本发明专利技术公开了一种气悬浮推力轴承状态监测装置，包括机壳、定子总成和转子总成；所述转子总成包括转轴、分别安装在转轴前后端的大叶轮、小叶轮和靠大叶轮一侧的止推盘；所述定子总成安装在机壳内且围绕转轴外圆周设置，在转轴前后轴颈处分别安装气悬浮前径向轴承和气悬浮后径向轴承，其特征在于，在止推盘前后端面均设有推力轴承板和位置传感器，推力轴承板之间形成容纳止推盘伸入的腔室空间，并通过位置传感器测量止推盘与推力轴承板的距离。本发明专利技术能够低成本地实现对气悬浮推力轴承的有效监控，并在过载等情况下，能够提前做出相应调整，避免推力轴承的恶化，大幅提高推力轴承的运行可靠性，从而提高整机运行稳定性。从而提高整机运行稳定性。从而提高整机运行稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种气悬浮推力轴承状态监测装置及其控制系统
[0001]本专利技术属于离心鼓风机设备领域，具体是一种气悬浮推力轴承状态监测装置及其控制系统。
技术介绍
[0002]空气悬浮式高速直驱离心鼓风机集成了永磁高速电机、高效三元流叶轮、无级变速、直连驱动、无摩擦悬浮支撑等有点，在电机效率、驱动效率、传动效率、气动效率等关键环节上，相比罗茨风机等传统风机，在效率上具有非常显著的提升，由这样高效关键环节组成的整机系统，其整体系统效率大幅提高，在污水处理领域得到了大量应用，是高效曝气鼓风机的发展方向。
[0003]目前的实际应用中，空气悬浮轴承，特别是空气悬浮推力轴承，还是整个空气悬浮系统中受力大、故障率相对较高的一个环节，有必要提高其可靠性，从而提升整机设备的可靠性。
[0004]而目前的现有技术中，主要存在的一个不足是空气悬浮推力轴承的实时监控不足。比如，目前在采用的针对气悬浮推力轴承的温度检测，温升在反应速度上往往较差，等温度上伸到监控值时，实际轴承往往已经受损严重，无法提前调整。
[0005]另外也有采用精密位移传感器对止推盘位置进行监测的，该位置传感器检测的位置信号及时性和准确性都不错，能够根据该位置信号进行判断分析空气悬浮推力轴承的实时运行状态，及时采取措施进行调整。但是，该类型位移传感器往往价格较高，直接提高风机成本。更重要的，该类型位移传感器在长期使用过程中，不可避免的存在温漂问题，也就是当运行一定时间后，该类型位移传感器检测相同的位置信号后所反馈的模拟电信号会有所变动、特别时温度不一样的情况下，要改进这个问题，必须要对位移传感器进行标定校准，而标定校准在风机应用现场是无法开展的，严重影响风机设备的连续长期可靠运行。
[0006]因此，有必要针对空气悬浮推力轴承的实时监测，能有低成本的、高可靠性的监测方案，结合相应的控制系统，来解决提高风机的可靠性。
技术实现思路
[0007]为了解决上述问题，本专利技术公开了一种气悬浮推力轴承状态监测装置及其控制系统，能够低成本地实现对气悬浮推力轴承的有效监控，大幅度提升监控的实时性。
[0008]一种气悬浮推力轴承状态监测装置，包括机壳、定子总成和转子总成；所述转子总成包括转轴、分别安装在转轴前后端的大叶轮、小叶轮和靠大叶轮一侧的止推盘；所述定子总成安装在机壳内且围绕转轴外圆周设置，在转轴前后轴颈处分别安装气悬浮前径向轴承和气悬浮后径向轴承，在止推盘前后端面均设有推力轴承板，两个推力轴承板之间形成容纳止推盘伸入的腔室空间，两个推力轴承板相对的平面上还设有位置传感器，通过位置传感器测量止推盘与推力轴承板之间的距离。
[0009]作为优选，推力轴承板包括推力轴承前板和推力轴承后板，均设于机壳内并分别
