燃气轮机压气机振动模拟试验台的制作方法

本发明涉及一种针对燃气轮机压气机振动进行模拟分析的装置，能够对燃气轮机压气机各种可能的振动因素进行模拟，并通过特征提取对振动进行分析，具体的是一种燃气轮机压气机振动模拟试验台。

背景技术：

常用的振动模拟平台是对常用转动零部件进行振动和学习的最直接的重要手段，是进行转动零部件诊断研究工作的重要试验设备之一。通过电力拖动，将试验件转子拖动到各种转速，配合振动监测设备，对于各种转速下旋转部件的振动特性进行学习和分析。但是，引起燃气轮机压气机转子振动的原因很多，通常的振动模拟平台仅能够模拟转子不平衡、轴系不对中等简单工况，对于压气机喘振无法进行模拟，对于因轴承供油及环境压力等引起的振动也无法进行模拟。同时，由于压气机振动往往对压气机具有一定破坏性，因此在真实设备上很难进行复现，通过同步记录各种影响压气机振动的参数变化与压气机振动的相关性，对压气机振动特性能够进行更深一步认识。

技术实现要素：

针对当前模拟试验台无法全面进行模拟试验的不足，本发明提供了一种试验模拟平台，能够模拟各种能够对压气机造成振动的工况，并通过振动分析设备对各种类型振动的特征进行提取，既能够掌握各种类型振动的压气机状态，又能够对各种类型振动进行识别。其技术方案是：一种燃气轮机压气机振动模拟试验台，由以下主要部件组成：

--sfc变频启动器；sfc变频启动器通过整流和逆变，输出频率可变的交流电供给启动电机，使启动电机可以在0～10000rpm之间任意转速稳定运行。

--启动电机，该启动电机为一台交流变频电动机；启动电机输出端，通过联轴器与试验压气机进气端同轴相连。

--试验压气机，是一台有3路抽气多级轴流式压气机；该试验压气机进气部位设有可调导流叶片，能够通过调节导流叶片角度，调节节流特性，进而调整压气机的进气特性。该设计能够在最小到最大范围内调节压气机进气流量及进气冲角，对于各种流量状态下试验压气机的振动特性进行模拟。

--进气部件；进气部件入口百叶窗可以通过调节叶片角度来调节压气机入口压力环境，用来模拟不同大气环境压力下试验压气机的振动特性。

--排气部件；排气部件具有排气调节阀，可以对压气机背压进行调整，用来模拟不同压气机背压环境下试验压气机的振动特性。

--润滑油系统，该系统具有抽真空设备，可以控制油箱真空度；

--振动监测系统；

--控制系统。

该振动模拟试验台中，sfc变频启动器通过电缆将频率可变的交流电供给启动电机，启动电机与试验压气机通过联轴器同轴连接，保障启动电机与试验压气机同轴转动。进气部件出口与试验压气机入口连接，试验压气机出口，即压气机排气端，与排气部件入口连接。试验压气机轴承由润滑油系统进行润滑，该系统除可以对供油压力进行调整外，还能够通过真空泵对油箱进行负压控制，克服了现有试验台仅能够调整轴承供油压力的缺点。压气机中间级设置3处抽气管路，可以在不同转速分别通过调节抽气阀门，模拟各类转速下，不同部位抽气对试验压气机振动的影响。

该振动模拟试验台中，转速传感器、振动传感器信号输出到振动监测系统，振动监测系统同时将提取特征信号后的振动参数输出到控制系统。与此同时，润滑油系统、进气系统、排气系统中的各项测量参数输出到控制系统，便于对所采集数据进行进一步的相关性分析。

