檢測轉子軸的軸向位置的裝置及其在旋轉機械上的應用制造方法及圖紙

一種用于檢測具有定子和轉子的旋轉機械的轉子軸(16)的軸向位置的裝置。所述檢測裝置包括傳感器定子環(huán)(31)，其固定到由鐵磁材料制成的定子，面向中空或非中空轉子軸(16)的一個端部(16b)的肩部，并且布置成以便與轉子軸(16)的所述一個端部(16b)留出軸向氣隙(e0+x)，所述傳感器定子環(huán)(31)包括接納環(huán)形感應線圈(34、35)的至少一個環(huán)形槽(32、33)。所述轉子軸(16)由實心磁鋼制成，轉子軸(16)的外端部(16b)用作目標表面，其軸向位置將由傳感器定子環(huán)(31)測量。

Device for detecting axial position of rotor shaft and its application in rotating machinery

A device for detecting the axial position of a rotor shaft (16) having a rotating machine having a stator and a rotor. The detection device includes a sensor stator ring (31), which is fixed to the stator is made of ferromagnetic material, the hollow or non hollow rotor shaft (16) one end (16b) of the shoulder, and arranged so that the rotor shaft (16) the one end of the (16b) set aside the axial air gap (e0+x), the sensor (31) comprises a stator ring receiving induction loop (34, 35) at least one of the annular groove (32, 33). The rotor shaft (16) is made of solid magnetic steel, and the outer end (16b) of the rotor shaft (16) is used as the target surface, and the axial position of the rotor shaft is measured by the sensor stator ring (31).

