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Les turbines de moteurs pas conduisent l'équipement lourd

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Les moteurs électriques avec les roulements magnétiques peuvent conduire les axes à grande vitesse dans l'équipement lourd.

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Défis à grande vitesse de présent d'axes de rotation pour des ingénieurs, en particulier dans l'équipement lourd qui dessine beaucoup de mégawatts de puissance. Les exemples incluent des pompes et des compresseurs pour des opérations de huile-et-gaz, des axes industriels, et des sous-systèmes aérospatiaux. De telles machines, qui peuvent avoir des axes qui pèsent plusieurs tonnes et fonctionnent à 10.000 t/mn ou à plus, sont à vibrations extrêmes enclines, chaleur excessive, et échec catastrophique si toutes les pièces mécaniques vont trop loin hors de l'alignement.

Une option est d'éviter les turbines qui actionnent traditionnellement de telles applications et utilisent à la place les moteurs électriques appareillés avec des commandes de variable-fréquence (VFDs). Cela ? s parce que quelques installations entraînées par un moteur électrique peuvent sûrement fournir la puissance à 15 MW sous la commande précise, avec un plus bon fonctionnement et un rendement plus élevé que des solutions de rechange de turbine. D'ailleurs, elles exécutent en particulier le puits quand elles incorporent les roulements magnétiques actifs (AMBs).

Conceptions à grande échelle traditionnelles

La vapeur et les turbines à gaz sont employées couramment dans des compresseurs de huile-canalisation, des générateurs, des bateaux, des générateurs, et tout autre équipement lourd. Turbines à gaz, un type de machine à combustion interne, compresseur de couples à la turbine par une chambre de combustion. Le compresseur dessine l'air et le pressurise ; alors le carburant disperse par l'air et brûle. L'air chaud en résultant traverse alors le propulseur de turbine, où il augmente et tourne un axe de rendement. Les turbines à vapeur de vapeur actionnent la même manière mais emploient l'eau à la place.

Sans compter que courir les machines plus rudement qu'entraînées par un moteur électrique, la vapeur et les turbines à gaz ont cinq inconvénients importants. Elles ont relativement inefficaces, en général environ 60% ans environ. Elles émettent plus de CO2 par unité de rendement de puissance que des conceptions électriques. La vapeur et les turbines à gaz ont besoin d'entretien fréquent parce que leurs gicleurs d'essence, matériel d'échappement, roulements, joints, et emballages sont des composants d'usage et ont besoin d'inspection ou de remplacement régulière. Les la plupart se composent des boîtes de vitesse de spécialité pas largement - disponibles. Le manque de disponibilité disponible immédiatement conduit à de plus longs délais d'exécution.

Conceptions às moteur

Une autre alternative est d'actionner l'équipement lourd avec les moteurs à grande vitesse et le VFDs. Un ingénieur peut choisir un moteur VFD-commandé pour actionner une machine à grande vitesse dans quatre étapes de base :

Confirmez l'endroit a l'infrastructure électrique. Définissez alors la machine ? la conception de base et la géométrie de s, et avec l'aide de fabricant, choisissent un moteur.

Sélectionnez une conception de roulement pour adapter à la dynamique de gamme et de rotor de vitesse d'application. Deux choix communs pour l'équipement lourd à grande vitesse sont des roulements et AMBs de huile-film, parce que les roulements avec des éléments de roulement sont vitesse limitée (de leur réponse aux forces centrifuges et aux tendances pour l'usage de joint et le fonctionnement approximatif). Décidez également si l'application est assez dure pour rendre nécessaire des boucliers de roulement.

Assurez-vous que la boîte de vitesse fonctionne dans la machine ? empreinte de pas spécifique à l'application de s pour réduire au minimum la possibilité des vibrations, de la chaleur excessive, ou de l'échec catastrophique du déséquilibre. En outre, les moteurs électriques produisent de la chaleur. Ils peuvent incorporer air-air, air-eau, ou ouvrir des circuits de refroidissement, selon si l'environnement est poussiéreux ou propre et si les approvisionnements d'air ou en eau sont disponibles à l'emplacement d'installation.

Demandez si l'application doit répondre à des caractéristiques rigoureuses de vibration et de bruit. L'équipement lourd fait souvent. Si c'est approprié, assurez que l'installation satisfait des codes de normalisation appropriés d'api, de CEI, et d'OIN. La conception de rotor est principale à satisfaire cette étape.

Conditions de rotor

Les rotors de moteur dans le grand outillage industriel fonctionnant au T/MN élevé doivent résister aux forces dynamiques significatives et à l'effort matériel. Autrement, ils déforment et peuvent causer le déséquilibre, les instabilités, et l'échec prématuré de moteur. Pour empêcher de tels problèmes, un rotor dans une application à grande vitesse, aucune matière sa géométrie et finition finale, doit répondre à des exigences fondamentales de conception :

? Le rotor devrait avoir de basses pertes électriques aussi bien que de basses pertes de frottement même aux vitesses extérieures élevées. Il devrait faire face à de brèves périodes de la surchauffe, de commencer à froid, et de tout autre abus environnemental.

