專利名稱：用于確定利用電磁軸承的渦輪機械的機械備用軸承的間隙的裝置和方法
技術領域：
在此提出的方法和裝置總體涉及具有軸承的旋轉裝置，所述軸承利用主動式磁技術來支撐旋轉軸，更具體地，涉及一種用于測量磨損以確定是否維修該旋轉裝置中的機械安全軸承的自動方法。
背景技術：
目前電磁軸承形式的主動式磁技術應用在一些渦輪機械(turbomachinery)(諸如電機、壓縮機或渦輪機)中，以通過在運行期間使轉子和軸懸浮從而在允許自由旋轉運動的同時減少摩擦。雖然在這種旋轉裝置的運行中電磁軸承取代了如滾動元件軸承或液膜軸承等常規技術，但是需要使軸居中位于電磁軸承內，所述軸包括鐵磁材料。軸在電磁軸承內的位置由位置傳感器監測，所述位置傳感器提供表示軸位置的電信號給軸承控制器， 所述軸承控制器接著調整供應給電磁軸承的電流，以將軸保持在期望位置或期望公差范圍內。對軸的控制需要對5根軸線控制。通常有兩個徑向軸承(每個徑向軸承各控制兩根徑向軸線)以及一個止推軸承(其控制1根軸線)。軸的期望的徑向位置使得軸的軸線和電磁軸承的軸線基本共軸。基本共軸是指軸的徑向位置可能以一個容許公差偏離電磁軸承的軸線，所述容許公差不影響渦輪機的運行，但是可以根據渦輪機的設計而改變。如本文中所用的，軸的正常徑向運行位置也稱為居中位置，居中位置是指軸的軸線與軸承的軸線重合(或者位于軸承的軸線的一個容許公差內)。因為渦輪機一般包括至少兩套徑向軸承以及一套軸向軸承(徑向軸承和軸向軸承為電磁軸承)，所以本文中給出的描述適用于每套電磁軸承以及由這些軸承和相關聯的機械備用軸承(back-up bearings)控制的5根軸線。 雖然軸承控制器起到上述作用以管理電磁軸承的運行，但是控制渦輪機或旋轉裝置的系統一般由另一個控制器管理，所述另一個控制器被稱為管理整個系統運行的系統控制器。例如，當旋轉裝置是離心式冷卻器時，系統控制器可以監測冷卻系統的所有方面，包括水冷卻器的運行。電磁軸承控制器和系統控制器處于不斷通信中。例如，系統控制器可以發送指令給電磁控制器以在開始旋轉軸從而啟動機器之前使軸懸浮。或者，當軸承控制器確定超過電磁軸承的能力時，軸承控制器可以給系統控制器發送停機指令。如果在旋轉期間、在軸承控制器發生故障期間、或者在設備停機期間電磁軸承電子器件斷電(此時電磁軸承不能用)，軸可能不再由電磁軸承支撐。壓縮機的部件(包括電磁軸承和軸)不是設計用于機械接觸的，尤其是當渦輪機械正常運行時。然后，軸必須由出于此目的而設置的機械部件支撐。因此，機械或安全軸承被設置作為備用件或安全件，以在機器不運行時或在磁軸承不能用時支撐軸。也可能因為其他原因(典型地是不正常的過載狀況，例如外部沖擊、渦輪機械中的浪涌等)而發生與機械安全軸承的接觸。當實際負載超過軸承的能力一預定時間段(通常約為1秒數量級)時，則安全停機的指令可以由軸承控制器產生。當電磁軸承不能用時，受到重力作用的軸與機械軸承形成接觸并且因靜力(諸如可能存在的摩擦力)最終停止移動。當軸的軸線在渦輪機械中水平取向時，由于重力，靜止位置一般會是徑向機械軸承的容許間隙內的最低位置，并且會影響徑向機械安全軸承。 靜止位置在軸向方向是不可預測的。當軸線豎直取向時，由于重力，靜止位置一般會是軸向機械軸承的容許間隙內的最低位置。對于具有豎直取向的軸的機械，靜止位置在徑向方向是不可預測的。雖然部件(諸如軸和軸承)之間的間隙會根據設備大小而改變，但是典型的離心式壓縮機的軸和電磁軸承之間的徑向間隙約是0.5毫米(0.02英寸)的數量級，而軸和機械軸承之間的徑向間隙約是0. 2-0. 25毫米(0. 008-0. 010英寸)的數量級。另外， 柔性阻尼環可以插在機械軸承和它們的支撐件之間，以在軸接觸機械軸承時抑制沖擊。當完全壓縮這些阻尼環時，它們提供了另外的徑向間隙，約是0.07毫米(0.003英寸)的數量級。由于這些公差，在正常運行期間，電磁軸承將軸保持居中心并且不與機械軸承接觸，從而避免軸和軸承的磨損，同時機械軸承仍固定不動，甚至當機械軸承為滾動元件技術的軸承時。因此，當軸靠磁力懸浮時，在軸和機械備用軸承之間必須有一些間隙。當電磁軸承不能用時，機械軸承在渦輪機械停止或正滑行停止時支撐軸，而在軸和電磁軸承之間沒有接觸。雖然多種機械軸承中的任一種都可以用作備用或安全軸承，但是滾動元件類型的軸承常常是優選的。用在主要依靠電磁軸承技術的渦輪機械中的機械軸承在本文中被稱作(機械)安全軸承或者備用軸承。備用軸承包括機械徑向軸承和機械軸向軸承。因為這些安全軸承位于機械的內部并且在不大規模拆卸的情況下不能進入該機械，所以這些機械安全軸承的過度磨損可能是未被檢測到的，或者過度磨損可能發生在間隔檢查之間。機械安全軸承的這種未被檢測到的過度磨損可能會導致旋轉機械的嚴重損壞，如果機械保持運行而沒有進行適當維護。在正常運行中，在啟動時開始旋轉之前，軸靠磁力懸浮；在停機時，軸保持懸浮，直到該機械完全停止。因此，在正常運行期間，機械不應在軸與機械軸承接觸時旋轉。然而， 在旋轉期間可能在一些異常情況下發生接觸。例如，在電源發生故障的情況下，電機因自身的慣性而最初繼續運行，并且電機可以用作發電機以給電磁軸承及其控制器供電，同時速度降低。但是，在某點處，因軸旋轉而得到的備用功率變得不足，并且軸僅因重力而落到機械軸承上，以及軸在功率降低期間滑行至停止。在該功率降低期間，磨損會出現在軸和軸承之間。通常，與機械安全軸承的這種接觸僅發生在速度大大降低時，通常降低至設計速度的約10%時。然而，在該功率降低期間，磨損仍出現在軸和軸承之間。這大大降低了在電源發生故障的情況下對機械安全軸承的潛在損壞，但是磨損仍存在。在多種其他情況下(例如， 在軸承電子器件發生故障的情況下，或者當施加的載荷超過軸承的能力時)，當軸旋轉時可能接觸機械軸承。后一事件可能因外部沖擊、渦輪機械上的浪涌等而出現。用于防止與機械備用軸承磨損有關的風險的現有技術方法已利用計數器來確定當軸承電子器件失去對軸的控制時的事件的數量；并且當超過預定的計數數量時，結果是觸發報警，或者關閉旋轉裝置。