一种汽轮机转子动平衡测试装置及其测试方法与流程

本发明属于汽轮机转子高速动平衡设备，具体涉及一种汽轮机转子动平衡测试装置及其测试方法。

背景技术：

1、汽轮机是采用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的回转式机械，在火力发电厂、核电站、钢铁厂、化工厂、造纸厂、大型远洋船舶、军事大型舰艇等诸多领域有着十分重要的应用。转子作为汽轮机设备的核心部件之一，其动力学特征直接关系到汽轮机的运行状况，当不平衡的转子旋转时，转子的每一个质点产生的离心力不能相互抵消，这样会引起机械振动，从而会导致安全故障，因此转子动平衡测试是机组出厂前的重要检测指标；转子动平衡机工作的基本原理是在转子旋转状态下，检测出转子的不平衡量的相位和大小，通过人工或者辅助装置在相应位置进行加重或去重，从而改善转子相对于轴线的质量分布，达到转子动平衡的目的。

2、传统的动平衡测试设备只布置转子支撑座的座振传感器，如说明书附图中的图1所示，转子测试满足出厂测试的座振要求即可，但转子实际运行过程中需要同时监测转子轴振与动平衡测试摆架座振；由于不同领域汽轮机功率不同，转子质量有着巨大的差异，若采用完全相同的动平衡测试摆架，对转子的动力响应有着明显的影响，进而影响转子的动平衡测试精度。

3、在中国专利202110313162.0、201320395990.4、201420031333.6中，所设计的动平衡结构中由于适用范围限制，无法满足大型汽轮机转子重载荷、轴振座振同步测试、主支撑刚度可调整等需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种汽轮机转子动平衡测试装置及其测试方法，该动平衡测试装置能同步测试转子轴振与轴承支架座振，保证汽轮机现场运行安全可靠；基础框架上设置的顶轴油组件能保证大重量转子在测试初期可以有效地建立油膜，不发生磨损。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种汽轮机转子动平衡测试装置，包括基础框架，所述基础框架内左部和右部对称可拆卸连接刚度支撑组件，两个所述刚度支撑组件顶端设有轴承支架，所述轴承支架下侧设有座振传感器，上侧中部设有由轴承下半和轴承上半拼接形成的转子轴承，所述轴承支架上侧边缘在所述轴承上半外侧设有支架上盖，所述支架上盖内侧设有轴振传感器，所述基础框架上还设有用于对所述转子轴承内的转子润滑的顶轴油组件和润滑油组件。

4、进一步地，右侧的所述刚度支撑组件包括主刚度支撑部件和副刚度支撑部件；所述主刚度支撑部件包括多个相同且由右下侧向右上侧方向并排布置的主刚度杆，所述主刚度杆向左上方倾斜且下端通过螺栓与所述基础框架可拆卸连接，各所述主刚度杆上端可拆卸连接于所述轴承支架右下侧。

5、进一步地，所述副刚度支撑部件包括多个相同且由右前侧向右后侧方向并排布置并与主刚度杆平行的副刚度杆，所述副刚度杆下端通过螺栓与所述基础框架可拆卸连接，每个所述副刚度杆上均设有副执行部件，所述副执行部件包括可拆卸连接于所述轴承支架右下侧的副执行杆，所述副执行杆与副刚度杆的中线重合且直径相等，所述副执行杆左侧贴设固定有左夹板，右侧设有右夹板，所述左夹板和右夹板的下部均与所述副刚度杆接触，所述副执行部件还包括液压缸，所述液压缸活塞杆左端依次贯穿右夹板、副执行杆和左夹板，且活塞杆与右夹板固定，所述液压缸缸体固定于所述轴承支架右下侧。

6、进一步地，所述主刚度杆中线与所述基础框架竖直中线之间的夹角为45°，所述主刚度杆和副刚度杆均为两个，两个所述副刚度杆处于两个所述主刚度杆之间的所述基础框架上。

7、进一步地，所述轴承支架的左下侧和右下侧对称固定有座振传感器；所述轴承支架的上侧左边缘、上侧右边缘以及下侧中部分别固定有弹簧阻尼部件，上侧左边缘处的所述弹簧阻尼部件紧邻所述支架上盖左边缘，上侧右边缘处的所述弹簧阻尼部件紧邻所述支架上盖右边缘；所述轴振传感器设置于所述支架上盖的内侧中部，所述轴振传感器下端与所述轴承上半接触连接。

8、进一步地，所述顶轴油组件包括设置于所述轴承支架内且贯穿所述轴承支架上侧面和下侧面的第一顶轴油管道，以及设置于所述轴承下半内且与所述第一顶轴油管道连通的第二顶轴油管道，所述第一顶轴油管道下端为顶轴油入口，所述轴承下半上表面中部从前到后并排布置有多个顶轴油出口，多个所述顶轴油出口均与所述第二顶轴油管道连通。

