CN105758460A - 一种盘式拉杆组合转子热弯曲变形及振动测试试验台 - Google Patents

一种盘式拉杆组合转子热弯曲变形及振动测试试验台 Download PDF

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Abstract

一种盘式拉杆组合转子热弯曲变形及振动测试试验台，包括设置在试验台基座上的两个轴承座，轴承座之间安装有实验用的盘式拉杆组合转子，盘式拉杆组合转子通过齿轮箱由电动机驱动；盘式拉杆组合转子的轮盘部分设置加热保温罩，加热保温罩上沿圆周方向均匀布置加热管，加热管分属三个加热子系统，通过分组或全部接通各加热子系统回路，依据传感器获得实验所需的盘式拉杆组合转子的表面径向温差或转子表面均匀温度，本发明可在实验室条件下通过对电涡流位移传感器和红外温度传感器测得的位移和温度信号进行采集和记录，测试转子的热弯曲变形和热弯曲振动响应，模拟转子温度不均匀情况下的动力学特性。

Description

一种盘式拉杆组合转子热弯曲变形及振动测试试验台
技术领域
本发明涉及旋转机械转子系统动力学测试技术领域，具体涉及一种盘式拉杆组合转子热弯曲变形及振动测试试验台。
背景技术
重型燃气轮机作为典型的军民两用高科技大型动力装备，已经广泛应用于能源、交通、航空等领域，在国民经济中起着极为重要的作用，重型燃气轮机技术已成为一个国家科技水平和综合国力的重要标志之一。和所有的旋转机械一样，转子系统是其关键部件之一，也是其重点研究对象之一。
重型燃机盘式拉杆组合转子由多个轮盘经一个中心拉杆或多个周向分布拉杆预紧连接形成，分为压气机，过渡段和透平端三部分，结构复杂。由于燃气轮机转子系统在启停机和稳态运行过程中各部分温度分布并不相同，由此造成的热应力使得转子系统产生一定的热弯曲，加剧不平衡响应，影响旋转机械的运行稳定性，甚至导致严重事故。
目前针对转子系统热弯曲变形及振动测试的试验台很少，特别是没有涉及盘式拉杆组合转子热弯曲变形及振动测试的实验装置。因此，有必要结合盘式拉杆组合转子的结构特点，设计一种盘式拉杆组合转子热弯曲变形及振动测试的实验装置，开展重型燃机盘式拉杆组合转子热弯曲变形及振动响应实验，为燃气轮机安全稳定运行提供依据。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种盘式拉杆组合转子热弯曲变形及振动测试试验台，以完成稳态和不同瞬态工况下盘式拉杆组合转子热弯曲变形及热弯曲振动响应的相关实验，为燃气轮机的热弯曲分析以及热弯曲故障避免提供依据和参考。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种盘式拉杆组合转子热弯曲变形及振动测试试验台，包括试验台基座1，试验台基座1上依次固定有电动机2、齿轮箱4、第一轴承座9、第二轴承座20；第一轴承座9和第二轴承座20将实验用的盘式拉杆组合转子12支承在试验台基座1上；电动机2的输出轴通过第一联轴器3和齿轮箱4的输入轴连接，齿轮箱4的输出轴通过第二联轴器5和盘式拉杆组合转子12连接；所述的盘式拉杆组合转子12包括左端轴35、两级以上的轮盘和右端轴40，轮盘由轴向分布的三个以上的拉杆预紧连接；
所述的盘式拉杆组合转子12的轮盘部分设置加热保温罩14，在加热保温罩14上沿圆周方向均匀布置第一加热管51、第二加热管52、第三加热管53、第四加热管54、第五加热管55和第六加热管56；
所述的第二联轴器5上设置有速度传感器6；第一轴承座9、第二轴承座20的两侧设置有红外温度传感器、电涡流位移传感器；位于轮盘最上端的拉杆两侧设置有电涡流位移传感器；
加热保温罩14的正上方、正下方、正前方、正后方以及其外壁两侧设置有红外温度传感器；
所述的第一加热管51和第六加热管56并联之后，与电源连接，构成第一加热子系统Ⅰ的主回路；在第一加热子系统Ⅰ的主回路中串入第一温控模块59，第一温控模块59上连接第十三红外温度传感器15，第十三红外温度传感器15用于测量盘式拉杆组合转子12的上表面温度；
所述的第三加热管53和第四加热管54并联之后，与电源连接，构成第二加热子系统II的主回路；在第二加热子系统II的主回路中串入第二温控模块60，第二温控模块60上连接第十五红外温度传感器29，第十五红外温度传感器29用于测量盘式拉杆组合转子12的下表面温度；
所述的第二加热管52和第五加热管55并联之后，与电源连接，构成第三加热子系统III的主回路；在第三加热子系统III的主回路中串入第三温控模块61，第三温控模块61上连接第十七红外温度传感器57，第十七红外温度传感器57用于测量盘式拉杆组合转子12水平侧表面温度；
