需的阻尼力，由分析系統(tǒng)根據(jù)振動數(shù)據(jù)分析計算得到的。
[0008]所述實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)包括電渦流位移傳感器、光電傳感器、信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡、模擬輸出模塊、計算機；其中，電渦流位移傳感器與光電傳感器經(jīng)信號調(diào)理模塊接入數(shù)據(jù)采集卡，使位移和轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；數(shù)據(jù)采集卡則接入計算機，計算機對信號進行分析計算；模擬輸出模塊輸入端與計算機連接，用于接受計算機給出的控制信號；模擬輸出模塊輸出端與執(zhí)行系統(tǒng)連接；其中電渦流位移傳感器將轉(zhuǎn)子振動的位移信號轉(zhuǎn)化為振動電信號，光電傳感器將轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速電信號；振動電信號和轉(zhuǎn)速電信號接入信號調(diào)理模塊，調(diào)理后的信號接入信號采集卡內(nèi)，轉(zhuǎn)換為計算機識別的數(shù)字信號，計算機對振動信號和轉(zhuǎn)速信號的分析計算，通過模擬輸出模塊輸出控制信號調(diào)節(jié)可調(diào)電源輸出電壓，從而調(diào)節(jié)磁流變阻尼器電流。
[0009]所述執(zhí)行系統(tǒng)包括磁流變阻尼器、可調(diào)電源；可調(diào)電源的輸出端與磁流變阻尼器線圈連接，為阻尼器提供工作電壓；其控制端與在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)中模擬輸出模塊輸出端連接。
[0010]可調(diào)電源用于為磁流變阻尼器提供電壓，電壓值由實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)中模擬輸出模塊給出的電壓信號決定；多個磁流變阻尼器(數(shù)量大于等于2小于等于5)分別安裝在機組各跨轉(zhuǎn)軸上，用于控制系統(tǒng)振動；當其中一跨轉(zhuǎn)子因接近其臨界轉(zhuǎn)速而振動過大時，該跨對應的可調(diào)電源輸出電壓增大，磁流變阻尼器的工作電流就會增大，提供阻尼力增大，從而抑制轉(zhuǎn)子振動，使機組安全通過該階臨界轉(zhuǎn)速；同理當該跨轉(zhuǎn)子振動很小時，該跨對應的可調(diào)電源輸出電壓相應減小直至為零，這樣既不影響轉(zhuǎn)子振動控制，又可以降低阻尼器能耗。
[0011]本發(fā)明使用的磁流變阻尼器采用剪切式的工作模式，通過軸承與轉(zhuǎn)子連接，作為附加部件安裝在機組各跨轉(zhuǎn)子上，可以安裝在軸系任意位置，不改變機組原有支撐形式；由于磁流變液的流變特性，該阻尼器在工作電流為零時，提供的阻尼力非常小，不會影響轉(zhuǎn)子振動情況；當通入一定電流后，阻尼器內(nèi)磁流變液在短時間(毫秒)由流動性良好的流體變?yōu)榫哂幸欢羟星Φ陌牍腆w狀態(tài)，為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)提供一定的阻尼和剛度特性；隨電流增大，阻尼器能夠提供的阻尼和剛度也隨之增大；這樣當實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)根據(jù)機組的狀態(tài)，決定改變磁流變阻尼器工作電流時，只需要改變控制信號大小來調(diào)節(jié)可變電源輸出電壓，就可以實時在線調(diào)整電源輸出電壓來控制磁流變阻尼器的工作電流，形成實時連續(xù)閉環(huán)可控的振動控制系統(tǒng)，保證機組振動處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。