优选的是，交流变频电机通过sfc变频启动器带动多级轴流压气机以0～10000rpm之间任意转速运行，用来模拟压气机低速到高速全速段的振动特性。

优选的是，在所述试验压气机的每个轴承部位，还装配有相互垂直的一对电涡流振动传感器，用来对振动进行轴心轨迹分析。

优选的是，在所述轴承部位安装加速度振动传感器，用来对振动进行频谱分析，同时能够对压气机喘振的低频特征进行有效监测。

优选的是，所述试验压气机还包括排气端，在所述排气端沿轴向安装电涡流振动传感器，用来模拟试验压气机转子轴向的振动以及试验压气机喘振。

优选的是，所述试验压气机具有进口可调节导流叶片，用来模拟压气机入口流量对压气机振动的影响，进而定量描述不同转速下，不同可调节导流叶片角度所对应的振动特征。

优选的是，所述进气部件还包括百叶窗，所述百叶窗的角度调节范围是0～90°。通过调节百叶窗角度，模拟不同环境压力下，试验压气机的振动特性。

优选的是，所述的电涡流接近传感器、加速度传感器接入所述振动监测系统。

本发明的有益效果是，由于压气机振动具有诱因多，震动成分复杂，且具有一定破坏性，不易复现的特点，本发明可以对造成压气机振动的各种工况进行模拟，并对各种类型振动进行特征提取，从而能够在燃气轮机压气机出现振动异常的时候及时发现问题并进行调整。该发明解决了当前由于燃气轮机压气机采用设备厂商定型设计，无法对其振动特性进行定量分析的困难。

附图说明

为了更清楚地说明本发明，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是对本发明的实施例的描述，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据技术方案进行简单变形或者名称变化，或者是采取惯用手段，也可以实现发明目的。

图1燃气轮机压气机振动模拟试验台系统构成图

图2试验压气机

图3进气部件图

图4排气部件图

图5润滑油系统图

图6测试系统图

图中：1—sfc变频启动器；2—启动电机；3—进气部件；4—试验压气机；5—排气部件；6—润滑油系统；7—振动监测系统；8—控制系统；9—基座；41-联轴器；421、422-轴承；43-可调导流叶片；44-压气机转子；45-压气机气缸；461～463-压气机抽气管路；471～473-抽气阀门。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

在图1中，sfc变频启动器1输出可变频率交流电到启动电机2，启动电机2与试验压气机4通过联轴器41同轴连接，并良好对中。同时，该试验压气机4进行良好的动平衡。由此排除由于转子不平衡和转子不对中造成的设备影响。进气部件3的排气口与试验压气机2的入口部位连接。试验压气机4的排气口与排气部件入口部位连接。试验中，通过sfc变频启动器1驱动启动电机2可以在转速0～10000rpm之间任意转速稳定运行。如图2所示，试验压气机4具有3级压气机抽气管路，3路抽气管路分别为461、462、463，每路抽气管路设一个抽气阀门，3个抽气阀门分别为471、472、473。试验压气机4同时具有可调导流叶片43。如图3，进气部件3可以通过调节进气口百叶窗31角度调节进入试验压气机4的进气量模拟压气机环境气压。如图4所示，排气部件5可以通过排气调节阀52调整试验压气机排气背压与流量。启动电机2、进气部件3、试验压气机4和排气部件5均固定在基座9上。润滑油系统6可以调整供给轴承的油压以及轴承周围的空气负压。系统通过调整sfc变频启动器的输出频率驱动电机变频运转，在不同转速下可以分别测定压气机进气压力、进口可调导流叶片角度、压气机级间抽气、压气机背压、滑动轴承油压、油箱真空度对转子振动的影响。同时，就每种调节状态下的振动，振动传感器将振动输入振动监测系统7，对振动进行频谱分析、轴心轨迹图分析、瀑布图分析等，并记录每种振动的特征图谱，并将这些数据发送到控制系统8。

在图2所示试验压气机中，联轴器41连接启动电机2与试验压气机4。该试验压气机为通用轴流多级压气机经过一定改造后满足试验需求，改造后的压气机具备如下功能具有以下功能。