該方法沒有并且不能區分硬著陸或接觸與軟著陸或接觸，即使這些不同類型的著陸提供不同的磨損結果。接著，基于預定計數確定是否應該檢查或更換軸承。該方法可能引起過早以及不必要的更換軸承，這可能導致在旋轉裝置運行期間不必要的停機時間。需要一種在期望的時候(例如，在每個可能潛在地產生機械安全軸承的一些磨損的事件之后)自動并準確地測量機械安全軸承磨損的系統。這些事件通常是斷電，不論這種斷電是有意的或無意的，以使得可以避免機械安全軸承發生故障。這些事件也可能包括由軸承控制器產生的安全停機，通常在電磁軸承過載的情況下。根據應用，也可以在每次停機(不論停機的原因是什么)時有系統地進行測量。公開系統和/或方法的預期優點滿足了這些需要中的一個或多個或者提供其他有益特征。其他特征和優點從本說明書中會變得顯而易見。所公開的教導延伸到落入權利要求的范圍內的那些實施方案，不管這些實施方案是否滿足上述需要中的一個或多個。
發明內容
在此提出的系統涉及觸地軸承磨損(touchdown bearing wear)，該系統自動確定軸承間隙并可選地記錄軸承間隙，確定是否有磨損并且當磨損超過預定限值時產生適當報警或者停機以保護機械。最少，機械安全軸承的間隙需要旋轉裝置的軸的至少兩個已知位置，至少一個所述已知位置需要軸與機械安全軸承接觸。例如，軸的其中一個已知位置可以是軸與一個所述機械安全軸承的接觸點的位置，如由與機械安全軸承關聯的位置指示器所測量的。另一個已知位置可以是在電磁軸承內的軸的軸線的居中位置，該居中位置是一個可以通過對軸的控制而計算出的以及例如在機械首次運行時記錄的數字。可以從這兩個位置之間的差中減去軸在徑向軸承處的半徑(該半徑可以參考圖紙(drawing)或通過在安裝時對軸的直接測量而確定)來確定間隙。通過將間隙與軸在軸承中的初始間隙的記錄值或軸與軸承的標稱間隙(如在圖紙中提供的)進行比較，可以在任何時間確定機械備用軸承的磨損，以及可以確定在任何時間間隔內的磨損率。該方法可以用來為旋轉裝置設置的每個機械備用軸承測量間隙和磨損。該系統在停機之后或在啟動之前確定機械安全軸承的間隙。如在本文中所用的， 停止(stoppage)被限定為軸旋轉停止。軸旋轉和軸懸浮是獨立事件，雖然除非軸懸浮，否則軸旋轉不應發生。用于旋轉裝置的正常停機程序包括(1)給電機斷電；(2)軸旋轉中斷； 以及( 給電磁軸承斷電，使得軸落下并且可能接觸機械備用軸承。任何其他停機可能是異常停機。另一方面，停止可能在給電磁軸承斷電的情況下或在沒有給電磁軸承斷電的情況下導致軸旋轉中斷。在停止之后，電磁軸承一般不需要再次通電直至下一啟動程序。在 (正常或異常)停機之后，電磁軸承會在下次啟動程序期間要求再次通電。用于測量因停機或停止而由機械徑向軸承所承受的力的嚴重程度的裝置。這些用于測量力的裝置可以是與控制器通信的加速度計，或者這些裝置可以是電磁軸承本身，因為用于保持軸在電磁軸承內居中的電流強度(該電流強度可以由控制器連續監測)準確確定了軸承處承受的力。在給電磁軸承斷電從而導致停機之后，電磁軸承必須被控制器通電以使軸懸浮，并且軸必須基本在電磁軸承內居中。位置傳感器可以用來確定懸浮的軸的位置以確認所述軸居中。為了使軸懸浮，軸必須包括鐵磁材料或在受到電磁場影響時能產生磁性的其他材料，諸如鈷。由于旋轉裝置包括電源、電磁軸承、軸、控制軸的定位的控制器、用來允許控制器控制軸的運動的編程器件、機械徑向備用軸承、一組徑向位置傳感器，一旦軸在電磁軸承內居中，徑向位置傳感器用來確定軸在渦輪機械內的徑向位置。一種用于自動確定機械安全軸承在利用電磁軸承的旋轉裝置中的間隙的方法包括以下步驟。軸在電磁軸承內的居中位置可以可選地參照對軸在電磁軸承內的居中位置的先前記錄的測量值來確定。該記錄的測量值可能被存儲在電磁軸承控制器的存儲器中、在系統控制器的存儲器中、在與旋轉裝置通信的設備的存儲器中或者在書面記錄中。在軸已經基本中止旋轉運動之后，控制器引導電施加至電磁軸承，以將軸移動至電磁軸承內的居中位置(如果該軸還未位于該位置時)， 所述居中位置由位置傳感器基于軸在電磁軸承內的居中位置的先前記錄的測量值確定。接下來，控制器引導電施加至其中一個電磁徑向軸承以在給定徑向方向上使軸移動遠離該居中位置。在某點處，軸的徑向移動受到限制，這是因為當軸接觸機械徑向軸承時它已達到機械徑向軸承的最大間隙。第一點的位置由位置傳感器確定，所述位置傳感器提供表示該第一點的信號給控制器。然后該機械徑向備用軸承的間隙被確定為軸半徑、第一點的位置以及第一點離軸的居中位置的距離的函數。例如，因為軸的半徑是已知的，以及在居中位置的軸的外直徑的位置可以通過位置傳感器測量，所以軸從其居中位置移動直到它接觸機械安全軸承的距離減去軸的半徑表示在考慮的半徑方向上的軸承間隙。接下來，可以通過將機械徑向備用軸承的測量的間隙與機械徑向備用軸承的間隙的先前記錄值進行比較，可確定或計算該機械徑向備用軸承的磨損。該記錄值可以是備用軸承間隙的實際測量值，如當軸承是新的時通過類似的測量確定的并且記錄在存儲器中或者通過其他方法記錄。或者，機械備用軸承的間隙的先前記錄值可以是從典型的工程圖紙中可得到的標稱軸承直徑。由控制器向其中一個電磁軸承供電，以沿第一徑向方向移動軸，與其中一個徑向安全軸承的第一側面接觸。位置傳感器確定軸在此位置的位置，并且提供表示該位置的信號給控制器，該位置被記錄在與控制器關聯的存儲器中。如在本文中所用的，與控制器關聯的存儲器是指可以為控制器的一部分的存儲器或者為與控制器通信的設備的一部分的存儲器。然后，由控制器向電磁軸承供電，以移動軸180度，與安全軸承的相對布置的側面接觸。位置傳感器再次確定軸在該第二位置的位置，并且位置傳感器提供表示該第二位置的第二信號給控制器，該第二位置被記錄在存儲器中。這兩個位置值之間的差可以由與存儲器關聯的軟件程序確定，以確定軸承的直徑間隙，所述軟件程序具有必要的算法來評估記錄的值。