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的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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】
[0004]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。
[0005]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:
[0006]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；
[0007]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；
[0008]所述滑油组件包括油箱和齿轮栗，通过所述齿轮栗从所述油箱中抽油以为所述油膜轴承供油并润滑。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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°。
[0014]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:
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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】
[0018]图1是本发明试验装置的主视图；
[0019]图2是本发明试验装置的俯视图；
[0020]图3是本发明的汽缸结构示意图；
[0021]图4是本发明的转轴支座结构示意图；
[0022]图5是本发明的滑油组件的管路图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0024]本发明的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，其主要包括主体组件、测量组件和滑油组件，通过上述组件的相互配合，实现蒸汽涡轮发电机组轴系扭振强度的试验模拟。
[0025]下面将对本发明的关键组件逐一进行更为具体的说明。
[0026]作为本发明的关键组件之一，主体组件安装在基座0上，其包括转轴3、电动机2、汽缸8、发电机9、电网模拟器16和电力谐波发生器12 ;转轴3通过油膜轴承6-1支承在多个转轴支座6上，其两端分别与电动机2和发电机9相连；汽缸8安装在转轴3上，其与电动机2之间以及与发电机9之间设有质量轮盘组7，转轴3上安装不同质量不同数量的质量轮盘组，各级质量轮盘组用于模拟汽轮机的高、中、低压转子，质量轮盘的不同及位置可以灵活调整，分别对应不同型号的发电机组，用于模拟其扭振特性；电网模拟器16与发电机9相连，电力谐波发生器12为电动机1提供电源。电动机用于模拟蒸汽涡轮发电装置的蒸汽动力输入，电力谐波发生器作为电机侧的扭振激励装置，用于模拟轴系的扭振共振工况，电动机前方由电源模拟器模拟电网的输入交流电源输入，从而使得转子可以以某种特定的工频(50Hz)以及叠加在工频之上的次谐波的频率进行旋转和并激发其相应的扭转振动；发电机后方由电网模拟器模拟发电机与电网之间可能产生的某种故障冲击现象，比如两相或者三相短路、不同相角并网等导致的对轴系的扭转冲击，通过调节电网负载状态，用于模拟电网的震荡对轴系冲击工况。
[0027]进一步的，基座0由水泥基体和带燕尾槽的球墨铸铁基座构成，燕尾槽为电动机支座1、转轴支座6和发电机支座10等提供了便于安装和调节的接口，各支座分别通过燕尾槽螺栓和基座0连接；电动机2和发电机9分别通过刚性联轴器4与转轴3的两端相连。如图1所示转轴之间的连接可采用不同类型和结构方式的刚性联轴器。在转轴3上设置有轴颈B，联轴器4和轴颈B作为轴系扭振状态下的疲劳试验的观测对象，研究不同结构的联轴器自身在不同扭振工况下的疲劳特性。
[0028]更具体而言，汽缸8用于形成一定真空度的叶栅运行环境，通过真空栗15抽吸气缸8内空气形成一定的真空度；汽缸8利用汽缸支座8-6进行支撑，用燕尾槽螺栓将汽缸支座8-6固定在基座0上，汽缸8包括汽缸腔和设于该汽缸腔内的动叶栅8-3和衬套8-2，动叶栅8-3通过动叶轮8-4进行旋转，动叶轮8-4安装在转轴3上，动叶栅8_3可以选择不同的形状，例如直叶片或弯扭叶片，根据叶片长度更换不同厚度的衬套8-2来形成与实际汽轮机相近的流体腔，衬套8-2上安装有至少两个电涡流位移传感器C (作为本发明的弯振测量部件)，本发明中电涡流位移传感器C优选为4个，相邻两个电涡流位移传感器在叶栅平面上夹角为90度，汽缸8和转轴3之间用迷宫汽封结构进行密封。汽缸8进一步的分为上汽缸8-1和下汽缸8-5，上汽缸8-1和下汽缸8-5的配合面之间加垫橡胶垫。转轴3上可