CN103759815A - 利用噪声对定子铁心进行质量判别的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用噪声对定子铁心进行质量判别的方法，用以检验定子铁心装配质量，查找是否存在铁心压紧不实、松动、局部空腔等问题。在定子铁心磁化试验时，进行噪声声压级、1/3倍频程频谱、局部高点噪声测试；对噪声声压级取算术平均值，并计算冷态下与热态下的差值；冷态下与热态下噪声1/3倍频程绘制在同一个频谱图上，并比较频谱的差异；局部噪声相互间进行差值对比，确定最大局部噪声值；以定子铁心冷态下和热态下的噪声声压级差值不大于5dB、冷态下和热态下的噪声1/3倍频程频谱图无异常差别、最大局部噪声级差值不大于3dB，作为噪声对定子铁心质量判别的依据。

Description

利用噪声对定子铁心进行质量判别的方法

技术领域：

本发明涉及一种利用噪声对定子铁心进行质量判别的方法。

背景技术：

定子铁心是发电机磁路的通道，是由多层彼此间距0.5毫米厚绝缘层的硅钢片构成，它们之间相互绝缘，这种结构减少了定子铁心内的涡流，避免了不必要的磁电损失。定子铁心硅钢片装配时需要压紧，以防止松动。

定子铁心磁化试验是大型发电机制造生产过程中必须进行的例行检查项目，用于发电机定子铁心装配和绝缘质量的检验。定子铁心磁化试验利用专用的励磁线圈，接入单相交流电源，在铁心内部造成交变的磁通（接近饱和状态），使铁心产生涡流损耗并且温度升高，测试定子铁心各点温度、励磁损耗，计算铁心温升和单位重量的损耗。按照的《GB/T20835-2007发电机定子铁心磁化试验导则》的规定，定子铁心磁化试验的质量判别有三项，其一，铁心最大温升的限值为25K；其二，铁心相同部位（定子齿或槽）温差的限值为15K；其三，定子铁心比损耗值应不大于所用硅钢片的标准比损耗的1.3倍。

由于定子铁心磁化试验时，交变磁场在铁心内产生涡流损耗，铁心相当于单相负载运行，产生的损耗能达到几百千瓦，这些损耗产生的热量使铁心温度升高，温度升高使铁心硅钢片体积膨胀。定子铁心磁化试验时会产生噪声，噪声的主要来源是定子铁心硅钢片在交变的磁通下产生的振动引起的。在定子铁心磁化试验刚开始5min之内，铁心温度还没升高，定子铁心处于冷状态下；在定子铁心磁化试验进行到30min，铁心温度已经升高，定子铁心已经达到热状态下。

冷态下和热态下，由于硅钢片体积和间隙大小的不同，铁心硅钢片产生的振动和噪声是不相同的。铁心质量合格的发电机，在正常运行时硅钢片体积和间隙大小变动在允许的范围内，冷态下和热态下噪声差别也不大；如果存在铁心压紧不实、松动、局部空腔，硅钢片体积和间隙大小变动明显，冷态下和热态下噪声差别就会很大。基于这种情况，发明一种利用噪声对定子铁心进行质量判别的方法。

发明内容：

本发明是一种利用噪声对定子铁心进行质量判别的方法，以检验定子铁心装配质量，查找是否存在铁心压紧不实、松动、局部空腔等问题。本发明的技术方案为：

步骤一：噪声测试：

在铁心磁化试验时进行噪声测试，测试项目有三项：（1）、噪声声压级测试；（2）、1/3倍频程的测试；（3）、局部高点噪声的测试；

a）噪声声压级的测点均匀分布在机座两侧，每一侧至少7个侧点，在机座两个端部至少三个测点，测试距离为1m，测试高度为发电机中心线高度，在铁心磁化试验开始的第5分钟和试验进行到第30分钟后分别进行噪声测试，第5分钟的测试值作为冷态时的噪声，第30分钟的测试值作为热态时的噪声；

b)噪声1/3倍频程的测点有四点，在机座两侧每一侧的中部各有一个测点，在两个端部每一端部的中部各有一个测点，测试距离为1m，测试高度为发电机中心线高度，分别在铁心磁化试验开始的第5分钟和试验进行到第30分钟后分别进行测试，第5分钟的测试值作为冷态时的噪声，第30分钟的测试值作为热态时的噪声；

c)在噪声声压级测试过程中，若发现噪声偏高的现象，对噪声偏高部位进行局部高点噪声的测试，局部高点测试范围为机座上20cm×20cm的区域,该区域内均匀分布上、中、下各三点，测点共为九点，测试距离为10cm；

