CN104764607B - 汽轮机转子故障模拟实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械故障模拟的技术领域。为了解决目前汽轮机转子故障模拟实验装置容易导致部件损坏的问题，本发明提出一种汽轮机转子故障模拟实验系统，该系统包括动力装置、汽轮机高压缸模拟装置、汽轮机中低压缸模拟装置、制动装置和底座，所述动力装置、所述汽轮机高压缸模拟装置、所述汽轮机中低压缸模拟装置和所述制动装置依次排列并固定于所述底座上；所述动力装置的输出轴与所述第一旋转轴连接，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴连接，所述第二旋转轴与所述动态扭矩传感器连接。使用本发明一方面避免了由于拆装可能对实验部件产生的损坏；另一方面也有利于实验数据的获取，方便对汽轮机转子故障的研究。

Description

汽轮机转子故障模拟实验系统

技术领域

本发明属于机械故障模拟的技术领域，具体涉及一种汽轮机转子故障模拟实验系统。

背景技术

汽轮机单机功率大，转速高，而且工作过程中会产生高温，高压，高应力，因此汽轮机故障率较高，而汽轮机发生故障后对工厂的生产效率影响很大，所以汽轮机的故障诊断问题历来备受重视。

为了保证设备可靠运行，获得更大的经济效益和社会效益，需要及时地、准确地对机械设备的各种异常状态或故障状态进行诊断，以预防或消除故障。由于汽轮机自身特征的限制，研究其特性时比较困难，目前通常是对汽轮机的转子进行模拟实验，以对汽轮机转子的故障进行研究，找出产生故障的原因及故障的解决方法。现有的汽轮机转子故障模拟实验装置包括联轴器、电机等部件，每台装置每次只能模拟一种类型的故障；当需要模拟多种或其它类型的故障时，就需要更换相应的实验部件，比如联轴器、电机等部件，而联轴器、电机等部件更换时需要进行拆装，使用很不方便，而且多次拆装容易导致部件损坏，也不利于实验数据的获取。

发明内容

为了解决目前汽轮机转子故障模拟实验装置容易导致部件损坏的问题，本发明提出一种汽轮机转子故障模拟实验系统，以在不更换部件的情况下模拟汽轮机转子多种类型的故障，对汽轮机转子故障的研究更方便。

本发明一种汽轮机转子故障模拟实验系统包括动力装置、汽轮机高压缸模拟装置、汽轮机中低压缸模拟装置、制动装置和底座，所述动力装置、所述汽轮机高压缸模拟装置、所述汽轮机中低压缸模拟装置和所述制动装置依次排列并固定于所述底座上；所述汽轮机高压缸模拟装置包括第一旋转轴和第一质量盘，所述第一质量盘套设于所述第一旋转轴上；所述汽轮机中低压缸模拟装置包括第二旋转轴和两个第二质量盘，所述两个第二质量盘均套设于所述第二旋转轴上；所述制动装置包括动态扭矩传感器和磁粉制动器，所述动态扭矩传感器和所述磁粉制动器通过联轴器连接；所述动力装置的输出轴与所述第一旋转轴连接，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴连接，所述第二旋转轴与所述动态扭矩传感器连接。

所述汽轮机高压缸模拟装置还包括两个第一滑动轴承，该两个第一滑动轴承套设于所述第一旋转轴上并位于所述第一质量盘的两侧，所述第一滑动轴承与液压装置连接；所述第一旋转轴和第一质量盘上均设置有螺纹孔，所述第一旋转轴上还连接有电涡流传感器。

所述汽轮机中低压缸模拟装置还包括两个第二滑动轴承，该两个第二滑动轴承套设于所述第二旋转轴上并位于所述第二质量盘的两侧，所述第二滑动轴承与液压装置连接；所述第二旋转轴和所述第二质量盘上均设置有螺纹孔，所述第二旋转轴上还连接有电涡流传感器。