与转轴前轴颈对应位置并列安装固定；所述推力轴承后板与推力轴承前板两个相对的端平面上分别设有气悬浮后推力轴承和气悬浮前推力轴承。
[0010]作为优选，推力轴承板之间设有一对气悬浮推力装置，包括气悬浮后推力轴承和气悬浮前推力轴承，止推盘置于气悬浮前、后推力轴承之间，与两侧的气悬浮前、后推力轴承存在压缩空气膜，且止推盘的外径大于气悬浮前、后推力轴承的外径。
[0011]作为优选，气悬浮前径向轴承设于推力轴承后板的内圆弧面上、围绕转轴设置；所述气悬浮后径向轴承设于后径向轴承座的内圆弧面上、围绕转轴设置。
[0012]作为优选，推力轴承前板、推力轴承后板的相对位置对称安装有一对位置传感器，分别为前位置传感器和后位置传感器，用于测量与中间止推盘之间的距离。
[0013]作为优选，位置传感器依次包括安装部、转接部和感应部，其中安装部和转接部贯穿设于前位置传感器内，且转接部的外端面与推力轴承板的端面齐平，所述感应部伸出位置传感器的前端面，并朝向止推盘测量与止推盘之间的距离，但不与气悬浮前、后推力轴承接触；所述感应部中央设置一个或多个相互独立感应探头，该感应探头为是若干根带有绝缘护套的金属导线，金属导线外端部保持平齐且没有绝缘覆盖。
[0014]作为优选，气悬浮前径向轴承、气悬浮后径向轴承、气悬浮前推力轴承、气悬浮后推力轴承为箔片式空气悬浮轴承。
[0015]本专利技术还公开了一种气悬浮推力轴承状态监测装置的控制系统，包括位置参数模块、气动参数模块、和电机控制模块，其中，位置参数模块基于止推盘两侧的位置传感器的感应探头的状态得到状态信号，并将状态信号转送给上位机；气动参数模块基于设置于大叶轮入风口处和椎管排气口的气动参数传感器得到相关气动运行参数，包括入口压力、排气口压力、入口温度、排气口温度和入口流量；电机控制模块基于与电机电性连接的电机控制器得到电机运行参数，包括电机转速、电机电流、电机功率和电机转矩；上位机基于状态信号判断止推盘的位置信息，结合内置的信息表格查表得到推力轴承的受力负载情况；基于气动运行参数和电机运行参数得到当前时刻电机和气动叶轮的运行状态；基于推力轴承的实际受力负载情况，结合当前时刻电机和气动叶轮的运行状态进一步分析和诊断当前运行状态是否合理并制定相应的控制策略。
[0016]作为优选，上位机基于推力轴承的实际受力负载情况，结合当前时刻电机和气动叶轮的运行状态进一步分析和诊断当前运行状态是否合理并制定相应的控制策略。
[0017]作为优选，信息表格是该类型推力轴承的位置信息和负载受力情况的对应表，根据位置信息查出推力轴承的实际受力情况。
[0018]本专利技术还公开了一种气悬浮推力轴承状态监测装置的控制方法，包括如下步骤：步骤1，根据设置于大叶轮入风口处和椎管排气口的气动参数传感器得到气动运行参数，并得到入口流量Q，Q＝Fp(P1、T1、P2、T2)，式中P1是入口压力、T1是入口温度、P2是排气压力、T2是排气温度；
[0019]步骤2，根据转速n和流量Q得到叶轮轴向力Fp，Fp＝Fp1(n)*Fp2(Q)，Fp的单位是N，式中n是叶轮转速(r/min)、Q是叶轮的入口流量(m3/min)，Fp是大叶轮受到的轴向力，一般是从轮背指向进气口一侧，Fp1(n)是大叶轮的轴向受力中与转速n相关的分量，Fp2(Q)是大叶轮的轴向受力中与流量Q相关的分量，都是大叶轮轴向受力的一部分。
[0020]步骤3，根据位置传感器信号得到止推盘位置d，用0和1表示传感器的开路状态和
导通状态，将若干个位置传感器的不同状态组合通过0和1组合表示，并对应不同的运行状态信息；