? L'axe devrait maintenir ses propriétés modales ? y compris des formes de mode (comment il ondule, en termes de demi de vagues, le long de son axe longitudinal), des constantes d'amortissement, et des fréquences normales ? au-dessus de sa vie.

? Le rotor devrait maintenir son désiquilibre résiduel (distribution inégale de la masse autour de l'axe de rotation) et résister devenir davantage déséquilibré au-dessus de sa vie ? la plupart du temps en résistant aux forces centrifuges.

L'analyse et l'appui articulés autour d'un logiciel du fabricant peuvent aider des ingénieurs à sélectionner les rotors qui répondent à ces exigences. Il est particulièrement important de réduire au minimum la vibration à de diverses vitesses dans des machines avec les roulements hydrodynamiques de fluide-film aussi bien que ceux avec AMBs, dans lequel les paramètres modaux d'axe définissent partiellement des commandes en circuit fermé.

Rapport de la conception

La bonne dynamique de roulement favorise également la fiabilité de machine. Les roulements qui soutiennent le rotor peuvent atteindre deux objectifs secondaires ? pour décaler la machine ? la vitesse critique de s à partir des vitesses de fonctionnement régulières et réduisent au minimum des vibrations par l'atténuation. (Autrement, les machines ont besoin d'amortisseurs mécaniques externes.) Le but est d'empêcher la vibration accrue, même si la machine fonctionne temporairement à la fréquence normale.

À cet effet, l'équipement lourd à grande vitesse conduit par des moteurs incorpore souvent les roulements hydrodynamiques de fluide-film. Un film mince d'huile de graissage sépare un journal tournant et une couche antifriction pour empêcher le contact métal sur métal. L'épaisseur du film d'huile de graissage dépend des dimensions géométriques, des dégagements radiaux, de la vitesse de la rotation, et de la viscosité d'huile. Le crochet : Ces roulements répondent seulement à des critères dynamiques de rotor pour des gammes de vitesse spécifique.

Les deux types de roulements hydrodynamiques de fluide-film incluent des conceptions de la fixe-géométrie (cylindrique y compris, lobe deux lobe, trois, et lobe quatre) et des conceptions de la réglable-géométrie (roulements y compris d'incliner-garniture). Les conceptions de lobe ont des saillies sur la surface d'axe de rotation qui induisent des charges initiales dans le film d'huile. Le nombre et la géométrie de lobes affecte la rigidité de roulement et des qualités d'atténuation ? avec des modes de critique-vitesse. Mais les roulements hydrodynamiques souffrent des instabilités de fluide-film aux vitesses circulaires élevées une fois légèrement chargés. En revanche, les roulements d'incliner-garniture fonctionnent par les garnitures de journal qui pivotent indépendamment, pour la pression d'huile shapeable profile. Ceci, alternativement, réduit la rigidité interconnectée responsable de la transmission de force, du mouvement giratoire d'huile, et de l'instabilité déclassés.

AMBs, d'une part, évitent ces problèmes tout à fait. Ils font de la lévitation des axes avec un champ magnétique pour la rotation sans friction d'axe. Ils ? approprié re à l'équipement lourd, mais seulement dans les environnements avec le courant électrique facilement disponible.

En fait, cela ? s pourquoi AMBs semblent la plupart de raisonnable pour l'équipement lourd avec les moteurs électriques, qui doivent avoir une source de l'électricité de toute façon. Ces roulements se composent d'une assemblée électromagnétique, des amplificateurs de puissance qui fournissent le courant aux électro-aimants de redresseur, et d'un contrôleur et d'une sonde d'espace qui fournissent la rétroaction pour flotter et centrer le rotor dans l'espace. Mesure de sondes combien l'axe dévie de la position de commande. Puis les commandes et l'électronique de puissance modulent le champ électromagnétique pour le recentrer. AMBs offrent également :

Fiabilité et uptime élevés, avec l'opération (exempte d'huile) propre

opération de Variable-vitesse et bon positionnement ? commandes positives qui intègrent dans des architectures de machine

Résistance aux conditions extrêmes et à la vibration

Une fourniture d'informations pour usiner des diagnostics et la surveillance de condition (pour aider l'exécution de machine de voie d'utilisateurs et apporter des améliorations).

Parmi les inconvénients soyez qu'AMBs ont la portance inférieure que des roulements de huile-film ; tolérance inférieure aux surcharges ; et le besoin d'atterrissages de secours de roulements en cas d'urgence, les roulements magnétiques échouent ou perdent la puissance.