所述的传感器的信号输出端通过动态信号处理系统62和计算机63的信号输入端连接。
所述的第一加热子系统Ⅰ、第二加热子系统II、第三加热子系统III在加热和温度控制过程中相互独立，在每一个子系统回路中，温控模块接受转子表面温度信号，与设定的目标温度进行比较，控制主回路电流有效值的大小，从而实现转子表面温度的闭环控制。
本发明的有益效果为：可以对转子表面进行加热保温并实现温度的闭环控制，通过分组或全部接通各加热子系统回路获得实验所需的转子表面径向温差或转子表面均匀温度，有效模拟实际工况中燃气轮机盘式拉杆组合转子系统的动力学实验，研究稳态温度场和瞬态温度场下转子的热弯曲变形以及热弯曲振动响应。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例盘式拉杆组合转子的结构示意图。
图3是本发明实施例加热保温罩和加热管的布置示意图。
图4是本发明实施例加热系统的构成示意图。
图5是本发明实施例数据采集分析系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
参照图1、图2和图3，一种盘式拉杆组合转子热弯曲变形及振动测试试验台，包括试验台基座1，试验台基座1上依次固定有电动机2、齿轮箱4、第一轴承座9、第二轴承座20；第一轴承座9和第二轴承座20将实验用的盘式拉杆组合转子12支承在试验台基座1上；电动机2的输出轴通过第一联轴器3和齿轮箱4的输入轴连接，齿轮箱4的输出轴通过第二联轴器5和盘式拉杆组合转子12连接；
所述的盘式拉杆组合转子12包括左端轴35、第一级轮盘36、第二级轮盘37、第三级轮盘38、第四级轮盘39和右端轴40；第一级轮盘36、第二级轮盘37、第三级轮盘38、第四级轮盘39由轴向分布的第一拉杆41、第二拉杆42、第三拉杆43、第四拉杆44、第五拉杆45、第六拉杆46、第七拉杆47、第八拉杆48预紧连接；
所述的盘式拉杆组合转子12的轮盘部分设置加热保温罩14，在加热保温罩14上沿圆周方向均匀布置第一加热管51、第二加热管52、第三加热管53、第四加热管54、第五加热管55和第六加热管56；
所述的第二联轴器5上设置有速度传感器6；
所述的第一轴承座9一侧设置有第一红外温度传感器7、第二红外温度传感器33、第一电涡流位移传感器8、第二电涡流位移传感器34；第一红外温度传感器7置于盘式拉杆组合转子12的正上方，第二红外温度传感器33置于盘式拉杆组合转子12的正下方并和第一红外温度传感器7对齐；第一电涡流位移传感器8和第二电涡流位移传感器34相互垂直并沿盘式拉杆组合转子12的径向位置安装；第一轴承座9的另一侧设置有第三红外温度传感器11、第四红外温度传感器31、第三电涡流位移传感器10、第四电涡流位移传感器32；第三红外温度传感器11置于盘式拉杆组合转子12的正上方，第四红外温度传感器31置于盘式拉杆组合转子12的正下方并和第三红外温度传感器11对齐；第三电涡流位移传感器10和第四电涡流位移传感器32相互垂直并沿盘式拉杆组合转子12的径向位置安装；
所述的第二轴承座20一侧设置有第五红外温度传感器18、第六红外温度传感器26、第五电涡流位移传感器19、第六电涡流位移传感器25；第五红外温度传感器18置于盘式拉杆组合转子12的正上方，第六红外温度传感器26置于盘式拉杆组合转子12的正下方并和第五红外温度传感器18对齐；第五电涡流位移传感器19和第六电涡流位移传感器25相互垂直并沿盘式拉杆组合转子12的径向位置安装；第二轴承座20的另一侧设置有第七红外温度传感器22、第八红外温度传感器24、第七电涡流位移传感器21、第八电涡流位移传感器23；第七红外温度传感器22置于盘式拉杆组合转子12的正上方，第八红外温度传感器24置于盘式拉杆组合转子12的正下方并和第七红外温度传感器22对齐；第七电涡流位移传感器21和第八电涡流位移传感器23相互垂直并沿盘式拉杆组合转子12的径向位置安装；
所述的第一拉杆41(当盘式拉杆组合转子12静止时，位于轮盘最上端的拉杆)一侧设置有第九电涡流位移传感器49，另一侧设置有第十电涡流位移传感器50并和第九电涡流位移传感器49对齐；