[0021]步骤4，根据止推盘位置d和转速n得到止推盘的承载力Ft，Ft＝Ft1(n)*Ft2(d)，Ft的单位是N，式中n是叶轮转速(r/min)，Ft1是止推盘的承载力Ft中与转速n相关的分量，Ft2是止推盘的承载力Ft中与止推盘位置d相关的分量；
[0022]步骤5，结合当前时刻的压力值、流量、温度和电机功率参数，比较叶轮轴向力Fp和轴承承载力Ft，判断目前叶轮的运行情况是否处于正常区间，若判断为否则做出相应的调整。
[0023]作为优选，根据d的位置信号变化情况尤其是变化速度，判断止本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种气悬浮推力轴承状态监测装置，包括机壳(1)、定子总成(2)和转子总成(6)；所述转子总成(6)包括转轴(6
‑
1)、分别安装在转轴(6
‑
1)前后端的大叶轮(6
‑
4)、小叶轮(6
‑
2)和靠大叶轮(6
‑
4)一侧的止推盘(6
‑
3)；所述定子总成(2)安装在机壳(1)内且围绕转轴(6
‑
1)外圆周设置，在转轴(6
‑
1)前后轴颈处分别安装气悬浮前径向轴承(12
‑
3)和气悬浮后径向轴承(4
‑
1)；止推盘(6
‑
3)前后端面均设有推力轴承板，以形成容纳止推盘(6
‑
3)伸入的腔室空间，其特征在于，所述推力轴承板上设有位置传感器，通过位置传感器测量止推盘(6
‑
3)与推力轴承板之间距离。2.根据权利要求1所述的气悬浮推力轴承状态监测装置，其特征在于，所述推力轴承板设于机壳(1)内并分别与转轴(6
‑
1)前轴颈对应位置并列安装固定，且两个推力轴承板相对的端平面上分别设有气悬浮后推力轴承(12
‑
2)和气悬浮前推力轴承(10
‑
1)。3.根据权利要求2所述的气悬浮推力轴承状态监测装置，其特征在于，止推盘(6
‑
3)置于气悬浮前、后推力轴承之间，与两侧的气悬浮前、后推力轴承存在压缩空气膜，且止推盘(6
‑
3)的外径大于气悬浮前、后推力轴承的外径。4.根据权利要求3所述的气悬浮推力轴承状态监测装置，其特征在于，所述气悬浮前径向轴承(12
‑
3)设于推力轴承后板(12)的内圆弧面上、围绕转轴(6
‑
1)设置；所述气悬浮后径向轴承(4
‑
1)设于后径向轴承座(4)的内圆弧面上、围绕转轴(6
‑
1)设置。5.根据权利要求1至4任意一项所述的气悬浮推力轴承状态监测装置，其特征在于，推力轴承前板(10)、推力轴承后板(12)的相对位置对称安装有一对位置传感器，分别为前位置传感器(10
‑
2)和后位置传感器(12
‑
1)，用于测量与中间止推盘(6
‑
3)之间的距离。6.根据权利要求5所述的气悬浮推力轴承状态监测装置，其特征在于，所述位置传感器依次包括安装部、转接部和感应部，其中安装部和转接部贯穿设于前位置传感器内，且转接部的外端面与推力轴承板的端面齐平，所述感应部伸出位置传感器的前端面，并朝向止推盘测量与止推盘(6
‑
3)之间的距离，但不与气悬浮前、后推力轴承接触；所述感应部中央设置一个或多个相互独立感应探头，该感应探头为是若干根带有绝缘护套的金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：杭州长河动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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