所述电涡流传感器连接有信息处理装置，所述电涡流传感器将检测到的振动信号发送给所述信息处理装置进行处理。

所述动力装置包括电机。

所述电机设置在电机支座上，且该电机支座固定在所述底座上。

所述汽轮机高压缸模拟装置还包括第一滑动轴承支座和电涡流传感器支座，所述第一滑动轴承支座和所述电涡流传感器支座固定于所述底座上，所述第一滑动轴承固定于所述第一滑动轴承支座上，所述电涡流传感器固定于所述电涡流传感器支座上；所述汽轮机中低压缸模拟装置还包括第二滑动轴承支座和电涡流传感器支座，所述第二滑动轴承支座和所述电涡流传感器支座固定于所述底座上，所述第二滑动轴承固定于所述第二滑动轴承支座上，所述电涡流传感器固定于电涡流传感器支座上。

所述底座上固定有调节件，该调节件包括支撑座和调节螺栓，所述支撑座固定于所述底座上，所述调节螺栓安装于所述支撑座上，且所述调节螺栓的抵靠端抵住所述第一滑动轴承支座或第二滑动轴承支座。

所述调节螺栓的抵靠端为半球形。

所述第一质量盘上的螺纹孔以第一质量盘的圆心为中心均匀分布；所述第二质量盘上的螺纹孔以第二质量盘的圆心为中心均匀分布。

本发明汽轮机转子故障模拟实验系统具有如下的有益效果：

本发明汽轮机转子故障模拟实验系统能够实现不平衡、不对中、碰磨、油膜振荡和油膜涡动等故障模拟实验。在需要模拟汽轮机转子多种类型的故障时，不用更换联轴器、电机等实验部件，也就不需要对实验部件进行拆装，这样一方面避免了由于拆装可能对实验部件产生的损坏；另一方面也有利于实验数据的获取，方便对汽轮机转子故障的研究。

本发明的电涡流传感器用于对故障信号的采集，通过分析采集到的故障信号，能够得出影响转子故障的原因，这样在汽轮机的维护过程中，尽量消除影响转子故障的原因，以减少汽轮机在运行过程中故障出现的几率，提高汽轮机的使用寿命；同时通过分析采集到的故障信号，建立起故障征兆与故障之间的映射关系，在汽轮机转子出现故障时，以及时准确地诊断出故障类型及原因，缩短解决故障的时间。

调节件的调节螺栓的抵靠端为半球形，这样第一滑动轴承支座或第二滑动轴承支座受力更均匀，提高了调节件调节第一滑动轴承支座或第二滑动轴承支座的位置的精度。

附图说明

图1为本发明汽轮机转子故障模拟实验系统的结构示意图；

图2为本发明汽轮机转子故障模拟实验系统的动力装置的结构示意图；

图3为本发明汽轮机转子故障模拟实验系统的汽轮机高压缸模拟装置的结构示意图；

图4为本发明汽轮机转子故障模拟实验系统的汽轮机中低压缸模拟装置的结构示意图；

图5为本发明汽轮机转子故障模拟实验系统的制动装置的结构示意图；

图6为本发明汽轮机转子故障模拟实验系统的调节杆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1-图6介绍本发明的技术方案。

本发明汽轮机转子故障模拟实验系统包括动力装置1、汽轮机高压缸模拟装置2、汽轮机中低压缸模拟装置3、制动装置4和底座5，动力装置1、汽轮机高压缸模拟装置2、汽轮机中低压缸模拟装置3和制动装置4依次排列并固定于底座5上。汽轮机高压缸模拟装置2包括第一旋转轴2-1和第一质量盘2-6，第一质量盘2-6套设于第一旋转轴2-1上。汽轮机中低压缸模拟装置3包括第二旋转轴3-8和两个第二质量盘3-5，两个第二质量盘3-5均套设于第二旋转轴3-8上，且两个第二质量盘之间有间距。制动装置4包括动态扭矩传感器4-1和磁粉制动器4-4，动态扭矩传感器4-1和磁粉制动器4-4通过联轴器连接。动力装置1的输出轴与第一旋转轴2-1连接，第一旋转轴2-1与第二旋转轴3-8连接，第二旋转轴3-8与动态扭矩传感器4-1连接。

下面详细介绍本发明的每一部分的结构。

如图2所示，动力装置1包括电机1-1、电机支座1-2和联轴器1-3，电机1-1固定于电机支座1-2上，电机1-1的输出轴与联轴器1-3连接，电机支座1-2固定于底座5上。