所述的加热保温罩14外壁一侧设置有第九红外温度传感器13、第十红外温度传感器30；第九红外温度传感器13置于盘式拉杆组合转子12的正上方，第十红外温度传感器30置于盘式拉杆组合转子12的正下方并和第九红外温度传感器13对齐；加热保温罩14外壁的另一侧设置有第十一红外温度传感器17、第十二红外温度传感器27；第十一红外温度传感器17置于盘式拉杆组合转子12的正上方，第十二红外温度传感器27置于盘式拉杆组合转子12的正下方并和第十一红外温度传感器17对齐；加热保温罩14的正上方设置有第十三红外温度传感器15、第十四红外温度传感器16，正下方设置有第十五红外温度传感器29、第十六红外温度传感器28，正前方设置有第十七红外温度传感器57，正后方设置有第十八红外温度传感器58；第十三红外温度传感器15、第十五红外温度传感器29、第十七红外温度传感器57和第十八红外温度传感器58置于同一竖直面内；第十六红外温度传感器28和第十四红外温度传感器16对齐；
参照图4，所述的第一加热管51和第六加热管56并联之后，与电源连接，构成第一加热子系统Ⅰ的主回路；在第一加热子系统Ⅰ的主回路中串入第一温控模块59，第一温控模块59上连接第十三红外温度传感器15，第十三红外温度传感器15用于测量盘式拉杆组合转子12的上表面温度；
所述的第三加热管53和第四加热管54并联之后，与电源连接，构成第二加热子系统II的主回路；在第二加热子系统II的主回路中串入第二温控模块60，第二温控模块60上连接第十五红外温度传感器29，第十五红外温度传感器29用于测量盘式拉杆组合转子12的下表面温度；
所述的第二加热管52和第五加热管55并联之后，与电源连接，构成第三加热子系统III的主回路；在第三加热子系统III的主回路中串入第三温控模块61，第三温控模块61上连接第十七红外温度传感器57，第十七红外温度传感器57用于测量盘式拉杆组合转子12水平侧表面温度；
参见图5，所述的传感器的信号输出端通过动态信号处理系统62和计算机63的信号输入端连接。
所述的第一加热子系统Ⅰ、第二加热子系统II、第三加热子系统III在加热和温度控制过程中相互独立，在每一个子系统回路中，温控模块接受转子表面温度信号，与设定的目标温度进行比较，控制主回路电流有效值的大小，从而实现转子表面温度的闭环控制。
本发明的工作原理为：
进行盘式拉杆组合转子12表面径向温差Δt下热弯曲变形测试实验时，设定第一温控模块59和第二温控模块60所控制的目标温度分别为SV1＝t1和SV2＝t2，满足t1-t2＝Δt，接通第一加热子系统Ⅰ和第二加热子系统II的主回路和控制回路，分别对盘式拉杆组合转子12的上下表面加热并独立进行温度控制，以第一加热子系统Ⅰ为例，在第一加热管51和第六加热管56对盘式拉杆组合转子12的上表面进行加热的过程中，第十三红外温度传感器15采集盘式拉杆组合转子12上表面测点的现场温度信号，转换为电信号之后传送给第一温控模块59，第一温控模块59在内部与设定的目标温度t1进行比较，按照控制算法进行运算并控制第一加热子系统Ⅰ主回路电流有效值的大小，使得盘式拉杆组合转子12上表面温度保持在实验要求状态t1。以同样的方式通过第二加热子系统II对盘式拉杆组合转子12的下表面加热并进行温度控制，使得盘式拉杆组合转子12下表面温度保持在实验要求状态t2，从而最终获得实验所需的盘式拉杆组合转子12上下表面温度差Δt。通过对红外温度传感器测得的温度信号进行采集和记录，得出盘式拉杆组合转子12的轴向温差以及各个截面的径向温差，通过对电涡流位移传感器测得的位移信号进行采集和记录，得出盘式拉杆组合转子12的热弯曲变形量以及拉杆的轴向位移。
进行盘式拉杆组合转子12瞬态热启动动力特性实验时，如果实验要求盘式拉杆组合转子12表面温度最终均匀达到状态t3，设定第一温控模块59、第二温控模块60和第三温控模块61所控制的目标温度为SV1＝SV2＝SV3＝t3，同时接通第一加热子系统Ⅰ、第二加热子系统II和第三加热子系统III的主回路和控制回路，以上述方式同时对盘式拉杆组合转子12表面加热并独立进行温度控制，最终使得盘式拉杆组合转子12表面温度沿圆周均匀且保持在设定的温度状态t3附近。断开加热子系统的主回路，停止加热，在盘式拉杆组合转子12自然冷却的过程中，通过对红外温度传感器测得的温度信号进行采集和记录，得出停车后不同时刻盘式拉杆组合转子12的轴向温差以及各个截面的径向温差，通过对电涡流位移传感器测得的位移信号进行采集和记录，得出停车后不同时刻盘式拉杆组合转子12的热弯曲变形量以及拉杆的轴向位移。启动电动机2，通过齿轮箱4驱动盘式拉杆组合转子12转动，测定瞬态热启动过程中盘式拉杆组合转子12的振动响应值，用于计算盘式拉杆组合转子12的热弯曲振动响应，以研究稳态温度场对盘式拉杆组合转子12的瞬态热启动过程的影响。

