[发明专利]一种模拟测试汽轮发电机组轴系扭振及其强度的试验装置

说明书

技术领域

本发明属于工业汽轮机扭振试验装置领域，更具体地，涉及一种模拟测试汽轮发电机组轴系扭振及其强度的试验装置。

背景技术

随着电力工业的发展，汽轮机单机容量和功率密度不断增加，以及输电网络的大容量化，长距化和电力负荷的多样化，导致轴系发生扭振，对汽轮机组造成疲劳损伤甚至损坏，因此造成严重的经济损失。大型机组转子轴系的扭振直接导致其危险部位的扭振发生过度疲劳损伤，对轴系发电机组安全性产生严重影响。

目前关于扭振以及扭振疲劳损伤的机理研究日益增多，但关于扭振状态下轴系部件的疲劳损伤的试验研究较少，特别是小幅度长时间轴系扭振对轴系扭振薄弱部件的安全性影响等，还没有标准或者规范进行评价。近几年，我国北方某大型能源基地发生了机组轴系在小幅度长时间扭振后发生轴系部件损伤报废，导致巨大的经济损失和负面社会后果。理论和数值仿真分析的结果表明，小幅度扭振现象中形成的集中应力与材料的疲劳极限比较接近，由此带来了机组扭振运行监控定值整定的困难，因此亟需在此方面展开试验研究。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种试验装置，其通过设于电动机端的电力谐波发生器和发电机端的电网模拟器，实现扭振共振工况的模拟以及电网冲击工况的模拟，并试验在扭振工况下轴颈、联轴器以及叶栅系统的疲劳损伤和疲劳特性，具有试验条件可控、试验费用可接受、试验结果可复现并对扭振具有针对性的优点。

为实现上述目的，本发明提出了一种模拟测试汽轮发电机组轴系扭振及其强度的试验装置，其特征在于，该装置包括主体组件、测量组件和滑油组件，其中：

所述主体组件安装在基座上，其包括转轴、电动机、汽缸、发电机、电网模拟器和电力谐波发生器；所述转轴通过油膜轴承支承在多个转轴支座上，其两端分别与所述电动机和发电机相连；所述汽缸安装在所述转轴上，其与所述电动机之间以及与所述发电机之间设有质量轮盘组；所述电网模拟器与所述发电机相连，所述电力谐波发生器为所述电动机提供电源；

所述测量组件包括扭振测量部件和弯振测量部件，所述扭振测量部件为两组，分别设于所述转轴的两端，其包括齿轮、磁力座和磁阻式转速传感器，所述齿轮安装在所述转轴的轴端位置，所述磁力座吸附在所述基座的表面，并位于所述齿轮的下方；所述弯振测量部件为设置于所述气缸内部的电涡轮位移传感器；

所述滑油组件包括油箱和齿轮泵，通过所述齿轮泵从所述油箱中抽油以为所述油膜轴承供油并润滑。

作为进一步优选的，所述基座由水泥基体和带燕尾槽的球墨铸铁基座构成。

作为进一步优选的，所述多个转轴支座分别通过燕尾槽螺栓与所述基座的燕尾槽相连。

作为进一步优选的，所述电动机和发电机分别通过刚性联轴器与所述转轴的两端相连。

作为进一步优选的，所述汽缸利用汽缸支座进行支撑，其包括汽缸腔和设于该汽缸腔内的动叶栅和衬套。

作为进一步优选的，所述电涡轮位移传感器安装在所述衬套上，其优选为四个，相邻的两个电涡流位移传感器在所述动叶栅平面上的夹角为90°。

总体而言，由于实际汽轮发电机组价值巨大、发生故障的损失很大，同时对电网安全稳定运行也有直接的影响，实际上基本不可能用来直接进行具有一定危险性的扭振冲击或疲劳试验，通过本发明所构思的技术方案可以较好的模拟相关因素对轴系强度安全性的影响，该方案主要具备以下的技术优点：

1.采用电力谐波发生器在输入端输入主频率拖动转子系统的运转，并通过电力谐波发生器使谐波频率叠加在工频(50Hz)之上，由此从输入端来诱发转轴的扭转振动，可以模拟电网谐波对汽轮发电机扭振激励的影响。

2.采用对电网模拟器的不同接线和合闸等操作，达到模拟实际电网运行和控制中的切合操作，近距离两相、三相短路不同相角并网等操作对发电机组产生的扭振冲击的影响，可以模拟电网或发电机故障对汽轮发电机轴系的扭振冲击效应。

3.利用电力谐波发生器和电网模拟器使转轴实现扭转振动，并通过在转轴上的特定位置加入不同结构形式的轴颈结构、联轴器结构以及叶栅结构等典型机组轴系薄弱环节，可用于考察其扭振疲劳损伤(如变形、裂纹等现象)受扭振周次的影响和定量关系，了解其强度安全余量，为设备设计和运行监控提供技术保障。

附图说明

图1是本发明试验装置的主视图；

图2是本发明试验装置的俯视图；

图3是本发明的汽缸结构示意图；

图4是本发明的转轴支座结构示意图；

图5是本发明的滑油组件的管路图。