本发明涉及一种涡轮机,所述涡轮机具有壳体(1)、载有至少一个叶轮(3)的转子轴(2)、具有至少一个主动磁轴承(5A,5B)的轴承组件、至少一个间隙传感器(6A,6B)和用来控制所述主动磁轴承(5A,5B)而连接到所述间隙传感器(6A,6B)的控制器(8),其中,为了通过所述间隙传感器(6A,6B)实现位置确定,与所述间隙传感器(6A,6B)相互作用的靶面(7A,7B)设在转子轴(2)上。根据本发明,施加到转子轴(2)的基材上的铜层设置为所述靶面(7A,7B)。
1.一种涡轮机,所述涡轮机具有壳体(1)、载有至少一个叶轮(3)的转子轴(2)、具有至少一个主动磁轴承(5A,5B)的轴承组件、至少一个间隙传感器(6A,6B)和用来控制所述主动磁轴承(5A,5B)而连接到所述间隙传感器(6A,6B)的控制器(8),其中,为了通过所述间隙传感器(6A,6B)实现位置确定,与所述间隙传感器(6A,6B)相互作用的靶面(7A,7B)设在转子轴(2)上,其特征在于,施加到转子轴(2)的基材上的铜层设置为所述靶面(7A,7B),所述铜层设在所述转子轴(2)的槽(9A,9B)内,所述靶面(7A,7B)是环形的。
2.根据权利要求1所述的涡轮机,其特征在于,所述铜层与所述转子轴(2)的表面齐平。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮机,其特征在于,所述间隙传感器(6A)用于径向位置确定,所述铜层设在所述转子轴(2)的外表面上。
4.根据权利要求1或2所述的涡轮机,其特征在于,所述间隙传感器(6B)用于轴向位置确定,所述铜层设在所述转子轴(2)的端面上。
5.根据权利要求1或2所述的涡轮机,其特征在于,与所述铜层相互作用的若干间隙传感器(6A,6B)彼此在角度上偏置地设置成阵列。
6.根据权利要求1或2所述的涡轮机,其特征在于,所述轴承组件具有至少一个主动轴向磁轴承(5B)和至少一个主动径向磁轴承(5A),至少一个间隙传感器(6A,6B)和设在转子轴(2)上的铜层构成的靶面(7A,7B)用于控制这两种磁轴承(5A,5B)。技术领域
本发明涉及一种涡轮机,具有壳体、载有至少一个叶轮的转子轴、具有至少一个在壳体中支撑转子轴的主动磁轴承的轴承组件、至少一个间隙传感器和用来控制该主动磁轴承而连接到该间隙传感器的控制器。为了能够利用该间隙传感器准确确定位置,与该间隙传感器相互作用的靶面设在转子轴上。
背景技术
磁轴承无接触磨损地工作,因此在特定程度上适用于快速转动的设备诸如涡轮机。间隙位于转子部件与磁轴承的相面对的定子部件之间,其中该间隙尽可能保持恒定。特别是必须避免由于倾斜、冲击等等造成的直接接触。在主动磁轴承的情况下,转子位置因此通过该间隙传感器连续监控,然后通过该磁轴承的相应动作提供恢复力以迫使转子,即转子轴,回到要求位置。为了能够利用该间隙传感器实现恒定的位置确定,与该间隙传感器相互作用的靶面设在转子轴上并且必须在该转子轴的制造期间设置。对于实际上的涡轮机,在转子轴制造期间附接的精密盘组通常用作靶面。为此目的,该盘组被预装配,预加工,热装到转子轴上,然后精密加工到转子轴的外径。盘单元和间隙传感器的相互作用产生取决于间距的信号,从而确定轴的准确位置。这种方法在实际应用中证明是有用的。然而,制造费用以及制造成本高,并且转子轴的外径由于盘单元装置而增加。在这个背景下,本发明的目的是降低具有如上所述特征的涡轮机的制造费用而不有损于其功能。
发明内容
