专利名称：烟气轮机热态机械运转试验台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机械运转试验台，特别涉及一种烟气轮机热态机械运转试验台。是针对烟气轮机在大型催化裂化装置运行中的特点，为烟气轮机出厂考核而专门设计的试验台。它不仅要模拟出工业现场的实际运行工况(如温度、压力等)，还要满足不同功率、不同型号和尺寸的烟气轮机的试验需要；不仅满足烟气轮机的试验需要，还可以满足大型旋转机械的运转试验需要。
背景技术：
2000年9月，YL33000A型特大功率烟气轮机研制项目分别在中石油集团公司及国家十五重大技术装备项目中立项。该烟气轮机设计功率达到33000Kw，30000Kw级别烟气轮机的制造及试验在国内属于空白，在世界上仅有少数发达国家可以进行设计制造。
我公司在自主研制开发特大功率烟气轮机的基础上，基于长期制造烟气轮机的技术与运行经验，提出设计能满足30000Kw级别烟气轮机进行热态机械运转试验的试验台，最大可以满足37000KW烟气轮机进行热态机械运转试验。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种烟气轮机热态机械运转试验台，满足最大输出功率为30000-37000kW的烟气轮机热态机械运转试验。达到具备机械运转状态监测、试验数据采集以及数据分析功能。
本实用新型采用的技术方案是烟气轮机热态机械运转试验台采用由电机动力输出端连接液力偶合器，液力偶合器动力输出端连接齿轮箱，齿轮箱动力输出端连接烟气轮机(试验机)串联构成。烟气轮机热态机械运转试验台还包括密闭循环管路、烟气轮机试验台数据采集、分析系统，以及液压油循环降温系统。
一、液力偶合器通过液力摩擦来调整齿轮箱内高、低转速齿轮，实现机组平稳启动和无级调速。我们选择了调速型液力偶合器。其优点是当泵轮转速(力矩)不变时，涡轮力矩(转速)随载荷改变而变化的穿透性。在一定泵轮转速下，泵轮、涡轮的力矩只能在一定范围内随工况变化。这些优点能满足以下要求(1)电机可以预先启动，再通过液力偶合器启动烟气轮机，可以完全忽略了不同型号烟气轮机的启动问题，解决了不同型号烟气轮机启动力矩和功率相差悬殊的问题。
(2)随着电机输出功率的变化，传递的力矩可进行改变，从而达到调速的目的。
(3)涡轮的转速不会超出其固有的变化范围，如果载荷力矩超过涡轮输出最大力矩，涡轮的转速会逐步减小直至为零。起到限矩保护的作用。在这个过程中，调速型液力偶合器可通过调节工作腔的充液量来调节载荷机械加速过程的长短。
(4)液力偶合器可以减弱动力机的扭振和隔离载荷的振动，提高动力机和传动装置的寿命。
(5)通过这种方式还可以做到电机零负荷启动，最大程度减少对电网的波动和损害。
(6)配置增速箱，设计了3种速比的齿轮副配合调速，可完成0～9000r/min的各类烟气轮机的试验要求。
这对烟气轮机这种大惯量转动设备的机械运转试验尤为重要。
二、采用密闭循环管路的结构是采用密闭管将烟气轮机的烟气出口和入口连接起来，其作用是形成一个封闭的循环空间，在管路的旁路上设置冷空气补充口和热空气排放口。冷空气补充口和热空气排放口处有蝶阀。由试验系统根据试验要求自动调节循环管内的空气温度。
密闭循环管的作用如下(1)采用密闭循环管，通过烟气轮机做功，自循环加热密闭的空气，使空气迅速升温并产生流动，满足热态试验的温度要求。
(2)可以热空气排放口从密闭的循环管内部抽出部分空气，造成管内真空，减少烟气轮机运行时的空气摩擦损失功率和鼓风所损失功率，减少电机的功率消耗。根据计算，通过该方法可以降低功率损耗最大为40％。
对于一些特大型的烟气轮机，电机的输出功率不能满足要求。比如在今后试验40000KW级的烟气轮机时，现有电机将不能满足需要。就可以采用该方法完成试验工作。
三、液压油循环降温系统包括总进油管线、总回油管线以及分支供油管线和分支回油管线。分支管线连接到烟气轮机轴承、齿轮箱和电机轴承，采用液压油循环冷却方法降低轴承温度。
