一種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動軸扭振模態(tài)在線測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動軸扭振模態(tài)在線測量方法，其步驟是：在汽輪發(fā)電機組機頭/機尾測速齒輪盤、盤車齒輪和轉(zhuǎn)子—轉(zhuǎn)子之間聯(lián)軸器螺栓處設(shè)置渦流傳感器，將渦流傳感器對準測量截面；轉(zhuǎn)動過程中每當齒尖或螺栓對著渦流傳感器時，渦流傳感器就會產(chǎn)生脈沖輸出；測量和記錄轉(zhuǎn)動過程中齒、齒之間或螺栓與螺栓之間脈沖信號；等等。本發(fā)明可以實現(xiàn)汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)軸各階扭振模態(tài)的在線測試、分析與顯示；在傳統(tǒng)機頭測速齒盤單點監(jiān)測基礎(chǔ)上，提出了軸系多點扭振模態(tài)監(jiān)測方法；充分利用汽輪發(fā)電機組盤車齒輪、聯(lián)軸器螺栓等部件結(jié)構(gòu)特點，無需在轉(zhuǎn)軸上增加新的齒輪盤。
【專利說明】一種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動軸扭振模態(tài)在線測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動軸扭振模態(tài)在線測量方法，能突出反映運行狀 態(tài)下汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動軸扭轉(zhuǎn)振動特征，尤其適用于轉(zhuǎn)動軸扭轉(zhuǎn)振動的信號分析、特征提 取、監(jiān)測和診斷，幫助開展汽輪發(fā)電機組軸系強度和疲勞壽命監(jiān)測與分析工作。主要應用領(lǐng) 域包括：電力、冶金、石化等行業(yè)大型旋轉(zhuǎn)機械，如：汽輪發(fā)電機、燃氣輪發(fā)電機等。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)電壓等級的不斷提升以及輸、配電技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模交、直流混合 輸電將成為未來發(fā)展的主要趨勢。為了提高遠距離輸電系統(tǒng)傳輸容量和系統(tǒng)穩(wěn)定性，可控 串補技術(shù)在電網(wǎng)中得到廣泛運用?？煽卮a技術(shù)在提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、增加線路輸 出功率、加強互聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定性的同時，也為汽輪發(fā)電機組軸系帶來了扭振安全隱患，直接威 脅著發(fā)電機組和電網(wǎng)的安全、可靠運行。
[0003] 彎曲振動和扭轉(zhuǎn)振動是汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)軸兩類振動型式。和彎曲振動不同，扭轉(zhuǎn) 振動所誘發(fā)的故障具有很強的潛伏性和隱蔽性，具有以下2個典型特點：（1)故障初期很難 發(fā)現(xiàn)；（2)故障一旦進入中晚期，往往會導致大軸和葉片斷裂等惡性事故的發(fā)生，故障危害 和損失較大。因此，在扭振故障發(fā)生初期，及時報警并判斷發(fā)展趨勢，以便采取應對措施，避 免故障向惡性方向發(fā)展，這對于保證機組本身的安全和整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行都具有重 要意義。
