CN109357748A - 汽轮机叶片颤振监测装置及装置安装方法和装置监测方法 - Google Patents
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Abstract
汽轮机叶片颤振监测装置及装置安装方法和装置监测方法，本发明涉及汽轮机叶片颤振监测装置，本发明为了解决现有技术无法实现汽轮机叶片末级出现颤振不能进行实时监测的问题，它包括第一传感器接线、第二传感器接线、第一传感器、第二传感器、第一引压管、第二引压管、第一数据采集板卡和第二数据采集板卡；第一引压管一端安装在第一传感器的一端上，第一传感器的另一端通过第一传感器接线与汽轮机外缸缸体外部的第一数据采集板卡连接，第二引压管一端安装在第二传感器的一端上，第二传感器的另一端通过第二传感器接线与汽轮机外缸缸体外部的第二数据采集板卡连接，本发明用于汽轮机叶片监测领域。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机叶片颤振监测装置，特别涉及汽轮机叶片颤振监测装置及装置安装方法和装置监测方法。
背景技术
随着大功率汽轮机的发展，汽轮机级末叶片的展弦比越来越大，其颤振问题变得越来越突出，特别对于那些不得不频繁在低负荷工况下运行的大型汽轮机来说，叶片颤振问题越来越受到技术人员的关注,目前，研究叶轮机械叶片颤振问题的方法主要有两大类，一是基于半经验的变形激盘法，这种颤振预测的方法已被成功用于航空领域；二是数值方法，这类方法中又可细分为两种，①能量法，其基本思路是根据叶片模态分析的结果，针对特定的叶片振动频率、振幅和振型，通过考察一个振动周期内流体对叶片做功的大小来分析预测叶片的颤振，但仅考虑气动阻尼；②基于流固耦合的时域分析法，同时考虑流体的气动阻尼和叶片的机械阻尼。时域分析的耦合方法有全耦合(直接耦合)和离散耦合(间接耦合)两种。采用全耦合方法时，流体和固体方程在一个统一的矩阵中求解，这种方法需要的假设条件少，更接近于实际过程，但是求解矩阵的建立非常困难，并且计算量巨大。离散耦合法将耦合系统分解成单独的子系统，用传统方法逐一求解各子系统，在子系统之间传递压力和位移等耦合信息，通过迭代使整个系统达到平衡。
近些年来各汽轮机制造厂商及电力设计院针对末级叶片颤振问题进行了更深入的监测方法研究，目前有动应力测量及电涡流传感器两大类方法。
现有方案均处于研究阶段，利用长时间积累产生的经验进行判断，或者利用有限元分析软件对叶片应力及变形量进行大量计算才能得到。但是这两种方法存在着明显的缺陷，经验法存在较大的人为因素，无法对叶片是否颤振作出足够准确的评价；利用有限元分析软件对叶片应力及变形量进行大量计算首先需要消耗较高的计算资源，其次由于在流体力学领域中，现阶段对湍流的认知依然存在较大的缺陷，根据以往分析经验计算结果通常与实际情况不符，仅能提供指导意见，也无法达到叶片颤振监测的要求。
动应力测量方法由于是利用在叶片上贴附应变片，通过试验对转动中的叶片进行应力测量进行预测，无法实现机组全过程末级叶片应力测量，即无法实现实时监测，存在较大缺陷。电涡流传感器现阶段仍没有实际应用进行颤振检测的案例。
发明内容
本发明为了解决现有技术无法实现汽轮机叶片末级出现颤振不能进行实时监测的问题，进而提供汽轮机叶片颤振监测装置及装置安装方法和装置监测方法。
本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：
它包括第一传感器接线、第二传感器接线、第一传感器、第二传感器、第一引压管、第二引压管、第一数据采集板卡和第二数据采集板卡；
第一引压管一端安装在第一传感器的一端上，第一传感器垂直插装在汽轮机内缸缸体直管段的外侧壁上，第一引压管位于汽轮机内缸缸体的直管段内，第一传感器的另一端通过第一传感器接线与汽轮机外缸缸体外部的第一数据采集板卡连接，第一传感器位于汽轮机末级静叶和汽轮机末级动叶之间，第一引压管另一端位于汽轮机末级动叶的75％叶高处，汽轮机末级动叶安装在转子上；
第二引压管一端安装在第二传感器的一端上，第二传感器垂直插装在汽轮机内缸缸体扩张段的外侧壁上，第二引压管位于汽轮机内缸缸体的扩张段内，第二传感器的另一端通过第二传感器接线与汽轮机外缸缸体外部的第二数据采集板卡连接，第二引压管另一端位于转子表面至扩张段缸壁75％高度位置处。
所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：打孔安装：在汽轮机末级动叶前缸壁位置处打孔，打孔位置位于汽轮机内缸缸体的直管段的汽轮机末级静叶和汽轮机末级动叶之间，将第一引压管安装在第一传感器上，第一传感器安装在汽轮机内缸缸体直管段的打孔处，第一引压管位置位于汽轮机末级动叶的75％叶高处，