步骤二：数据处理：

对步骤一a）中所述各测点测试的噪声声压级取算术平均值，冷态下噪声声压级测试值，即为第5分钟测试值；热态下噪声声压级测试值，即为第30分钟测试值，并计算冷态下与热态下噪声声压级的差值；

对步骤一b)中所述各测点的1/3倍频程绘制在同一个频谱图上，冷态下1/3倍频程测试值，即为第5分钟测试值；热态下1/3倍频程测试值，即为第30分钟测试值，在频谱图上比较冷态下和热态下频谱的差异；

对步骤一c)中局部噪声九点的测试值，相互间进行差值对比，其中差值最大的作为最大局部噪声级值；

步骤三：质量判定：

定子铁心磁化试验时通过噪声对定子铁心质量判别，按照以下三项进行判别：

A）铁心冷态下和热态下的噪声声压级差值，不大于5dB，dB为噪声单位，无量纲；如果差值大于5dB,则存在铁心松动的现象；

B）铁心冷态下和热态下的噪声1/3倍频程频谱图，应无异常差别；如果二者的频谱图明显异常,则存在铁心松动的现象；

C）最大局部噪声级差值，不大于3dB；如果最大局部噪声相差3dB以上,则铁心存在局部松动的现象。

基于定子铁心的硅钢片结构和定子铁心磁化试验的磁热效应产生振动噪声，通过测试分析噪声，进行铁心压紧不实、松动、局部空腔的一种检测和判断；这种方法是对《GB/T20835-2007发电机定子铁心磁化试验导则》规定的温升限值和比损耗限值质量判定方法的扩展和补充，而且当温升和比损耗无法进行质量判定时，利用噪声对定子铁心进行质量判别有很大的优势：

利用噪声进行定子铁心进行质量判别使用常规噪声仪表、测点灵活、方法简单、不需要特殊的试验要求；常规噪声频谱测试仪都具有“A”计权、“Z”计权和1/3倍频程的测试功能，可以满足本发明需要的噪声测试。“A”计权是模拟人耳对声音的相应，对中、低频段声音有较大衰减。“Z”计权是对频率范围20Hz到20kHz的水平响应。人耳可闻声音的频率范围为20Hz～20kHz，把这个声频范围划分若干个频率段，称为频程或频带；在噪声测量中，常用的是倍频程和1/3倍频程；倍频程是指频率的上下限之比为f2:f1=2:1频带。为了更详细地描述噪声的频谱，把一个倍频程再细分为三段小频带，称为1/3频程。由于常规噪声频谱测试仪是便携式仪表，体积小，重量轻，移动方便，很容易采集到不同测点的噪声测试数据；《GB/T 20835-2007发电机定子铁心磁化试验导则》规定的汽轮发电机的定子铁心磁化试验时间为45min,水轮发电机的定子铁心磁化试验时间为90min，满足本发明噪声测试在30min内的要求，不需要延长试验时间，也不需要特殊工况的要求。

利用噪声对定子铁心进行质量判别方法是一种新判别方法，这种方法无论对铁心整体还是局部的松动现象，都有其独到之处。尤其是1/3倍频程频谱对比图，无论直观性还是从铁心噪声产生机理，对定子铁心进行质量判别都是一种强有力的证实方法。

附图说明：

图1噪声声压级测点位置图

图2噪声1/3倍频程测点位置图

图3局部噪声声压级测试示意图

图4局部噪声声压级测试放大图

图51/3倍频程的各次噪声频率与序号的对应表

图6噪声1/3倍频程频谱对比图

具体实施方式：

一种利用噪声对定子铁心进行质量判别的方法，其实施方式为：

步骤一：噪声测试：

在铁心磁化试验时进行噪声测试，测试项目有三项：（1）、噪声声压级测试；（2）、1/3倍频程测试；（3）、局部高点噪声测试；

a）噪声声压级的测点均匀分布在机座两侧，每一侧至少7个侧点，在机座两个端部至少三个测点，测试距离为1m，测试高度为发电机中心线高度，在铁心磁化试验开始的第5分钟和试验进行到第30分钟后分别进行噪声测试，第5分钟的测试值作为冷态时的噪声，第30分钟的测试值作为热态时的噪声；

b)噪声1/3倍频程的测点有四点，在机座两侧每一侧的中部各有一个测点，在两个端部每一端部的中部各有一个测点，测试距离为1m，测试高度为发电机中心线高度，分别在铁心磁化试验开始的第5分钟和试验进行到第30分钟后分别进行测试，第5分钟的测试值作为冷态时的噪声，第30分钟的测试值作为热态时的噪声；

c)在噪声声压级测试过程中，若发现噪声偏高的现象，对噪声偏高部位进行局部高点噪声的测试，局部高点测试范围为机座上20cm×20cm的区域,该区域内均匀分布上、中、下各三点，测点共为九点，测试距离为10cm；

