汽轮发电机组轴系扭振模拟试验台研制

号， 通过脉 冲时序法对齿形信号进行解调 ， 得到了相应的转 角变 对 地 短路 产 生 了更 大 的 冲击 负 荷 ， 系 的转 角 波 动更 大 。 时 ， 使轴 同 化 曲线 。 图 ６中存在清晰的 １ 次 冲击最大峰 ，说明轴 系的短路冲击正确 ０
３１试验 条件 ．
（） １驱动电机的转速为 ２ ０ｒ ｉ； ０ ０／ ｎ ｍ
（ ） 试时 间 为 ４ ｓ ２测 ０；
地传递到传感器。
４０
２ ０
（ ）０ 中后施 加 扰 动 １ ； ３１ｓ ０次 （ ） 用 频 率 ２ 瓶 道 ， 四个 通 道 。 ４采 ＭＨ 共
１ 引言
刚度越来越低 ， 而使轴系的扭转振动的危险越来越大。从 １６ 从 ９９
ｌ — ｏ ｇｌ・ ｃ ， 随着丁业技术的迅速发展 ， 能源的需求迅速增加 为 了满足 国外某公 司生产的汽轮发电机组在 美国 Ｃｅｏ Ｃ ｕｈｉ 发生叶 大约有 ４ ０多起扭振 故障发生 ， 造成 大的经 对能源的需求 ， 在电厂 中广泛使用大功率的发电机组 。随着发电 根断裂故障至今 ，
对地短路试验 电路 ， 如图 ５所示 。电路中电阻值为 ５ １。手 ０２ 动操作按钮 Ｓ 造成 ｌ Ｂ， ０次短路故障。
６ ． 惯性轮 ７轴系 ８电机座 ９ 荷电机 １． 台架 ＿ ． 负 Ｏ试验
在轴系 的末端安装 的载荷发生器 ， 可以通过控制电子负载，
模 轮 机 各 俄 荷 化，各 短 甩 荷 周 拟汽 发电 组的 牵 变 如 种 路、负 和 期
１ ５ １ ０
） 来自百度文库
图 ３ 甩 负荷 电路
￡、 、 刚： ｌ 广－ ； Ｒ 电阻 Ｓ Ｂ厂按钮。 平衡系统 。 当驱动电机 １ 转动时 ， 通过轴系 ７带动发电机（ 负荷 电 图中：。 ２ 厂发电机绕阻； 负荷； 、２
和电涡流传感 器来获取齿形信号 ， 该信号是调频信号 ， 采用脉冲 时序法来解调扭振信号 。
参 考文献
［ Ｊ 文军， １邵 郭世红． 全悬挂转炉倾 动机构的动态仿真及缓冲弹簧调整［ ｌ Ｊ＿ 冶金 设 备 ，０ ９５ ：３ １ ２ ０ （ ）１－ ６
５ 结 论
［］ ２ 刘翔 ， 刘美珑． 同步均载的转炉倾动￣ ［ Ｉ Ｌ 重型机械 ，００ １ ： １． Ｊ． ２０ （ ） － ９ １ ［］ ３ 刘宏昭 ， 苏志霄 ， 王建平 ， 全悬挂转炉倾动机构的动 力学仿真研究 等． ［］ Ｊ． 重型机械 ，９ ９ ６ ：３ ２ ． １９ （ ）２ — ７ ［ｊ ４ 王律躬 ， 于开盛 ， 孙清殿． 新型转炉倾动机构一多点啮合柔性传动动力 学的理论和试验结果分析【 ］ Ｊ＿ 冶金设备 ， ８ （ ） 一 ７ １ １３ ： ｌ． ９ ８ ［ ５ 李建宜． Ｊ 齿轮扭转啮合刚度的研究Ｅ ］ Ｄ． ： 太原 太原理． 大学，０ ６ ［ ２０． （） １分析 了转炉全悬挂倾 动机构的结构及传动特征 ， 备 ［ 张建云 ， 将设 ６］ 丘大谋． 一种求解直齿圆柱齿轮啮合 刚度的方法［ １ Ｊ． 西安建筑 简化为 １ ２自由度扭振系统 ，综合考虑系统各部件的转动惯量及 科技大学学报 ，９ ６６ ：３— ３ ． １９ （ ）Ｉ４ １７
以模 拟发 电机 组轴 系的各 种短路 、 负荷 、 甩 开路运行 等 工况 试验 台由伺服 驱动 系统 、 系工作 台 、 轴 数据
采 集 系统和载荷发 生 系统 四个部分 。试验 台的最 高转速 为 ８ ０ ｒ ｉ， ０ ０／ ｎ 载荷发 生器可产 生周期和 冲击激 ａ ｒ