[0012]與現(xiàn)有轉(zhuǎn)子振動控制方法相比，本發(fā)明裝置通過實時監(jiān)測機組各跨轉(zhuǎn)子振動情況，實時判斷阻尼力施加的時間、位置及大小，實現(xiàn)軸系振動的靶向控制，不僅可以解決軸系啟停機過程中因通過各階臨界轉(zhuǎn)速附近振動過大的問題，還可以解決軸系在運行過程中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)子碰摩，葉片斷裂引發(fā)的突發(fā)不平衡，灰塵等堆積造成的不平衡振動等問題；并且該裝置安裝改造方便，安裝位置較隨意，無需大幅改變原有結(jié)構(gòu)，尤其是支撐形式。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0014]1、阻尼力施加位置實時可控；本發(fā)明中實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)根據(jù)采集到的實時振動進行判斷，確定一個適當?shù)淖枘崃κ┘游恢?。例如，轉(zhuǎn)速接近某階臨界轉(zhuǎn)速，此時的應在該階臨界轉(zhuǎn)速對應的轉(zhuǎn)子位置施加阻尼力，降低臨界轉(zhuǎn)速附近振動；軸系發(fā)生碰摩現(xiàn)象，通過振動情況某轉(zhuǎn)子發(fā)生碰摩，及時在該跨轉(zhuǎn)子施加阻尼力，降低碰磨振動；通過振動情況發(fā)現(xiàn)某跨轉(zhuǎn)子出現(xiàn)主頻振動急劇增大，及時在該跨轉(zhuǎn)子施加阻尼力抑制這種突發(fā)不平衡振動。
[0015]2、阻尼力施加時間實時可控；本發(fā)明中實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)根據(jù)采集到的實時振動進行判斷，確定一個適當?shù)淖枘崃κ┘訒r間，如振動將要超過允許振動值時，軸系接近某階臨界轉(zhuǎn)速時，或者是轉(zhuǎn)子出現(xiàn)碰摩現(xiàn)象等時候。
[0016]3、阻尼力施加大小實時可控；本發(fā)明中實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)根據(jù)施加阻尼力時轉(zhuǎn)子的實時振動數(shù)據(jù)變化，自動增加或減小電流來改變阻尼力大小，適應軸系振動變化；這樣，通過對阻尼器電流的實時調(diào)節(jié)，可以在保證振動較小的同時降低能耗，保證轉(zhuǎn)子振動安全平穩(wěn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。
[0018]圖2為多跨轉(zhuǎn)子軸系阻尼減振控制裝置圖。
[0019]圖3a為磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)及安裝示意圖。
[0020]圖3b為圖3a中A-A的剖面圖。
[0021 ] 圖4為磁流變阻尼減振機理圖。
[0022]圖5a為多跨轉(zhuǎn)子軸系結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖5b為軸系一階振型圖。
[0024]圖5c為軸系二階振型圖
[0025]圖5d為軸系三階振型圖
[0026]圖5e為軸系四階振型圖
[0027]圖5f為軸系五階振型圖
[0028]圖6為磁流變阻尼器工作電流算法示意圖。
[0029]圖中:1、信號調(diào)理模塊，2、數(shù)據(jù)采集卡，3、計算機，4、模擬輸出模塊，5、光電傳感器，6、電渦流傳感器A，7、電渦流傳感器B，8、電渦流傳感器C，9、電渦流傳感器D，10、磁流變阻尼器A，11、磁流變阻尼器B，12、磁流變阻尼器C，13、磁流變阻尼器D，14、轉(zhuǎn)速信號，15、振動信號，16、控制信號，17、可調(diào)電源A，18、可調(diào)電源B，19、可調(diào)電源C，20、可調(diào)電源D，21、轉(zhuǎn)軸，22、連接軸承，23、鐵芯，24、動阻尼片，25、磁流變液，26、靜阻尼片，27、線圈。
【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0031]本發(fā)明是一種旋轉(zhuǎn)機械多跨轉(zhuǎn)子軸系振動靶向控制裝置，在軸系啟停機和運行過程中形成實時在線連續(xù)調(diào)控阻尼裝置的主動閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1所示。電渦流位移傳感器實時監(jiān)測機組各跨轉(zhuǎn)子振動，光電傳感器實時監(jiān)測軸系轉(zhuǎn)速，得到振動信號與轉(zhuǎn)速信號；數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)對振動和轉(zhuǎn)速信號進行濾波調(diào)幅處理，再將信號輸入控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過一定的控制算法，根據(jù)轉(zhuǎn)速和振動大小給出控制可調(diào)電源的控制信號；控制信號通過調(diào)節(jié)可調(diào)電源輸出電壓來改變磁流變阻尼器參數(shù)，從而控制阻尼力施加位置、施加時間及施加大小，形成實時在線連續(xù)調(diào)控阻尼裝置的主動閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)軸系振動靶向控制。
