用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置

1.本实用新型属于燃气轮机减振降噪技术领域，特别是一种用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置。


背景技术：

2.燃气轮机是一种重要的动力装置，其工作时振动超标影响燃气轮机运行可靠性与安全性，且带来的噪声污染也会直接影响工作人员身心健康。因此，燃气轮机的减振降噪对于提高其使用寿命和改善周围工作环境具有重要意义，而燃气轮机的振动噪声测试是进行针对性减振降噪不可缺少的一部分。
3.然而，燃气轮机运行时其周围环境复杂性、恶劣性以及测试的高成本和不安全性导致实际测试困难、无法确定最优测试方案，因此需要先进行实验研究。实验研究作为科学研究的重要辅助手段之一，可以为实际燃气轮机振动噪声信号的测试分析提供重要的指导。目前大多数用于燃气轮机实验研究的实验装置多是部件级，主要针对燃气轮机各个部件特性的研究，且相关振动噪声测试简单，缺少对燃气轮机整机振动噪声测试的实验装置设备，无法满足燃气轮机减振降噪实验研究的需要。
4.在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本实用新型背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置，能够精确地模拟实际燃气轮机的各种振动噪声状态。
6.本实用新型的目的是通过以下技术方案予以实现，一种用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置包括：
7.实验台底座；
8.支撑结构，其连接并支承于所述实验台底座上，所述支撑结构包括：
9.主支撑，其包括固定连接所述实验台底座的主支撑腿和连接于所述支撑腿顶端的角板连接结构；
10.至少两个辅助支撑，其包括固定连接所述实验台底座的支撑腿和枢转连接所述支撑腿的支撑杆；
11.机匣壳体，其包括依次连接的进气机匣、压气机机匣、中介机匣和排气机匣，所述进气机匣和中介机匣连接所述支撑杆，排气机匣连接所述角板连接结构；
12.低压转子，其安装于所述机匣壳体内，所述低压转子包括低压转子驱动电机；
13.高压转子，其安装于所述机匣壳体内，所述高压转子包括高压转子驱动电机；
14.涡轮转子，其安装于所述机匣壳体内，所述涡轮转子包括涡轮转子驱动电机；
15.控制器，其连接所述低压转子驱动电机、高压转子驱动电机和涡轮转子驱动电机；
16.多个加速度传感器，其分别贴于所述辅助支撑、进气机匣、压气机机匣、中介机匣、
排气机匣和主支撑；
17.多个转速传感器，其分别安装于低压转子、高压转子和涡轮转子上方；
18.阵列底座；
19.声压测试阵列，其固定于所述阵列底座，所述声压测试阵列包括阵列布置的多个传感器夹具及分别安装于所述传感器夹具上的多个声压传感器；
20.数据采集仪器，其连接所述多个加速度传感器、多个转速传感器和多个声压传感器；
21.处理器，其连接所述数据采集仪器。
22.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置中，低压转子包括依次连接的低压转子驱动电机、第一联轴器、低压转子轴和低压压气机轮盘，高压转子系统包括依次连接的高压转子驱动电机、第二联轴器、高压转子轴和高压压气机轮盘，低压转子轴与高压转子轴通过中介轴承套和调心球轴承连接以相对转动，动力涡轮转子系统包括依次连接的涡轮转子驱动电机、第三联轴器、动力涡轮转子轴和动力涡轮轮盘。
23.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置中，调心球轴承的内圈与低压转子轴的过盈配合，外圈与中介轴承套的内孔过盈配合，中介轴承套的内圈与低压转子轴一起转动，外圈与高压转子轴一起转动。
24.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置中，所述机匣壳体分为上机匣壳体和下机匣壳体两部分，通过螺栓进行连接和固定，所述上机匣壳体与下机匣壳体分别由三段圆柱形壳体和两段圆锥形壳体组成，每段壳体两端焊接带圆孔的半圆环，通过螺栓连接将多段壳体组合成一个整体。
25.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置中，所述下机匣壳体表面设有连接所述支撑结构的耳朵结构。
26.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置中，所述实验台底座底部设有减震器。
27.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置中，安装于声压测试阵列上的声压传感器正对所述进气机匣。
28.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置中，低压转子、高压转子和涡轮转子同轴布置。
29.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置中，所述进气机匣和中介机匣之间安装间冷器，所述间冷器为正八边形结构。
30.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置中，所述阵列底座设有万向轮，所述低压转子驱动电机、高压转子驱动电机和涡轮转子驱动电机为高速直流调速电机。
