[發明專利]一種轉子扭振激勵與振動分析實驗系統

有效

• 申請號: 201310541227.2
• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN103558003A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 蔣東翔;劉超
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及旋轉機械實驗系統領域，特別涉及一種旋轉機械轉子系統的扭振激勵與振動分析方法及其實驗裝置，屬于轉子系統實驗設備技術領域。

背景技術

轉子系統廣泛應用于汽輪機、燃氣輪機等旋轉機械，是發電設備中傳遞功率與實現能量轉換的關鍵部件，其安全可靠性直接關系到整個設備的安全性和可靠性。隨著現代大型旋轉機械的發展，高參數、大容量機組成為提高效率、降低污染排放的有效途徑，其轉子系統的尺寸不斷增加，百萬機組汽輪機的軸系長度超過45米（單軸布置）。轉子系統軸系的長徑比隨著尺寸的增加而增大，600MW及以上功率的汽輪發電機組轉子系統軸系在50HZ工頻下通常有三階扭振固有頻率，這使得轉子系統在承受扭振激勵時發生共振的風險增大。與此同時，電網為提高電力送出能力，廣泛采用了各種電力電子設備和技術，如串聯補償電容、可控串聯電容補償、高壓直流輸電技術等。在距離負荷中心較遠的電站采用大規模長距離輸電線路的條件下，上述設備和技術的應用給電網和發電設備帶來了機網耦合振蕩的風險，其中以次同步振蕩最為典型。

近年來，隨著我國電力系統和發電裝機容量的迅速增加，次同步振蕩現象時有發生且有不斷上升的趨勢。次同步振蕩發生時，作用于發電設備轉子系統的扭振激勵頻率接近轉子系統軸系扭振固有頻率，使得轉子系統和電網之間發生強烈的能量交換，引起轉子系統扭振增大，可能超過軸系疲勞極限，引起轉子系統軸系的疲勞損傷。由于扭振的隱蔽性，發生時不易察覺，且扭振引起的疲勞損傷快速累積，對轉子系統的安全性造成嚴重威脅。

目前，轉子系統扭振監測需要專門的扭振測量裝置。常規發電設備中通常安裝有橫振監測裝置，扭振監測裝置逐漸在新建機組中安裝，扭振監測在現場的應用還較少?；谀壳鞍l電設備實際情況，研究轉子系統扭振與橫振的關系，分析利用橫振信號判斷轉子系統扭振的方法可以為常規電站的運行監測提供重要依據。為此，通過實驗室條件下的模擬實驗研究轉子系統扭振與橫振的相互關系，具有重要的意義和迫切的應用需求。實驗室條件下要求實驗裝置簡單，設備易于獲得，能夠有效模擬轉子系統受到的扭振激勵，扭振激勵的振幅和頻率能夠控制和調節，并能夠實時測量轉子系統橫振和扭振信號。

發明內容

本發明的目的是提供一種在實驗室條件下實現轉子系統扭振激勵和振動信號分析的實驗系統。

本發明的技術方案如下：一種轉子扭振激勵與振動分析實驗系統，其特征在于，該系統包括多跨轉子試驗臺、轉子扭振激勵裝置和振動監測與分析系統；所述的多跨轉子試驗臺包括至少兩個轉子、底座和直流電機，直流電機和轉子之間以及轉子與轉子之間通過聯軸器連接，在每個轉子上至少安裝一個輪盤和一個扭振測量盤，直流電機和轉子由軸承座支撐，軸承座安裝在底座上；所述的轉子扭振激勵裝置包括直流穩壓線性電源、信號發生器、功率放大器和變壓器，信號發生器輸出的交變信號經過功率放大器和變壓器放大后與直流穩壓線性電源的輸出信號疊加產生交變激勵載荷，輸入到直流電機，使直流電機輸出波動扭矩；所述的振動監測與分析系統包括位移傳感器、扭振傳感器、鍵相傳感器、含有數據分析軟件的計算機及實時顯示系統；位移傳感器布置在軸承座附近，分別沿X方向和Y方向布置；鍵相傳感器布置在鍵相器附近，鍵相器安裝在靠近直流電機輸出軸的轉子上；扭振傳感器布置在扭振測量盤附近；橫向振動信號和鍵相信號分別由位移傳感器和鍵相傳感器采集，經前置器、隔直箱處理由低速數據采集器進行模數轉換后輸入到計算機中進行數據分析、實時顯示和存儲，扭轉振動信號由扭振傳感器采集經過高速同步數據采集器進行模數轉換后輸入到計算機進行數據分析、實時顯示和存儲。

上述技術方案中，所述的信號發生器輸出交變信號為正弦信號，輸出頻率范圍1Hz～1kHz，輸出電壓10mV～10V；功率放大器輸出功率1～200W、頻率范圍5～1kHz，失真度小于3%；變壓器為單相變壓器，輸入電壓0～220V，調率0～50；直流電機輸入電壓0～220V，輸入電流0～2A，額定功率300W；直流穩壓線性電源輸出電壓0～300V，輸出電流0～3A。

本發明所述的轉子直徑為10～20mm、長度為350～550mm；輪盤直徑為50～70mm、厚度10～20mm；聯軸器為彈性聯軸器。

本發明所述的扭振測量盤為外緣帶有齒形的輪盤，齒數至少為60個。

本發明所述的位移傳感器采用電渦流傳感器；扭振傳感器采用霍爾傳感器。