[0032]圖2為本發(fā)明多跨轉(zhuǎn)子軸系阻尼減振控制裝置圖，裝置包括實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)；其中多跨轉(zhuǎn)子軸系中，每個轉(zhuǎn)子均配有一組電渦流傳感器、磁流變阻尼器；所述多跨轉(zhuǎn)子軸系的轉(zhuǎn)子數(shù)目優(yōu)選為2-5，多跨轉(zhuǎn)子軸系的轉(zhuǎn)子數(shù)目更優(yōu)選為4，即多跨轉(zhuǎn)子軸系包括轉(zhuǎn)子一、轉(zhuǎn)子二、轉(zhuǎn)子三、轉(zhuǎn)子四。
[0033]實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)包括電渦流位移傳感器A6、電渦流位移傳感器B7、電渦流位移傳感器CS、電渦流位移傳感器D9、光電傳感器5、信號調(diào)理模塊1、數(shù)據(jù)采集卡2、模擬輸出模塊4、計算機3 ;執(zhí)行系統(tǒng)包括可調(diào)電源A17、可調(diào)電源B18、可調(diào)電源C19、可調(diào)電源D20、磁流變阻尼器A10、磁流變阻尼器B11、磁流變阻尼器C12、磁流變阻尼器D13。
[0034]電渦流位移傳感器A6安裝在轉(zhuǎn)子一上，電渦流位移傳感器B7安裝在轉(zhuǎn)子二上，電渦流位移傳感器CS安裝在轉(zhuǎn)子三上，電渦流位移傳感器D9安裝在轉(zhuǎn)子四上，光電傳感器5安裝在轉(zhuǎn)子軸一側(cè)；電渦流位移傳感器A6、電渦流位移傳感器B7、電渦流位移傳感器CS、電渦流位移傳感器D9及光電傳感器5接入信號調(diào)理模塊I，信號調(diào)理模塊I將信號進行整流、濾波、放大之后接入信號采集卡2，信號采集卡2將模擬電信號轉(zhuǎn)換為計算機識別的數(shù)字信號，并接入計算機3。
[0035]磁流變阻尼器AlO安裝在轉(zhuǎn)子一上，磁流變阻尼器Bll安裝在轉(zhuǎn)子二上，磁流變阻尼器C12安裝在轉(zhuǎn)子三上，磁流變阻尼器D13安裝在轉(zhuǎn)子四上；可調(diào)電源A17與磁流變阻尼器AlO線圈連接，可調(diào)電源B18與磁流變阻尼器BI I線圈連接，可調(diào)電源C19與磁流變阻尼器C12線圈連接，可調(diào)電源D20與磁流變阻尼器D13線圈連接。
[0036]其中，電渦流位移傳感器A6、電渦流位移傳感器B7、電渦流位移傳感器CS、電渦流位移傳感器D9分別將轉(zhuǎn)子一、轉(zhuǎn)子二、轉(zhuǎn)子三、轉(zhuǎn)子四振動的位移信號轉(zhuǎn)化為振動電信號15，光電傳感器5將轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速電信號14 ;振動電信號15和轉(zhuǎn)速電信號14接入信號調(diào)理模塊1，信號調(diào)理模塊I將雜亂的信號進行整流、濾波、放大之后接入信號采集卡2內(nèi)，信號采集卡2將模擬電信號轉(zhuǎn)換為計算機識別的數(shù)字信號，并將信號接入計算機3中，計算機3中控制分析系統(tǒng)通過對振動信號15和轉(zhuǎn)速信號14進行分析計算，通過模擬輸出模塊4給出控制信號16，控制可調(diào)電源八17、可調(diào)電源則8、可調(diào)電源C19、可調(diào)電源D20的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)磁流變阻尼器A10、磁流變阻尼器B11、磁流變阻尼器C12、磁流變阻尼器D13的電流，為軸系提供施加位置、時間及大小實時可調(diào)的阻尼力，實現(xiàn)振動的靶向控制。
