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Bewegungsnicht Turbinen fahren schwere Ausrüstung

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Elektromotoren mit magnetischen Lagern können Hochgeschwindigkeitswellen in der schweren Ausrüstung fahren.

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Geschenkhochgeschwindigkeitsherausforderungen der drehenden Wellen für Ingenieure, besonders in der schweren Ausrüstung, die viele Megawatt Energie zeichnet. Beispiele umfassen Pumpen und Kompressoren für Öl-undgas Betriebe, industrielle Spindeln und Luftfahrtsubsysteme. Solche Maschinen, die Wellen haben können, die einige Tonnen wiegen und bei 10.000 U/min oder mehr laufen, sind für extreme Erschütterungen, übermäßige Hitze und verhängnisvollen Ausfall anfällig, wenn alle mechanischen Teile zu weit aus Ausrichtung heraus gehen.

Eine Wahl ist, die Turbinen zu vermeiden, die traditionsgemäß solche Anwendungen antreiben und anstatt die Elektromotoren benutzen, die mit Variabelfrequenz Antrieben (VFDs) zusammengepaßt werden. Das? s, weil einige Motorantriebseinstellungen Energie bis 15 MW unter exakte Steuerung, mit glatterem Betrieb und höherer Leistungsfähigkeit als Turbinealternativen zuverlässig liefern können. Außerdem führen sie besonders Brunnen durch, wenn sie aktive magnetische Lager (AMBs) enthalten.

Traditionelle großräumige Entwürfe

Dampf und Gasturbinen sind in den Ölrohrleitung Kompressoren, in den Generatoren, in den Schiffen, in den Generatoren und in anderer schwerer Ausrüstung am meisten benutzt. Gasturbinen, eine Art Innenverbrennungsmaschine, Paarkompressor zur Turbine durch eine Verbrennungskammer. Der Kompressor zeichnet Luft und setzt sie unter Druck; dann zerstreut Kraftstoff durch die Luft und verbrennt. Resultierende Heißluft fließt dann den Turbinepropeller durch, in dem sie eine Ausgangswelle erweitert und dreht. Dampfturbinen lassen laufen, die gleiche Weise aber benutzen Wasser anstatt.

Außer dem Betrieb der ungefähr als Motorantriebsmaschinen, haben Dampf und Gasturbinen fünf Hauptbeeinträchtigungen. Sie sind verhältnismäßig wirkungslos, gewöhnlich herum 60% oder so. Sie strahlen mehr CO2 pro Maßeinheit der Abgabeleistung als elektrische Entwürfe aus. Dampf und Gasturbinen benötigen häufige Wartung, weil ihre Kraftstoffdüsen, Auspuff-Hardware, Lager, Dichtungen und Verpackung Abnutzungsbestandteile sind und benötigen regelmäßige Kontrolle oder Wiedereinbau. Die meisten bestehen aus den Spezialgebietsgetrieben nicht weit - vorhanden. Mangel an ab Lagerverwendbarkeit bildet für längere Vorbereitungs- und Anlaufzeiten.

Motorentwürfe

Eine andere Alternative ist, schwere Ausrüstung mit Hochgeschwindigkeitsmotoren und VFDs anzutreiben. Ein Ingenieur kann einen VFD-kontrollierten Motor vorwählen, um eine Hochgeschwindigkeitsmaschine in vier grundlegenden Schritten anzutreiben:

Bestätigen Sie die Position hat elektrische Infrastruktur. Definieren Sie dann die Maschine? s-grundlegender Entwurf und Geometrie und mit Herstellerhilfe, wählen einen Motor vor.

Wählen Sie einen Lagerentwurf aus, um der Anwendungsgeschwindigkeitsstrecken- und -rotordynamik zu entsprechen. Zwei allgemeine Wahlen für schwere Hochgeschwindigkeitsausrüstung sind Ölfilm Lager und AMBs, weil Lager mit Rollenelementen die begrenzte Geschwindigkeit sind (von ihrer Antwort zu den Zentrifugalkräften und zu den Tendenzen für Dichtungsabnutzung und rauen Betrieb). Entscheiden Sie auch, ob die Anwendung genug rau ist, Lagerschilder zu erfordern.