[0004] 由振動理論可知，轉(zhuǎn)動軸的扭轉(zhuǎn)振動是由它的各階模態(tài)疊加而成，軸系扭矩分布 由軸系扭振模態(tài)決定。目前汽輪發(fā)電機組扭振和扭應力監(jiān)測大多利用計算所得軸系扭振固 有特性，如扭振模態(tài)振型等，將機頭測速齒盤處扭振信號經(jīng)過多階帶通濾波后，分解為若干 階固有頻率下的振動信號，進而對軸系扭振危險截面應力歷程進行推算。由于扭振測點少， 無法測出扭振模態(tài)，轉(zhuǎn)軸扭應力和疲勞壽命監(jiān)測所需扭振模態(tài)只能由軸系動力學模型計算 得到。軸系建模和由此所得模態(tài)不可避免地會存在誤差，這將對扭應力和疲勞壽命計算分 析結(jié)果產(chǎn)生影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出一種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動軸扭振模態(tài)在線測量方法。這種方法充分利 用汽輪發(fā)電機組軸系結(jié)構(gòu)特點，借助盤車齒輪、聯(lián)軸器螺栓等部件，測量多截面處的脈沖信 號。在本發(fā)明所提出的信號分析算法基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸各階扭振模態(tài)監(jiān)測，具有簡單、 方便的特點。
[0006] 本發(fā)明提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動軸扭振模態(tài)在線測量方法。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動軸扭振模態(tài)在線測量方法，本發(fā)明特征是，
[0009] (1)在汽輪發(fā)電機組機頭/機尾測速齒輪盤、盤車齒輪和轉(zhuǎn)子一轉(zhuǎn)子之間（如：高 中壓與低壓轉(zhuǎn)子之間、低壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子之間等）聯(lián)軸器螺栓處設(shè)置渦流傳感器，將渦流 傳感器對準測量截面；轉(zhuǎn)動過程中每當齒尖或螺栓對著渦流傳感器時，渦流傳感器就會產(chǎn) 生脈沖輸出；測量和記錄轉(zhuǎn)動過程中齒、齒之間或螺栓與螺栓之間脈沖信號；
[0010] (2)用多通道、高精度、同步計數(shù)器卡測量和記錄各測量截面處脈沖之間間隔變化 情況，計算各截面在同一時刻下、兩個脈沖之間的瞬時角速度；
[0011] (3)從瞬時角速度中減去當前轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動角速度，得到瞬時脈動扭振角速度；
[0012] (4)對瞬時脈動扭振角速度信號進行快速傅里葉變換（FFT)，求出信號頻譜，得到 不同頻率點處相應頻率成分的實部和虛部；
[0013] (5)由頻譜中各頻率成分的實部和虛部計算相應頻率成分的幅值和相位；
[0014] (6)由不同截面、不同頻率點處的扭振幅值和相位繪制相應頻率點的扭轉(zhuǎn)振型；
[0015] 給定分析頻率f，從測量截面j頻譜分析結(jié)果中找出該頻率點所對應的幅值?(f) 和相位<?/(/)，計算測量截面j與起始截面之間的相位差Δφ :
[0016] 人?) = φ人
[0017] 計算相應各頻率分量的模態(tài)幅值：
[0018] -9(/) = 4.C/)c〇s~/(/)
[0019] 對其進行歸一化處理：
[0020] .r/(/) =-；| . λΚ
[0021] 以測量截面所在軸向位置為X軸，各測量截面處的5(/)為y軸，將各點相連，得到 相應頻率點處的扭振振型。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的方法的有益效果如下：
[0023] (1)可以實現(xiàn)汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)軸各階扭振模態(tài)的在線測試、分析與顯示。與計算結(jié) 果相比，測試結(jié)果更為準確、客觀；
[0024] (2)在傳統(tǒng)機頭測速齒盤單點監(jiān)測基礎(chǔ)上，提出了軸系多點扭振模態(tài)監(jiān)測方法，扭 振狀態(tài)監(jiān)測信息更為豐富、全面；
[0025] (3)充分利用盤車齒輪、聯(lián)軸器螺栓等部件結(jié)構(gòu)特點，無需在轉(zhuǎn)軸上增加新的齒輪 盤；
[0026] (4)本發(fā)明所采用的聯(lián)軸器截面在很多情況下也是扭應力監(jiān)測關(guān)鍵截面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1是某汽輪發(fā)電機組扭振模態(tài)測試測點布置圖；
[0028] 圖2(a)是盤車齒輪測點的實物結(jié)構(gòu)圖；
[0029] 圖2(b)是聯(lián)軸器測點的實物結(jié)構(gòu)圖；
