專利名稱：診斷和控制旋轉(zhuǎn)機(jī)械中旋轉(zhuǎn)失速和喘振的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及壓縮機(jī)或泵之類的具有旋轉(zhuǎn)級的機(jī)械，更具體地講，涉及遭受稱為旋轉(zhuǎn)失速和喘振的操作異常的機(jī)械，以及出自轉(zhuǎn)子動態(tài)觀點(diǎn)的診斷和控制這種失速和喘振的發(fā)生的方法和裝置。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)失速和喘振是可能在壓縮機(jī)之類的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中導(dǎo)致出于多種原因的危險的機(jī)械損壞的重要機(jī)械現(xiàn)象。首先，流動線路衰減產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子振動可能損壞級間迷宮式密封。此外，逆流可能在葉輪葉片入口造成溫度連續(xù)升高(和對應(yīng)的出口壓頭降低)，導(dǎo)致喘振循環(huán)。壓縮機(jī)的吸入和排放端之間的壓力變化也可能造成軸向推力的迅速改變，因而導(dǎo)致止推軸承的損壞。另外，可能發(fā)生負(fù)載和速度的突然變化，因而對葉輪以及內(nèi)部壓縮和驅(qū)動組件造成有害影響。
此前，一直將旋轉(zhuǎn)失速和喘振看成是空氣動力學(xué)問題，并在空氣動力學(xué)方面對旋轉(zhuǎn)失速和喘振進(jìn)行了廣泛的研究。研究導(dǎo)致了以下通用工業(yè)定義局部失速，級失速，失速區(qū)，喘振和旋轉(zhuǎn)失速。局部失速是在葉輪或擴(kuò)散器中的氣流分離或逆流。級失速是在局部失速增大到一系列離心葉輪(和相關(guān)的入口和排放靜止組件)中的一個在其流動橫截面的一部分中經(jīng)歷逆流的點(diǎn)時。整體流動仍然是向前的加壓方向。失速區(qū)是離心壓縮機(jī)中遭受流量擾動和表現(xiàn)出失速征兆的葉輪或擴(kuò)散器的任何橫截面。喘振定義為周期性的流量振蕩或壓力擺動。如果這些振蕩包括逆流，那么它是深度喘振。氣流速度不足以適當(dāng)?shù)爻錆M相鄰導(dǎo)流葉片之間的空間。喘振沿軸向傳播。旋轉(zhuǎn)失速也叫作傳播失速，是由覆蓋數(shù)個葉片和流道的大失速區(qū)構(gòu)成的。旋轉(zhuǎn)失速以轉(zhuǎn)子速度的幾分之一沿圓周傳播。失速區(qū)數(shù)量和傳播速度變化很大。
此前，一直是通過監(jiān)測和經(jīng)過閥門改變出口壓力比和／或入口壓力比改變壓縮機(jī)內(nèi)壓力流來解決旋轉(zhuǎn)失速和喘振現(xiàn)象。此外，一直使用壓力和溫度的監(jiān)測作為檢測失速的標(biāo)記。另外，對壓縮機(jī)槳葉和葉片以及自轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)子的幾何形狀進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)上的改變。因此，盡管在空氣動力學(xué)方面對旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象進(jìn)行的廣泛的研究，但很少有人注意這種現(xiàn)象的轉(zhuǎn)子動態(tài)含義。因此，需要從振動診斷和轉(zhuǎn)子動態(tài)角度更好地理解離心壓縮機(jī)中的旋轉(zhuǎn)失速。此外，需要有一種能夠提供對問題的不僅僅是有關(guān)旋轉(zhuǎn)失速和喘振條件的空氣動力學(xué)結(jié)果的振動診斷和轉(zhuǎn)子動態(tài)解決的裝置和方法。
以下的現(xiàn)有技術(shù)反映了申請人所知的現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)，并且包括在這里以盡到公開本申請人所了解的有關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的責(zé)任。但是按照規(guī)定，這些參考沒有一個能單獨(dú)地講授本發(fā)明，并且在以任何可以想象的組合考慮時，也不能提供與下面更為詳細(xì)的說明中公開的，特別是權(quán)利要求所指出的本發(fā)明的顯而易見的關(guān)系。
