Устройство для гашения колебаний вращающихся роторов

(5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Н 2 нтрального конергоремонтаев, В.И.Цыбульбово СССР , 1988. кл. Р 16 Г 15/18 1980. (54) У БАНИ ОЙСТВРАЩАЮ ЛЯ ГАШЕНИЯ КОИХСЯ РОТОРОВ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВОСССР(71) Харьковский филиал Цеструкторского бюро Союзэн(56) Авторское свидетельствМ 1553736, кл. Г 16 О 1724ЗаявкаФРГМ 2658687,Изобретение относится к области меха ники, в частности к устройствам, обеспечивающим нормальную эксплуатацию газоперекачивающих установок, паровых турбин и тому подобные газо-паротурбинных 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 изменени(57) Использование: машиностроение, а именно газопаротурбинные агрегаты и газоперекачивающие 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,ем колебания давления пара на входе. Дру гие 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 входепоследующего цилиндра, представляет собой сложную техническую задачу,Известно также устройство гашения колебаний ротора паровой турбины, котороесодержит измеритель изменения давленияпара на входе относительно заданногоуровня, измеритель колебаний ротора, электронный блок обработки и парораспределительные органы. При этом по результатамизмерений колебаний ротора электроннымблоком вырабатывают управляющее воздействие на парораспределительные органы и формируют компенсирующеевоздействие на ротор изменением (колебанием) давления пара на лопатки синхронновращению ротора и асимметрично в плоскости, перпендикулярной оси вращения его. Врезультате этого возбуждаются соответствующие синхронные компенсирующие колебания ротора и обеспечивается гашениесоответствующих составляющих колебанияротора.Указанное устройство обеспечивает более эффективное гашение колебаний ротора, чем в предыдущем аналоге, так какобеспечивает гашение колебаний ротора,вызванные не только колебаниями давления пара на входе, но и другими причинамиза счет того, что учитываются колебания ротора.Однако недостатком этого устройства,также как и предыдущего аналога, являетсяневозможность гашения колебаний турбоагрегатов при смешивании потоков на входе, в частности, цилиндра среднего ицилиндра низкого давлений,Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является устройствогашения колебаний вращающихся роторов,которое принято в качестве прототипаУстройство для гашения колебаний вращающихся роторов содержит средство дляизмерения колебаний ротора (смещенияили вибрации ротора в направлении координатных осей) и связанное с ним черезэлектронный блок компенсирующее устройство с управляющими электромагнитами в. виде электромагнитного подшипника (длясоздания электромагнитных компенсирующих сил, уменьшающих колебания ротора),Устройство измерения вырабатывает сигнал пропорциональный смещению ротора внаправлении координатных осей, по величине которого электронным блоком формируют результирующее воздействие на ротори с помощью компенсирующего устройствав виде электромагнитов обеспечивают возбуждение компенсирующих (гасящих) колебэний ротора. Это устройство позволяет осуществлятьгашение колебаний ротора турбоагрегатовво всех его цилиндрах.Однако недостатком прототипа являет 5 ся низкая экономичность устройства, таккак для возбуждения компенсирующих колебаний ротора, весящего десятки тонн, засчет электромагнитных сил требуотся значительные затраты электроэнергии. Кроме"0 того, снабжение турбин мощными и громоздкими электромагнитами, необходимымидля создания компенсирующих колебаний,также требует значительных затрат,Цель изобретения - снижение энергозатрат при эксплуатации,Поставленная цель достигается тем, чтоустройство для гашения колебаний вращающихся роторов, содержащее средство дляизмерения колебаний ротора, электронный20 блок и связанное с ним компенсирующееустройство по крайней мере с двумя управляющими электромагнитами, согласно изобретению снабжено жесткой диафрагмой,устанавливаемой перпендикулярно оси вра 25 щения ротора и соединенной посредствоммеханических связей с управляющими электромагнитами.Выполнение предлагаемого устройствауказанным образом позволяет по сигналамЗ 0 средства измерения колебаний с электронным блоком производить перемещение (колебание) диафрагмы посредствомэлектромагнитов с механическими связямитаким образом, чтобы при этом осуществля 35 лось перераспределение(смещение) потокаотносительно оси вращения ротора так, чтобы радиальная составляющая силы, дейст-.