通過將這些測量值與軸承的初始直徑間隙(其是當徑向軸承是新的時確定的，不論是實際測量值或標稱值，記錄并存儲在存儲器中)進行比較，表示了沿對應于上述兩個位置的直徑的軸承間隙且還表示磨損的第一值，所述值可以被記錄在與控制器關聯的存儲器中。徑向軸承沿第一次的兩個測量位置的軸線的總間隙的第一測量值可以由上述軸移動來確定。該測量值還提供關于機械安全軸承的幾何中心位于何處的第一測量值。程序指令對電磁軸承控制器編程以通過供電將軸移動至給定序列的位置；所述程序指令可以被編程到電磁軸承控制器中，或者這些指令可以從與電磁軸承控制器通信的其他設備發送到電磁軸承控制器。例如，這些設備可能包括管理系統運行的控制器(當旋轉裝置為離心式壓縮機時，所述系統例如為冷卻系統)，或遠程連接的計算機，或專用固件。現在可以指示電磁軸承控制器為電磁軸承供電，以移動軸至由位置傳感器所確定的其中心位置(在容許公差內)。現在控制器可以為電磁軸承供電，以移動軸90度，從而沿一半徑與安全軸承接觸，該半徑基本垂直于上述的第一軸/軸承接觸位置和第二軸/軸承接觸位置之間的直徑。基本垂直于該直徑的新位置提供第三軸/軸承接觸位置。位置傳感器確定軸在此接觸位置的位置，并且提供表示該位置的信號給控制器，然后該位置被記錄在與控制器關聯的存儲器中。接下來，控制器供電給電磁軸承，以從第三軸/軸承接觸位置移動軸180度至第四軸/軸承接觸位置，從而與機械安全軸承的相對布置的側面接觸。位置傳感器確定軸在此位置的位置，并且提供表示該位置的信號給控制器，該位置被記錄在與控制器關聯的存儲器中。然后，軟件計算在記錄的第三軸/軸承接觸位置和第四軸/軸承接觸位置處的位置值之間的差，以提供軸承的直徑距離的第二值。第二值也被記錄。第二測量(以及記錄)直徑距離與軸承的初始直徑距離之間的比較表示軸承間隙的第二值， 該第二值被記錄，其中軸承的初始直徑距離是在機械徑向軸承是新的時所確定的，且被記錄并存儲在與控制器關聯的存儲器中。徑向軸承的總磨損的第二測量值可以上述軸運動幅度確定。該測量值也提供了關于機械安全軸承之間的幾何中心位于何處的第二測量值。如果機械軸承磨損的測量值中的任一個超過軸承磨損的預定值，這表示可能存在危險狀況。 所述程序可被應用至每組徑向軸承以確定磨損。對于軸向方向，由控制器供電給電磁軸承， 以通過在兩個軸向方向上的移動使軸與機械軸向安全軸承接觸。位置指示器將表示軸位置的信號通信至控制器，所述軸位置被保存在與電磁軸承控制器關聯的存儲器中。可以由軟件計算出的移動差表示機械止推軸承的間隙。當與機械軸向軸承是新的時的運動幅度比較時，運動幅度差表示軸向軸承的磨損。當懷疑有過度軸承磨損情況時，渦輪機械可以停機以進行進一步評估。如果需要， 當觸地軸承間隙測試表示機械安全軸承過度磨損時，系統控制器可以鎖定渦輪機械的進一步運行。然而，可以設定不同閾值。如果超過預定磨損值，低預定磨損值可以觸發報警，用于早期警告應該計劃進行檢查，而較高預定磨損值可能導致系統控制器自動鎖定機械的進一步運行。當預定磨損導致警告時，該警告可能導致在PLC上產生的警告信息指示間隙問題并需要主動行動來清除。警告也可能是在控制面板上產生的特定的視覺報警燈，該報警燈也需要主動行動來清除。或者，渦輪機械可以停機，直到進一步檢查確定過度磨損情況不存在了。這種檢查可能必需拆卸機械，以使得可以進行視覺檢查以及進一步的尺寸檢查。另一個選擇可能包括一旦機械被拆卸，系統化地更換機械安全軸承，而不需要進一步檢查軸承。在該測量安全軸承的磨損的方法中敘述了電磁軸承控制器的以下能力給電磁軸承供電，從而以如同一體式停機或啟動程序的系統化方式在軸向方向和任意徑向方向移動軸以及定位軸。該方法包括通過電磁軸承控制器給電磁軸承供電的步驟。電磁軸承控制器具有內部控制算法以調節供給線圈的電流，以保持軸的位置位于或非常靠近沿五根控制軸線的每一根的參考位置。在正常的運行模式下，參考位置沿五根控制軸線的每一根基本居中。在本發明的方法中，磁軸承控制器的控制算法繼續正常運行，但是參考位置被改變。根據存儲在電磁軸承控制器、作為機械的控制面板的一部分的系統控制器、或者與電磁軸承控制器通信的另一遠程設備中的編程序列，給予軸承控制器不同的連續參考位置。該編程序列導致供給電磁軸承電，以移動軸至與機械安全軸承接觸，從而在基本徑向方向上以預定形式移動軸，以使得軸接觸徑向機械安全軸承，并且軸與徑向機械安全軸承的相交點被記錄以輔助確定徑向機械安全軸承的情況。該編程序列也導致供給電磁軸承的電，以在軸向方向上移動軸至與軸向安全軸承接觸，從而輔助確定徑向機械安全軸承的情況。每次軸隨后移動至與機械安全軸承接觸都以類似方式完成。位置指示裝置或位置指示傳感器用來確定軸的軸線和軸承的軸線的共軸性，該信息可以用來表示軸承磨損。邏輯，或者被描述為編程，以預定序列引導朝軸的參考位置變化，導致軸相對于機械安全軸承移動。該邏輯控制軸沿預定路徑移動，該預定路徑導致軸與機械安全軸承接觸。位置傳感器發出這些接觸位置的信號，所述接觸位置被傳遞給控制器或可以與控制器通信的其他設備。這些信號表示位置并且被存儲在存儲器中。電磁軸承控制器引導電被供給電磁軸承的線圈，以沿第一預選軸線移動軸處于居中。通常，當軸靜止處于正常居中位置時，該軸線穿過軸的中心，并且第一預選軸線位于第一和第二軸/軸承接觸位置之間，在確定第一位置之后確定第二位置。對于具有豎直取向軸的機械，可能有必要首先移動具有電磁軸承的軸至與機械安全軸承接觸，然后以與具有水平取向軸的機械一樣的方式繼續測量。然后，基于第一軸線以及第一和第二軸/軸承接觸位置確定第二軸線。另外，預選軸線不僅僅限于相互垂直的第一預選軸線和第二預選軸線。可以基于任意期望的角度選擇第二軸線，第二軸線垂直于第一軸線僅僅是示例性的。使用柱面坐標系，即，在中心軸線的徑向方向上描述該序列的參考位置和運動。這簡化了編程和理解。但是各種不同形式的運動可能得到類似結果。例如，編程可以給軸提供圍繞中心軸線的圓形運動，其中半徑大于機械備用軸承的正常間隙。