四、烟气轮机试验台数据采集、分析系统结构包括(1)试验机组热态试验各温度信号的分点检测。在密闭循环管、烟气轮机、齿轮箱、液力偶合器、电机，以及液压油循环降温系统上设置有温度传感器。温度传感器的数量在20-70个之间，满足热态试验要求。
(2)试验机组机械运转试验各液压信号的分点检测。主要包括液压油循环降温系统的总进油管线、总回油管线以及分支供油管线和分支回油管线的油压传感器和流量传感器。
(3)试验机组机械运转试验各机械信号的分点检测。主要包括烟气轮机前后轴承振动传感器、齿轮箱轴承振动传感器与位移传感器。
(4)电机电压、电流传感器。
烟气轮机试验专用软件。
(1)烟机热负荷机械运转试验台监测系统中核心——便携式监测站PMS包括数据采集单元；数据管理单元；显示单元；动态图形显示单元，布置在机组仪表控制间。它既可与AMS联合使用，提供强大的实时数据采集、监测报警、数据传送、在线实时图形显示、状态分析、故障诊断以及数据库的自动管理任务，又可独立完成上述所有任务。
(2)系统输出功能现场实时在线监测分析；故障样本分析；起、停机工况分析；历史运行状态分析。提供如下分析时域波形、轴心轨迹、FFT谱图、瀑布图、频率特性曲线、倒谱、功率谱、统计分析、相干分析、相关分析、趋势预测、打印报表等。
五、机组与试验台的连接方式为适应不同型号烟气轮机的不同联轴器尺寸，在试验机组与烟气轮机之间有连接器，连接器结构是在护罩内，齿轮箱半联轴器连接齿式联轴器，齿式联轴器连接调整短节，调整短节连接烟气轮机半联轴器。
齿式联轴器可根据需要换为膜片式联轴器，起到更好的联接效果；通过改变调整短节的尺寸可以适应各种型号的烟气轮机轴端尺寸。
本实用新型的有益效果1)试验台机组拖动能力满足37000KW烟气轮机运转试验要求；2)采用密闭循环管，通过烟气轮机做功，加热循环管内空气，使空气迅速升温达到了试验要求的温度；3)在线刷新全部64路通道的FFT幅值谱、时域波形及轴心轨迹，对12路径向振动信号、3路轴向位移信号、一路键相位信号进行实时跟踪监测，并能同时进行以下在线分析BODE图、NY图、瀑布图、GUBEL轴心位置图、时域波形、轴心轨迹、FFT谱图、倒谱、功率谱、统计分析、相干分析等。黑盒子故障样本分析功能，对各种超范围报警数据进行实时监测记录与数据分析。
4)满足国际标准API-617中有关转子不平衡响应分析要求，绘制同步的振幅、相位角对转速的关系曲线，并提供滤波和未经滤波曲线。满足转子横向振动分析要求，可绘制不平衡试验曲线图，满足不平衡响应分析的工厂检验要求。
本实用新型烟气轮机热态机械运转试验台，结构设计有较大的改进，使其实验性能和制造成本上，符合产业的需要并产生了好用及实用的效果。是一项新颖、进步、实用的新设计。
以下结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
附图1为本实用新型烟气轮机热态机械运转试验台结构剖面示意图。表示烟气轮机热态机械运转试验台个部件之间的位置关系。
附图2为烟气轮机与试验台之间的连接器结构剖面示意图。
图中，1.电机，2.液力耦合器，3.齿轮箱，4.烟气轮机，5.热空气排放口，6.密闭循环管，7.冷空气补充口，8.循环温度探头，9.出口温度探头，10.入口温度探头，11.壳体温度探头，12.进油总管，13.回油总管，14.连接器，15.护罩，16.齿轮箱半联轴器，17.齿式联轴器，18.调整短节，19.烟气轮机半联轴器。
具体实施方式
2003年6月1日33000KW特大功率烟气轮机在该试验台进行热态机械运转试验。33000KW烟气轮机是国家十五重大技术装备研制项目，对试验的程序，数据的采集、系统标定、分析手段等有明确规定，因此整个试验操作过程严格。