本發(fā)明在多個地方與現(xiàn)有技術(shù)不同。本發(fā)明與已知現(xiàn)有技術(shù)的最顯著差別之一是本發(fā)明從振動診斷和轉(zhuǎn)子動態(tài)觀點(diǎn)處理旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的旋轉(zhuǎn)失速和喘振。此外，本發(fā)明是一種監(jiān)測稱為旋轉(zhuǎn)失速和喘振的操作異常的機(jī)械震動，和預(yù)測并控制這種失速和喘振發(fā)生的主動系統(tǒng)。作為這種主動干預(yù)的結(jié)果，在造成機(jī)械損壞之前改變這種旋轉(zhuǎn)失速和喘振議程的發(fā)生。
在一個優(yōu)選形式中，本發(fā)明使用了至少一對操作地耦合于旋轉(zhuǎn)機(jī)器和一個處理裝置的正交渦流位移傳感器。傳感器感測機(jī)器的旋轉(zhuǎn)軸的原始動態(tài)橫向振動，并向處理裝置輸出電信號。處理裝置把電信號轉(zhuǎn)換成，例如，軌道曲線圖，以確定轉(zhuǎn)子振動標(biāo)記。然后將該標(biāo)記與一個標(biāo)準(zhǔn)或范例比較，并且在機(jī)械接近比較步驟指出的失速條件時，改變軸的進(jìn)動。最好通過一個軸承噴口注入流體引入流體力與旋轉(zhuǎn)軸共同工作而改變軸的進(jìn)動。
此外，可以將至少一個渦流位移傳感器操作地耦合到機(jī)器和處理裝置，用于測量，例如，機(jī)器的止推環(huán)的軸向振動的。然后，可以把這個測量值與一個標(biāo)準(zhǔn)或范例比較，并且當(dāng)比較步驟指出機(jī)器接近旋轉(zhuǎn)失速或喘振條件時，可以改變軸的軸向偏移。
另外，本發(fā)明提供了一種用于確定機(jī)器的復(fù)動態(tài)勁度的方法和裝置，復(fù)動態(tài)勁度包括一個直接動態(tài)勁度分量和一個正交動態(tài)勁度分量。然后，可以把這兩個分量用作失速警告裝置，并且也可以用于診斷和糾正轉(zhuǎn)子動態(tài)失穩(wěn)效應(yīng)。更具體地講，可以監(jiān)測直接動態(tài)勁度分量，并與一個相關(guān)于旋轉(zhuǎn)失速的標(biāo)準(zhǔn)或范例比較。例如，可以監(jiān)測正交動態(tài)勁度，以觀測指示旋轉(zhuǎn)失速的落差。此外，可以監(jiān)測直接和正交動態(tài)勁度分量，以檢測兩個分量的零交叉點(diǎn)的重合性，用于診斷由于失速和喘振條件造成的失穩(wěn)效應(yīng)。
通過下面的對本發(fā)明的目的的討論可以顯示出本發(fā)明的工業(yè)應(yīng)用性。
因此，本發(fā)明的一個主要目的是要提供一種用于在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中診斷和糾正旋轉(zhuǎn)失速和喘振的新的和有用的方法和裝置。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是要提供一種上述特征的方法和裝置，其確定機(jī)械的直接動態(tài)勁度分量以開發(fā)出一種旋轉(zhuǎn)失速預(yù)報器。
本發(fā)明的另一個目地是要提供一種上述特征的方法和裝置，其確定機(jī)械的復(fù)動態(tài)勁度，以開發(fā)出一種旋轉(zhuǎn)失速和喘振預(yù)報器。
本發(fā)明的再一個目的是要提供一種上述特征的方法和裝置，其利用來自一個振動監(jiān)測裝置的信號以控制旋轉(zhuǎn)失速。
本發(fā)明的再一個目的是要提供一種上述特征的方法和裝置，其利用來自一個振動監(jiān)測裝置的信號以控制喘振。
本發(fā)明的再一個目的是要提供一種上述特征的方法和裝置，其利用來自一個振動監(jiān)測裝置的信號，以提供即時振動抑制，防止轉(zhuǎn)子和／或密封系統(tǒng)損壞。
本發(fā)明的再一個目的是要提供一種快速動作控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過特別監(jiān)測一個壓縮機(jī)軸的機(jī)械震動(軸偏移)，并利用監(jiān)測的信號提供直接機(jī)械動作，以在機(jī)械接近失速或失穩(wěn)條件時改變軸的偏移。