因為受到備用軸承的間隙的限制，軸中心的運動實際上會導致半徑比編程的更小的圓形，該半徑等于機械備用軸承的間隙。另外，在以上描述中，為了簡化起見，機械備用軸承及其支撐件被假定為完全剛性。然而，如本領域技術人員所理解的，這些部件具有一些柔性。軸承支撐件被設計為具有柔性。 而且，備用軸承的底座可以是柔性的，因為在軸接觸備用軸承的情況下，可能有必要抑制沖擊。這可以通過在備用軸承及其支撐件之間插入彈性環來實現。在這種情況下，當軸逐漸與軸承接觸從而給軸承施力時，由相反的力來抵抗所施加的力。但是，電磁軸承仍會試圖到達參考位置，直到彈性底座被完全擠壓，或者達到軸承的最大能力，無論誰先達到。因固有柔性而導致的該小變化易于被包含在編程中以及用于計算磨損的任意算法中。在任何情況下，只要軸可以在間隙內自由移動，電磁軸承必須僅支撐軸的重量；由軸承電子器件傳遞到每個線圈的電流與軸位置無關。當軸最初接觸機械備用軸承時，電流開始變化。因為供給線圈的電流表示軸承負載，所以供給線圈的電流變化也用作軸和備用軸承之間接觸的指標。當軸承電子器件繼續試圖朝因機械備用軸承與軸的接觸而不能到達的位置移動軸時， 此時電流增加，而位置傳感器不表示軸位置的任何變化。因此，應該監測軸位置和發送給電磁軸承的線圈的電流。當發送給線圈的電流增加而軸位置變化很小或沒有變化時，此時軸與機械軸承接觸。運行應被編程為在電流開始增加時停止，并且運行應該在電流達到停機安全水平之前暫停。裝置和方法的優點包括基于實際磨損而非基于不太可靠的預定計數來更換機械軸承。因為軸承使用壽命會基于實際軸承磨損，所以想到在更換之間有更長的軸承使用壽命，并且軸承更換會基于更準確的磨損數據。因為軸承使用壽命得到延長，所以軸承更換之間的平均使用壽命會導致更少的機械停機時間，從而導致更高的產出。本文描述的實施方案的一些優點為該方法可以被包含進現有渦輪機械中，而不需要增加額外設備。該方法會檢測觸地軸承的磨損并且允許做出更加有根據的有關機械軸承的維護、檢查和更換的決定，從而使這種機械的停機次數最少并且減少損壞的可能。其他實施性實施方案涉及其他特征以及特征組合，如在權利要求中總體限定的。
圖1示出了具有加熱和冷卻系統的建筑物，該加熱和冷卻系統包括位于地下室中的渦輪機械，即離心式壓縮機，以及屋頂的冷卻塔。圖2是圖1的離心式壓縮機的示例性剖視圖，該離心式壓縮機使用電磁軸承。圖3是本發明的離心式壓縮機的局部細節圖。
圖4A和4B是在兩個直徑相對位置相接觸的軸和機械徑向軸承的剖視圖。圖5A和5B是在兩個直徑相對位置且基本垂直于圖4中示出的位置的相接觸的軸和機械徑向軸承的剖視圖。圖6是渦輪機械的局部剖視圖，示出了軸、轉子、電磁軸承、機械徑向軸承以及位置傳感器的相對位置。圖7是渦輪機械的局部剖視圖，示出了軸、轉子、電磁軸承、機械軸向軸承以及位置傳感器的相對位置。圖8是軸和機械軸向軸承的局部剖視圖，其中軸處在兩個極限軸向位置。圖9示出了徑向位置傳感器相對于徑向軸承的位置。圖10示出了軸向位置傳感器相對于第二徑向軸承的位置。
具體實施例方式圖1示出了裝備有典型的加熱和冷卻系統的建筑物10。加熱和冷卻系統包括位于地下室中的鍋爐12和離心式壓縮機14，以及蒸發器和冷凝器15。離心式壓縮機14裝備有電磁軸承。冷凝器15與冷卻塔16流體連通，雖然冷卻塔16如圖所示位于屋頂上，但是冷卻塔的位置不受此限制。建筑物10的每層都裝備有空氣處理系統18，以將空氣分布至建筑物的每層。圖2是圖1的離心式壓縮機14的剖面圖。離心式壓縮機14類似于其他現有技術的離心式壓縮機，除了它裝備有驅動葉輪沈的高速電機24，以及圍繞軸22的任一端的電磁軸承20。電源供電以驅動壓縮機以及向電磁軸承供電。功率放大器設置為放大和調節來自電源的功率并且給電磁鐵的電磁線圈供電。電磁軸承與電磁軸承控制器連通；該電磁軸承控制器在圖2中示為位于遠處，并且與壓縮機的內部連通，該電磁軸承控制器可以位于渦輪機械的控制面板中，但是其位置不受此限制。電磁軸承控制器中包含設置為放大和調節來自電源的功率并且給電磁鐵的電磁線圈供電的功率放大器。電磁軸承控制器可以采用任何便利的方式與電磁軸承和諸如位置傳感器的傳感器連通。控制器與位置傳感器之間的連通可以通過硬連線至電磁軸承和傳感器或通過包括發射機和接收機的射頻(RF)通信來實現。電磁軸承和系統控制器(或其他裝置)之間的通信方法不是本發明的重點。電磁軸承控制器也調整來自功率放大器的電流以保持軸在電磁軸承內居中。因為將軸完全保持居中實際上是不可能的，所以電磁軸承控制器調整電流以通過不斷地監測由位置傳感器 132提供的表示旋轉軸22的位置的信號來將旋轉軸保持在電磁軸承20內的一位置包絡線 (location envelope)或公差包絡線(tolerance envelope)內。當被供電時，電磁軸承20 將軸22懸置在軸承20內，以使得軸22可以旋轉，而摩擦損失最小。根據機械性質，軸可以關聯到不同設施(utility)。例如，它可以包括電機24以驅動葉輪沈。如果該機械是壓縮機，則氣體密封件28通常被設置在軸22和殼體30之間以防止流體穿過軸22和殼體30之間的間隙泄漏。在示出的實施方案中，安全機械備用軸承46是滾子元件軸承，并且位于軸 22的任一端。圖3是位于殼體30的一端處的離心式壓縮機14的細節圖。位于所述軸的一端處的安全軸承46在圖3中是可見的。在一個實施方案中，渦輪機械的迷宮式密封件觀和葉輪沈之間徑向間隙以及迷宮式密封件觀和軸22之間的徑向間隙至少等于或大于軸22和機械安全軸承46之間的間隙。該尺寸關系防止迷宮式密封件和它們的配合件之間的損傷或不必要的磨損，從而允許機械安全軸承46在該實施方案中充當磨損面。具有電磁軸承20 的渦輪機械的旋轉軸22 (該渦輪機械諸如壓縮機，更具體地是用在空氣調節或制冷應用中的離心式壓縮機14)，以及壓縮機軸22和機械安全軸承46之間的關系示于圖4中，此時離心式壓縮機14被斷電，諸如出現在正常停機或電源故障期間。