Устройство для гашения колебаний вращающихся роторов Советский патент 1993 года по МПК F16F15/18 

Изобретение относится к области механики, в частности к устройствам, обеспечивающим нормальную эксплуатацию газоперекачивающих установок, паровых турбин и тому подобные газо-паротурбин- ных агрегатов за счет гашения колебаний (вибрации) их вращающихся роторов.

Известно устройство гашения колебания ротора паровой турбины. Она содержит измеритель давления пара, устройство сравнения и компенсирующее устройство. При работе устройства измеряют давление пара на входе турбины, сравнивают его с заданным в том же сечении и компенсируют изменение давления изменением его расхода путем изменения положения регулирующего клапана..

Недостатком этого устройства является низкая эффективность гашения колебаний, так как компенсируются только колебания ротора турбины, обусловленные изменением колебания давления пара на входе. Другие составляющие колебания ротора, вызванные другими причинами, например, разбалансировкой ротора, в том числе и тепловой, не гасятся.

Другим существенным недостатком указанного устройства является то, что оно может быть использовано только в турбоагрегатах, снабженным регулирующими устройствами на входе для измерения давления рабочей среды.

Однако существует целый ряд турбинных агрегатов, например газоперекачивающих устройств, состоящих из нескольких роторов с сериями лопаток, посаженных на вал и расположенных соответственно в цилиндре высокого, среднего и низкого давления, В таких агрегатах управление рабочим потоком после прохождения его через соответствующий цилиндр, с целью компенсации колебания потока на входе

-ч ю о

00 О СП

последующего цилиндра, представляет собой сложную техническую задачу.

Известно также устройство гашения колебаний ротора паровой турбины, которое содержит измеритель изменения давления пара на входе относительно заданного уровня, измеритель колебаний ротора, электронный блок обработки и парораспределительные органы. При этом по результатам измерений колебаний ротора электронным блоком вырабатывают управляющее воздействие на парораспределительные органы и формируют компенсирующее воздействие на ротор изменением (колебанием) давления пара на лопатки синхронно вращению ротора и асимметрично в плоскости, перпендикулярной оси вращения его. В результате этого возбуждаются соответствующие синхронные компенсирующие колебания ротора и обеспечивается гашение соответствующих составляющих колебания ротора.

Указанное устройство обеспечивает более эффективное гашение колебаний ротора, чем в предыдущем аналоге, так как обеспечивает гашение колебаний ротора, вызванные не только колебаниями давления пара на входе, но и другими причинами за счет того, что учитываются колебания ротора.

Однако недостатком этого устройства, также как и предыдущего аналога, является невозможность гашения колебаний турбоагрегатов при смешивании потоков на входе, в частности, цилиндра среднего и цилиндра низкого давлений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является устройство гашения колебаний вращающихся роторов, которое принято в качестве прототипа,,

Устройство для гашения колебаний вращающихся роторов содержит средство для измерения колебаний ротора (смещения или вибрации ротора в направлении координатных осей) и связанное с ним через электронный блок компенсирующее устройство с управляющими электромагнитами в виде электромагнитного подшипника (для создания электромагнитных компенсирующих сил, уменьшающих колебания ротора). Устройство измерения вырабатывает сигнал пропорциональный смещению ротора в направлении координатных осей, по величине которого электронным блоком формируют результирующее воздействие на ротор и с помощью компенсирующего устройства в виде электромагнитов обеспечивают возбуждение компенсирующих (гасящих) колебаний ротора.

Это устройство позволяет осуществлять гашение колебаний ротора турбоагрегатов во всех его цилиндрах.

Однако недостатком прототипа является низкая экономичность устройства, так как для возбуждения компенсирующих колебаний ротора, весящего десятки тонн, за счет электромагнитных сил требуются значительные затраты электроэнергии. Кроме

О того, снабжение турбин мощными и громоздкими электромагнитами, необходимыми для создания компенсирующих колебаний, также требует значительных затрат.

Цель изобретения - снижение, энерго5 затрат при эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для гашения колебаний вращающихся роторов, содержащее средство для измерения колебаний ротора, электронный

0 блок и связанное с ним компенсирующее устройство по крайней мере с двумя управляющими электромагнитами, согласно изобретению снабжено жесткой диафрагмой, устанавливаемой перпендикулярно оси вра5 щения ротора и соединенной посредством механических связей с управляющими электромагнитами.

В ы п ол нен ие п редл а гаемого устройства указанным образом позволяет по сигналам

0 средства измерения колебаний с электронным блоком производить перемещение (колебание) диафрагмы посредством электромагнитов с механическими связями таким образом, чтобы при этом осуществля5 лось перераспределение (смещение) потока относительно оси вращения ротора так, чтобы радиальная составляющая силы, действующий на ротор с лопатками, возбуждала компенсирующие (гасящие) колебания рото0 ра, синхронно Ив противофазе колебаниям ротора до дисбаланса. Таким образом, гашение колебаний осуществляется за счет смешения потока относительно оси вращения ротора, а не за счет дополнительных

5 энергетических затрат, что повышает экономичность предлагаемого устройства, т.е. достигается поставленная цель.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 0 конструкция устройства; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2.

Устройство для гашения колебаний вращающихся роторов содержит компенсирующее устройство 1 в виде жесткой

5 диафрагмы, установленной перпендикулярно оси вращения ротора и соединенной посредством механических связей 2,3 и 4 с управляющими электромагнитами 5, 6 и 7. Управляющие электромагниты 5,6 и 7 установлены на корпусе 8 турбины (цилиндра) с

направляющими потока, в котором в опорных подшипниках 9 размещен ротор 10 с лопатками.