Pour les derniers, de secours roulements sont le roulement ou la plaine. La plaine sont la plus commune, mais les roulements de roulement (à l'origine basés sur ceux pour des axes de précision) peuvent des axes de soutien beaucoup de pouces de diamètre et la subsistance fonctionnant même après que les axes se brisent dans elles. À la différence des roulements plats, les roulements de roulement portent également moins. Et dans les urgences (si l'échouer de roulement magnétique), ils peuvent temporairement soutenir l'axe à la vitesse réduite. En revanche, quelques roulements plats pour le remplacement de secours du besoin après juste un ou deux axe se brise.

avertissements de Roulement-logement

Les logements pour de grands, à grande vitesse moteurs doivent répondre à certaines exigences d'empêcher des dommages de roulement.

Les logements des roulements dans le cas d'AMBs devraient ne jamais soutenir des forces de la structure de moteur, parce que de telles forces peuvent soumettre le roulement aux forces et à la vibration préjudiciables et peuvent dégrader l'exactitude de sonde.

Les roulements doivent rester frais. Par conséquent, les logements qui se fondent sur le refroidissement de ventilateur devraient fournir assez de différence de pression entre l'aspiration et le ventilateur pour réduire la température.

Les roulements ont besoin de support bloqué. les logements de Brider-roulement, ceux avec les visages qui se boulonnent sur l'armature de machine, donnent l'appui le plus fiable. Les machines avec les roulements hydrodynamiques sont les plus raides si le roulement ? le centre de s intersecte le plan du bouclier d'extrémité. Cela ? s parce que cette configuration laisse le transfert de rotation de forces à partir du rotor aux supports de roulement par l'intermédiaire du film d'huile sans vibrations de transmission. D'une part, soutenant les forces à une distance de l'avion d'extrémité-bouclier font les forces de moment qui peuvent exciter des modes de vibration d'extrémité-bouclier. AMBs n'ont aucune telle issue.

AMBs et structure de redresseur

Les moteurs produisent le couple par l'accouplement électromagnétique de rotor-redresseur, et les impulsions électromagnétiques induisent les impulsions de radial-force qui peuvent déformer la structure de redresseur. L'armature qui soutient le redresseur également contient le logement des roulements et le rotor. Par conséquent, si le logement est incorrectement conçu ou pas isolé, les forces électromagnétiques peuvent faire la machine vibrer. Si l'armature monte sur une base avec la rigidité pauvre ou si là ? déviation d'alignement de machine de s, elle transmettra également des vibrations par la boîte de vitesse.

AMBs (et leurs sondes de position) découplent la dynamique et les vibrations de logement. Ils découplent également le noyau redresseur-du logement en fonctionnant comme suspension passe-bas de ressort qui réduit au minimum l'influence (deux fois l'axe T/MN) des vibrations de second ordre de logement il peut être difficiles concevoir complètement que hors d'une machine.

Au revoir turbines, bonjour moteurs

Considérez les grands pompes et compresseurs utilisés dans des applications de pétrole et de gaz comme dans les trois phases finies du réseau trapézoïdal nord-américain de canalisation. Ces compresseurs amplifient la pression du liquide en réduisant son volume. De même, les pompes augmentent également la pression du liquide, de la déplacer souvent par des pipes ? bien que les compresseurs travaillent principalement aux gaz compressibles, et aux pompes principalement travaillez pour pressuriser et déplacer la plupart du temps les liquides incompressibles.

Les compresseurs et les pompes dans des opérations à grande échelle de pétrole et de gaz fonctionnent à 5.000 à 15.000 t/mn ou plus dans certains cas. Bien que là ? s aucun standard industriel, ceux-ci rendent nécessaire des conceptions spéciales, parce que dans cette gamme de vitesse générale, les axes et les composants reliés de boîte de vitesse sont sujets à des forces extrêmes. Ici, les commandes électriques intégrées fournissent plus rapidement et des démarrages plus doux que les turbines traditionnelles ? fournir la puissance à 5 à 15 MW, même pour le turbo-compresseur diriger-conduisent des applications.

En fait, les commandes à grande vitesse de moteur peuvent également remplacer la vapeur et les turbines à gaz dans les modifications pour amplifier l'efficacité. Les compresseurs et les pompes à grande vitesse ont différentes conditions de charge-couple à différentes vitesses (selon l'efficacité de processus et coulent les conditions), mais les moteurs appareillés avec VFDs s'adaptent à l'efficacité changeante et coulent des conditions, qui abaisse le coût global de la propriété. Sur des modifications, les ingénieurs doivent adapter des moteurs aux besoins du client pour adapter l'installation ? empreinte de pas de s. Le concepteur devrait également travailler avec le fabricant pour concevoir en fonction l'electromagnetics de moteur le mode en lequel la commande fonctionnera dans l'application.

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