本發(fā)明的再一個目的是要提供一種控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)監(jiān)測轉(zhuǎn)子動態(tài)異常，以替代地或附加地提供一個控制信號，利用該控制信號提供對于壓縮機(jī)的驅(qū)動速度或吸入／排放壓力之類的旋轉(zhuǎn)機(jī)械變量的改正動作。
從第一優(yōu)點(diǎn)看，本發(fā)明的一個目的是要提供一種在一個具有一定流體通量的軸承支撐的旋轉(zhuǎn)機(jī)器中避免失速的診斷和改正方法，該方法包括步驟監(jiān)測機(jī)器繞其旋轉(zhuǎn)的軸的偏移；將該偏移與一種標(biāo)準(zhǔn)比較，并當(dāng)比較步驟指出機(jī)器接近失速時改變軸的偏移。
從第二優(yōu)點(diǎn)看，本發(fā)明的一個目的是要提供一種用于調(diào)諧旋轉(zhuǎn)機(jī)器以預(yù)防失速的方法，該方法包括步驟在機(jī)器中誘發(fā)失速，以確定該機(jī)器的失速特性；記錄至少導(dǎo)致失速條件的失速特性；對照記錄的失速特性監(jiān)測該機(jī)器，并在下一個失速開始前改正機(jī)器參數(shù)。
從第三優(yōu)點(diǎn)看，本發(fā)明的一個目的是要提供一種失速預(yù)防裝置，該裝置包括以下部分的組合一個具有一個軸的旋轉(zhuǎn)機(jī)器；操作地耦合于旋轉(zhuǎn)機(jī)器的監(jiān)測裝置；一個操作地耦合于機(jī)器用于改變機(jī)器參數(shù)的裝置，和插在監(jiān)測裝置和改變機(jī)器參數(shù)的裝置之間以便在接收到預(yù)失速條件指示時啟動改變機(jī)器參數(shù)裝置的處理裝置。
從第四優(yōu)點(diǎn)看，本發(fā)明的一個目的是要提供一種用于在旋轉(zhuǎn)機(jī)器中診斷和控制旋轉(zhuǎn)失速的裝置，該裝置包括以下部分的組合用于感測有關(guān)軸進(jìn)動的原始動態(tài)機(jī)器振動信號的裝置；用于將信號與機(jī)器失速條件范例比較的裝置；用于在比較步驟指出機(jī)器接近失速條件時改變軸進(jìn)動的裝置。
從第五優(yōu)點(diǎn)看，本發(fā)明的一個目的是要提供一種在一個具有一定流體通量的軸承支撐旋轉(zhuǎn)機(jī)器中防止失速的診斷和改正方法，該方法包括步驟監(jiān)測機(jī)器繞其旋轉(zhuǎn)的軸的偏移；計算機(jī)器的直接動態(tài)勁度分量；作為直接動態(tài)勁度分量中的落差的函數(shù)，改變軸的偏移。
在結(jié)合附圖考慮下面的詳細(xì)說明時，可以使這些和其它目的更為清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種防止失速的方法的總體方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種防止失穩(wěn)效應(yīng)的方法的總體方框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一種防止失速的方法的總體方框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一種通過觀察壓力圖防止失速的方法的總體方框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一種防止喘振的方法的總體方框圖；圖6是一種為后續(xù)使用建立機(jī)器穩(wěn)定性余量的方法的總體方框圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的一種裝置的示意圖；圖8是由一對正交渦流位移傳感器感測的振動信號的軌道表示，和由一機(jī)械相位傳感器感測的機(jī)械相位參考標(biāo)志；圖9是直接動態(tài)和正交動態(tài)勁度分量的動態(tài)勁度曲線圖的圖形表示。
執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式參考附圖，其中在各附圖中所有的相同參考號代表相同的部件，參考號10代表根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法。