如图3所示，汽轮机高压缸模拟装置包括第一旋转轴2-1、第一质量盘2-6、两个第一滑动轴承2-3、两个电涡流传感器2-4、两个第一滑动轴承支座2-2和两个电涡流传感器支座2-5。第一质量盘2-6套设于第一旋转轴2-1上，两个第一滑动轴承2-3均套设于第一旋转轴2-1上，且两个第一滑动轴承2-3位于第一旋转轴2-1的两侧。第一质量盘2-6上设置有若干个螺纹孔，该若干个螺纹孔以第一质量盘的圆心为中心均匀分布，通过在第一质量盘2-6上安装不同数目的螺栓来调节第一质量盘2-6的质量，实现第一质量盘2-6质量分布不平衡，在第一旋转轴2-1旋转过程中，第一质量盘2-6质量分布不均会对第一旋转轴2-1的旋转产生影响，使第一旋转轴2-1产生一定的振动，从而模拟出汽轮机转子不平衡的故障。第一滑动轴承2-3与液压装置(图中未示出)连接，液压装置为第一滑动轴承2-3提供润滑油。第一旋转轴2-1上还连接有电涡流传感器2-4，该电涡流传感器2-4位于第一滑动轴承2-3和第一质量盘2-6之间并靠近第一滑动轴承2-3，电涡流传感器2-4用于采集在模拟实验过程中第一旋转轴2-1产生的振动信号，并将采集到的振动信号发送给信息处理装置(图中未示出)，信息处理装置对电涡流传感器2-4采集到的振动信号进行处理分析，例如对振动信号进行频域分析和时域分析，然后根据振动信号的振动特征、振动频率对汽轮机转子的故障进行诊断研究。第一滑动轴承支座2-2用于安装第一滑动轴承2-3并固定在底座5上。电涡流传感器支座2-5用于安装电涡流传感器2-4并固定于底座5上。

如图4所示，汽轮机中低压缸模拟装置包括第二旋转轴3-8、两个第二质量盘3-5、两个第二滑动轴承3-2、两个第二滑动轴承支座3-1和两个电涡流传感器支座3-3。两个第二质量盘3-5均套设于第二旋转轴3-8上，且两个第二质量盘3-5位置相邻，第二质量盘3-5上设置有若干个螺纹孔，该若干个螺纹孔以第二质量盘3-5的圆心为中心均匀分布，第二质量盘3-5上设置螺纹孔的作用与第一质量盘2-6上设置螺纹孔的作用相同。两个第二滑动轴承3-2均套设于第二旋转轴3-8上，且两个第二滑动轴承3-2位于第二质量盘3-5的两侧，第二滑动轴承3-2与液压装置(图中未示出)连接，液压装置为第二滑动轴承3-2提供润滑油。第二旋转轴3-8上还连接有电涡流传感器3-4，该电涡流传感器3-4位于第二滑动轴承3-2和第二质量盘3-5之间并靠近第二滑动轴承3-2，电涡流传感器3-4用于采集在模拟实验过程中第二旋转轴3-8产生的振动信号，并将采集到的振动信号发送给信息处理装置(图中未示出)，信息处理装置对电涡流传感器3-4采集到的振动信号进行处理分析，例如对振动信号进行频域分析和时域分析，然后根据振动信号的振动特征、振动频率对汽轮机转子的故障进行诊断研究。第二滑动轴承支座3-1用于安装第二滑动轴承3-2并固定于底座5上。电涡流传感器支座3-3用于安装电涡流传感器3-4并固定于底座5上。

如图5所示，制动装置4包括动态扭矩传感器4-1、磁粉制动器4-4、动态扭矩传感器支座4-2和磁粉制动器支座4-5。动态扭矩传感器4-1用于测量第二旋转轴3-8的扭矩，测量得到的扭矩可以反应汽轮机转子故障模拟实验系统的负载能力。磁粉制动器4-4作为本发明的负载，使得本发明可以模拟不同转速、变转速和不同负载下汽轮机的工作情况。动态扭矩传感器支座4-2用于安装动态扭矩传感器4-1并固定于底座5上。磁粉制动器支座4-5用于安装磁粉制动器4-4并固定于底座5上。