Garantieren Sie, dass das Getriebe in der Maschine arbeitet? s-anwendungsspezifischer Abdruck, zum der Wahrscheinlichkeit von Erschütterungen, von übermäßiger Hitze oder von verhängnisvollem Ausfall von der Ungleichheit herabzusetzen. Auch Elektromotoren erzeugen Hitze. Sie können air-to-air, air-to-water enthalten, oder Kühlkreislauf, abhängig von öffnen, ob die Umwelt staubig oder sauber ist und ob Luft- oder Wasserversorgungen am Installationsaufstellungsort vorhanden sind.

Fragen Sie, ob die Anwendung zwingende Erschütterungs- und Geräuschspezifikationen treffen muss. Schwere Ausrüstung tut häufig. Falls zutreffend stellen Sie sicher, dass die Installation relevante API-, Iec-und ISO-regelnde Codes zufriedenstellt. Rotorentwurf ist zur Zufriedenstellung dieses Schrittes Schlüssel.

Rotoranforderungen

Bewegungsrotoren in der großen industriellen Maschinerie, die an hoher U/min läuft, müssen bedeutenden dynamischen Kräften und materiellem Druck widerstehen. Andernfalls verwerfen sie und können Ungleichheit, Instabilitäten und vorzeitigen Bewegungsausfall verursachen. Um solche Probleme zu verhindern, muss ein Rotor in einer Hochgeschwindigkeitsanwendung, keine Angelegenheit seine Geometrie und abschließendes Ende, grundlegenden Entwurfsanforderungen genügen:

? Der Rotor sollte niedrige elektrische Verluste sowie niedrige Friktionsverluste sogar mit hohen Oberflächengeschwindigkeiten haben. Er sollte kurzen Zeiträumen der Überhitzung, des kalten Beginnens und anderen Klimamißbrauches widerstehen.

? Die Welle sollte seine modalen Eigenschaften behalten? einschließlich Modusformen (wie sie, in halben Wellen, entlang seiner Längsmittellinie ausgedrückt undulates), Dämpfungverhältnisse und natürliche Frequenzen? über seiner Lebenszeit.

? Der Rotor sollte seine Restunausgeglichenheit (ungleiche Verteilung der Masse um die Rotationsmittellinie) behalten und mehr, aus dem Gleichgewicht gebracht über seiner Lebenszeit zu werden widerstehen? meistens durch das Widerstehen der Zentrifugalkräfte.

Software-based Analyse und Unterstützung vom Hersteller können Ingenieuren helfen, Rotoren auszuwählen, die diesen Anforderungen genügen. Es ist besonders wichtig, Erschütterung mit verschiedenen Geschwindigkeiten in den Maschinen mit hydrodynamischen Flüssigkeitfilm Lagern sowie die mit AMBs herabzusetzen, in dem modale Parameter der Welle teilweise Regelkontrollen definieren.

Tragen des Entwurfs

Gute Lagerdynamik fördert auch Maschinenzuverlässigkeit. Lager, die den Rotor stützen, können zwei Sekundärzwecke dienen? zu die Maschine verschieben? s-kritische Geschwindigkeit weg von regelmäßigen Arbeitsgeschwindigkeiten und setzen Erschütterungen herab, indem sie Dämpfung. (Andernfalls, benötigen Maschinen externe mechanische Dämpfer.) Das Ziel ist, erhöhte Erschütterung zu verhindern, selbst wenn die Maschine vorübergehend bei natürlicher Frequenz funktioniert.

Zu diesem Zweck enthält die schwere Hochgeschwindigkeitsausrüstung, die durch Motoren angetrieben ist häufig, hydrodynamische Flüssigkeitfilm Lager. Ein dünner Schmierölfilm trennt ein drehendes Journal und eine Babbitschicht, um Metall-Metallkontakt zu verhindern. Die Stärke des Schmierölfilmes hängt von den geometrischen Maßen, von den Radialabständen, von der Geschwindigkeit der Umdrehung und von der Ölviskosität ab. Der Fang: Diese Lager erfüllen nur dynamische Rotorkriterien für Strecken der spezifischen Geschwindigkeit.