參考附圖，在本質(zhì)上本發(fā)明提供了一種用于通過測量機(jī)器的動態(tài)勁度并計算直接動態(tài)勁度和／或正交動態(tài)勁度以用作不穩(wěn)定性警告裝置和用作診斷和糾正轉(zhuǎn)子動態(tài)失穩(wěn)效應(yīng)的診斷和糾正旋轉(zhuǎn)機(jī)器中失穩(wěn)效應(yīng)的方法和裝置。對于有關(guān)診斷的異常采取糾正動作，這些動作特別可以是以下形式提高軸承的勁度，增大通過機(jī)器M的流量，降低排放壓力和／或施加引起與測量的機(jī)器振動相反的響應(yīng)的力。
本發(fā)明優(yōu)選包括一個監(jiān)測機(jī)器振動以獲得稱為旋轉(zhuǎn)失速和喘振的操作異常情況，并預(yù)測、控制和抑制這種失速和喘振異常發(fā)生的主動控制系統(tǒng)20。主動控制系統(tǒng)最好包括多個液壓伺服軸承40，液壓伺服軸承40引導(dǎo)流體通過每個液壓軸承的入口，從而使流體壓力“F”能夠施加到機(jī)器M的轉(zhuǎn)子軸S?？梢栽跈C(jī)器M的內(nèi)側(cè)和外側(cè)成對使用伺服軸承40。此外，可以在鄰近機(jī)器M的止推軸承位置安裝一個組合的徑向止推伺服軸承50，用于在徑向和軸向和引導(dǎo)流體，分別抑制旋轉(zhuǎn)失速和喘振。在1996年12月4日申請的序列號為08／759415，名稱為“支撐旋轉(zhuǎn)裝置的流體靜力軸承，與之相關(guān)的流體操作系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)，方法和裝置”的美國專利申請中可以發(fā)現(xiàn)優(yōu)選的液壓伺服軸承40，50的示例說明，其整體內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
控制系統(tǒng)20提供操縱伺服軸承的控制信號，以便控制通過通向轉(zhuǎn)子軸S與固定液壓軸承之間公隙的入口，和通過至少一個通向機(jī)器的止推環(huán)的入口的流體流量，以在其上相互作用。流體在主動控制和抑制旋轉(zhuǎn)失速和喘振的同時，抑制機(jī)器的徑向和軸向振動。
此外，本發(fā)明提供了一種用于通過監(jiān)測動態(tài)橫向軸進(jìn)動，和將這種進(jìn)動與一種標(biāo)準(zhǔn)或范例比較，并在比較步驟指出機(jī)器接近失速條件時改變該進(jìn)動，而診斷和糾正旋轉(zhuǎn)機(jī)器中氣動力的失穩(wěn)效應(yīng)的方法和裝置。優(yōu)選控制系統(tǒng)20包括一個軸向監(jiān)測裝置26，用于監(jiān)測軸向振動，然后將動態(tài)軸向振動與一種標(biāo)準(zhǔn)或范例比較，并且在比較步驟指出機(jī)器接近失速或喘振條件時改變軸向振動。也可以把本發(fā)明用于設(shè)計具有大失速余量機(jī)器所用的樣機(jī)。
參考圖1，2和7，將一對，或模式識別所需數(shù)量的正交渦流位移傳感器22，24操作地耦合于機(jī)器M，測量橫向軸進(jìn)動。傳感器的輸出是振動或機(jī)器M的軸的振動的變化速率的連續(xù)電信號。傳感器也耦合于一個處理器／控制器20，以便收集、存儲和簡化有關(guān)橫向軸進(jìn)動的振動數(shù)據(jù)。
除了正交傳感器之外，最好把一個機(jī)械相位傳感器28操作地耦合于機(jī)器M，用于感測有關(guān)，例如，機(jī)器M的旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械相位參考標(biāo)志。最好把這個相位傳感器用于確定機(jī)器的速度(RPM)，和用于使旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械角度與正交傳感器22，24的電信號相關(guān)聯(lián)，或與所有必要的傳感器相關(guān)聯(lián)。
因此，可以通過機(jī)械相位傳感器28監(jiān)測機(jī)器的速度，并且可以利用該對正交渦流位移傳感器22，24監(jiān)測包括振動頻率在內(nèi)的機(jī)器振動。此外，可以把一個力傳感器29操作地耦合到處理器／控制器30，并安裝在機(jī)器的至少一個軸承40的外殼上，用于測量擾動力。然后，可以確定擾動力的幅度和相位，以提供足夠的信息來計算機(jī)器的復(fù)動態(tài)勁度，復(fù)動態(tài)勁度包括直接動態(tài)勁度(DDS)和正交動態(tài)勁度(QDS)。作為選擇，擾動力的幅度和相位可以經(jīng)過實(shí)驗數(shù)據(jù)預(yù)先確定。對于一特定操作速度的復(fù)動態(tài)勁度是用擾動力矢量(FPerturbation)除以響應(yīng)矢量(RResponse)確定的。例如，F(xiàn)PerturbationRResponse=KDirect+jKQuadrature]]>和KQ=j(ω-λΩ)D其中ω=轉(zhuǎn)子進(jìn)動速度；