31.和现有技术相比，本实用新型具有以下优点：本实用新型能够得到燃气轮机实验台的振动传递机制与噪声辐射特性；相比于实机测试，该方法应用的燃气轮机实验台结构简单，易于加工与使用，可以很好地模拟燃气轮机整机振动与结构辐射噪声特性，降低试验成本。
附图说明
32.通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本实用新型各种其他的优点和
益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
33.在附图中：
34.图1是根据本实用新型一个实施例的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置的连接示意图；
35.图2是根据本实用新型一个实施例的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置的结构示意图。
36.以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的解释。
具体实施方式
37.下面将参照附图1至图2更详细地描述本实用新型的具体实施例。虽然附图中显示了本实用新型的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。
38.需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
39.为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本实用新型实施例的限定。
40.为了更好地理解，用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置包括：
41.实验台底座；
42.支撑结构，其连接并支承于所述实验台底座上，所述支撑结构包括：
43.主支撑7，其包括固定连接所述实验台底座的主支撑腿和连接于所述支撑腿顶端的角板连接结构；
44.至少两个辅助支撑1，其包括固定连接所述实验台底座的支撑腿和枢转连接所述支撑腿的支撑杆；
45.机匣壳体，其包括依次连接的进气机匣2、压气机机匣3、中介机匣5和排气机匣6，所述进气机匣2和中介机匣5连接所述支撑杆，排气机匣6连接所述角板连接结构；
46.低压转子，其安装于所述机匣壳体内，所述低压转子包括低压转子驱动电机；
47.高压转子，其安装于所述机匣壳体内，所述高压转子包括高压转子驱动电机；
48.涡轮转子，其安装于所述机匣壳体内，所述涡轮转子包括涡轮转子驱动电机；
49.控制器9，其连接所述低压转子驱动电机、高压转子驱动电机和涡轮转子驱动电机；控制器9用于启动或关停控制电机，同时还可以控制转子的正反转以及转子转速。
50.多个加速度传感器，其分别贴于所述辅助支撑1、进气机匣2、压气机机匣3、中介机匣5、排气机匣6和主支撑7；
51.多个转速传感器，其分别安装于低压转子、高压转子和涡轮转子上方；
52.阵列底座
53.声压测试阵列8，其固定于所述阵列底座，所述声压测试阵列8包括阵列8布置的多个传感器夹具及分别安装于所述传感器夹具上的多个声压传感器；
54.数据采集仪器，其连接所述多个加速度传感器、多个转速传感器和多个声压传感器；
55.处理器，其连接所述数据采集仪器。
56.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置的优选实施例中，低压转子包括依次连接的低压转子驱动电机、第一联轴器、低压转子轴和低压压气机轮盘，高压转子系统包括依次连接的高压转子驱动电机、第二联轴器、高压转子轴和高压压气机轮盘，低压转子轴与高压转子轴通过中介轴承套和调心球轴承连接以相对转动，动力涡轮转子系统包括依次连接的涡轮转子驱动电机、第三联轴器、动力涡轮转子轴和动力涡轮轮盘。
57.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置的优选实施例中，调心球轴承的内圈与低压转子轴的过盈配合，外圈与中介轴承套的内孔过盈配合，中介轴承套的内圈与低压转子轴一起转动，外圈与高压转子轴一起转动。
58.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置的优选实施例中，所述机匣壳体分为上机匣壳体和下机匣壳体两部分，通过螺栓进行连接和固定，所述上机匣壳体与下机匣壳体分别由三段圆柱形壳体和两段圆锥形壳体组成，每段壳体两端焊接带圆孔的半圆环，通过螺栓连接将多段壳体组合成一个整体。
59.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置的优选实施例中，所述下机匣壳体表面设有连接所述支撑结构的耳朵结构。
60.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置的优选实施例中，所述实验台底座底部设有减震器。
61.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置的优选实施例中，安装于声压测试阵列8上的声压传感器正对所述进气机匣2。