汽轮机转子故障模拟实验系统中，电机1-1与第一旋转轴2-1通过联轴器1-3连接，第一旋转轴2-1与第二旋转轴3-8通过联轴器2-7连接，第二旋转轴3-8与动态扭矩传感器4-1通过联轴器3-6连接，动态扭矩传感器4-1与磁粉制动器4-4通过联轴器4-3连接。

如图6所示，调节件2-8包括调节螺栓2-8a和支撑座2-8b，支撑座2-8b为T型结构并固定于底座5上，调节螺栓2-8a安装于支撑座2-8b上，且调节螺栓2-8a的抵靠端抵住第一滑动轴承支座2-2或第二滑动轴承支座3-1，且抵靠端为半球形。在使用本发明进行模拟实验时，通过改变调节螺栓2-8a抵住第一滑动轴承支座2-2或第二滑动轴承支座3-1的力量的大小，使第一滑动轴承支座2-2和/或第二滑动轴承支座发生倾斜，从而使第一旋转轴2-1与第二旋转轴3-8不同轴，进而模拟不对中的故障。螺栓2-8a的抵靠端为半球形，这样第一滑动轴承支座2-2或第二滑动轴承支座3-1受力更均匀，提高了使用调节件2-8调节第一滑动轴承支座2-2或第二滑动轴承支座3-1的位置的精度。

使用本发明能够模拟汽轮机转子不对中故障、碰磨故障、不平衡故障、油膜涡动和油膜振荡故障，下面介绍上述故障的模拟过程。

1.不对中故障

将第一滑动轴承支座2-2与底座5连接的螺栓拧开，在第一滑动轴承支座2-2下面放入垫片，然后再将第一滑动轴承支座2-2固定于底座5上，这将使第一旋转轴2-1偏移而造成不对中，从而模拟轴向不对中的故障。同样也可以在第二滑动轴承支座3-1下加垫片或者同时在第一滑动轴承支座2-2和第二滑动轴承支座3-1下加垫片，以模拟轴向不对中的故障。

松动第一滑动轴承支座2-2的T型螺栓，通过调节件2-8抵住第一滑动轴承支座2-2使第一滑动轴承支座2-2产生微小偏移量，第一旋转轴2-1产生微小移动，以模拟径向不对中的故障。同样也可以松动第二滑动轴承支座3-1的T型螺栓或者同时松动第一滑动轴承支座2-2和第二滑动轴承支座3-1的T型螺栓，以模拟径向不对中的故障。

2.碰磨故障

在第一旋转轴2-1的螺纹孔中安装螺钉，通过螺钉与第一旋转轴2-1的碰磨模拟碰磨故障，且通过调节螺钉在第一旋转轴2-1的螺纹孔中的伸入量，改变碰磨力的大小，从而可以模拟不同程度的碰磨故障，若需要更加精确的模拟轻微碰磨故障则可以选择细牙螺钉。同样也可以在第二旋转轴3-8的螺纹孔中安装螺钉以模拟碰磨故障。

3.不平衡故障

通过在第一质量盘2-6和/或第二质量盘3-5的螺纹孔中安装螺栓，使第一质量盘2-6和/或第二质量盘3-5一侧的质量分布不平衡，以模拟不平衡故障，且通过改变安装螺栓的数目来实现不同程度的不平衡。

4.油膜涡动和油膜振荡故障

操作人员在汽轮机的实际应用中发现，发生油膜涡动与油膜振荡故障时，会伴随发生质量盘的改变、滑动轴承轴瓦间隙的改变和滑动轴承进油孔的直径的改变的现象发生。因此，通过在第一旋转轴2-1和/或第二旋转轴3-8上安装不同数目的质量盘，调节第一滑动轴承2-3和/或第二滑动轴承3-2的轴瓦间隙，改变第一滑动轴承2-3和/或第二滑动轴承3-2的进油孔的直径，调节电机1-1的转速等措施就可以模拟油膜涡动与油膜振荡故障。

