[发明专利]一种转子扭振激励与振动分析实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及旋转机械实验系统领域，特别涉及一种旋转机械转子系统的扭振激励与振动分析方法及其实验装置，属于转子系统实验设备技术领域。

背景技术

转子系统广泛应用于汽轮机、燃气轮机等旋转机械，是发电设备中传递功率与实现能量转换的关键部件，其安全可靠性直接关系到整个设备的安全性和可靠性。随着现代大型旋转机械的发展，高参数、大容量机组成为提高效率、降低污染排放的有效途径，其转子系统的尺寸不断增加，百万机组汽轮机的轴系长度超过45米（单轴布置）。转子系统轴系的长径比随着尺寸的增加而增大，600MW及以上功率的汽轮发电机组转子系统轴系在50HZ工频下通常有三阶扭振固有频率，这使得转子系统在承受扭振激励时发生共振的风险增大。与此同时，电网为提高电力送出能力，广泛采用了各种电力电子设备和技术，如串联补偿电容、可控串联电容补偿、高压直流输电技术等。在距离负荷中心较远的电站采用大规模长距离输电线路的条件下，上述设备和技术的应用给电网和发电设备带来了机网耦合振荡的风险，其中以次同步振荡最为典型。

近年来，随着我国电力系统和发电装机容量的迅速增加，次同步振荡现象时有发生且有不断上升的趋势。次同步振荡发生时，作用于发电设备转子系统的扭振激励频率接近转子系统轴系扭振固有频率，使得转子系统和电网之间发生强烈的能量交换，引起转子系统扭振增大，可能超过轴系疲劳极限，引起转子系统轴系的疲劳损伤。由于扭振的隐蔽性，发生时不易察觉，且扭振引起的疲劳损伤快速累积，对转子系统的安全性造成严重威胁。

目前，转子系统扭振监测需要专门的扭振测量装置。常规发电设备中通常安装有横振监测装置，扭振监测装置逐渐在新建机组中安装，扭振监测在现场的应用还较少。基于目前发电设备实际情况，研究转子系统扭振与横振的关系，分析利用横振信号判断转子系统扭振的方法可以为常规电站的运行监测提供重要依据。为此，通过实验室条件下的模拟实验研究转子系统扭振与横振的相互关系，具有重要的意义和迫切的应用需求。实验室条件下要求实验装置简单，设备易于获得，能够有效模拟转子系统受到的扭振激励，扭振激励的振幅和频率能够控制和调节，并能够实时测量转子系统横振和扭振信号。

发明内容

本发明的目的是提供一种在实验室条件下实现转子系统扭振激励和振动信号分析的实验系统。

本发明的技术方案如下：一种转子扭振激励与振动分析实验系统，其特征在于，该系统包括多跨转子试验台、转子扭振激励装置和振动监测与分析系统；所述的多跨转子试验台包括至少两个转子、底座和直流电机，直流电机和转子之间以及转子与转子之间通过联轴器连接，在每个转子上至少安装一个轮盘和一个扭振测量盘，直流电机和转子由轴承座支撑，轴承座安装在底座上；所述的转子扭振激励装置包括直流稳压线性电源、信号发生器、功率放大器和变压器，信号发生器输出的交变信号经过功率放大器和变压器放大后与直流稳压线性电源的输出信号叠加产生交变激励载荷，输入到直流电机，使直流电机输出波动扭矩；所述的振动监测与分析系统包括位移传感器、扭振传感器、键相传感器、含有数据分析软件的计算机及实时显示系统；位移传感器布置在轴承座附近，分别沿X方向和Y方向布置；键相传感器布置在键相器附近，键相器安装在靠近直流电机输出轴的转子上；扭振传感器布置在扭振测量盘附近；横向振动信号和键相信号分别由位移传感器和键相传感器采集，经前置器、隔直箱处理由低速数据采集器进行模数转换后输入到计算机中进行数据分析、实时显示和存储，扭转振动信号由扭振传感器采集经过高速同步数据采集器进行模数转换后输入到计算机进行数据分析、实时显示和存储。

上述技术方案中，所述的信号发生器输出交变信号为正弦信号，输出频率范围1Hz～1kHz，输出电压10mV～10V；功率放大器输出功率1～200W、频率范围5～1kHz，失真度小于3%；变压器为单相变压器，输入电压0～220V，调率0～50；直流电机输入电压0～220V，输入电流0～2A，额定功率300W；直流稳压线性电源输出电压0～300V，输出电流0～3A。

本发明所述的转子直径为10～20mm、长度为350～550mm；轮盘直径为50～70mm、厚度10～20mm；联轴器为弹性联轴器。

本发明所述的扭振测量盘为外缘带有齿形的轮盘，齿数至少为60个。

本发明所述的位移传感器采用电涡流传感器；扭振传感器采用霍尔传感器。