[发明专利]一种带密封功能的电磁控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种带密封功能的电磁控制器，主要用于石化、航天、电力及冶金等领域过程工业中使用的旋转机械。

背景技术

转子是透平机械的关键的能量转化部件。在透平机械运行的过程中，转子上要承受各种复杂的力的作用。这些力有的来自转子本身，比如转子上由于其质心和旋转中心不重合而导致的不平衡力；也有的来自相邻的转子，比如汽轮机驱动的离心压缩机组，由于运行过程中，汽轮机组的热膨胀，使得汽轮机转子和压缩机转子不对中，从而产生不对中力；也有的来自缸体上的静子部件，比如由于转子和静子之间的间隙过小，或者转子和静子未能有效的对中，从而产生碰摩故障。这些故障都会对透平机械的稳定长周期运行带来危害。目前，随着透平机械向着高参数化方向发展，失稳故障成为阻碍其向高参数化发展的主要障碍。

转子失稳通常是指当转速达到一定值后处于临界状态，这时如果遇到微小的扰动，就有可能使得转子振动突然加剧，引起跳车的一种故障。自上个世纪60年代以来，随着透平机械的功率及转速的升高，一些在低速、小功率下表现较弱的问题逐渐变得越来越突出，其中稳定性问题显的尤为显著。在最近的几十年来，虽然工程界和科技界都对转子的稳定性给予了高度的关注，但是失稳的案例还是时有发生。这种故障是一种比较顽固的故障，一旦出现就需要对机组做大的改造。

在目前的工程应用中，对于解决失稳问题通常有两个技术难点，其一是在运行中或者通过一次跳车的数据能够准确的诊断预测出故障的类型以及原因。同样的振动突然增大现象有可能是由于动静部件之间的碰磨、转子上某些部件的脱落、转子的失稳等。如何从这些现象中及早的判断出原因对于最大程度的降低故障带来的损失是非常有必要的。第二个技术难点是如何制定相应的解决方案，以节约时间的方式解决失稳问题。失稳可能是由于轴承引起的，或者通过仅修改轴承的结构就可以解决问题，或者有必要修改转子上的迷宫密封的结构等。通过开发一种判别技术，能够准确的对修改方案进行评定，从事实现故障快速消除的目的。

在这种故障的处理上，虽然世界上各个透平机械厂商都曾经做出过努力，例如美国最大的压缩机公司Dresser－Rand在平衡盘上采用阻尼密封、日本三菱在推力盘外侧增加阻尼环、Elliot公司宣称通过增大转子的轴径来提高转子的稳定性。

关于失稳故障，从力学机理上讲就是转子系统内部出现了负阻尼。通常在振动中的阻尼为正的，即随着振动过程的持续，阻尼的作用是耗散能量，这样振动会越来越小。而负阻尼意味着这种阻尼给转子注入能量，振动会随着时间的延长而不断加剧。在离心压缩机运行过程中，同时存在正阻尼和负阻尼。在较低的转速下，转子正阻尼占主导，因此转子表现的比较稳定。而随着转速的升高和功率的加大，正负阻尼几乎相互抵消，此时的转子系统处于临界状态。当转速再次升高，负阻尼超过正阻尼而占主导地位，当出现小扰动时，振动不再回到原来的位置，而成为发散状，这样振动在短时间内急剧增大，便产生了转子的失稳。

近几十年来，针对失稳问题的众多解决方案就基于对失稳机理的认识，从三个方面展开。一是提高正阻尼；二是降低负阻尼；三是提高失稳的临界。在这三种方法的基础上，还诞生出他们两两相组合的方法。

对于第一种方法有代表性的技术是采用挤压油膜阻尼器和阻尼环。一种在可倾瓦止推轴承外面串联一个挤压油膜阻尼器的结构，在转子运转过程中，由于振动而使得转子持续反复的挤压结构，使得这些结构之间小间隙内的流体流入和流出，此时由于流体的粘性而耗散能量。通过这种方式，向转子内引入了阻尼。但是这种方案适合在设计阶段采用。对于一个已经制造好的机组，如果采用这种技术，就需要增加轴承座的尺寸。这些改动在现场实施是很有难度的。对于有些高压的压缩机来说，已经预计到转子在运转过程中将会发生失稳，因此多采用这种技术。例如高速的航空发动机。

另一种提高转子正阻尼的方式，即采用阻尼轴承，这也是最早开始的解决转子稳定性的办法。最早的压缩机采用圆柱瓦，后来发现该形式的轴承由于转子和轴承之间的间隙内润滑油存在过大的周向速度，该速度将会使得转子交叉刚度和阻尼增大而主阻尼降低。后来采用刮瓦的形式制造了椭圆瓦，以及在此基础上开发的错口瓦、三油楔瓦，直到今天的可倾瓦。基于轴承摩擦与润滑的机理，近年来还开发出多种用以提高转子稳定性的轴承，例如Bently公司提出的动静压结合轴承，根据他们公司的宣传材料，这种轴承能够从根本上解决转子的失稳问题，但是到目前为止还没有工业应用的案例。