步骤二：数据处理：

对步骤一a）中所述各测点测试的噪声声压级取算术平均值，冷态下噪声声压级测试值，即为第5分钟测试值；热态下噪声声压级测试值，即为第30分钟测试值，并计算冷态下与热态下噪声声压级的差值；

对步骤一b)中所述各测点的1/3倍频程绘制在同一个频谱图上，冷态下1/3倍频程测试值，即为第5分钟测试值；热态下1/3倍频程测试值，即为第30分钟测试值，在频谱图上比较冷态下和热态下频谱的差异；

对步骤一c)中局部噪声九点的测试值，相互间进行差值对比，其中差值最大的作为最大局部噪声级值；

步骤三：质量判定：

定子铁心磁化试验时通过噪声对定子铁心质量判别，按照以下三项进行判别：

A）铁心冷态下和热态下的噪声声压级差值，不大于5dB，dB为噪声单位，无量纲；如果差值大于5dB,则存在铁心松动的现象；

B）铁心冷态下和热态下的噪声1/3倍频程频谱图，应无异常差别；如果二者的频谱图明显异常,则存在铁心松动的现象；

C）最大局部噪声级差值，不大于3dB；如果最大局部噪声相差3dB以上,则铁心存在局部松动的现象。

本发明结合具体实例具体实施内容如下：

选择噪声测试仪器的精度等级为1级的声级计，该声级计应能进行A计权、Z计权噪声测试，还能进行1/3倍频程的测试。选择一台已经铁心装压完毕的发电机定子机座，此时发电机还没有装转子和转轴。

本发明具体实施方式的三个主要步骤如下：

步骤一：噪声测试。

按图1所示噪声声压级的测点均匀分布在机座两侧，每一侧至少7个侧点，在机座两个端部至少三个测点，测试距离为1m，测试高度为发电机中心线高度，在铁心磁化试验开始的第5分钟和试验进行到第30分钟后分别进行噪声测试，第5分钟的测试值作为冷态时的噪声，第30分钟的测试值作为热态时的噪声；噪声声压级的计权方式选择“A”计权，快慢方式选择“慢”的方式。测试的相邻两点的噪声测试值，应不大于3dB；若相邻两点大于3dB，这两点之间增加测点。在测试过程中，标记出噪声的较高点。

按图2所示噪声1/3倍频程的测点有四点，在机座两侧每一侧的中部各有一个测点，在两个端部每一端部的中部各有一个测点，测试距离为1m，测试高度为发电机中心线高度，分别在铁心磁化试验开始的第5分钟和试验进行到第30分钟后分别进行测试，第5分钟的测试值作为冷态时的噪声，第30分钟的测试值作为热态时的噪声；1/3倍频程频谱测试的计权方式选择为“Z”计权。

在噪声声压级测试过程中，若发现噪声偏高的现象，对噪声偏高部位进行局部高点噪声的测试，按图3、图4所示，确定测试范围和测点，局部高点测试范围为机座上20cm×20cm的区域,该区域内均匀分布上、中、下各三点，测点共为九点，测试距离为10cm；噪声声压级的计权方式选择“A”计权，快慢方式选择“慢”的方式。

步骤二：数据处理。

对各测点测试的噪声声压级取算术平均值，冷态下噪声声压级测试值，即为第5分钟测试值；热态下噪声声压级测试值，即为第30分钟测试值，并计算冷态下与热态下噪声声压级的差值；噪声声压级算术平均值计算公式，见公式（1）：