本发明还能够通过改变第二滑动轴承支座3-1和第一滑动轴承支座2-2在底座5上的固定位置，以使第二滑动轴承支座3-1和第一滑动轴承支座2-2之间的相对位置改变，以及更换第一旋转轴2-1、第二旋转轴3-8和质量盘，从而匹配不同型号的汽轮机，以模拟相应的故障类型。

Claims (10)

1.一种汽轮机转子故障模拟实验系统，其特征在于，该系统包括动力装置、汽轮机高压缸模拟装置、汽轮机中低压缸模拟装置、制动装置和底座，所述动力装置、所述汽轮机高压缸模拟装置、所述汽轮机中低压缸模拟装置和所述制动装置依次排列并固定于所述底座上；所述汽轮机高压缸模拟装置包括第一旋转轴和第一质量盘，所述第一质量盘套设于所述第一旋转轴上；所述汽轮机中低压缸模拟装置包括第二旋转轴和两个第二质量盘，所述两个第二质量盘均套设于所述第二旋转轴上；所述制动装置包括动态扭矩传感器和磁粉制动器，所述动态扭矩传感器和所述磁粉制动器通过联轴器连接；所述动力装置的输出轴与所述第一旋转轴连接，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴连接，所述第二旋转轴与所述动态扭矩传感器连接；所述第一旋转轴和所述第二旋转轴上设置有安装螺钉用的螺纹孔。

2.根据权利要求1所述的汽轮机转子故障模拟实验系统，其特征在于，所述汽轮机高压缸模拟装置还包括两个第一滑动轴承，该两个第一滑动轴承套设于所述第一旋转轴上并位于所述第一质量盘的两侧，所述第一滑动轴承与液压装置连接；所述第一质量盘上设置有螺纹孔，所述第一旋转轴上还连接有电涡流传感器。

3.根据权利要求2所述的汽轮机转子故障模拟实验系统，其特征在于，所述汽轮机中低压缸模拟装置还包括两个第二滑动轴承，该两个第二滑动轴承套设于所述第二旋转轴上并位于所述第二质量盘的两侧，所述第二滑动轴承与液压装置连接；所述第二质量盘上设置有螺纹孔，所述第二旋转轴上还连接有电涡流传感器。

4.根据权利要求3所述的汽轮机转子故障模拟实验系统，其特征在于，所述电涡流传感器连接有信息处理装置，所述电涡流传感器将检测到的振动信号发送给所述信息处理装置进行处理。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的汽轮机转子故障模拟实验系统，其特征在于，所述动力装置包括电机。

6.根据权利要求5所述的汽轮机转子故障模拟实验系统，其特征在于，所述电机设置在电机支座上，且该电机支座固定在所述底座上。

7.根据权利要求3所述的汽轮机转子故障模拟实验系统，其特征在于，所述汽轮机高压缸模拟装置还包括第一滑动轴承支座和电涡流传感器支座，所述第一滑动轴承支座和所述电涡流传感器支座固定于所述底座上，所述第一滑动轴承固定于所述第一滑动轴承支座上，所述电涡流传感器固定于所述电涡流传感器支座上；所述汽轮机中低压缸模拟装置还包括第二滑动轴承支座和电涡流传感器支座，所述第二滑动轴承支座和所述电涡流传感器支座固定于所述底座上，所述第二滑动轴承固定于所述第二滑动轴承支座上，所述电涡流传感器固定于电涡流传感器支座上。

8.根据权利要求7所述的汽轮机转子故障模拟实验系统，其特征在于，所述底座上固定有调节件，该调节件包括支撑座和调节螺栓，所述支撑座固定于所述底座上，所述调节螺栓安装于所述支撑座上，且所述调节螺栓的抵靠端抵住所述第一滑动轴承支座或第二滑动轴承支座。

9.根据权利要求8所述的汽轮机转子故障模拟实验系统，其特征在于，所述调节螺栓的抵靠端为半球形。

10.根据权利要求3或4所述的汽轮机转子故障模拟实验系统，其特征在于，所述第一质量盘上的螺纹孔以第一质量盘的圆心为中心均匀分布；所述第二质量盘上的螺纹孔以第二质量盘的圆心为中心均匀分布。