具有压气机进口可调导流叶片43，可以将压气机进口气流沿轴向在0°～40°之间调节。通过调节导流叶片角度，可以评估不同转速下入口气流角度对压气机振动的影响。

具有低压级、中压级和高压级3级压气机抽气管路461、462、463，每个管路上具有相应可独立控制的抽气阀门471、472、473。在不同转速下，独立调节高、中、低压抽气阀门，可以评估不同转速下各级抽气对压气机振动的影响。

具有两个滑动轴承421、422，每个轴承上布置有相互垂直的2个电涡流振动传感器71、72和75、76，用来监测转轴振动，进行轴心轨迹分析。每个轴承同时布置1个加速度振动传感器73、77，用来监测轴承座振动，进行频谱分析，瀑布图分析。同时在轴承421处，安装转速传感器74，实时监测压气机转速，轴承422处，安装电涡流振动传感器78，用来监测各个时刻试验压气机的轴向振动。轴承421、422通过润滑油压力调节阀64调节工作轴承的工作油压，评估轴承供油压力对轴系振动的影响。通过调节油箱抽真空调节阀67调节轴承工作氛围的气压，评估轴承工作环境气压对轴系振动的影响。

在图3中，进气道入口处百叶窗31可以在0°～90°之间调节，通过角度变化改变进入压气机的进气量以及压气机入口压力。空气预处理单元32为一层粗效过滤网，后方为蜂窝状整流单元。过滤网先对入口空气进行简单过滤，防止大颗粒异物以及灰尘损坏及污染压气机。然后蜂窝状整流单元对气流进行整流之后经导流板33换向后进入压气机入口。进气压力变送器35和进气温度变送器36分别监测试验压气机4的入口环境温度和压力。以上百叶窗31、空气预处理单元32、导流板33、进气压力变送器35和进气温度变送器36均安装在进气管道34上，构成进气部件3。

在图4中，排气调节阀52通过调节阀门开度控制压气机排气背压，用来评估压气机背压对压气机振动的影响。排气压力变送器53和排气温度变送器54分别监测试验压气机4的出口环境温度和压力。以上排气调节阀52、排气压力变送器53和进气温度变送器54均安装在排气管道51上，构成排气气部件5。调节阀后的具有一定温度和压力的压缩气体可以供其它试验设备取用。

在图5中，润滑油泵62和油箱抽真空泵67安装在润滑油箱61上。润滑油泵62通过套装进回油管路63给滑动轴承421、422供油，其压力由润滑油压力调节阀64调节。油箱真空度由油箱抽真空泵67持续工作来保证，通过油箱抽真空调节阀68来调整油箱真空度，由于油箱与轴承通过套装进回油管路63连接，因此油箱空间真空度等同于轴承周边空气真空度。润滑油压力变送器65和润滑油温度变送器66分别监测滑动轴承421、422的供油温度和压力。油箱真空度变送器69监测润滑油箱61的内部环境负压。

在图6中，振动监测系统7分别采集以下几类振动：(1)电涡流振动传感器71、72和75、76分别获得轴承421、422的相对振动。(2)加速度振动传感器73和77分别获得轴承421、422的振动烈度。(3)电涡流振动传感器78获得422轴承部位转子的轴向振动。(3)转速传感器74获得试验压气机4转速。并对振动进行处理，得到典型的振动特征，如频谱图、轴心轨迹图、瀑布图等。控制系统8在接收振动监测系统传输的振动特征的过程中，同时接收以下几类系统测量参数：(1)进气压力变送器35和进气温度变送器36分别监测试验压气机4的入口环境温度和压力。(2)排气压力变送器53和排气温度变送器54分别监测试验压气机4的出口环境温度和压力。(3)润滑油压力变送器65和润滑油温度变送器66分别监测滑动轴承421、422的供油温度和压力。油箱真空度变送器69监测润滑油箱61的内部环境负压。将系统中传感器的测量数据与振动特征相对应，从而能够将各种变化因素与相对应导致的振动特征相对应。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的变动与润饰，均应属于本发明的保护范围。