在汽轮机内缸缸体的扩张段处打孔，将第二引压管安装在第二传感器上，第二传感器安装在在汽轮机内缸缸体扩张段的打孔处，第二引压管另一端位于转子表面至扩张段缸壁75％高度位置处；
步骤二：连接：
第一传感器接线与24VDC稳压电源及第一数据采集板卡进行连接，第一数据采集板卡与数据采集服务器，
第二传感器接线与24VDC稳压电源及第二数据采集板卡进行连接，第二数据采集板卡与数据采集服务器。
所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：数据采集：通过第一引压管、第一传感器、第一传感器接线和第一数据采集板卡将数据传输至采集服务器上，
通过第二引压管、第二传感器、第二传感器接线和第二数据采集板卡将数据传输至采集服务器上；
步骤二：数据整理：将步骤一中采集的数据整理为等时间间隔数据，并利用快速傅里叶分解，得到数据频谱分析结果；
步骤三中在末级叶片固有频率相同区间，两组传感器采集数据频谱分析结果分别进行分析，两组数据分析结果中存在任意一组或两组都与末级叶片固有频率相同频域分量，则判断汽轮机末级叶片发生颤振。
本发明的有益效果：
1、本发明解决的问题是在机组低负荷运行条件下，尽可能小的对机组进行改造的前提下，对汽轮机末级叶片是否发生颤振进行准确监测。本申请的方法实现方式相比与原有方法，主要区别点在于原有方法是从以往经验及有限元模拟计算得到结果进行分析，经验法判断不准确，有限元计算方法耗时较长，无法实时监测；本发明在对机组本体进行小幅度修改及测点加装的情况下，即可实现低负荷运行条件下汽轮机末级叶片颤振准确监测。
附图说明
图1是本申请整体结构安装示意图，实心箭头方向为气体来流方向。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述汽轮机叶片颤振的监测装置，它包括第一传感器接线4、第二传感器接线9、第一传感器6、第二传感器10、第一引压管7、第二引压管11、第一数据采集板卡和第二数据采集板卡；
第一引压管7一端安装在第一传感器6的一端上，第一传感器6垂直插装在汽轮机内缸缸体1直管段的外侧壁上，第一引压管7位于汽轮机内缸缸体1的直管段内，第一传感器6的另一端通过第一传感器接线4与汽轮机外缸缸体3外部的第一数据采集板卡连接，第一传感器6位于汽轮机末级静叶5和汽轮机末级动叶8之间，第一引压管7另一端位于汽轮机末级动叶8的75％叶高处，汽轮机末级动叶8安装在转子2上；
第二引压管11一端安装在第二传感器10的一端上，第二传感器10垂直插装在汽轮机内缸缸体1扩张段的外侧壁上，第二引压管11位于汽轮机内缸缸体1的扩张段内，第二传感器10的另一端通过第二传感器接线9与汽轮机外缸缸体3外部的第二数据采集板卡连接，第二引压管11另一端位于转子表面至扩张段缸壁75％高度位置处。第一数据采集板卡和第二数据采集板卡与数据采集服务器连接。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述汽轮机叶片颤振的监测装置，第一传感器6为高频压力传感器，第二传感器10为高频压力传感器，其它结构与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述汽轮机叶片颤振的监测装置，第一传感器6的规格为-30kPa～0kPa，第一传感器6的输出信号为0～5V，第一传感器6的工作电源为24VDC，第一传感器6的测量频率为大于10KHz，第一传感器6的耐热温度为大于等于100℃，第二传感器10的规格为-30kPa～0kPa，第二传感器10的输出信号为0～5V，第二传感器10的工作电源为24VDC，第二传感器10的测量频率为大于10KHz，第二传感器10的耐热温度为大于等于100℃。其它结构与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述汽轮机叶片颤振的监测装置，第一数据采集板卡的采集频率为大于100KHz，第二数据采集板卡的采集频率为大于100KHz。其它方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述汽轮机叶片颤振监测装置的安装方法，所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：打孔安装：在汽轮机末级动叶8前缸壁位置处打孔，打孔位置位于汽轮机内缸缸体1的直管段的汽轮机末级静叶5和汽轮机末级动叶8之间，将第一引压管7安装在第一传感器6上，第一传感器6安装在汽轮机内缸缸体1直管段的打孔处，第一引压管7位置位于汽轮机末级动叶8的75％叶高处，