62.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置的优选实施例中，低压转子、高压转子和涡轮转子同轴布置。
63.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置的优选实施例中，所述进气机匣2和中介机匣5之间安装间冷器，所述间冷器为正八边形结构。
64.所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置的优选实施例中，所述阵列底座设有万向轮，所述低压转子驱动电机、高压转子驱动电机和涡轮转子驱动电机为高速直流调速电机。
65.在一个实施例中，转速传感器安装于各转子上方并正对贴于转子联轴器上的反光条。所述声压测试阵列8靠近并面向燃气轮机实验台，所述声压测试阵列8上设置有传感器夹具，用于安装声压传感器；所述数据采集仪器与数据监测与存储软件连接。
66.用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置测试过程是：
67.1，将所有设备置于全消声室中；
68.2，在燃气轮机实验台附近布置声压测试阵列8，已标定的声压传感器装于声压测试阵列8上正对燃气轮机进气机匣2的位置并与数据采集仪器连接；加速度传感器分别贴于燃气轮机实验台的进气机匣辅助支撑1、中介机匣辅助支撑4、主支撑7、进气机匣2、压气机机匣3、中介机匣5、排气机匣6上表面；转速传感器安装于燃气轮机实验台内部各转子上方并正对贴于转子联轴器上的反光条。
69.3，启动数据采集仪器与数据监测与存储软件并进行初始化设置；启动调速装置控制燃气轮机实验台的驱动电机转速，使燃气轮机实验台处于不同工况，并通过数据采集仪器分别采集不同工况下振动噪声数据；
70.4，启动调速装置并保持驱动电机处于工况1，数据采集仪器开始记录数据，记录2到4组数据，每组数据记录时间为10秒；
71.5，启动调速装置并保持驱动电机处于工况2，数据采集仪器开始记录数据，记录2到4组数据，每组数据记录时间为10秒；
72.6，启动调速装置并保持驱动电机处于工况3，数据采集仪器开始记录数据，记录2到4组数据，每组数据记录时间为10秒；
73.7，停止记录数据、关闭调速装置；
74.8，水平移动声压测试阵列8位置使声压传感器正对燃气轮机中介机匣5位置；
75.9，重复步骤4、5、6、7；
76.10，水平移动声压测试阵列8位置使声压传感器正对燃气轮机排气机匣6位置；
77.11，重复步骤4、5、6、7；
78.12，在处理器中处理上述采集数据并利用相关方法进行分析，计算燃气轮机实验台相关振动传递路径及贡献量、噪声传递路径贡献量并分析其辐射特性。
79.在一个实施例中，控制器9用于驱动燃气轮机三转子转动，所述电机采用高速直流无级调速电机，高低压转子驱动电机型号为450w8000rpm，涡轮转子驱动电机型号为450w3000rpm。
80.如图2所示，在一个实施例中，所述用于振动测试的加速度传感器分别贴于燃气轮机实验台的进气机匣辅助支撑1、中介机匣辅助支撑4、主支撑7以及进气机匣2、压气机机匣3、中介机匣5和排气机匣6上表面；所述用于振动测试的加速度传感器采用pcb piezotronics公司生产的352c33型加速度传感器。
81.在本实施例中，所述转速传感器安装于燃气轮机实验台内部各转子上方并正对贴于转子联轴器上的反光条；所述转速传感器采用辉格公司生产的hg70-np型转速传感器，转速测量范围为1～30000rpm，满足本实用新型所述的实验装置的要求。
82.在一个实施例中，所述声压测试阵列8上设置有传感器夹具，用于安装声压传感器；所述传感器夹具为3d打印的树脂型夹具，所述声压传感器采用北京声科测声学技术有限公司生产的mnp21型测量声压传感器。
83.在本实施例中，所述加速度传感器、声压传感器、转速传感器与数据采集仪器连接；所述数据采集仪器与数据监测与存储软件连接。所述数据采集仪器采用杭州亿恒公司的mi-8008m型测试仪，所有传感器与数据采集仪器通过bnc母线连接。实验设置三种工况，分别是燃气轮机实验台升速工况、稳定运行工况以及降速工况。通过电机控制器9启动驱动电机开始工作，同时控制三个转子的转速。在相同时间里，低压转子转速从0rpm稳定升速到
6000rpm，高压转子转速从0rpm稳定升速到8000rpm，涡轮转子转速从0rpm稳定升速到3000rpm，模拟实际燃气轮机的升速工况。当燃气轮机实验台各转子达到额定转速时，进入稳定运行工况，即低压转子保持6000rpm、高压转子保持8000rpm、涡轮转子保持3000rpm稳定运行，模拟实际燃气轮机的稳定运行工况。实验台稳定运行一段时间后，进入降速工况，通过电机控制器9同时控制三个转子的转速，在相同停机时间内，低压转子转速从6000rpm稳定降速到0rpm，高压转子转速从8000rpm稳定降速到0rpm，涡轮转子转速从3000rpm稳定降速到0rpm，模拟实际燃气轮机的停机过程。通过本实施例所述的用于燃气轮机振动噪声测试分析的实验装置，能够得到燃气轮机实验台相关振动传递路径及贡献量、噪声传递路径贡献量及其辐射特性；相比于实机测试，该方法应用的燃气轮机实验台结构简单，易于加工与使用，可以很好地模拟燃气轮机整机振动与结构辐射噪声特性，试验成本低廉，可以为燃气轮机减振降噪研究提供实验支撑和理论支撑。
84.尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。