Die zwei Arten der hydrodynamischen Flüssigkeitfilm Lager umfassen Örtlich festgelegtgeometrie Entwürfe (einschließlich zylinderförmiges, Vorsprung zwei Vorsprung, drei und Vorsprung vier) und Justierbargeometrie Entwürfe (einschließlich Kippenauflage Lager). Vorsprungentwürfe haben Vorwölbungen auf der Oberfläche der drehenden Welle, die Vorspannungen im Ölfilm verursachen. Die Zahl und die Geometrie den Vorsprung beeinflußt die Lagersteifheit und Dämpfungqualitäten? zusammen mit Kritischgeschwindigkeit Modi. Aber hydrodynamische Lager leiden unter Flüssigkeitfilm Instabilitäten mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten, wenn sie leicht geladen werden. Demgegenüber arbeiten Kippenauflage Lager durch Journalauflagen, die unabhängig schwenken, für shapeable Öldruck profiliert. Dieses verringert der Reihe nach die kreuzweise gekoppelte Steifheit, die für phasenverschobenes Kraftgetriebe, Öl Whirl und Instabilität verantwortlich ist.

AMBs vermeiden einerseits diese Probleme zusammen. Sie schweben Wellen mit einem Magnetfeld für frictionless Wellenumdrehung frei. Sie? Reverwendbares für schwere Ausrüstung, aber nur in der Umwelt mit leicht verfügbarem elektrischem Strom.

Tatsächlich das? s, warum AMBs das meiste sinnvoll für schwere Ausrüstung mit Elektromotoren sind, die eine Elektrizitätsquelle irgendwie haben müssen. Diese Lager bestehen einer elektromagnetischen Versammlung, Endverstärkern, die Strom an Statorelektromagneten liefern, und einem Steuerpult und aus einem Abstands-Sensor, der Rückgespräch liefern, um den Rotor im Abstand zu schwimmen und zu zentrieren. Sensor-Maß, wie viel die Welle von der Befehlsposition abweicht. Dann modulieren Kontrollen und Energienelektronik das elektromagnetische Feld, um es neu zu zentrieren. AMBs bieten auch an:

Hohe Zuverlässigkeit und Uptime, mit sauberem (ölfreiem) Betrieb

Variabel-Geschwindigkeit Betrieb und gute Positionierung? Pluskontrollen, die in Maschinenarchitektur integrieren

Widerstand zu den extremen Bedingungen und zur Erschütterung

Ein Versorgungsmaterial Informationen, zum von Diagnosen und von Bedingungüberwachung maschinell zu bearbeiten (Endbenutzerschienen-Maschinenleistung helfen und Verbesserungen bilden).

Unter den Beeinträchtigungen seien Sie, dass AMBs niedrigere Belastbarkeit als Ölfilm Lager haben; niedrigere Toleranz zu den Überlastungen; und die Notwendigkeit an den Unterstützungslandungen der lager im Notfall, die magnetischen Lager, verlassen oder verlieren Energie.

Für die letzten, Unterstützungslager sind entweder Rollen oder Ebene. Ebene sind am allgemeinsten, aber die Rollenlager (ursprünglich basiert auf denen für Präzisionsspindeln) können Stützwellen viele Zoll in arbeitenden Durchmesser und Unterhalt, selbst nachdem Wellen in sie zusammenstoßen. Anders als normale Lager tragen rollende Lager auch kleiner. Und in den Dringlichkeiten (Ausfallen des magnetischen Lagers wenn), können sie die Welle mit verringerter Geschwindigkeit vorübergehend stützen. Demgegenüber stößt etwas normale Lager für Unterstützungsnotwendigkeitswiedereinbau nach gerade ein oder zwei Welle zusammen.

Lager-Gehäuse Einsprüche

Gehäuse für die großen, Hochgeschwindigkeitsmotoren müssen bestimmten Anforderungen gerecht werden, Lagerschaden zu verhindern.

Lagergehäuse im Falle AMBs sollten Kräfte von der Bewegungsstruktur nie stützen, weil solche Kräfte das Lager zerstörenden Kräften und Erschütterung unterwerfen können und Sensor-Genauigkeit vermindern können.

Lager müssen kühl bleiben. Folglich sollten Gehäuse, die auf dem Ventilatorabkühlen beruhen, genügend Druckunterschied zwischen dem Saugen und dem Gebläse zur Verfügung stellen, um Temperatur unten zu halten.