[0030] 圖3是波形整形示意圖；
[0031] 圖4是渦流傳感器所測6個截面含扭振、非均勻間隔脈沖信號；
[0032] 圖5是瞬時角速度測量方法；
[0033] 圖6是從6個截面脈沖信號中提取出的瞬時角速度信號；
[0034] 圖7是由6個截面信號測試得到的扭振模態(tài)；
[0035] 圖8是本方法實施流程圖。

【具體實施方式】
[0036] -種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動軸扭振模態(tài)在線測量方法，本發(fā)明方法為，
[0037] ( 1)在汽輪發(fā)電機組機頭/機尾測速齒輪盤、盤車齒輪和轉(zhuǎn)子一轉(zhuǎn)子之間（如：高 中壓與低壓轉(zhuǎn)子之間、低壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子之間等）聯(lián)軸器螺栓處設(shè)置渦流傳感器，將渦流 傳感器對準測量截面；轉(zhuǎn)動過程中每當齒尖或螺栓對著渦流傳感器時，渦流傳感器就會產(chǎn) 生脈沖輸出；測量和記錄轉(zhuǎn)動過程中齒、齒之間或螺栓與螺栓之間脈沖信號；
[0038] ( 2)用多通道、高精度、同步計數(shù)器卡測量和記錄各測量截面處脈沖之間間隔變化 情況，計算各截面在同一時刻下、兩個脈沖之間的瞬時角速度；
[0039] (3)從瞬時角速度中減去當前轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動角速度，得到瞬時脈動扭振角速度；
[0040] (4)對瞬時脈動扭振角速度信號進行快速傅里葉變換（FFT)，求出信號頻譜，得到 不同頻率點處相應頻率成分的實部和虛部；
[0041] (5)由頻譜中各頻率成分的實部和虛部計算相應頻率成分的幅值和相位；
[0042] (6)由不同截面、不同頻率點處的扭振幅值和相位繪制相應頻率點的扭轉(zhuǎn)振型；
[0043] 給定分析頻率f，從測量截面j頻譜分析結(jié)果中找出該頻率點所對應的幅值?(f) 和相位Φ，(/)，計算測量截面j與起始截面之間的相位差Δφ :
[0044]
[0045] 計算相應各頻率分量的模態(tài)幅值：
[0046] -^/(./) = Αφ;(.?
[0047] 對其進行歸一化處理：

【權(quán)利要求】
1. 一種汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動軸扭振模態(tài)在線測量方法，其特征是， (1) 在汽輪發(fā)電機組機頭/機尾測速齒輪盤、盤車齒輪和轉(zhuǎn)子一轉(zhuǎn)子之間聯(lián)軸器螺栓 處設(shè)置渦流傳感器，將渦流傳感器對準測量截面；轉(zhuǎn)動過程中每當齒尖或螺栓對著渦流傳 感器時，渦流傳感器就會產(chǎn)生脈沖輸出；測量和記錄轉(zhuǎn)動過程中齒、齒之間或螺栓與螺栓之 間脈沖信號； (2) 用多通道、高精度、同步計數(shù)器卡測量和記錄各測量截面處脈沖之間間隔變化情 況，計算各截面在同一時刻下、兩個脈沖之間的瞬時角速度； (3) 從瞬時角速度中減去當前轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動角速度，得到瞬時脈動扭振角速度； (4) 對瞬時脈動扭振角速度信號進行快速傅里葉變換，求出信號頻譜，得到不同頻率點 處相應頻率成分的實部和虛部； (5) 由頻譜中各頻率成分的實部和虛部計算相應頻率成分的幅值和相位； (6) 由不同截面、不同頻率點處的扭振幅值和相位繪制相應頻率點的扭轉(zhuǎn)振型； 給定分析頻率f，從測量截面j頻譜分析結(jié)果中找出該頻率點所對應的幅值?(f)和相 位，計算測量截面j與起始截面之間的相位差Δφ : ^Ψ^./) = Ψ/(Α-ψχ(Α 計算相應各頻率分量的模態(tài)幅值： 對其進行歸一化處理： W) = -, 以測量截面所在軸向位置為X軸，各測量截面處的虧ω為y軸，將各點相連，得到相應 頻率點處的扭振振型。
【文檔編號】G01H1/10GK104089693SQ201410157566
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月19日
【發(fā)明者】彭斌, 董川, 董鴻魁, 崔海波, 周成建, 沈發(fā)榮, 方民輝 申請人:云南電力試驗研究院（集團）有限公司電力研究院, 云南電網(wǎng)公司技術(shù)分公司