…………………………公式（1）

式中：

P_i:各测点噪声声压级的测试值，dB；

n:测点数；

各测点噪声声压级算术平均值，dB。

冷态下与热态下噪声声压级的差值的计算公式，见公式（2）：

ΔP₁＝P_c-P_h…………………………公式（2）

式中：

P_c：冷态下噪声声压级，dB；

P_h：热态下噪声声压级，dB；

ΔP₁: 冷态下和热态下噪声声压级的差值，dB。

对冷态下（第5分钟）和热态下（第30分钟）各测点测试的1/3倍频程绘制在同一个频谱图上，其中频谱图的横坐标为1/3倍频程各频程的序号,1/3倍频程的各次噪声频率与序号的对应表见图5；纵坐标为1/3倍频程各频程的噪声测试值。在图中绘制冷态下和热态下的1/3倍频程频谱图，如图6所示。

对图4中局部噪声九点的测试值，相互间进行差值对比，局部噪声差值的计算公式如下：

ΔP₂＝P_k-P_q…………………………公式（3）

式中：

P_k，P_q：局部噪声任意两测点的测试值，dB；

ΔP₂:局部噪声任意两测点测试值的差值，dB。

局部噪声差值中差值最大的，作为最大局部噪声级值。

步骤三：质量判定。

定子铁心磁化试验时通过噪声对定子铁心质量判别，按照以下三项进行判别：

A）铁心冷态下和热态下的噪声声压级差值，不大于5dB；如果差值大于5dB,则存在铁心松动的现象。

B）铁心冷态下和热态下的噪声1/3倍频程频谱图，应无异常差别；如果二者的频谱图明显异常,则存在铁心松动的现象。

C）最大局部噪声级差值，不大于3dB；如果最大局部噪声相差3dB以上,则铁心存在局部松动的现象。

测试实例：

如图6所示，图中的两条噪声频谱为一台300MW的汽轮发电机进行铁心磁化试验时，测试的同一位置冷态下和热态下的1/3倍频程频谱图。可以看出从序号17（800Hz）到序号25（5000Hz），二者（冷态下和热态下）频谱图发生分离，噪声频谱相差很大。这种噪声频谱的异常差别说明：冷态下和热态下硅钢片体积和间隙大小变化很大，存在铁心松动的现象。

Claims (1)

1.一种利用噪声对定子铁心进行质量判别的方法，其特征是：

步骤一：噪声测试：

在铁心磁化试验时进行噪声测试，测试项目有三项：（1）、噪声声压级测试；（2）、1/3倍频程测试；（3）、局部高点噪声测试；

a）噪声声压级的测点均匀分布在机座两侧，每一侧至少7个侧点，在机座两个端部至少三个测点，测试距离为1m，测试高度为发电机中心线高度，在铁心磁化试验开始的第5分钟和试验进行到第30分钟后分别进行噪声测试，第5分钟的测试值作为冷态时的噪声，第30分钟的测试值作为热态时的噪声；

b)噪声1/3倍频程的测点有四点，在机座两侧每一侧的中部各有一个测点，在两个端部每一端部的中部各有一个测点，测试距离为1m，测试高度为发电机中心线高度，分别在铁心磁化试验开始的第5分钟和试验进行到第30分钟后分别进行测试，第5分钟的测试值作为冷态时的噪声，第30分钟的测试值作为热态时的噪声；

c)在噪声声压级测试过程中，若发现噪声偏高的现象，对噪声偏高部位进行局部高点噪声的测试，局部高点测试范围为机座上20cm×20cm的区域,该区域内均匀分布上、中、下各三点，测点共为九点，测试距离为10cm；

步骤二：数据处理：

对步骤一a）中所述各测点测试的噪声声压级取算术平均值，冷态下噪声声压级测试值，即为第5分钟测试值；热态下噪声声压级测试值，即为第30分钟测试值，并计算冷态下与热态下噪声声压级的差值；

对步骤一b)中所述各测点的1/3倍频程绘制在同一个频谱图上，冷态下1/3倍频程测试值，即为第5分钟测试值；热态下1/3倍频程测试值，即为第30分钟测试值，在频谱图上比较冷态下和热态下频谱的差异；

对步骤一c)中局部噪声九点的测试值，相互间进行差值对比，其中差值最大的作为最大局部噪声级值；

步骤三：质量判定：

定子铁心磁化试验时通过噪声对定子铁心质量判别，按照以下三项进行判别：

A）铁心冷态下和热态下的噪声声压级差值，不大于5dB，dB为噪声单位，无量纲；如果差值大于5dB,则存在铁心松动的现象；

B）铁心冷态下和热态下的噪声1/3倍频程频谱图，应无异常差别；如果二者的频谱图明显异常,则存在铁心松动的现象；

C）最大局部噪声级差值，不大于3dB；如果最大局部噪声相差3dB以上,则铁心存在局部松动的现象。

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