【技術實現步驟摘要】
檢測轉子軸的軸向位置的裝置及其在旋轉機械上的應用
本專利技術涉及包括磁軸承的旋轉機械的領域，該磁軸承由于磁場而通過主動磁軸承支撐旋轉機械的轉子的重量和負載。特別地，本專利技術涉及一種用于檢測旋轉機械的轉子軸的軸向位置的裝置。
技術介紹
存在各種類型的感應傳感器。一些是基于電感變化測量；一些是基于渦流。已知提供一種用于檢測轉子軸的中心的軸向位置的裝置，該裝置具有固定在轉子軸的一端部的鐵磁材料的目標、與固定到轉子機械的定子的固定磁回路相關并且放置成面向所述目標同時留出氣隙的感應線圈、以及用于為所述感應線圈供電的電源電路。可以參照參考文獻EP2511665，其描述了一種用于檢測轉子軸的中心的軸向位置的裝置，其包括固定到轉子軸的一端部的鐵磁材料的目標。然而，這種裝置不與用于需要接近軸的中心或至少轉子軸的一端部的中心的應用的空心轉子軸兼容。它還不適用于其中軸端部的中心用于連接工具或渦輪機葉輪的應用。此外，這種裝置使用特定的目標，這增加了檢測裝置的成本和復雜性。在轉子軸的中心不可用的情況下，解決方案可以是感測轉子軸的肩部的軸向位置，徑向地朝向定子突出，或者感測軸向磁阻變化。這種準時感測解決方案不能滿足大轉子直徑。此外，旋轉諧波可能出現在傳感器信號上，這可能產生振動。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種用于檢測旋轉機械的轉子軸肩的軸向位置的裝置，而不使用任何特定的目標。本專利技術的特別目的是提供一種用于檢測具有定子和具有旋轉軸線的轉子的旋轉機械的轉子軸的軸向位置的裝置。檢測裝置包括傳感器定子環(huán)，其固定到由鐵磁材料制成的定子，面向轉子軸的一個端部，并且以固定方式布置成以便與轉子軸肩部的所述一個端部留出軸向氣隙。所述傳感器定子環(huán)包括接納環(huán)形感應線圈的至少一個環(huán)形槽。所述轉子軸由實心磁鋼制成，使得轉子軸的肩部用作目標表面，其軸向位置將由傳感器定子環(huán)測量。因此，傳感器定子環(huán)可以直接感測轉子軸的軸向位置，而不使用任何額外的目標。傳感器定子環(huán)用作磁路并固定到定子。在一實施例中，傳感器定子環(huán)包括至少兩個平行的環(huán)形槽，它們位于同一徑向平面上并且每個都接納環(huán)形感應線圈，所述環(huán)形感應線圈串聯地電連接并且沿相反方向纏繞。由于這兩個線圈，勵磁磁通朝向轉子軸的目標表面集中。在一實施例中，檢測裝置包括用于為感應線圈供電的電路，所述電路包括第一AC電壓源，其連接到串聯連接的成組線圈的第一端部，并且在位于參考電壓的點，和電容器，其與該成組線圈并聯地連接到該組線圈的第一和第二端部，以及AC電流檢測器裝置，其布置在該組線圈的第二端部與參考電壓之間，所述參考電壓適于傳遞關于在具有并聯電容的該成組線圈的第二端部與參考電壓之間流動的電流的幅值的信息。所述信息表示氣隙長度的修正值。在一實施例中，電路包括串聯連接在與AC電流檢測器裝置并聯連接的線路上的第二AC電壓源和第一電阻器。第二AC電壓源和第一電阻器允許由于轉子目標損失而補償所得到的電阻電流。參考電壓源例如是地面。傳感器定子環(huán)可以由壓縮鐵粉或壓縮鐵氧體材料制成。轉子軸可以由標準的實心磁鋼制成。根據另一方面，本專利技術涉及一種旋轉機械，包括定子、具有繞垂直軸線旋轉的至少一個轉子軸并且通過至少兩個徑向磁軸承支撐在所述定子中的轉子、以及用于檢測如上所述的轉子軸的軸向位置的裝置。在一實施例中，旋轉機械包括軸向致動器，其固定到定子并且配置成在徑向朝向定子突出的轉子軸的肩部上產生軸向吸引力。在一實施例中，旋轉機械還包括上徑向接觸軸承和下徑向和軸向接觸軸承。附圖說明通過研究經由非限制性示例給出的并且由附圖示出的具體實施例的詳細描述，將更好地理解本專利技術及其優(yōu)點，在附圖中：-圖1是具有根據本專利技術的用于檢測轉子軸的軸向位置的裝置的旋轉機械的軸向半剖視圖；-圖2是圖1的軸向檢測裝置的一部分的透視圖；-圖3是圖2的軸向檢測裝置的詳細視圖；以及-圖4是與檢測裝置相關的電源和測量電路的電路。具體實施方式旋轉機械10在圖1中示出；所述旋轉機械10例如可以是高速飛輪或具有垂直轉子布置的任何高速旋轉機械。旋轉機械10包括定子12和轉子14，轉子14具有繞垂直軸線X-X旋轉的轉子軸16。轉子14的轉子軸16通過主動磁軸承系統(tǒng)相對于定子12可旋轉地支撐，主動磁軸承系統(tǒng)包括兩個徑向磁軸承18、20，分別為上徑向磁軸承18和下徑向磁軸承20，和軸向致動器22，其固定到定子12并且配置成在徑向地朝向定子12突出的轉子14的軸16的肩部16a上產生軸向吸引力。兩個徑向磁軸承18、20可以相同的并且布置在轉子軸16的相對端部16b、16c。轉子14的轉子軸16還通過上徑向接觸軸承24和下徑向和軸向接觸軸承26、28而相對于定子12被可旋轉地支撐。下接觸軸承例如是機械輔助軸承，其適于在磁軸承故障的情況下支撐轉子。每個徑向磁軸承18、20包括安裝在轉子軸16的外圓柱形表面16d上的由鐵磁材料制成的環(huán)形電樞18a、20a和固定到定子12的定子電樞18b、20b。每個定子電樞18b、20b以常規(guī)方式包括具有一個或多個環(huán)形線圈和鐵磁體的定子磁路，并且放置成面向轉子電樞18a、20a，以便限定徑向氣隙。定子電樞的細節(jié)在附圖中并未示出。由于主動磁軸承系統(tǒng)，轉子14在定子12內沒有機械接觸地旋轉。如圖1和圖2所示，在該示例中，轉子軸16是中空的。如圖1至圖3所示，旋轉機械10還包括用于檢測轉子軸14的軸向位置的裝置30。這種裝置將被稱為“軸向傳感器”。軸向傳感器30包括面向轉子軸16的一個端部16b的傳感器定子環(huán)31，并且以固定的方式布置，以便與轉子軸16的一個端部16b留出軸向氣隙e0+x。傳感器定子環(huán)31由鐵磁材料制成，例如壓縮鐵粉或鐵氧體材料。傳感器定子環(huán)31相對于轉子14的對稱平面對稱。傳感器定子環(huán)31具有E形橫截面，其限定位于相同徑向平面上的兩個平行的環(huán)形槽32、33。每個環(huán)形槽32、33配置成接納環(huán)形感應線圈34、35。傳感器定子環(huán)31用作磁路并且固定到定子12。環(huán)形感應線圈34、35串聯電連接，如圖4所示。線圈繞組感測是相反的，因此來自環(huán)境(圖2，37)的任何干擾通量不會在傳感器定子環(huán)31的串聯連接的線圈引發(fā)任何電壓。轉子14的軸16由實心磁鋼制成。軸的端部16b用作目標表面，其軸向位置將由軸向檢測器測量。因此，傳感器定子環(huán)可以直接感測轉子軸的端部的軸向位置，而不使用任何額外的目標。由于這兩個線圈34、35，勵磁磁通朝向轉子軸的目標表面16b集中。如圖3所示，得到的激勵磁通路徑38、39與每個環(huán)形線圈34、35相關。換句話說，軸向傳感器30是在具有較大直徑的軸的肩部上感測的感應式軸向軸位置傳感器。圖4示出了用于為兩個感應線圈32、34供電的電路40的實施例。如圖4所示，電路40包括第一AC電壓源41，其具有例如沒有變壓器的簡單振蕩器，其連接到串聯連接的成組線圈34、35的第一端部42，并且在點43位于參考電壓，比如地面。電路40還包括與該組線圈34、35并聯連接到該組線圈34、35的第一和第二端部42、45的電容器44。電阻器46表示通過替代激勵磁通而在固體目標16b中引起的損耗。AC電流檢測器裝置47布置在該組線圈的第二端部45與地面43之間。感測的AC電流表示在氣隙寬度e0的修正值x。損耗電阻器46的電阻電流疊加到感測的AC電流48。如圖4所示，電路40本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于檢測具有定子(12)和具有旋轉軸線(X?X)的轉子(14)的旋轉機械的轉子軸(16)的軸向位置的裝置，其特征在于，所述檢測裝置包括傳感器定子環(huán)(31)，其固定到由鐵磁材料制成的定子，面向轉子軸肩部(16)的一個端部(16b)，并且布置成以便與轉子軸(16)的所述一個端部(16b)留出軸向氣隙(e0+x)，所述傳感器定子環(huán)(31)包括接納環(huán)形感應線圈(34、35)的至少一個環(huán)形槽(32、33)，并且其特征在于，所述轉子軸(16)由實心磁鋼制成，使得轉子軸(16)的端部(16b)用作目標表面，其軸向位置將由傳感器定子環(huán)(31)測量。