励 ， 感器采 用电涡流位移传 感器 ， 集的数 据 由计 算机 软件进行 分析 处理 。 传 采 关键词 ： 扭振 ； 载荷发 生器 ； 电子 负载 ； 扭振试验 台 【 ｓ ａｔ ｈ ａｎｙ ｌ ｄ ｏ ｅ ｔｔｉｅｇ ｔ ｒｔ ｈ ｓｉ ｔｅｔｒｕ．ｅａ ｓ ｔｅｒｔ 厂ｔｅ Ａｂｔ ｃ】Ｔ ｅ ｍ ｉｌ ａ ｔ ｕｂｎ ｅ ｅａ ｒｓ ｓ ｈ ｏｑ ｅ ｃｕｅ ｈ ａｉ ｏ ｈ ｒ ｏ ｆｈ ‘ ｔ ｏ Ｂ ｏ ｌｎ ｔ ｔ ｉ ￣ｌ ｓｂｃ ｍ ｓｌ ｇ ．ｈ ｅａ ｖｌ ｒ ｏ ａ ｓｉｎ ｓ 彻ｄｔ ａｕｅ ＇ｑ ｅ ｃ ｅ ｔ ｃｕｅ ｅ ｇｈ ｏ ｔ ｒ ｉ ｅｏ ｅ ａ ｅ ｔｅｒｌ ｉｅ ｔ ｓ ｎ ｌ ｔ ｅｓ ｅｎ ｒ］ｅ ｕ ｎｙｏ ｔ ｒ ｔｒ ｓ ｗ ｕ ｒ ｔ ｙｏ ｉ ｆ ｆ ｈ ｔ ｒ ｆ ｈ ｓｕ
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图 １试 验 台的 组 成 ｌ司服 电机 ２弹 性 联轴 节 ３ 相 信 号 ４轴承 座 ５ 讯 齿轮 ＿ ｆ ． 耀 ． ． 发
图 ４ 转角 波 动 曲线
３ ． 对地 短路试验 ．２ ２
ｏ ｈ ｒ ｉｅ Ｇｅ ｅ ａ ｏｒ ａ ｔ ｆ ｅ Ｔｕ ｂｎ ｎ ｒ ｔ ｔ Ｓｈ ｆ
ＨＵ Ｊ ｎ ｈ ｎ ． ｕ — ｏ ｇ ＧＡＯ Ｆ ｌ ． ＵＮ Ｚ ｅ —ｕ ｅｌ Ｓ ｈ ｎ ｌ ｇ
（ ｈ ｎ ａ ｇＵｎｖ ｒｉ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｓ ｅ ｙ ｎ ０ ７ ｈｎ ） Ｓ ｅ ｙ ｎ ｉｅ ｓ ｙｏ ｃ ｎ ｌｇ ，ｈ ｎ ａ ｇ ｌ ８ ０ Ｃ ｉａ ｔ Ｔ １
２实验 台的构成及原理
试验台的轴 系由直流伺 服电动机 １ 动，电机的转 速误差 驱 为± ５转 。 驱动电机 １ 通过轴系 ７ 与负荷电机 ９相连接 ， 构成扭矩
机 ９发 电 。当 负荷 电机 ９的 电 子负 载产 生 变 动 时 ， 电机 的扭 矩 ） 发 发 生 变化 ， 轴 系 负荷 发 生变 化 ， 而产 生 扭 振 。通 过发 讯 齿 轮 ５ 使 从
机组功率的增加 ， 机组轴系越来越长， 长径 比越来越大 ， 相对扭转 济损失。 最近儿年 ， 在车辆和船舶 中也有扭振事故的相关报道 ，
★来稿 日期 ：０ １ １－ ７ ２ １－ ２ １
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３３ ｍ ，３ ２． ６ｍ ，４ ２． ７ｍ 。 ．４６ Ｚ： ７３ ／＝ Ｏ０
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ｈ ｉ ａ ｒ ｂ ￣ｎ ｄ ｂ ｌｃ ｒ ｄ ｖｓ ｌ ｏ ｓＴ ｅ ｄ ｔ ｎ ｓ ｓ ａ ｅ ｔ ｔ ｅｃ ｍ ｔｒ Ｔ ｅ ｓ ｎ ｓａ ｅ ｏ ｔ ｅ ｙ ｅ ｅ ｔｉ ｅ ｅ￣ ｒ． ｈ ａａ ａ ａｙ ｉ ｉ ｔｋ ｎ ｗｉ ｈ ｏ ｐｕｅ ． ｇｌ ｃ ｓ ｌ ｓ ｈ
ｒ ｅｒｔｒｔｅａｑ ｉｔ ｎａｄａａ ｓ ｙｔ ｅｓ ｎ ｓａｄｔｅｇｎｒｔｒ ｅｔｒｏａ 础 ． ｉ ｏ ｔ ｏ ， ｃｕｓｉ ｎ ｎ ｙｉｓｓ ｍ ｏ ｔ ｉ ａ ，ｎ ｅｅａｏ ｔ ｏｓ ｎ ｆ ｇｆ ｈ ｏ ｈ ｉｏ ｌ ｓ ｅ ｆ ｈ ｇｌ ｈ ｆ ｏ ｈ ｉｌ ｏ