Средство 11 измерения колебаний ротора 10 подключено на вход электрического 5 блока 12, который в рассматриваемом случае имеет три выхода и которыми он подключен к управляющим электромагнитам 5,6 и 7. Средство 11 предназначено для преобразования относительных колебаний ро- 10 тора 10 в электрический сигнал и должно обеспечивать однозначность этого сигнала по амплитуде и фазе колебаниям ротора 10. Электронный блок 12 предназначен для формирования управляющих сигналов на 15 электромагнит 5,6 и 7 по сигналу средства 11 измерения колебаний ротора 10. Электронный блок 12 включает формирователь 13 опорного сигнала, подключенного на вход фазовращателя 14 и на вход фазовращателя 20 15, обеспечивающего преобразование , опорного сигнала в n-фазное нормированное напряжение, в нашем случае в трехфазное по числууправляющих электромагнитов 5,6 и 7, а также включает синхронный детек- 25 тор 16, перемножители 17,18 и 19 и усилители 20,21 и 22, подключенные выходами к управляющим электромагнитам 7,6 и 5 соот- ветственно. При этом выход фазовращателя 14 соединен с одним из входов синхронного 30 детектора 16, второй вход которого является входом электронного блока 12, на который и подключено средство 11 измерения колебаний ротора 10, выход синхронного детектора лодключен на второй вход фазов- 35 ращателя 14 и на первые входы перемножителей 17,18 и 19, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами фазовращателя 15, а выходы перемножите- лей 17,18 и 19 подключены на входы усили- 40 телей 20,21 и 22 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Ротор 10 в корпусе 8 на подшипнике 9 приводится потоком рабочей среды (напри- 45 мер, пара} во вращение с частотой со. Относительные радиальные колебания ротора 10 средством, 11 измерения колебаний преобразуются в электрический сигнал вида:

U(t) Asln( + V) + 2Xjj(t),50 где А - амплитуда колебаний оборотной составляющей;

,V начальная фаза колебаний;

U(p-j - составляющая колебаний рото- , ра.55

Этот сигнал подается в электронный блок 12 на вход его синхронного детектора 16. На второй его вход через фазовращатель

14 с формирователя 13 поступает опорный гармонический сигнал частоты который сформирован по фазовой метке на роторе (метка не показана). Сигнал с выхода синхронного детектора 16, пропорциональный амплитуде А оборотной составляющей, подается на первые входы переменожителей 17,18 и 19, а вторые входы которых подаются нормированные сигналы частоты О) с выхода фазовращателй 15, в нашем случае в виде трехфазного нормированного единичного по амплитуде напряжение:

Uoi ioVln{a t + i); 0

U02 1 о t + Ј2);

Uo3 1о sln(y t + p$,

где р,ргидо-едвмгфаз,соответствующий угловому положению установки управляющих электромагнитов 5,6 и 7 на корпусе 8. На выходе перемножителей 17,18 и. 19 после перемножения в них сигнала с выхода синхронного детектора 16, пропорционального амплитуде оборотной составляющей колебаний ротора 10, на гармонические нормированные единичные сигналы частоты ИГ, равной частоте оборотной составляющей колебаний, поступающий с выходов фазов- ращзтеля 15, получим сигнал управления в виде:

Ui Asln(ft) t + pi);

U2 Asin(uJt + #2);

1)з Asin(un + p3),

После усиления этих сигналов управления в усилителях 20,21 и 22 они поступают на управляющие электромагниты 7,6 и 5 соответственна и вызывают колебания жесткой диафрагмы 1 посредством механических связей 2,3 и 4.

Таким образом, при наличии колебаний ротора по сигналу средства измерения колебаний ротора электронным блоком формируется по крайней мере п 2 фазный гармонический сигнал с частотой, равной частоте вращения ротора, в рассматриваемом примере формируется трехфазный гармонический сигнал, который подается на управляющие электромагниты, которыми через механические связи возбуждаются соответствующие синхронные колебания жесткой диафрагмы. В результате этого воэ- буждакьтся соответствующие синхронные изменения потока рабочей среды на лопатки ротора в радиальной плоскости; вызывающие компенсирующие колебания ротора в радиальной плоскости, чем и обеспечивается гашение соответствующей составляющей колебаний вращающегося ротора.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Устройство для гашения колебаний вращающихся роторов, содержащее устройство для измерения колебаний ротора, электронный блок, и связанное с ним компенсирующее устройство с, по крайней мере, двумя управляющими электромагнитами, отличающееся тем, что, с целью снижения энергозатрат при эксплуатации, оно снабжено жесткой диафрагмой, устанавливаемой перпендикулярно с оси вращения ротора и соединенной посредством механических связей с управляющими электромагнитами..

Использование: машиностроение, а именно газопаротурбинные агрегаты и газо- перекачивающие устройства. Сущность изобретения: устройство для гашения колебаний вращающихся роторов содержит компенсирующее устройство в виде жесткой диафрагмы, соединенной посредством механических связей с управляющими электромагнитами и устанавливаемой перпендикулярно оси вращения роторов, электронный блок и средство для измерения колебаний ротора, Число управляющих электромагнитов выбрано равным или большим двух. 3 ил.

Ьа.г./.