9、进一步地，所述润滑油组件包括相对于所述基础框架竖直中线左右对称的两个润滑油部件，右侧的所述润滑油部件包括设置于所述基础框架右侧内的润滑油管道，所述润滑油管道下端为润滑油入口，所述润滑油管道上部依次贯穿所述轴承支架右部和转子轴承右中部，所述润滑油管道左上端处于所述转子轴承右中部内侧且为润滑油出口。

10、进一步地，所述基础框架内中部设有回油管道，所述回油管道上端连接所述轴承支架下端，所述回油管道下端连接回油箱，所述基础框架下部的左右两侧分别设有溢油回收管道；所述基础框架下端左部和右部对称设有水平且沿前后方向布置的定位槽，所述基础框架左上部和右上部对称设有起吊孔；所述转子轴承为固定瓦轴承、可倾瓦轴承或者两者的结合。

11、一种汽轮机转子动平衡测试装置的汽轮机转子动平衡测试方法，包括以下步骤：

12、s1、分别将两个所述刚度支撑组件可拆卸连接于所述基础框架内左部和右部处；

13、s2、将所述座振传感器安装于所述轴承支架下侧；

14、s3、将所述轴承支架置于两个所述刚度支撑组件顶端，并将所述顶轴油组件和润滑油组件分别安装于所述基础框架上；

15、s4、将所述轴承下半置于所述轴承支架上侧中部，并将转子置于所述轴承下半上表面，之后将所述轴承上半置于所述轴承下半上端，完成对转子的约束；

16、s5、将所述轴振传感器设置于所述支架上盖内侧，并将所述支架上盖盖设到所述轴承上半外侧；

17、s6、将所述动平衡测试装置起吊至运输平车上并运输至测试舱体内，并对所述动平衡测试装置固定；

18、s7、启动所述动平衡测试装置以对所述转子进行动平衡测试。

19、进一步地，

20、步骤s1中：先将右侧所述刚度支撑组件的多个主刚度杆下端通过螺栓连接于所述基础框架内右部，并将左侧所述刚度支撑组件的主刚度支撑部件下端通过螺栓连接于所述基础框架内左部；然后将右侧所述刚度支撑组件的多个副刚度杆通过螺栓连接于所述基础框架内右部，并将左侧所述刚度支撑组件的副刚度支撑部件下端通过螺栓连接于所述基础框架内左部；

21、步骤s2中：将三个弹簧阻尼部件分别固定于所述轴承支架的上侧左边缘、上侧右边缘以及下侧中部，并将两个所述座振传感器分别固定于所述轴承支架的左下侧和右下侧；

22、步骤s3中：将所述轴承支架置于两个所述刚度支撑组件的主刚度支撑部件顶端，并将各副执行部件分别安装固定，之后将所述顶轴油组件和润滑油组件分别安装于所述基础框架上；

23、步骤s5中：将所述轴振传感器固定于所述支架上盖内侧中部，并将所述支架上盖盖设到所述轴承上半外侧，之后采用密封连接螺栓实现密封固定；

24、步骤s6中：将所述动平衡测试装置通过两个所述起吊孔起吊至运输平车上并运输至测试舱体内，以两个定位槽完成对所述动平衡测试装置的整体定位，并对所述动平衡测试装置固定；

25、步骤s7中：启动所述动平衡测试装置，通过轴振传感器6获得被测试转子的轴振信号，通过座振传感器29获得被测试转子下方轴承支架2的座振信号，输出信号的大小随探头到被测体表面的间距而变化，从而获得转子振动的振幅、相位等参数，与转子动平衡标准进行对比，评定转子是否满足动平衡测试要求；且在转子动平衡测试初期，顶轴油通过所述顶轴油组件的顶轴油入口流进第一顶轴油管道和第二顶轴油管道，且顶轴油通过多个顶轴油出口流到所述轴承下半上表面，使转子运行初期建立油膜；而在动平衡测试过程中，润滑油通过所述润滑油组件的两个润滑油入口分别流进对应的润滑油管道内，且两个润滑油管道内的润滑油分别通过对应的润滑油出口流到所述转子轴承的左中部内侧和右中部内侧；顶轴油和润滑油通过回油管道流至回油箱内，而运行中溢出的油则通过溢油回收管道收集并过滤后重新注入储油箱；并且在动平衡测试过程中，主刚度支撑部件的支撑刚度不足时启动副执行部件，以右侧的副执行部件为例，启动液压缸，使液压缸的活塞杆伸出并带动右夹板向左移动，进而左夹板和右夹板配合将副执行杆和副刚度杆夹紧，以增加所述轴承支架的额外支撑刚度。