圖4A示出了軸和機械安全軸承的位置，此時電磁軸承20被斷電。通常為滾動元件軸承的機械安全備用軸承46以常規的方式360°圍繞軸22延伸，以在斷電時接收軸22 (該軸可能在電磁軸承20被斷電之后仍舊在旋轉)，從而允許軸22安全地滑行至停止。隨著軸滑行至停止，磨損可能出現在軸 22和機械安全軸承46之間。每當電磁軸承被斷電而軸仍舊在旋轉時，就會在機械安全軸承46和軸22之間出現接觸，從而可能導致磨損。也可能在機械運行期間因其他原因而出現磨損。例如，可能因外部沖擊(諸如地震、浪涌、或其他非正常的過載事件)而出現磨損。 該機械可以繼續在這些事件期間臨時運行，即使這些事件導致超出了該機械預期承受的常規條件范圍。然而，當這些狀況導致超過電磁軸承的能力的實際負載一預選時間量時，這些狀況可能在檢測到這些狀況時導致啟動自動停機。在機械安全軸承上的磨損隨時間累積。 然而，因為機械安全軸承處于密封的壓縮機中，所以它們不易于檢查，無論是視覺檢查還是尺寸檢查；因此，該累積的磨損可以隨時間而逐漸變成過度磨損，甚至在定期維護之間。在機械停止時，即軸22不旋轉時，可在任何時間執行程序來自動確定機械安全軸承46所遭受的磨損。該簡單的程序確定是否需要進一步評估或檢查機械軸承46的損壞， 或者是否需要更換軸承46。如果該渦輪機械在軸承磨損的情況下運行，會導致對渦輪機械的進一步損壞，并且在某些情形下，損壞可能導致災難性故障。這種損壞通常導致足以需要長期停機(在此期間進行維修)的損壞，從而使得該渦輪機械停用。在停機之后，在使渦輪機械恢復運行之前，參照圖4A和4B以及圖5A和5B描述用于確定機械安全軸承所承受的磨損的程序。圖6和7示出了渦輪機械(諸如離心式壓縮機)的典型軸的一端的局部剖視圖。 軸22被示為在電磁軸承20之間延伸。層壓板也示于圖6中。對于圖6和7中示出的軸來說，軸22在第一軸向位置具有第一軸直徑127，并且在第二軸向位置具有第二軸直徑129。 本領域技術人員應理解，軸22可以沿其軸向具有同一直徑，或者一系列直徑。在該實施例中，第一軸直徑127延伸越過電磁軸承20，并且大于第二直徑129。層壓板125從軸22延伸，從而將軸22配合至電磁軸承20。軸向位置傳感器130也鄰近軸22布置。在徑向方向上，徑向位置傳感器132可以與每個機械徑向磁軸承一起被包含在共同裝置中。安全軸承 46也鄰近軸22布置。在觸發使軸22旋轉的轉子之前，給電磁軸承20通電以使軸22懸浮并使軸22在電磁軸承20內居中。使軸22在電磁軸承20內居中也使軸22基本在安全軸承46內居中。徑向位置傳感器132測量軸22的位置，并且提供表示該位置的信號給控制器。當控制器確定軸22在電磁軸承20內居中時，可以啟動該旋轉裝置的運行，同時軸向位置傳感器130測量軸的軸向位置等。如圖6所示，機械安全軸承46鄰近第二軸直徑129。 然而，機械安全軸承的位置不被限制于圖6(該圖示出了機械徑向安全軸承)所示的構造， 它們可以位于沿軸122的軸線的任何位置。圖7也示出軸向電磁軸承以及機械軸向安全軸承150，以及位于電磁軸承20和徑向機械安全軸承46之間的軸向位置傳感器130。在磨損的情形下，諸如當電磁軸承20被斷電或者壓縮機渦輪機械可能受到嚴重浪涌的狀況下，軸22會不再在電磁軸承20內居中。然而，在這些狀況下，機械安全軸承46 被定位以接觸軸22，從而防止軸22、電磁軸承20以及渦輪機械的其他重要部件之間的接觸。當渦輪機械如圖6-8所示水平定位時，重力會使得軸22向下與徑向機械安全軸承46 接觸。當渦輪機械豎直定位時，軸22會沿機械安全軸承46的內圈隨機地接觸徑向機械安全軸承46。然而，機械安全軸承防止對電磁軸承或其他重要機械部件造成無意損壞。在這些狀況下，軸22會接觸機械安全軸承46。但是機械安全軸承46的故障至少會導致對軸22 或其他系統部件的損壞，對電磁軸承20的損壞，或者在最壞的情形下，造成渦輪機械的災難性故障。 可以很容易地監測到機械徑向安全軸承46所受到的磨損，以防止故障發生、確定定期或不定期的維護以及進行檢查。每當啟動渦輪機械或當關閉渦輪機械時可以依序地執行該程序。圖4示出了軸22沿軸線在點60處與機械安全軸承46接觸，對于具有水平取向的軸的旋轉裝置或渦輪機械來說。對于具有豎直取向的軸的旋轉裝置或渦輪機械來說， 當控制器激活電磁軸承20并移動軸22直到該軸在點60處接觸機械安全軸承46時，軸22 可以在點60處與機械安全軸承46形成接觸。這可以通過給其中一個電磁線圈提供高電流以將軸吸引至相應磁極而實現。或者，電磁軸承控制器可以通過根據一連串的參考位置給軸承供電直至該串參考位置導致軸接觸機械備用軸承來控制軸。通過比較由位置傳感器確定的實際測量位置與參考位置來確定接觸，并且通過電磁軸承電子器件來確定偏差。該串參考位置可以由包含在系統控制器的控制軟件中的、電磁軸承控制器中的或與電磁軸承控制器通信的一些遠程機械中的軟件程序產生。不論軸如何取向，徑向位置傳感器132可以確定軸22的徑向位置，并且將表示該位置的信號通信至電磁軸承控制器。然后通過使用上述任一方法，控制器可以給電磁軸承20供電以使軸22朝與點60徑向相對180度的位置移動，直到軸22在圖4B所示的點74處接觸徑向機械安全軸承46。換言之，控制器命令電磁軸承20將軸22從點60處的第一接觸位置(在此位置，軸22接觸徑向機械安全軸承46) 沿軸承46的直徑移動到點74處的相對的第二接觸位置，在此位置，軸再次接觸徑向接觸安全軸承。徑向位置傳感器132確定軸122在點74處的位置，并且將表示軸位置的信號提供給電磁軸承控制器，在所述電磁軸承控制器處，這些信號被記錄并且被存儲在存儲器中。或者，可以在另一個存儲器(諸如前述的系統控制器)中存儲和處理相關信息。相關控制器可以確定這兩個測量位置之間的差值，該差值可以被記錄和存儲。新確定的值與以前記錄的值以及在機械安全軸承46是新的時候記錄的值進行比較。