λ=由于流體被軸拖動旋轉(zhuǎn)而造成的流體圓周平均速率；Ω=轉(zhuǎn)子速度；D=阻尼系數(shù)；和KD=KT-ω2m其中KT=系統(tǒng)的總彈性勁度(操作條件下的機(jī)械勁度加空氣動力勁度)；ω=轉(zhuǎn)子進(jìn)動速度；m=系統(tǒng)質(zhì)量。
更具體地講，直接動態(tài)勁度(DDS)是直線作用于輸入力矢量的動態(tài)勁度的分量，正交動態(tài)勁度(QDS)是垂直作用于輸入力矢量的動態(tài)勁度的分量。因此，直接動態(tài)勁度和正交動態(tài)勁度分量可以通過處理裝置30計算。通過監(jiān)測直接動態(tài)勁度和正交動態(tài)勁度的同時零轉(zhuǎn)換可以把計算的分量用作轉(zhuǎn)子動態(tài)不穩(wěn)定性警告裝置(請見圖2)。因此，可以監(jiān)測直接動態(tài)勁度和正交動態(tài)動態(tài)勁度的零值獲得零重合臨界點(diǎn)，即，相互重疊的零，并且如果達(dá)到了臨界點(diǎn)，那么可以采取糾正動作。此外，參考圖1，在與，例如，一種標(biāo)準(zhǔn)的比較中可以把直接動態(tài)勁度分量的落差指定用作失速警告裝置。
最好也把至少一個渦流位移傳感器26操作地耦合到機(jī)器M，測量軸向振動。把軸向振動監(jiān)測裝置操作地耦合到用于收集、存儲和簡化與軸向軸振動相關(guān)的軸向軸振動數(shù)據(jù)的處理裝置或數(shù)據(jù)捕獲和簡化系統(tǒng)30。
參考圖7和8，可以處理從正交渦流位移傳感器22，24對的輸出，以獲得軌道數(shù)據(jù)曲線圖。軌道曲線圖將軸中心線的路徑表示為一個正交傳感器的AC電壓(振動信號)圖。軌道曲線圖提供了有關(guān)振動幅度，徑向預(yù)負(fù)載方向，軸進(jìn)動方向，和絕對及相對相位角的信息。進(jìn)動是相對于進(jìn)動方向的振動的運(yùn)動，進(jìn)動方向是通過標(biāo)注振動的最高峰值首先通過的那個傳感器，X或Y，從一個時基曲線圖確定的。如果，在其法線方向，軸上任意一點(diǎn)將首先通過該相同的傳感器，那么進(jìn)動是向前的。如果不是，那么進(jìn)動是反向的。因此，可以把監(jiān)測的機(jī)器速度和包括進(jìn)動頻率的機(jī)器振動與預(yù)定的機(jī)器標(biāo)準(zhǔn)比較。然后，在比較步驟指出機(jī)器接近失速時，可以改變軸進(jìn)動(請見圖3)。
參考附圖，在使用和操作中，本發(fā)明提供了一種可以利用活動軸承或伺服軸承40抑制壓縮機(jī)中旋轉(zhuǎn)失速造成的振動，并且能夠從用于控制活動軸承的控制系統(tǒng)信號提取有關(guān)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動狀態(tài)的信息的旋轉(zhuǎn)失速抑制和控制系統(tǒng)20。這可以包括對不平衡和包括旋轉(zhuǎn)失速造成的振動在內(nèi)的任何其它可能發(fā)生的非同步振動的1X響應(yīng)。
活動控制軸承將執(zhí)行旋轉(zhuǎn)失速造成的轉(zhuǎn)子振動的即時抑制。與此同時，處理器／控制器模塊30可以分析控制信號。這個模塊將利用，例如，一個低通或帶通跟蹤濾波器觀察準(zhǔn)同步控制信號?？梢詫⑦@個模塊的輸出用于執(zhí)行多種任務(wù)。例如，可以把一個信號發(fā)送到喘振控制閥啟動器34，啟動器34打開喘振控制閥35，因而在使壓縮機(jī)操作點(diǎn)離開失速點(diǎn)時增大壓縮機(jī)流量。與此同時，可以向操作人員發(fā)送一個信號警報32，用聲音提醒機(jī)器操作人員壓縮機(jī)中發(fā)生了準(zhǔn)同步振動。這種類型的系統(tǒng)優(yōu)于現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)失速控制系統(tǒng)之處在于，一旦檢測到失速，可以立即抑制由于失速造成的橫向振動，從而預(yù)防了轉(zhuǎn)子損壞。然后，喘振控制閥34的啟動將消除旋轉(zhuǎn)失速。