在该试验中，我们按照API标准，对各通道进行了实时监测，对振动信号要进行BODE图、时域波形、轴心轨迹、FFT谱图等全面分析。经过该试验，共取得3000多组试验数据，并绘制了动态曲线，进行了动态响应分析，实时特性良好，扫描频率高，为验收提供了充分可靠的过程分析及转子特性分析，受到用户及在场专家的一致高度评价。
现该试验台已经完成了YLII8000J、YL10000B、YL10000C、YL5000C、YL5000A、YLII6000A等30多个型号烟气轮机试验工作，通过应用各种分析手段，解决了转子本身存在的一些问题，提供了充分的、符合国际标准的试验数据，烟气轮机的出厂试验与检验水平提高到了新水平。
实施例参阅附图1。33000KW烟气轮机热态机械运转试验台，采用由电机(1)功率为3300KW。电机(1)动力输出端连接液力偶合器(2)，液力偶合器(2)动力输出端连接齿轮箱(3)，齿轮箱(3)动力输出端连接烟气轮机(4)；烟气轮机热态机械运转试验台还包括密闭循环管路(6)、烟气轮机试验台数据采集、分析系统，以及液压油循环降温系统。
液力偶合器(2)选用GWT58调速型液力偶合器。液力无级调速，调速范围0-3000r/min，通过与齿轮箱增速齿轮副配合可实现调速范围为0-9000r/min。
所述密闭循环管路的结构是采用密循环闭管(6)将烟气轮机的烟气出口和入口连接起来，形成一个封闭的循环空间。密循环闭管(6)直径800毫米，由钢管焊接成。在管路的旁路上设置冷空气补充口(7)和热空气排放口(5)；冷空气补充口(7)处有一个蝶阀，热空气排放口(5)处有一个蝶阀。
所述液压油循环降温系统包括进油总管(12)、回油总管(13)以及分支供油管线和分支回油管线；分支管线连接到烟气轮机(4)轴承、齿轮箱(3)和电机(1)轴承。
所述烟气轮机试验台数据采集、分析系统结构包括(1)试验机组热态试验各温度信号的分点检测在密闭循环管(6)、烟气轮机(4)、齿轮箱(3)、液力偶合器(2)、电机(1)，以及液压油循环降温系统上设置有温度传感器，温度传感器的数量在20-70个之间。如循环温度探头(8)、出口温度探头(9)、入口温度探头(10)和壳体温度探头(11)，就是密闭循环管(6)上设置的温度传感器；(2)试验机组机械运转试验各液压信号的分点检测包括液压油循环降温系统的进油总管(12)、回油总管(13)以及分支供油管线和分支回油管线的油压传感器和流量传感器；(3)试验机组机械运转试验各机械信号的分点检测包括烟气轮机前后轴承振动传感器、齿轮箱轴承振动传感器与位移传感器；(4)电机(1)的电压、电流传感器；(5)烟气轮机试验专用软件烟机热负荷机械运转试验台监测系统中核心——便携式监测站PMS包括数据采集单元；数据管理单元；显示单元；动态图形显示单元，布置在机组仪表控制间；系统输出功能包括在线监测分析；故障样本分析；起、停机工况分析；历史运行状态分析；提供如下分析时域波形、轴心轨迹、FFT谱图、瀑布图、频率特性曲线、倒谱、功率谱、统计分析、相干分析、相关分析、趋势预测、打印报表等。
参阅附图2。机组与试验台的连接方式机组与试验台之间有连接器(14)，连接器(14)结构是在护罩(15)内，齿轮箱半联轴器(16)连接齿式联轴器(17)，齿式联轴器(17)连接调整短节(18)，调整短节(18)连接烟气轮机半联轴器(19)。
叙述烟气轮机的热态机械运转试验过程，帮助理解本实用新型。
1、启动润滑油站和外围设备进行准备。
2、当油站、电网启动条件具备后，启动3300KW电动机，并使电机达到工作状态。此时由于液力偶合器(2)内没有充油，因此液力偶合器(2)的泵轮在电机带动下已经开始工作，与齿轮箱(3)和烟气轮机(4)相连的涡轮仍未工作。
3、对液力偶合器(2)进行充油，泵轮通过充入油液传递力矩，带动涡轮转动，烟气轮机(4)转速逐渐升高，通过调整充油的量和速度，可以对烟气轮机(4)的转速进行无级调速，一般升速控制在100r/min，主要考虑对烟气轮机(4)密闭循环管(6)内的空气进行缓慢的自循环加热，烟气轮机(4)受热膨胀均匀等。