以具有如上所述特征的涡轮机为基础,根据本发明,上述目的通过施加到转子轴的基材上的铜层设置为靶面来实现。铜层的特征在于具有良好的传导性,因此不用磁盘也可利用间隙传感器可靠地确定测量信号,间隙传感器和转子轴之间的当前间距可由该测量信号确定。与盘单元装置相比,根据本发明,大大简化了制造。此外,铜层所需空间也比盘单元装置小得多。尤其是,铜层还可设在转子轴的槽中,因此可使由铜层形成的靶面与转子轴的表面齐平或仅仅略微从其突出。除了降低制造和装配成本,转子动力学也可通过较小直径而得以改进。在本发明范围内,通过将铜层设在转子轴的径向向外朝向的表面上,间隙传感器可用于实现径向位置确定。为了控制主动径向磁轴承,设置这种类型的传感器组件。根据本发明的一个替代实施例,通过将铜层设在转子轴的端面上,间隙传感器用于实现轴向位置确定。在本发明范围内,“端面”指的是转子轴的垂直于旋转轴线延伸的表面。因此它不仅可以是转子轴的端部,也可以是台阶、扩大部分等等。最后,在本发明的范围内,轴承组件也可具有至少一个主动轴向磁轴承和至少一个主动径向磁轴承,至少一个间隙传感器和设在转子轴上的铜层构成的靶面用于控制这两种磁轴承。如上所述,优选一个铜层设在转子轴的外表面上而另一个铜层在端面上垂直于旋转轴线延伸。为了可以实现连续的位置确定,铜层形式的靶面通常是环形的,不管在端面上还是在外表面上。为了增加位置确定的准确度,为通常环形的靶面设置若干个间隙传感器,所述间隙传感器在环形阵列中在角度上偏置。于是,还可以通过差值计算或通过传感器信号比较来计算任何故障,一定冗余度使得可以补偿一个传感器的故障。最后,很容易确定何时若干个传感器中的一个提供的是失真信号。在本发明范围内,不限制涡轮机的更多实施例。尤其是,涡轮机可以是压缩机、膨胀机或具有至少一个压缩机级和一个膨胀级的压缩膨胀机。
附图说明
接下来基于示出仅仅一个示例性实施例的附图来解释本发明。其中:图1显示出根据本发明的涡轮机,图2是位于用来确定径向位置的传感器区域内的涡轮机的转子轴的详图,图3是位于用来确定轴向位置的间隙传感器区域内的转子轴的详图。
具体实施方式
图1显示出总体包括壳体1和支撑在壳体1内的转子轴2的涡轮机。在所示实施例中,转子轴2载有两个无支撑地设在其端部的叶轮3,其中叶轮用于压缩或膨胀工作流体。此外,示出了电机4,该电机为发电机或电动机,取决于该涡轮机的工作方式。该涡轮机具有轴承组件,在所示实施例中该轴承组件具有两个主动径向磁轴承5A和两个主动轴向磁轴承5B。为了能够在磁轴承5A和5B处检测和补偿从要求位置的偏离,设置间隙传感器6A和6B,其与转子轴2上的相应靶面7A和7B相互作用,间隙传感器6A,6B与相应靶面7A,7B之间的间距可以根据传感器信号确定。为此,间隙传感器6A和6B连接到控制器8,该控制器8根据传感器输出信号控制通过磁轴承5A和5B的线圈的电流,以便在针对转子轴2与要求位置的偏离而沿径向或轴向产生恢复力。图2和3在示意图中通过举例方式显示了用于径向或轴向位置确定的间隙传感器6A和6B的区域。根据图2,施加到转子轴2基材上的铜层被设为靶面7A并围绕转子轴2的外表面以环形方式有角度地延伸。铜层位于形成在转子轴2外表面中的环形槽9A内,以使得铜层以齐平方式结合到转子轴2的表面中。因此,指定的间隙传感器6A可距转子轴2小间距地设置。在图2中,还示出了可设置若干个用于径向位置确定的间隙传感器6A,以便增加测量准确度和/或提高测量的可靠性。根据图3,提供类似的实施例来确定轴向位置,其中与相应传感器6B相互作用的铜层设为靶面7B,其位于转子轴2的垂直于转子轴2旋转轴线D定位的端面上。该铜层也结合到端面的槽9B中,而靶面7B以环形方式包围转子轴2的圆周。也可设置若干个用于轴向位置确定的传感器6B。在转子轴2制造期间直接设置作为靶面7A,7B的铜层。与现有技术已知的盘单元装置相比,本发明大为简化并且因而也导致制造成本降低。