最近測量的值與當機械安全軸承46是新的時候存儲在存儲器中的測量值之間的比較直接表明機械安全軸承46在由點 60和74限定的直徑(線)上的總間隙或磨損。可以確定軸承46是否需要更換或檢修。這可以通過確定磨損是否已達到或超過預定值來完成。如果需要，最近啟動時記錄的值可以與從上一次啟動或預選序列的先前啟動獲得的值進行比較，以確定預選時間間隔期間的磨損，從而跟蹤在該預選時間間隔期間的增量磨損以及磨損率。這可以作為一算法被包含在編程進電磁軸承控制器20、系統控制器或與軸承控制器20通信的裝置或機械中的軟件中。 該磨損率可以與基于先前記錄時間間隔期間的先前磨損測量值的磨損率進行比較。如果測量值表示磨損率正在增加或加速，如從在預選時間間隔期間先前記錄磨損值的比較中確定的，甚至當磨損處于可接受的預定水平內，或者磨損超過預定磨損率時，可以在PLC上或者通過激活控制面板上的報警燈來產生報警信號。如之前公開的這種報警燈可能需要主動行動來清除或去掉。雖然出于示例目的，這些圖示出起始點60作為渦輪機械的低點(在軸水平取向的情況下)，但是由點60和74限定的直徑不必包括該低點60。可以選擇在任意方向上的由任兩點限定的直徑。通常，徑向軸承的磁極(pole)被布置在軸承的兩側與水平直徑或豎直直徑成一角度，并且通常，該角度為與水平方向和豎直方向都成45度。可以容易的以及優選的是，選擇位于這些磁極處的點，以使得直徑以預定角度取向，諸如與垂直于例如水平取向的軸線的直徑成45度。因此，如圖6所示的沿線W1-W3和V1-V3布置的直徑可能是優選的。然而，應注意，由于控制器是可編程的，所以也可對該控制器進行編程以不僅對于每次測試選擇相同的點和相同的直徑，而且通過在編程中包括隨機選擇特征來隨機地選擇點以及直徑。可選地，可以將磨損測量值重復作為啟動程序的一部分，或者優選地在停機之后。 再次參見圖5A和5B，控制器給電磁軸承20供電，以移動軸22分別至與圖4A或4B中的點 60或點74成90度的位置。從圖4中的點60或點74沿機械軸承的內周面移動90度作為實施例，同樣地可以選擇任意其他角度間隔。在圖5A中，軸22在點78處與機械徑向安全軸承46形成接觸。徑向位置傳感器132測量軸22的位置并且提供表示該位置的信號給控制器，該位置被記錄在該控制器中。然后控制器供電給電磁軸承20以移動軸22約180度， 直到軸22在點80處接觸機械徑向安全軸承46，如圖5B所示。徑向位置傳感器132測定軸122在點80處的位置，并且提供信號給控制器，如前所述，該新位置也被記錄在該控制器中。如上所述計算間隙。可以采用類似方式進行其他測量。然后可以由控制器將間隙確定為基于最壞情況測量值的絕對值計算，或者可以基于測量值的平均值計算或者基于所期望的任何其他統計函數。然后將所確定的間隙或所測量的間隙與預定值進行比較，該預定值用來評估機械安全軸承的可接受性以繼續使用。例如，確定了機械安全軸承已受到約20% 的預定磨損，這可能觸發需要維修或進一步檢查的報警。確定了機械安全軸承46已受到約 50%的預定磨損，這可能通過控制器觸發渦輪機械的自動停止，指示進一步運行是不安全的以及在允許進一步運行之前需要更換機械安全軸承46。可以采用類似的方式進行機械軸向安全軸承的間隙測量。軸向軸承用來阻礙軸22 在軸向方向上的移動。當電磁軸承被斷電時，機械軸向安全軸承防止軸22在軸向方向上過度移動。機械軸向安全軸承可以承受因斷電時軸22的軸向位移而導致的負載。與機械徑向安全軸承一樣，可以很容易地監測機械軸向安全軸承所受到的磨損，以防止故障發生、以確定定期或不定期的維護，以及進行檢查。優選地，可以在停機之后，即，在軸22已停止旋轉之后，進行機械軸向安全軸承的間隙測量。圖8示出了用于實現機械軸向安全軸承150 的間隙測量的方法。控制器給徑向電磁軸承20通電以沿圖A所示的第一軸向方向移動軸 22，軸向安全軸承的內圈沿軸22滑動，直到軸向安全軸承的移動受到阻擋。軸向位置傳感器130測量軸22相對于安全機械軸承的第一位置，并且提供表示該位置的信號給控制器， 該結果被記錄在該控制器中。然后控制器供電給電磁軸承20以沿圖B中示出的第二軸向方向移動軸22，安全軸承的內圈再次沿軸22滑動，直到安全軸承的移動再次受到阻擋。軸向位置傳感器130再次測量軸22相對于軸向安全軸承的位置，并且提供信號給控制器，該結果被記錄在該控制器中。再次由控制器計算得到的測量的、記錄的位置之間的差被記錄， 并且給出了軸向軸承的間隙。該記錄的值可以與當軸承是新的時候進行的測量值進行比較。在最近啟動時進行的位置測量值與當軸承是新的時候進行的測量值之間的差提供了關于總的軸承磨損的數據。可以通過將最近測量值與一個或多個先前記錄的測量值進行比較而確定增量磨損。與機械徑向安全軸承一樣，然后將機械軸向安全軸承的測量磨損與預定值進行比較，該預定值用來評估軸承的可接受性以繼續使用。用來評估機械安全軸承46的預定值會根據不同系統而改變，并且取決于多個變量。例如，安全軸承46中所使用的材料、安全軸承的大小、軸的大小、軸的速度、軸中所使用的材料等都是會影響對用來評估機械安全軸承46以繼續使用的預定值進行選擇的變量。 可以在渦輪機械停機之后或渦輪機械啟動之前對渦輪機械所裝備的如圖6所示的徑向機械安全軸承以及對渦輪機械所裝備的如圖7所示的軸向機械安全軸承分別進行自動檢測程序，以測量機械安全軸承的磨損。提供圖9和10，僅用于示出軸向位置傳感器130和徑向位置傳感器132相對于軸和相對于徑向軸承的相對位置。應理解，本申請不限于以下描述中列出或圖中示出的細節或方法。也應理解，本文中所用的措辭和術語僅為描述目的，并且不應看作限制性的。雖然圖中示出的和本文中描述的示例性實施方案目前是優選的，但是應理解，僅通過舉例的方式給出這些實施方案。相應地，本申請不限于具體實施方案，而延伸到仍落入附帶的權利要求的范圍內的各種改進。任何過程或方法步驟的順序或序列可以根據替換的實施方案而被改變或重新排序。本申請考慮到了為實現軸的運行而在機器可讀介質上實現所要求的軸的運動的方法、系統以及程序產品。