26、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

27、本发明中的汽轮机转子动平衡测试装置，包括基础框架，基础框架内左部和右部对称可拆卸连接刚度支撑组件，两个刚度支撑组件顶端设有轴承支架，轴承支架下侧设有座振传感器，上侧中部设有由轴承下半和轴承上半拼接形成的转子轴承，轴承支架上侧边缘在轴承上半外侧设有支架上盖，支架上盖内侧设有轴振传感器，基础框架上还设有用于对转子轴承内的转子润滑的顶轴油组件和润滑油组件；因而该动平衡测试装置能同步测试转子轴振与轴承支架座振，保证汽轮机现场运行安全可靠，而基础框架上设置的顶轴油组件能保证大重量转子在测试时可以有效地建立油膜，不发生磨损，通过此种结构设计，可测试5000-30000kg的转子；由于不同领域汽轮机功率不同，转子重量有着巨大的差异，若采用完全相同的动平衡测试摆架，对转子的动力响应有着明显的影响，本发明中由于两个刚度支撑组件对称可拆卸连接于基础框架内左部和右部，这样可以针对不同重量的转子调整替换不同刚度的刚度支撑组件，进而使不同重量的转子获得最优的测试结果；本发明中由于轴承支架和支架上盖通过左右两个刚度支撑组件支撑，内部通过三向的约束设计，保证结构空间充足，通过对轴承支架和支架上盖进行内部结构设计，固定瓦、可倾瓦等不同类型滑动轴承均可固定于轴承支架上。

28、本发明中，通过装配式结构设计，设计合理的刚度支撑组件，保证结构具有足够的支撑刚度同时转子具有充足的回转空间，本结构可满足半径1200mm转子测试。

29、本发明中，右侧的刚度支撑组件包括主刚度支撑部件和副刚度支撑部件；主刚度支撑部件包括多个相同且由右下侧向右上侧方向并排布置的主刚度杆，主刚度杆向左上方倾斜且下端通过螺栓与基础框架可拆卸连接，各主刚度杆上端可拆卸连接于轴承支架右下侧；由于动平衡测试装置的各部件以模块化组件形式进行装配，当需要不同刚度的支撑结构时，通过调整替换各主刚度杆，以方便对主刚度支撑部件进行替换，因此主刚度支撑部件可灵活替换。

30、本发明中，副刚度支撑部件包括多个相同且由右前侧向右后侧方向并排布置并与主刚度杆平行的副刚度杆，副刚度杆下端通过螺栓与基础框架可拆卸连接，每个副刚度杆上均设有副执行部件，副执行部件包括可拆卸连接于轴承支架右下侧的副执行杆，副执行杆与副刚度杆的中线重合且直径相等，副执行杆左侧贴设固定有左夹板，右侧设有右夹板，左夹板和右夹板的下部均与副刚度杆接触，副执行部件还包括液压缸，液压缸活塞杆左端依次贯穿右夹板、副执行杆和左夹板且活塞杆与右夹板固定，液压缸缸体固定于轴承支架右下侧；这样在动平衡测试阶段，以右侧的副执行部件为例，启动液压缸，使液压缸的活塞杆伸出并带动右夹板向左移动，进而左夹板和右夹板配合将副执行杆和副刚度杆夹紧，进而能增加轴承支架的额外支撑刚度。

31、本发明中，主刚度杆中线与基础框架竖直中线之间的夹角为45°，主刚度杆和副刚度杆均为两个，两个副刚度杆处于两个主刚度杆之间的基础框架上，这样主刚度杆和副刚度杆配合能对轴承支架提供更稳定的支撑力。

32、本发明中，轴承支架的左下侧和右下侧对称固定有座振传感器，这样能更准确地测试轴承支架的座振；轴承支架的上侧左边缘、上侧右边缘以及下侧中部分别固定有弹簧阻尼部件，上侧左边缘处的弹簧阻尼部件紧邻支架上盖左边缘，上侧右边缘处的弹簧阻尼部件紧邻支架上盖右边缘，这样三个弹簧阻尼部件配合能用于耗散约束轴向振动；轴振传感器设置于支架上盖的内侧中部，轴振传感器下端与轴承上半接触连接，这样能更准确地测试转子的轴振，而且轴振传感器可根据测试转子轴径变化进行调整，获得最优的测试结果。

33、本发明中，顶轴油组件包括设置于轴承支架内且贯穿轴承支架上侧面和下侧面的第一顶轴油管道，以及设置于轴承下半内且与第一顶轴油管道连通的第二顶轴油管道，第一顶轴油管道下端为顶轴油入口，轴承下半上表面中部从前到后并排布置有多个顶轴油出口，多个顶轴油出口均与第二顶轴油管道连通；这样在开始动平衡测试阶段，顶轴油通过顶轴油入口流进第一顶轴油管道和第二顶轴油管道，且顶轴油通过多个顶轴油出口流到轴承下半上表面，以保证转子运行初期能够顺利建立油膜，保证大重量转子不发生磨损。

34、本发明中，基础框架内中部设有回油管道，回油管道上端连接轴承支架下端，回油管道下端连接回油箱，基础框架下部的左右两侧分别设有溢油回收管道；这样顶轴油和润滑油能通过回油管道流至回油箱内，实现油循环，而运行中溢出的油则通过溢油回收管道收集并过滤后重新注入储油箱。

35、综上，本发明能够同时获得转子轴振及轴承支架座振的动力学响应，满足重量和回转空间大的中大型汽轮机转子测试要求，并且可根据转子的特点及工作环境，选择适合的刚度支撑组件及测试轴承，获得最佳的动力测试结果。