[发明专利]一种半伞式水泵水轮机斜切式转子支架不平衡力测试分析方法

说明书

本发明公开了一种半伞式水泵水轮机斜切式转子支架不平衡力测试分析方法，在半伞式水泵水轮机斜切式转子支架斜筋上布置无线应变传感器，且各传感器所在斜筋上的位置相同，通过无线应变传感器实时监测各斜筋的应力状态。当出现不平衡时，无线应变传感器所在位置处的监测点应力状态发生改变，通过建立该点应力计算的理论公式，进而识别不平衡力的大小与位置。该方法可用于机组运行状态的实时监测，为机组动平衡及提高机组的安全与稳定运行提供理论支撑。

技术领域

本发明属于水轮发电机组技术领域，尤其涉及一种半伞式水泵水轮机斜切式转子支架不平衡力测试分析方法。

背景技术

转子支架及其附属设备是水轮发电机组核心部件，在机械能转化为电能的过程中发挥重要作用，其性能直接影响机组的安全与稳定运行。

随机组容量的不断增大，水轮发电机组及转子支架运行工况愈加恶劣，承受多种载荷作用，如自重、推力、水力不平衡、电磁不平衡、质量不平衡、电磁扭矩等。其中不平衡力在机组自加工制造、调试及后期运行过程中一直存在，且是影响机组安全稳定运行的最常见因素。不平衡力导致的机械振动频率多为转频或其倍数，机械振动因素多为制造和安装误差，如转动和固定部件的不同心等。此外，运行过程中发生的转轮水封止水片脱落、导轴承螺丝松动、转子磁轭不牢以及转动和固定部件的摩擦等机械故障也会引起主轴的振动。机械不平衡在水轮发电机组中普遍存在，尤其在高水头和高转速的蓄能机组中更为突出。轻则导致机组振动超标，需停机检修，重则导致振动过大、轴瓦磨损，甚至断轴等恶性事故。因此，对于机组不平衡力的及时、准确识别显的尤为重要，目前针对机组不平衡的监测通常基于测试动静部件振动大小，然而，机械振动大小往往受多重因素影响，不平衡力因素不能直观地监测与分析。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

国内外针对水轮机转子支架进行理论建模研究较多，对其进行应力现场实测研究较少，且针对不平衡力实时监测理论与识别方法还较为缺乏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可用于机组运行状态的实时监测，为机组动平衡及提高机组的安全与稳定运行提供理论支撑的半伞式水泵水轮机斜切式转子支架不平衡力测试分析方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种半伞式水泵水轮机斜切式转子支架不平衡力测试分析方法，包括如下步骤：

(1)在转子支架各个斜筋上安装无线应变传感器；保证各个传感器安装位置周

向完全对称，记斜筋倾斜角度为β，斜筋长度为L₁，传感器位置距斜筋一

端即靠近转子中心体端的距离为L₂，转子中心体所在半径为R₁，磁极/轭

内径为R₂、外径为R₃；具有以下关系：

(2)实际运行状态下，转子支架以角速度Ω旋转，通过无线应变传感器，可测得斜筋上各测点应力值，斜筋共有N个，记为σ₁、σ₂、σ₃直至σ_N。

(3)无线应变传感器所在位置理论应力值分析：转子中心体的几何中心点记为O，无线应变传感器所在位置记为A，斜筋内端记为D、外端连接磁极/轭位置记为B，无线应变传感器质量记为G，单个斜筋质量记为G₀、斜筋横截面积记为F、斜筋截面系数记为W，AC垂直于斜筋BD，C点在OB上；DB与OB的夹角为α；则有以下关系：

无线应变传感器所在位置处的离心拉应力σ_t：