此外，可以利用一個喘振閥位置優(yōu)化器36主動地控制喘振閥的位置，使壓縮機(jī)操作剛好保持在旋轉(zhuǎn)失速點(diǎn)之前。這可以用一個比活動軸承速度相對低速的控制器進(jìn)行。
動態(tài)壓力傳感器可以用來提供有關(guān)振動原因的額外信息。因此，可以用壓力傳感器確認(rèn)旋轉(zhuǎn)失速已經(jīng)發(fā)生，然后控制系統(tǒng)可以采取行動，或在必要時發(fā)出通知。因此，可以用來自振動控制系統(tǒng)的信號控制旋轉(zhuǎn)失速，和提供即時振動抑制，以防止轉(zhuǎn)子和／或密封系統(tǒng)損壞。
參考圖1，7和9，處理器／控制器30可以經(jīng)過感測參考標(biāo)志27的相位傳感器28和傳感器22，24分別監(jiān)測RPM和機(jī)器振動?？梢园堰@種信息與實(shí)驗或經(jīng)過力傳感器29確定的擾動力一起用于確定直接動態(tài)勁度分量KD。然后，可以監(jiān)測直接動態(tài)勁度，以獲得有關(guān)失速的落差，和／或與一種標(biāo)準(zhǔn)比較。接著，可以采取糾正動作，特別是通過提高軸承勁度，增加通過機(jī)器M的流量，減小排放壓力，和／或經(jīng)過伺服軸承40和／或反抗機(jī)器振動的組合軸承50向旋轉(zhuǎn)軸施加流體力。
參考圖2，7和9，可以如上述那樣用處理器／控制器30計算Kdirect(KD)和Kquadrature(KQ)分量。可以監(jiān)測這兩個分量，并且在分量達(dá)到零重合的臨界點(diǎn)時，通過，特別是，經(jīng)過軸承提高Kdirect采取糾正行動。
參考圖3，處理器／控制器30可以用于經(jīng)過相位傳感器28和傳感器22，24分別監(jiān)測RPM和包括頻率的機(jī)器振動。機(jī)器速度(RPM)和振動頻率可以與一個預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)比較，以確定機(jī)器是否進(jìn)入失速，然后，作為比較的函數(shù)采取糾正動作。糾正動作可以采取，例如，降低RPM，經(jīng)過伺服軸承40，50施加與測量力的相位相差180度的力的形式。
參考圖4，可以用處理器／控制器30觀察來自機(jī)器速度和包括頻率的振動的處理的壓力圖形。然后，可以把這些壓力圖形與一種標(biāo)準(zhǔn)比較，并根據(jù)比較步驟，采取糾正行動，例如，增大通過機(jī)器的流量。
作為選擇，參考圖5，處理器／控制器30可以經(jīng)過壓力傳感器52和54監(jiān)測機(jī)器的吸入和排放壓力?？梢园盐肱欧疟?吸入／排放)與一種標(biāo)準(zhǔn)比較，并且如果該比率接近有關(guān)一種不穩(wěn)定條件，例如喘振，的值，那么可以采取糾正動作，例如降低排放壓力。
參考圖6，可以通過監(jiān)測達(dá)到并把機(jī)器帶入旋轉(zhuǎn)失速和／或喘振條件的機(jī)器速度，包括頻率的振動，吸入壓力，排放壓力和施加到機(jī)器的擾動力確定范例或標(biāo)準(zhǔn)。然后，可以把這個數(shù)據(jù)存儲在處理器／控制器30的存儲器中，并在以后的使用中用作一種標(biāo)準(zhǔn)。
此外，盡管如此說明了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)知道可以采用許多結(jié)構(gòu)改進(jìn)和改造，而不脫離上面提出的和以下權(quán)利要求說明的本發(fā)明的范圍和完整意義。
權(quán)利要求
1．一種在一個具有一定流體通量的軸承支撐的旋轉(zhuǎn)機(jī)器中防止失速的診斷和糾正方法，該方法包括步驟監(jiān)測一個機(jī)器繞其旋轉(zhuǎn)的軸的偏移；把偏移與一種標(biāo)準(zhǔn)比較，和在比較步驟指出機(jī)器接近失速時改變軸的偏移。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括監(jiān)測軸的旋轉(zhuǎn)速度的步驟。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中監(jiān)測軸偏移的步驟包括監(jiān)測包括其頻率的機(jī)器振動。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中比較步驟進(jìn)一步包括計算機(jī)器的直接動態(tài)勁度分量的步驟。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中改變步驟進(jìn)一步包括作為所述直接動態(tài)勁度分量中落差的函數(shù)改變軸的偏移的步驟。