刚度 ， Ｊ 分析 力学 方 法 的建 立 动力 学模 型 。 ２对 转 炉倾 动机 构 应日 ＝ １ ＝ （）
表 １某 厂 ３ ０ 转炉 全 悬挂 倾 动机 构 原始 数 据 ０ｔ
的中心大齿轮和与之啮合小 齿轮的时变啮合刚度 曲线进行 了二 次抛物线拟合 ， 得到一对齿轮啮合周期内时变啮合刚度的变化 曲 线 ３ 时变啮合刚度对 系统的低阶固有频率产生影响较小 ， （） 可以 忽略 计 ； 对系统 高阶固有频率影 响较大 ， 这埘分析系统高频 段 异常振动与故障诊 断具有积极意义。
图 ２扭振试验 台
５ 短路 试 验 电路
３试验 台检测结果
图中：ｌ 正厂发 电机绕 阻； 上２ 蝴
荷 。 厂一 ２ 电阻；Ｂ Ｓ 厂按钮。
地短路故障时的转角波动曲线 ， 如图 ６所示 。由图 ６可知 ，
在 设 计 的扭 振 模 拟 试 验 台上 ， 别 进 行 了 短路 、 负 荷 和周 转角波动的最大值约为 ６ 。 分 甩 ０ 。单相对地短路是三相不对称载荷的 期激励试验 ，通过同步数据采集卡 Ｐ Ｉ８ ２得到了齿形变化信 极端状态 ， Ｃ９１ 其转 角波动远远大于甩负荷 的转角波动值 ， 明单相 说
第 １ ０期
相关 的研 究正 在 在逐 渐 展 开 。
胡俊 宏等 ： 汽轮发 电机组 轴 系扭振 模拟试验 台研 制
针 对 汽 轮 发 电机 组 轴 系 设 ｝ 了扭 振模 拟试 验 台 ，可 以模 拟 ｔ －
汽轮发电机组的负荷波动 、 冲击 、 短路 周期波动等故障 ， 为研究扭
振 的特性 提 供 了一个 理 想 的研 究 平 台 。
机 械 设 计 与 制 造
９６ 文章编号 ：０ １ ３９ （０ ２ １— ０ ６ ０ １０ — ９ ７２ １ ）０ ０ ９ — ３ Ｍ ａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆ ｃｕ ｅ
第１ ０期 ２１ ０ ２年 ｌ Ｏ月
汽 轮 发 电机 组 轴 系扭 振 模 拟 试 验 台研 制
ｂｃｍｅｌ ｅ ｎ ｅｒｋｏ ｅｔｒｏａ ｖ ｒ ｉ ｉ ｓ Ｉｒｔｅｔ ｓ ｎｌ ｉｒ ｉ ｕｔ ｈｒ． ｅ ｅｏ ｏ ｒ ｄｔ ｉ ｔ ｏｓ ｎｌ ｉ ａｏ ｒｅ． ７ 厂 ｏ ｉ ａ ｖｂａｏ ｉ ｎ￣ｅ ｅｅ ｗ ａ ｈ ｓ ｆｈ ｉ ｂ ｔｎ ｓ Ａ ０ ｈ ｒｏ ｔ ｎ ｓ
Ｋｅ ｏｒ ｓ： ｒ ｉ ｙＷ ｄ Ｔｏ ｓｏｎａ ｂ ａ ｉ Ｌ０ａ ｎ ｒ ｔ ； ｅ ｔ ｏ ｉ ｌ Ｖｉ ｒ ｔ０ｎ； ｄ Ｇｅ ｅ ａ ０ｒ Ｅｌ ｃ ｒ ｎ ｃＬ０ａ Ｔｏ ｓｏｎ ｌＶｉ ａ ｉ ｎ ｇ ｄ； ｒ ｉ ａ ｂｒ ｔｏ Ｒｉ
中 图分 类 号 ： Ｈｌ ； Ｍ３ １ 文献标 识码 ： Ｔ ６ Ｔ １ Ａ
【 要】 摘 汽轮发电 机组轴系 主要承受扭转负 因为该轴系 荷， 的长径比 非常大，＾１ 十 ＾ ＾， ＂ ＾ ● 致使相对 ” ｌ 扭转刚度 ： 十
降低 ， 而使扭振 固有 频率 下降 ， 从 扭转振 动危 险增 高。针对扭 转振 动的特 点研 制 了扭振模 拟试验 台， 可
胡俊 宏 高 峰 孙振鲁 （ 阳工业大学 ， 阳 １０ ７ ） 沈 沈 ８ ０ １
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