本申請的實施方案可以使用現有的計算機處理器或控制器、或通過用于為此或其他目的而被包含進合適系統的專用計算機處理器、或通過硬件實現的系統來實施。雖然圖中示出以及描述的示例性實施方案目前是優選的，但是應理解，僅通過舉例的方式給出這些實施方案。相應地，本申請不限于具體實施方案，而延伸到仍落入附帶的權利要求的范圍內的各種改進。任何過程或方法步驟的順序或序列可以根據替換的實施方案而被改變或重新排序。重要的是應注意，各示例性實施方案示出的系統構造和布置僅是舉例性的。雖然在本公開內容中僅詳細描述了幾個實施方案，但是看過本公開內容的本領域技術人員將易于理解各種改進是可能的(例如，在各元件的大小、尺寸、結構、形狀和比例、參數值、安裝布置、材料使用、顏色、取向等方面的改變)，而不會實質性脫離權利要求中限定的技術方案的新穎性教導和優點。例如，示為整體形成的元件可以由多個零件或元件構成，元件的位置可以顛倒或有其他改變，以及分立元件或位置的性質或數量可以調整或改變。因此，所有這些改進都意在被包含在本申請的范圍內。任何過程或方法步驟的順序或序列可以根據替換的實施方案而被改變或重新排序。在權利要求中，任何功能性限定的特征意在覆蓋本文描述的執行所述功能的結構，并且不僅是結構等同件，還包括等效結構件。可以在示例性實施方案的設計、運行條件以及布置方面進行其他替換、改進、變化以及省略，而不脫離本申請的范圍。
權利要求
1.一種用于自動確定在利用電磁軸承的旋轉裝置中的機械安全軸承的間隙的方法，包括以下步驟(a)提供一個旋轉裝置，該旋轉裝置包括電源、電磁軸承、軸、控制所述軸的定位的控制器、允許所述控制器控制所述軸的運動的編程器件、至少兩個機械徑向備用軸承、與每個徑向備用軸承都靠近的徑向位置傳感器，所述徑向位置傳感器確定所述軸在所述渦輪機械內的位置；(b)確定所述軸在所述電磁軸承內的居中位置；(c)在所述軸已基本中止旋轉運動之后，引導電從所述控制器供應至所述電磁軸承，以移動所述軸至第一位置，在該第一位置，所述軸在第一點處接觸第一機械徑向備用軸承；(d)確定所述第一點的位置；(e)提供表示所述第一點的位置的信號給所述控制器；(f)將所述機械徑向備用軸承的間隙確定為所述軸半徑、所述第一點的位置以及所述第一點離所述軸在所述第一機械徑向備用軸承內的居中位置的距離的函數；(g)對額外的徑向備用軸承重復步驟(b)至(f)；以及(h)通過對所述機械徑向備用軸承的測量間隙與每個機械徑向備用軸承的間隙的先前確定值進行比較，確定每個機械徑向備用軸承的磨損。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述電磁軸承包括多個徑向定位且繞所述軸間隔開的線圈，并且所述軸的移動是通過引導足夠的電供應給所述多個線圈中的一個線圈以朝磁極拉動所述軸來實現的。
3.根據權利要求1所述的方法，其中間隙測量值、磨損測量值以及測量時間被記錄。
4.根據權利要求1所述的方法，在步驟(b)之前還包括額外的步驟基于對先前磨損歷史的控制器評估或者基于在停機或停止期間測量且傳送到控制器的超過預定閾值的力， 確定額外步驟的執行是否得到保證。
5.根據權利要求3所述的方法，還包括額外的步驟評估所述間隙測量值和磨損測量值，確定所述間隙測量值或磨損測量值是否超過預定限值以及當所述磨損測量值位于所述預定限值的50%以內時提供視覺警告，并且當超過所述預定限值時阻止進一步正常運行。
6.一種用于自動確定在利用電磁軸承的旋轉裝置中的機械安全軸承的間隙的方法，包括以下步驟(a)提供一個旋轉裝置，該旋轉裝置包括電源、電磁軸承、軸、控制所述軸的運行的控制器、允許所述控制器控制所述軸的運動的編程器件、至少兩個機械徑向備用軸承、確定所述軸在所述渦輪機械內的位置的徑向位置傳感器；(b)當通過引導電從所述控制器供應給所述電磁軸承來將所述軸保持在第一徑向軸承內的居中位置處時，在所述軸已基本中止旋轉運動之后，引導電從所述控制器供應至所述電磁軸承，以移動所述軸至第一位置，在該第一位置處，所述軸在第一點處接觸第二機械徑向備用軸承；(c)確定所述第一點的位置；(d)提供表示所述第一點的位置的信號給所述控制器；(e)將所述第一點的位置記錄在與所述控制器關聯的存儲設備中；(f)然后引導電從所述控制器供應給所述電磁軸承，以移動所述軸至與所述第一位置成180度角的第二位置，在第二位置處，所述軸在與所述第一點直徑相對的第二點處接觸所述第二機械徑向備用軸承；(g)確定所述第二點的位置；(h)提供表示所述第二點的位置的信號給所述控制器；(i)將所述第二點的位置記錄在與所述控制器關聯的所述存儲設備中；(j)然后引導電從所述控制器供應給所述電磁軸承，以移動所述軸至與所述第二位置成一預定角度距離的第三位置，在第三位置處，所述軸在第三點處接觸所述第二機械徑向備用軸承；(k)確定所述第三點的位置；(1)提供表示所述第三點的位置的信號給所述控制器； (m)將所述第三點的位置記錄在與所述控制器關聯的存儲設備中； (η)然后引導電從所述控制器供應給所述電磁軸承，以移動所述軸至與所述第三位置成180度角的第四位置，在第四位置處，軸在與所述第三點直徑相對的第四點處接觸所述第二機械徑向備用軸承；(ο)確定所述第四點的位置；(P)提供表示所述第四點的位置的信號給所述控制器； (q)將所述第四點的位置記錄在與所述控制器關聯的所述存儲設備中； (r)將所述第二機械徑向備用軸承的間隙確定為由所述第一點和第二點確定的第一直徑和由所述第三點和第四點確定的第二直徑的函數；以及(s)在將軸保持在第二徑向備用軸承內的居中位置的同時對所述第一徑向備用軸承重復步驟(b)至(r)，從而確定所述第一備用軸承的間隙。
7.根據權利要求6所述的方法，還包括步驟記錄在步驟(m)中確定的所述機械徑向備用軸承的間隙。