Claims (2)

1.一种盘式拉杆组合转子热弯曲变形及振动测试试验台，包括试验台基座(1)，试验台基座(1)上依次固定有电动机(2)、齿轮箱(4)、第一轴承座(9)、第二轴承座(20)；第一轴承座(9)和第二轴承座(20)将实验用的盘式拉杆组合转子(12)支承在试验台基座(1)上；电动机(2)的输出轴通过第一联轴器(3)和齿轮箱(4)的输入轴连接，齿轮箱(4)的输出轴通过第二联轴器(5)和盘式拉杆组合转子(12)连接，其特征在于：
所述的盘式拉杆组合转子(12)包括左端轴(35)、两级以上的轮盘和右端轴(40)，轮盘由轴向分布的三个以上的拉杆预紧连接；
所述的盘式拉杆组合转子(12)的轮盘部分设置加热保温罩(14)，在加热保温罩(14)上沿圆周方向均匀布置第一加热管(51)、第二加热管(52)、第三加热管(53)、第四加热管(54)、第五加热管(55)和第六加热管(56)；
所述的第二联轴器(5)上设置有速度传感器(6)；第一轴承座(9)、第二轴承座(20)的两侧设置有红外温度传感器、电涡流位移传感器；位于轮盘最上端的拉杆两侧设置有电涡流位移传感器；
加热保温罩(14)的正上方、正下方、正前方、正后方以及其外壁两侧设置有红外温度传感器；
所述的第一加热管(51)和第六加热管(56)并联之后，与电源连接，构成第一加热子系统(I)的主回路；在第一加热子系统(I)的主回路中串入第一温控模块(59)，第一温控模块(59)上连接第十三红外温度传感器(15)，第十三红外温度传感器(15)用于测量盘式拉杆组合转子(12)的上表面温度；
所述的第三加热管(53)和第四加热管(54)并联之后，与电源连接，构成第二加热子系统(II)的主回路；在第二加热子系统(II)的主回路中串入第二温控模块(60)，第二温控模块(60)上连接第十五红外温度传感器(29)，第十五红外温度传感器(29)用于测量盘式拉杆组合转子(12)的下表面温度；
所述的第二加热管(52)和第五加热管(55)并联之后，与电源连接，构成第三加热子系统(III)的主回路；在第三加热子系统(III)的主回路中串入第三温控模块(61)，第三温控模块(61)上连接第十七红外温度传感器(57)，第十七红外温度传感器(57)用于测量盘式拉杆组合转子(12)水平侧表面温度；
所述的传感器的信号输出端通过动态信号处理系统(62)和计算机(63)的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种盘式拉杆组合转子热弯曲变形及振动测试试验台，其特征在于：所述的第一加热子系统(I)、第二加热子系统(II)、第三加热子系统(III)在加热和温度控制过程中相互独立，在每一个子系统回路中，温控模块接受转子表面温度信号，与设定的目标温度进行比较，控制主回路电流有效值的大小，从而实现转子表面温度的闭环控制。
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