4、升速到烟气轮机(4)的额定转速(一般为6000r/min)后停留一段时间进行各种信号检测与分析。主要是振动信号分析，如果没有异常，各检测信号均正常则进行超速试验，一般为额定转速的1.05～1.1倍，如果，各检测信号仍正常，信号分析没有异常，则试验完成。
5、逐步降低转速，并停机。
6、烟气轮机(4)达到额定转速后，密封循环管(6)的空气温度可达到400℃以上，为保护烟气轮机，在试验中的密封循环管(6)和烟气轮机(4)的过热部分需要保温。试验温度接近烟气轮机(4)工作条件下的温度(480-600℃)，此时主要考察烟气轮机(4)在热态下各个部件的变形和间隙变化情况，防止转子和静止部件发生碰磨现象。
权利要求1.一种烟气轮机热态机械运转试验台，其特征在于采用由电机(1)动力输出端连接液力偶合器(2)，液力偶合器(2)动力输出端连接齿轮箱(3)，齿轮箱(3)动力输出端连接烟气轮机(4)；烟气轮机热态机械运转试验台还包括密闭循环管(6)、烟气轮机试验台数据采集、分析系统，以及液压油循环降温系统。
2.如权利要求1所述的烟气轮机热态机械运转试验台，其特征在于液力偶合器(2)采用调速型液力偶合器(2)。
3.如权利要求1所述的烟气轮机热态机械运转试验台，其特征在于所述密闭循环管(6)的结构是采用密闭管将烟气轮机(4)的烟气出口和入口连接起来，形成一个封闭的循环空间，在管路的旁路上设置冷空气补充口(7)和热空气排放口(5)；冷空气补充口(7)和热空气排放口(5)处有蝶阀。
4.如权利要求1所述的烟气轮机热态机械运转试验台，其特征在于所述液压油循环降温系统包括进油总管(12)、回油总管(13)以及分支供油管线和分支回油管线；分支管线连接到烟气轮机(4)轴承、齿轮箱(3)和电机(1)轴承。
5.如权利要求1所述的烟气轮机热态机械运转试验台，其特征在于所述烟气轮机试验台数据采集、分析系统结构包括试验机组热态试验各温度信号的分点检测在密闭循环管(6)、烟气轮机(4)、齿轮箱(3)、液力偶合器(2)、电机(1)，以及液压油循环降温系统上设置有温度传感器，温度传感器的数量在20-70个之间；试验机组机械运转试验各液压信号的分点检测包括液压油循环降温系统的进油总管(12)、回油总管(13)以及分支供油管线和分支回油管线的油压传感器和流量传感器；试验机组机械运转试验各机械信号的分点检测包括烟气轮机(4)前后轴承振动传感器、齿轮箱(3)轴承振动传感器与位移传感器；电机(1)电压、电流传感器。
6.如权利要求1或2或3或4所述的烟气轮机热态机械运转试验台，其特征在于烟气轮机(4)与试验台之间有连接器(14)，连接器(14)结构是在护罩(15)内，齿轮箱半联轴器(16)连接齿式联轴器(17)，齿式联轴器(17)连接调整短节(18)，调整短节(18)连接烟气轮机半联轴器(19)。
专利摘要一种烟气轮机热态机械运转试验台，其特征在于采用由电机的动力输出端连接液力偶合器，液力偶合器的动力输出端连接齿轮箱，齿轮箱的动力输出端连接烟气轮机；烟气轮机热态机械运转试验台还包括密闭循环管路、烟气轮机试验台数据采集、分析系统，以及液压油循环降温系统。试验台满足最大输出功率为30000－37000kW的烟气轮机热态机械运转试验。达到具备机械运转状态监测、试验数据采集以及数据分析功能。它不仅要模拟出工业现场的实际运行工况，还要满足不同功率、不同型号和尺寸的烟气轮机的试验需要；还可以满足大型旋转机械的运转试验需要。
文档编号G01M99/00GK2867329SQ20052012983
公开日2007年2月7日 申请日期2005年10月18日 优先权日2005年10月18日
发明者李克维, 刘陇生, 梁婕, 张玉峰, 陈利, 卢纲 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油兰州石油化工公司