вующий на ротор с лопатками, возбуждалакомпенсирующие(гасящие) колебания рото 40 ра, синхронно и в противофазе колебаниямротора до дисбаланса. Таким образом, гашение колебаний осуществляется за счетсмешения потока относительно оси вращения ротора, а не за счет дополнительных45 энергетических затрат, что повышает экономичность предлагаемого устройства, т.е. достигается поставленная цель.На фиг,1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 -50 конструкция устройства; на фиг.З - разрезА-А на фиг.2.Устройство для гашения колебаний вращающихся роторов содержит компенсирующее устройство 1 в виде жесткойдиафрагмы, 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) снаправляющими потока, в котором в опорных подшипниках 9 размещен ротор 10 слопатками.Средство 11 измерения колебаний ротора 10 подключено на вход. электрическогоблока 12, который в рассматриваемом случае имеет три выхода и которыми он подключен к управляющим электромагнитам5,6 и 7. Средство 11 предназначено для преобразования относительных колебаний ротора 10 в электрический сигнал и должнообеспечивать однозначность этого сигналапо амплитуде и фазе колебаниям ротора 10.Электронный блок 12 предназначен дляформирования .управляющих сигналов наэлектромагнит 5,6 и 7 по сигналу средства.11 измерения колебаний ротора 10. Электронный блок 12 включает формирователь 13опорного сигнала, подключенного на входфазовращателя 14 и на вход фазовращателя15, обеспечивающего преобразованиеопорного сигнала в и-фазное нормированное напряжение, в нашем случае в трехфазное по числууправляющих электромагнитов5,6 и 7, а также включает синхронный детектор 16, перемножители 17,18 и 19 и усили тели 20,21 и 22, подключенные выходами куправляющим электромагнитам 7,6 и 5 соответственно. При этом выход фазовращателя14 соединен с одним из входов синхронногодетектора 16, второй вход которОго является входом электронного блока 12, на который и подключено средство 11 измеренияколебаний ротора 10, выход синхронногодетектора подключен на второй вход фазовращателя 14 и на первые входы перемножителей 17;18 и.19, вторые. входы которыхсоединены с соответствующими выходамифазовращателя 15, а выходы перемножите лей 17;18 и 19 подключены на входы усилителей 20,21 и 22 соответственно.Устройство работает следующим образом.Ротор 1 О в корпусе 8 на подшипнике 9приводится потоком рабочей среды (например, пара) во вращение с частотой в. Относительные.радиальные колебания ротора 10средством 11 измерения колебаний преобразуются в электрический сигнал вида:О(т) = Азп(вт+ ф)+ ЗЗ(т),где А - амплитуда колебаний оборотной составляющей;ф- начальная фаза колебаний;ООЯ - составляющая колебаний ротора,Этот сигнал подается в электронныйблок 12 на вход его синхронного детектора16. На второй его вход через фазовращательО 1= Азпав с+ у 1); О 2 = Азп(в 1+ ф 2) Оз = Аз 1 п(вт+Щ 3),30 35 Таким образом, при наличии колебаний 40 ротора по сигналу средства измерения колебаний ротора электронным блоком формируется покрайней мере и2 фазный гармонический сигнал с частотой, равной частоте вращения ротора, в рассматриваемом примере формируется трехфазный гар-.монический сигнал, который подается на управляющие электромагниты, которыми через механические связи возбуждаются . соответствующие синхронные колебанияжесткой диафрагмы. В результате этого возбуждакьтся соответствующие синхронные изменения потока рабочей средыъа лопатки ротора в радиальной плоскости, вызывающие компенсирующие колебания ротора в 55 радиальной плоскости, чем и обеспечивает 5 10 15 20 25 14 с формирователя 13 поступает опорный гармонический сигнал частоты в,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 в с выхода фазовращателя 15, в нашем случае в виде трехфазного нормированного единичного по амплитуде напряжение;О 01 = 1 о 3 й(в 1. + 1)002 = 1 о зьфи+ а):Ооз = 1 з 1 пв 1 + сиз),где р 1, Ъ и рз- сдвиг фаз, 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 в, равной частоте оборотной составляющей колебаний, поступающий с выходов фазовращателя 15, получим сигнал управления в виде: 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 механическихсвязей 2,3 и 4,ся гашение соответствующей составляющей колебаний вращающегося ротора.1796805 Формула изобретения 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 злектромагСоставитель Л.МетелевРедактор М.Кузнецова Техред Ч.Моргентал Корр Н.Милюкова Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС-35, Рауаская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 638 Тираж ВНИИПИ Государственного комите 113035, Москва8нитами, о т л и ч а ю щ е е с я 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,О