[0037]可調(diào)電源A17、可調(diào)電源B18、可調(diào)電源C19、可調(diào)電源D20的輸出電壓大小由輸入的控制信號16的大小來控制，控制信號16為模擬或數(shù)字電壓信號，可調(diào)電源A17、可調(diào)電源B18、可調(diào)電源C19、可調(diào)電源D20的輸出電壓可以控制磁流變阻尼器A10、磁流變阻尼器BH、磁流變阻尼器C12、磁流變阻尼器D13的電流大小，所以各磁流變阻尼器的電流與輸入的可調(diào)電源控制信號16是一一對應的關(guān)系，這樣當計算機3中的控制分析系統(tǒng)確定施加阻尼力適當位置、時間及大小后，就可以確定輸入各可調(diào)電源的控制信號16，來調(diào)節(jié)各可調(diào)電源的輸出電壓，改變各個阻尼器參數(shù)，實現(xiàn)阻尼力的靶向施加，控制軸系振動。
[0038]如圖3所示為執(zhí)行系統(tǒng)采用的磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)及安裝示意圖，磁流變阻尼器包括連接軸承22、鐵芯23、動阻尼片24、靜阻尼片26、磁流變液25、線圈27 ;轉(zhuǎn)軸21與連接軸承22相連；其中動阻尼片24與連接軸承22固定，靜阻尼片26與鐵芯23底部固定；轉(zhuǎn)軸21的振動通過連接軸承22傳遞到動阻尼片24，這樣動阻尼片24、靜阻尼片26在磁流變液25中產(chǎn)生相對運動，由于磁流變液27具有粘度，所以動阻尼片24、靜阻尼片26的相對運動會產(chǎn)生阻尼力，從而降低轉(zhuǎn)軸21振動；并且磁流變液25的粘度與磁場大小有關(guān)，而磁場大小由線圈27的電流決定，所以通過控制線圈27的工作電流可以改變磁流變液粘度，進而改變阻尼力大小。
[0039]如圖4所示為磁流變阻尼器的減振機理圖，本發(fā)明在各跨轉(zhuǎn)子上安裝磁流變阻尼器A10、磁流變阻尼器B11、磁流變阻尼器C12、磁流變阻尼器D13、各磁流變阻尼器在不通電的情況下對轉(zhuǎn)子軸系無影響，當阻尼器通入電流(如1A)后，會對本跨轉(zhuǎn)子的振動產(chǎn)生影響；圖中線EFG為某跨轉(zhuǎn)子原始振動，線HFJ為阻尼器通電后該跨轉(zhuǎn)子振動；可以得到，磁流變阻尼器通電后，該跨轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速由NI附近增加到N2附近，轉(zhuǎn)速N之前，振幅相對于原始振動大幅降低，但是轉(zhuǎn)速N之后，振幅反而高于原始振動；所以，通過控制信號16調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子升速過程中磁流變阻尼器的電流，使轉(zhuǎn)子通過各階臨界轉(zhuǎn)速附近時的振動大致沿線HFG變化，可以降低轉(zhuǎn)子振動，使該跨轉(zhuǎn)子順利通過臨界轉(zhuǎn)速。
[0040]如圖5a所示為某多跨轉(zhuǎn)子軸系結(jié)構(gòu)圖。在軸系的第一階主振型中，轉(zhuǎn)子四的振動比較顯著，而其他轉(zhuǎn)子的振動相對來說較小，所以稱第一階主振型為轉(zhuǎn)子四振型，其一階臨界轉(zhuǎn)速Ii1約lOOOr/min，如圖5b所示；同理，第二階主振型為轉(zhuǎn)子二振型，其二階臨界轉(zhuǎn)速n2約1500r/min，轉(zhuǎn)子二的振動比較顯著，如圖5c所示；第三階主振型為轉(zhuǎn)子一振型，其三階臨界轉(zhuǎn)速n3約1950r/min，轉(zhuǎn)子一的振動比較顯著，如圖5d所示；第四階主振型為轉(zhuǎn)子三振型，其四階臨界轉(zhuǎn)速n4約2100r/min，轉(zhuǎn)子三的振動比較顯著，如圖5e所示；第五階主振型為轉(zhuǎn)子四振型，其五階臨界轉(zhuǎn)速n5約2650r/min，轉(zhuǎn)子四的振動比較顯著，如圖5f所示；多跨轉(zhuǎn)子軸系在開機過程中，轉(zhuǎn)速由Or/min逐步升速到3000r/min，會經(jīng)過上述五階臨界轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速附近會因共振產(chǎn)生較為劇烈的振動，如果振動值過大，會使軸系無法正常開機。