8.根據權利要求6所述的方法，還包括步驟將在步驟(m)中確定的所述徑向軸承的間隙與先前記錄的、確定的間隙進行比較，以確定所述機械徑向備用軸承的磨損。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述機械徑向備用軸承的先前記錄的、確定的間隙是在機械安全軸承是新的時候測量和確定的間隙。
10.根據權利要求8所述的方法，其中先前確定的間隙是從先前中止所述軸旋轉而測量和確定的所述機械徑向備用軸承的間隙，并且所述磨損確定值表示在從先前中止所述軸旋轉到本次測量的時間間隔內測量的間隙的差。
11.根據權利要求6所述的方法，其中所述控制器是可編程的，并且在所述軸已基本中止旋轉運動之后，由所述控制器根據一預定順序執行所述步驟，如所述編程器件所指示的。
12.根據權利要求6所述的方法，其中在步驟(k)中的預定角度距離為90度。
13.根據權利要求10所述的方法，還包括步驟將確定的磨損值與存儲在所述控制器中的預定磨損值進行比較，以及其中當超過所述預定磨損值時，所述控制器阻止所述軸旋轉。
14.根據權利要求10所述的方法，還包括步驟將確定的磨損值與存儲在所述控制器中的預定磨損值進行比較，以及其中當超過所述預定磨損值時，所述控制器產生信號以提供警告。
15.根據權利要求10所述的方法，其中先前確定的間隙是從先前中止所述軸旋轉而測量和確定的所述機械徑向備用軸承的間隙，并且所述磨損確定值表示在從先前中止所述軸旋轉到本次測量的時間間隔內測量的間隙的差，并且在所述時間間隔內磨損值的差表示磨損率，該磨損率與預定磨損率進行比較，以及其中當該磨損率超過所述預定磨損率時，所述控制器產生信號以提供超過所述預定磨損率的警告。
16.根據權利要求1或2所述的方法，還包括以下步驟引導電從所述控制器供應給所述電磁軸承，以沿第一軸向方向移動所述軸至第五點， 在第五點處，所述軸不再移動； 確定所述第五點的位置；提供表示所述第五點的位置的信號給所述控制器； 將所述第五點的位置記錄在與所述控制器關聯的存儲設備中； 然后引導電從所述控制器供應給所述電磁軸承，以沿與所述第一軸向方向相反的第二軸向方向移動所述軸至第六點，在第六點處，所述軸不再移動； 確定所述第六點的位置；提供表示所述第六點的位置的信號給所述控制器；將所述第六點的位置記錄在與所述控制器關聯的所述存儲設備中；通過確定所述第五點和所述第六點之間的距離來確定所述機械軸向備用軸承的間隙；將所述軸向軸承的間隙與存儲在與所述控制器關聯的所述存儲設備中的先前確定的間隙進行比較，以確定所述機械軸向備用軸承的磨損。
17.一種旋轉裝置，包括 軸，包括鐵磁材料；支撐所述軸的主動式電磁軸承，所述主動式電磁軸承還包括圍繞所述軸的至少兩對電磁線圈以及軸承電子器件，以控制電流供應，從而將所述軸保持在所述電磁軸承內的期望位置處；供電的電源；多個機械備用軸承，用于當所述電磁軸承斷電時支撐所述軸； 位置傳感器，鄰近每個機械備用軸承定位，以確定所述軸的位置并且提供表示所述軸位置的信號；功率放大器，用于放大和調節來自所述電源的功率并給所述電磁線圈供電； 可編程控制器，用于調節來自所述功率放大器的電流，以在所述軸旋轉的同時將所述軸保持在所述電磁軸承內的預選位置包絡線內，所述控制器被編程為給所述電磁軸承供電以根據預定順序移動軸，從而在保持所述軸在與至少另一個機械備用軸承關聯的電磁軸承內居中的同時接觸至少一個機械備用軸承，接收表示所述軸位置的信號，確定所述軸與所述至少一個機械備用軸承的接觸點的位置，以及確定所述至少一個機械備用軸承的間隙。
18.根據權利要求17所述的旋轉裝置，其中可編程控制器還包括一個存儲設備，用來存儲所述軸與所述機械備用軸承的接觸點的位置以及所述機械備用軸承的間隙。
19.根據權利要求18所述的旋轉裝置，其中所述可編程控制器還基于測量的間隙與存儲間隙的比較確定所述機械備用軸承的磨損，以及在超過預定磨損時阻止所述旋轉裝置的運行。
20.根據權利要求17所述的旋轉裝置，其中所述旋轉裝置是離心式壓縮機。
21.一種離心式壓縮機，包括 軸，包括鐵磁材料；支撐所述軸的主動式電磁軸承，所述主動式電磁軸承還包括圍繞所述軸的至少兩對電磁線圈以及軸承電子器件，以控制電流供應，從而將所述軸保持在所述電磁軸承內的期望位置；供電的電源；一個機械備用軸承，用于當所述電磁軸承斷電時支撐所述軸； 位置傳感器，用于確定所述軸的位置并且提供表示所述軸位置的信號； 功率放大器，用于放大和調節來自所述電源的功率并給所述電磁線圈供電； 可編程控制器，其與所述電磁軸承通信以調節來自所述功率放大器的電流，從而在所述軸旋轉的同時將所述軸保持在電磁軸承內的預選位置包絡線內，以及其中，當所述軸不旋轉時，所述控制器被編程為給所述電磁軸承供電，以根據預定順序移動所述軸至與所述機械備用軸承接觸；接收表示所述軸位置的信號；以及確定所述軸與所述機械備用軸承的接觸點的位置并且確定所機械備用軸承的間隙；其中所述可編程控制器包括在給所述電磁軸承恢復供電之后執行權利要求1中列出的連續操作的軟件。
全文摘要
用于確定利用電磁軸承的渦輪機械的機械備用軸承的間隙和磨損的裝置和方法。為了減小在停機或斷電期間發生災難性故障的可能，旋轉裝置利用電磁軸承控制軸，以測量機械備用軸承的間隙。當恢復供電時，可編程控制器給電磁軸承供電，以根據預定順序自動移動軸至與機械備用軸承接觸，從而確定機械備用軸承的間隙。這些值被存儲在控制器存儲設備中。這些測量的間隙與機械備用軸承的先前間隙測量值進行比較。實際磨損與軸承的容許磨損進行比較。如果實際磨損超過預定值，則發出警告。如果實際磨損等于或超過容許磨損，則控制器自動鎖止渦輪機械進一步運行，直到完成維修或更換。否則，控制器使軸居中，以允許渦輪機械正常運行。
文檔編號F16C32/04GK102472685SQ201080030589
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月22日 優先權日2009年7月22日
發明者D·J·D·阿爾努, P·德拉米納特 申請人:江森自控科技公司