【技術特征摘要】
2015.12.10 EP 15306968.71.一種用于檢測具有定子(12)和具有旋轉軸線(X-X)的轉子(14)的旋轉機械的轉子軸(16)的軸向位置的裝置，其特征在于，所述檢測裝置包括傳感器定子環(huán)(31)，其固定到由鐵磁材料制成的定子，面向轉子軸肩部(16)的一個端部(16b)，并且布置成以便與轉子軸(16)的所述一個端部(16b)留出軸向氣隙(e0+x)，所述傳感器定子環(huán)(31)包括接納環(huán)形感應線圈(34、35)的至少一個環(huán)形槽(32、33)，并且其特征在于，所述轉子軸(16)由實心磁鋼制成，使得轉子軸(16)的端部(16b)用作目標表面，其軸向位置將由傳感器定子環(huán)(31)測量。2.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述傳感器定子環(huán)(31)包括位于相同徑向平面上并且各自容納環(huán)形感應線圈(34、35)的至少兩個平行的環(huán)形槽(32、33)，所述環(huán)形感應線圈(34、35)串聯地電連接并且沿相反方向纏繞。3.根據權利要求1或2所述的裝置，包括用于為所述感應線圈(32、34)供電的電路(40)，所述電路包括第一AC電壓源(41)，其連接到串聯連接的成組線圈(34、35)的第一端部(42)，并且在點(43)位于參考電壓，和電容器(44)，其與該組線圈(34、35)并聯地連接到該組線圈(34、35)的第一和第二端部(42、45)，以及AC電流檢測器裝...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：E卡拉斯科，U施羅德，
申請(專利權)人：斯凱孚磁性機械技術公司，
類型：發(fā)明
國別省市：法國,FR