6．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中比較步驟進(jìn)一步包括計算機(jī)器的正交動態(tài)勁度分量的步驟。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中改變步驟進(jìn)一步包括作為直接和正交動態(tài)勁度分量的零交叉點(diǎn)的重合的函數(shù)改變軸的偏移的步驟。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中改變步驟進(jìn)一步包括在控制信號的指導(dǎo)下從至少一個閥把流體力引導(dǎo)到機(jī)器的旋轉(zhuǎn)軸的步驟。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中監(jiān)測軸偏移的步驟包括監(jiān)測軸的橫向進(jìn)動。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括把橫向軸進(jìn)動轉(zhuǎn)換成電信號的步驟。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括處理所述電信號以標(biāo)識有關(guān)旋轉(zhuǎn)機(jī)器中失穩(wěn)條件的振動標(biāo)記頻率的步驟。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中改變步驟進(jìn)一步包括在控制信號的指導(dǎo)下從至少一個閥將流體力引導(dǎo)到機(jī)器旋轉(zhuǎn)軸的步驟。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中旋轉(zhuǎn)機(jī)器是一個壓縮機(jī)。
14．一種用于調(diào)諧旋轉(zhuǎn)機(jī)器以預(yù)防失速的方法，該方法包括步驟將失速引入機(jī)器以確定機(jī)器的失速特征；記錄至少導(dǎo)致失速條件的失速特征；相對于記錄失速特征監(jiān)測機(jī)器，和在一個后續(xù)失速開始前糾正機(jī)器參數(shù)。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括通過對多個不同速度的輸入擾動力的頻率的前向轉(zhuǎn)子響應(yīng)分量濾波，計算非同步動態(tài)勁度的步驟。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括通過獲得擾動力與多個旋轉(zhuǎn)速度的濾波前向轉(zhuǎn)子響應(yīng)分量比率，確定非同步動態(tài)勁度的步驟。
17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括從非同步動態(tài)勁度確定直接動態(tài)勁度分量的步驟。
18．根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括從非同步動態(tài)勁度確定正交動態(tài)勁度分量的步驟。
19．根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括把直接動態(tài)勁度分量用作警告參數(shù)的步驟。
20．根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括把直接動態(tài)勁度和正交動態(tài)勁度分量都用作不穩(wěn)定性警告參數(shù)的步驟。
21．根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括確定壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)與停止?fàn)顟B(tài)的非同步動態(tài)勁度之間的差，代表用作不穩(wěn)定性警告參數(shù)的空氣動力地引起的動態(tài)勁度的步驟。