Lager benötigen sichere Montage. Flanschen-Lager Gehäuse, die mit Gesichtern, die auf den Maschinenrahmen verriegeln, geben die zuverlässigste Unterstützung. Maschinen mit hydrodynamischen Lagern sind wenn das Lager am steifsten? s-Mitte schneidet die Fläche des Endenschildes. Das? s, weil diese Konfiguration Rotationskraftübertragung vom Rotor auf Lagergestelle über den Ölfilm ohne übertragende Erschütterungen lässt. Einerseits tragend bilden Kräfte in einem Abstand von der Endeschild Fläche Momentkräfte, die Endeschild Erschütterungsmodi aufregen können. AMBs haben keine solchen Ausgaben.

AMBs und Statorstruktur

Motoren produzieren Drehkraft durch elektromagnetische Rotorstator Koppelung, und elektromagnetische Impulse verursachen Radial-kraft Impulse, die die Statorstruktur verformen können. Der Rahmen, der den Stator auch stützt, enthält das Lagergehäuse und den Rotor. Folglich wenn das Gehäuse unsachgemäß entworfen ist oder nicht lokalisiert, können elektromagnetische Kräfte die Maschine herstellen zu vibrieren. Wenn der Rahmen an einer Grundlage mit armer Steifheit anbringt, oder wenn dort? s-Maschinenversatz, überträgt sie auch Erschütterungen durch das Getriebe.

AMBs (und ihre Stellungsgeber) entkoppeln Gehäusedynamik und -erschütterungen. Sie entkoppeln auch den Statorkern vom Gehäuse, indem sie als Tiefpaßfrühlingsaufhebung arbeiten, die den Einfluss der zweitrangigen (zweimal die Welle U/min) Gehäuseerschütterungen herabsetzt, die schwierig sein können, aus einer Maschine heraus vollständig zu entwerfen.

Auf Wiedersehen Turbinen, hallo Motoren

Betrachten Sie die großen Pumpen und die Kompressoren benutzt in den Öl- und Gasanwendungen wie in den drei abgeschlossenen Phasen des nordamerikanischen Trapezfehlerrohrleitungnetzes. Diese Kompressoren laden flüssigen Druck auf, indem sie sein Volumen verringern. Ebenso erhöhen Pumpen auch flüssigen Druck, ihn durch Rohre häufig zu verschieben? obwohl Kompressoren hauptsächlich an zusammenpressbaren Gasen und Pumpen hauptsächlich arbeiten, arbeiten Sie, um meistens nicht zusammendrückbare Flüssigkeiten unter Druck zu setzen und zu verschieben.

Kompressoren und Pumpen in den großräumigen Öl- und Gasbetrieben laufen bei 5.000 bis 15.000 U/min oder in einigen Fällen. Obwohl dort? s kein Industriestandard, diese erfordern spezielle Entwürfe, weil in dieser allgemeinen Geschwindigkeitsstrecke, Wellen und verbundene Getriebebestandteile abhängig von extremen Kräften sind. Hier stellen integrierte elektrische Antriebe schneller und glattere Starts als traditionelle Turbinen zur Verfügung? das Liefern von Energie bis 5 bis 15 MW, sogar für Turbokompressor verweisen-fahren Anwendungen.

Tatsächlich können Hochgeschwindigkeitsbewegungs-Antriebe Dampf und Gasturbinen in den Umbauen auch ersetzen, um Leistungsfähigkeit aufzuladen. Hochgeschwindigkeitskompressoren und Pumpen haben verschiedene Lastdrehkraft Anforderungen mit verschiedenen Geschwindigkeiten (abhängig von Prozess-Leistungsfähigkeit und fließen Anforderungen), aber die Motoren, die mit VFDs zusammengepaßt werden, passen sich ändernder Leistungsfähigkeit an und fließen Anforderungen, die Gesamtkosten des Besitzes senkt. Auf Umbauen müssen Ingenieure Motoren besonders anfertigen, um die Installation zu passen? s-Abdruck. Der Entwerfer sollte mit dem Hersteller auch arbeiten, um den Bewegungselectromagnetics zum Modus herzustellen, in dem der Antrieb in der Anwendung arbeitet.

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