[0041]根據(jù)上述多跨轉(zhuǎn)子軸系振型及阻尼器減振機理，可以得到軸系各跨轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速及需要進行減振調(diào)控的轉(zhuǎn)速區(qū)間，如表I所示。以臨界轉(zhuǎn)速N(l±15%)為通過該階臨界時需要減振調(diào)控的轉(zhuǎn)速范圍，軸系一階臨界轉(zhuǎn)速為1000r/min，其調(diào)控范圍為850?1150r/min，對應減振調(diào)控的轉(zhuǎn)子為轉(zhuǎn)子四，安裝在該跨轉(zhuǎn)子上的阻尼器為磁流變阻尼器D ;同理，軸系二階臨界轉(zhuǎn)速為1500r/min，其調(diào)控范圍為1275~1725r/min，對應減振調(diào)控的轉(zhuǎn)子為轉(zhuǎn)子二，安裝在該跨轉(zhuǎn)子上的阻尼器為磁流變阻尼器B ;軸系三階臨界轉(zhuǎn)速為1950r/min，其調(diào)控范圍為1658~2243r/min，對應減振調(diào)控的轉(zhuǎn)子為轉(zhuǎn)子一，安裝在該跨轉(zhuǎn)子上的阻尼器為磁流變阻尼器A ;軸系四階臨界轉(zhuǎn)速為2100r/min，其調(diào)控范圍為1743~2358r/min，對應減振調(diào)控的轉(zhuǎn)子為轉(zhuǎn)子三，安裝在該跨轉(zhuǎn)子上的阻尼器為磁流變阻尼器C ;軸系五階臨界轉(zhuǎn)速為2650r/min，其調(diào)控范圍為2253~3000r/min，對應減振調(diào)控的轉(zhuǎn)子為轉(zhuǎn)子四，安裝在該跨轉(zhuǎn)子上的阻尼器為磁流變阻尼器D。
[0042]表1為本發(fā)明中軸系各跨轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速及減振調(diào)控區(qū)間表
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)機械多跨轉(zhuǎn)子軸系振動靶向控制裝置，其特征在于:該裝置包括實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)；其中多跨轉(zhuǎn)子軸系中，每個轉(zhuǎn)子均配有一組電渦流傳感器、磁流變阻尼器；所述多跨轉(zhuǎn)子軸系的轉(zhuǎn)子數(shù)目優(yōu)選為2-5，多跨轉(zhuǎn)子軸系的轉(zhuǎn)子數(shù)目更優(yōu)選為4，即多跨轉(zhuǎn)子軸系包括轉(zhuǎn)子一、轉(zhuǎn)子二、轉(zhuǎn)子三、轉(zhuǎn)子四； 實時在線信號監(jiān)測分析系統(tǒng)包括電渦流位移傳感器A (6)、電渦流位移傳感器B (7)、電渦流位移傳感器C (8)、電渦流位移傳感器D (9)、光電傳感器(5)、信號調(diào)理模塊(I)、數(shù)據(jù)采集卡(2)、模擬輸出模塊(4)、計算機(3);執(zhí)行系統(tǒng)包括可調(diào)電源A (17)、可調(diào)電源B(18)、可調(diào)電源C (19)、可調(diào)電源D (20)、磁流變阻尼器A (10)、磁流變阻尼器B (11)、磁流變阻尼器C (12)、磁流變阻尼器D (13)； 電渦流位移傳感器A (6)安裝在轉(zhuǎn)子一上，電渦流位移傳感器B (7)安裝在轉(zhuǎn)子二上，電渦流位移傳感器C (8)安裝在轉(zhuǎn)子三上，電渦流位移傳感器D (9)安裝在轉(zhuǎn)子四上，光電傳感器(5)安裝在轉(zhuǎn)子軸一側(cè)；電渦流位移傳感器A (6)、電渦流位移傳感器B (7)、電渦流位移傳感器C (8)、電渦流位移傳感器D (9)及光電傳感器(5)接入信號調(diào)理模塊(1)，信號調(diào)理模塊(I)將信號進行整流、濾波、放大之后接入信號采集卡(2)，信號采集卡(2)將模擬電信號轉(zhuǎn)換為計算機識別的數(shù)字信號，并接入計算機(3 ); 磁流變阻尼器A (10)安裝在轉(zhuǎn)子一上，磁流變阻尼器B (11)安裝在轉(zhuǎn)子二上，磁流變阻尼器C (12)安裝在轉(zhuǎn)子三上，磁流變阻尼器D (13)安裝在轉(zhuǎn)子四上；可調(diào)電源A (17)與磁流變阻尼器A (10)線圈連接，可調(diào)電源B (18)與磁流變阻尼器B (11)線圈連接，可調(diào)電源C (19)與磁流變阻尼器C (12)線圈連接，可調(diào)電源D (20)與磁流變阻尼器D (13)線圈連接； 其中，電渦流位移傳感器A (6)、電渦流位移傳感器B (7)、電渦流位移傳感器C (8)、電渦流位移傳感器D(9)分別將轉(zhuǎn)子一、轉(zhuǎn)子二、轉(zhuǎn)子三、轉(zhuǎn)子四振動的位移信號轉(zhuǎn)化為振動電信號(15),光電傳感器(5)將轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速電信號(14);振動電信號(15)和轉(zhuǎn)速電信號(14)接入信號調(diào)理模塊(1)，信號調(diào)理模塊(I)將信號進行整流、濾波、放大之后接入信號采集卡(2)內(nèi)，信號采集卡(2)將模擬電信號轉(zhuǎn)換為計算機識別的數(shù)字信號，并將信號接入計算機(3)中，計算機(3)中控制分析系統(tǒng)通過對振動信號(15)和轉(zhuǎn)速信號(14)進行分析計算，通過模擬輸出模塊(4 )給出控制信號(16 )，控制可調(diào)電源A (17 )、可調(diào)電源B (18)、可調(diào)電源C (19)、可調(diào)電源D (20)的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)磁流變阻尼器A (10)、磁流變阻尼器B (11)、磁流變阻尼器C (12)、磁流變阻尼器D (13)的電流，為軸系提供施加位置、時間及大小實時可調(diào)的阻尼力，實現(xiàn)振動的靶向控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)機械多跨轉(zhuǎn)子軸系振動靶向控制裝置，其特征在于:可調(diào)電源A (17)、可調(diào)電源B (18)、可調(diào)電源C (19)、可調(diào)電源D (20)的輸出電壓由輸入的控制信號(16)控制；控制信號(16)為模擬或數(shù)字電壓信號；可調(diào)電源A (17)、可調(diào)電源B (18)、可調(diào)電源C (19)、可調(diào)電源D (20)的輸出電壓可以控制磁流變阻尼器A (10)、磁流變阻尼器B (11)、磁流變阻尼器C (12)、磁流變阻尼器D (13)的電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)機械多跨轉(zhuǎn)子軸系振動靶向控制裝置，其特征在于:各磁流變阻尼器的電流與輸入的可調(diào)電源控制信號(16)是一一對應關(guān)系；計算機(3)中的控制分析系統(tǒng)通過確定施加阻尼力適當位置、時間及大小，就可以確定輸入各可調(diào)電源的控制信號(16)來調(diào)節(jié)各可調(diào)電源的輸出電壓，改變各磁流變阻尼器參數(shù)，控制軸系振動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)機械多跨轉(zhuǎn)子軸系振動靶向控制裝置，其特征在于:磁流變阻尼器包括連接軸承(22)、鐵芯(23)、動阻尼片(24)、靜阻尼片(26)、磁流變液(25)、線圈(27);轉(zhuǎn)軸(21)與連接軸承(22)相連；其中動阻尼片(24)與連接軸承(22)固定，靜阻尼片(26)與鐵芯(23)底部固定；轉(zhuǎn)軸(21)的振動通過連接軸承(22)傳遞到動阻尼片(24)，這樣動阻尼片(24)、靜阻尼片(26)在磁流變液(25)中產(chǎn)生相對運動，由于磁流變液(27)具有粘度，所以動阻尼片(24)、靜阻尼片(26)的相對運動會產(chǎn)生阻尼力，從而降低轉(zhuǎn)軸(21)振動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)機械多跨轉(zhuǎn)子軸系振動靶向控制裝置，其特征在于:各跨轉(zhuǎn)子上安裝磁流變阻尼器A (10)、磁流變阻尼器B (11)、磁流變阻尼器C (12)、磁流變阻尼器D (13)、各磁流變阻尼器在不通電的情況下對轉(zhuǎn)子軸系無影響；當磁流變阻尼器通入電流后，會對本跨轉(zhuǎn)子的振動產(chǎn)生影響，通過控制信號(16 )調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子升速過程中磁流變阻尼器的電流，以降低轉(zhuǎn)子振動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種旋轉(zhuǎn)機械多跨轉(zhuǎn)子軸系振動靶向控制裝置，其特征在于:磁流變液(25)的粘度與磁場大小有關(guān)，而磁場大小由線圈(27)的電流決定，所以通過控制線圈(27)的工作電流可以`改變磁流變液粘度，進而改變阻尼力。
【文檔編號】F16F15/32GK103821875SQ201410074365
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】何立東, 王锎, 邢健, 黃秀金, 高金吉 申請人:北京化工大學