22．一種失速預(yù)防裝置，包括以下部分的組合一個包括一個軸承的旋轉(zhuǎn)機(jī)器；操作地耦合到所述旋轉(zhuǎn)機(jī)器的監(jiān)測裝置；操作地耦合到機(jī)器用于改變機(jī)器參數(shù)的裝置，和插入在所述監(jiān)測裝置和所述改變所述機(jī)器參數(shù)的裝置之間，使所述裝置能夠在遇到預(yù)失速條件指示時改變所述機(jī)器參數(shù)的處理裝置。
23．根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述監(jiān)測裝置包括用于監(jiān)測橫向軸進(jìn)動的裝置。
24．根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述橫向軸進(jìn)動監(jiān)測裝置包括一對操作地耦合到機(jī)器以測量所述橫向軸進(jìn)動的正交渦流位移傳感器。
25．根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述處理裝置包括一個操作地耦合到所述正交渦流位移傳感器對，用于收集、存儲和簡化有關(guān)橫向軸進(jìn)動的振動數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)捕獲和簡化系統(tǒng)。
26．根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述監(jiān)測裝置進(jìn)一步包括用于監(jiān)測軸向軸振動的裝置。
27．根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述軸向振動監(jiān)測裝置包括至少一個操作地耦合到機(jī)器以測量所述軸向軸振動的渦流位移傳感器。
28．根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述軸向振動監(jiān)測裝置操作地耦合到所述用于收集、存儲和簡化有關(guān)軸向軸振動的軸向軸振動數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)捕獲和簡化系統(tǒng)。
29．一種用于診斷和控制旋轉(zhuǎn)機(jī)器中旋轉(zhuǎn)失速的裝置，所述裝置包括以下部分的組合用于感測有關(guān)軸進(jìn)動的原始動態(tài)機(jī)器振動信號的裝置；用于把所述信號與一個機(jī)器失速條件的范例比較的裝置；用于在比較步驟指示機(jī)器接近失速條件時改變軸進(jìn)動的裝置。
30．一種在一個具有一定流體通量的軸承支撐的旋轉(zhuǎn)機(jī)器中防止失速的診斷和糾正方法，該方法包括步驟監(jiān)測一個機(jī)器繞其旋轉(zhuǎn)的軸的偏移；計算機(jī)器的直接動態(tài)勁度分量；作為所述直接動態(tài)勁度分量中落差的函數(shù)改變軸偏移。
31．根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中改變步驟進(jìn)一步包括在控制信號的指導(dǎo)下把流體力從至少一個閥引導(dǎo)到機(jī)器的旋轉(zhuǎn)軸，以改變軸的偏移，從而預(yù)防了機(jī)器的失速條件的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于通過在一個比較步驟指示機(jī)器接近失穩(wěn)條件時監(jiān)測動態(tài)軸進(jìn)動診斷和糾正旋轉(zhuǎn)機(jī)器20中旋轉(zhuǎn)失速和喘振的方法和裝置。也提供了軸向振動監(jiān)測裝置26,用于監(jiān)測并且把機(jī)器的動態(tài)軸向振動與一個標(biāo)準(zhǔn)比較,和在機(jī)器接近失穩(wěn)條件時改變軸向振動。此外,本發(fā)明測量機(jī)器的復(fù)動態(tài)勁度,計算直接動態(tài)勁度和正交動態(tài)勁度,并通過監(jiān)測直接動態(tài)勁度和正交動態(tài)勁度分量中的落差,用作失穩(wěn)警告裝置。一個改變旋轉(zhuǎn)失速和/或喘振的實(shí)施例是利用一個受控活動伺服軸承40。
文檔編號G01M13/00GK1291123SQ99803023
公開日2001年4月11日 申請日期1999年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月19日
發(fā)明者唐納德·E·本特利 申請人:本特利內(nèi)華達(dá)有限公司