在汽轮机内缸缸体1的扩张段处打孔，将第二引压管11安装在第二传感器10上，第二传感器10安装在在汽轮机内缸缸体1扩张段的打孔处，第二引压管11另一端位于转子表面至扩张段缸壁75％高度位置处；
步骤二：连接：
第一传感器接线4与24VDC稳压电源及第一数据采集板卡进行连接，第一数据采集板卡与数据采集服务器，
第二传感器接线9与24VDC稳压电源及第二数据采集板卡进行连接，第二数据采集板卡与数据采集服务器。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述汽轮机叶片颤振监测装置的监测方法，所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：数据采集：通过第一引压管7、第一传感器6、第一传感器接线4和第一数据采集板卡将数据传输至采集服务器上，
通过第二引压管11、第二传感器10、第二传感器接线9和第二数据采集板卡将数据传输至采集服务器上；
步骤二：数据整理：将步骤一中采集的数据整理为等时间间隔数据，并利用快速傅里叶分解，得到数据频谱分析结果；
步骤三：对比判断：通过两个传感器采集数据频谱分析结果分别与末级叶片固有频率相同区间内进行分析比较，两组数据频谱分析结果与末级叶片固有频率相同区间如果存在相应分量则判断汽轮机末级叶片发生颤振。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述汽轮机叶片颤振监测装置的监测方法，所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤三中在末级叶片固有频率相同区间，两组传感器采集数据频谱分析结果分别进行分析，两组数据分析结果中存在任意一组或两组都与末级叶片固有频率相同频域分量，则判断汽轮机末级叶片发生颤振，其它方法与具体实施方式六相同。
Claims (7)
1.汽轮机叶片颤振监测装置，其特征在于：它包括第一传感器接线(4)、第二传感器接线(9)、第一传感器(6)、第二传感器(10)、第一引压管(7)、第二引压管(11)、第一数据采集板卡和第二数据采集板卡；
第一引压管(7)一端安装在第一传感器(6)的一端上，第一传感器(6)垂直插装在汽轮机内缸缸体(1)直管段的外侧壁上，第一引压管(7)位于汽轮机内缸缸体(1)的直管段内，第一传感器(6)的另一端通过第一传感器接线(4)与汽轮机外缸缸体(3)外部的第一数据采集板卡连接，第一传感器(6)位于汽轮机末级静叶(5)和汽轮机末级动叶(8)之间，第一引压管(7)另一端位于汽轮机末级动叶(8)的75％叶高处，汽轮机末级动叶(8)安装在转子(2)上；
第二引压管(11)一端安装在第二传感器(10)的一端上，第二传感器(10)垂直插装在汽轮机内缸缸体(1)扩张段的外侧壁上，第二引压管(11)位于汽轮机内缸缸体(1)的扩张段内，第二传感器(10)的另一端通过第二传感器接线(9)与汽轮机外缸缸体(3)外部的第二数据采集板卡连接，第二引压管(11)另一端位于转子表面至扩张段缸壁75％高度位置处。
2.根据权利要求1所述汽轮机叶片颤振监测装置，其特征在于：第一传感器(6)为高频压力传感器，第二传感器(10)为高频压力传感器。
3.根据权利要求2所述汽轮机叶片颤振监测装置，其特征在于：第一传感器(6)的规格为-30kPa～0kPa，第一传感器(6)的输出信号为0～5V，第一传感器(6)的工作电源为24VDC，第一传感器(6)的测量频率为大于10KHz，第一传感器(6)的耐热温度为大于等于100℃，第二传感器(10)的规格为-30kPa～0kPa，第二传感器(10)的输出信号为0～5V，第二传感器(10)的工作电源为24VDC，第二传感器(10)的测量频率为大于10KHz，第二传感器(10)的耐热温度为大于等于100℃。
4.根据权利要求1所述汽轮机叶片颤振监测装置，其特征在于：第一数据采集板卡的采集频率为大于100KHz，第二数据采集板卡的采集频率为大于100KHz。
5.一种用于权利要求1汽轮机叶片颤振监测装置的安装方法，其特征在于：所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：打孔安装：在汽轮机末级动叶(8)前缸壁位置处打孔，打孔位置位于汽轮机内缸缸体(1)的直管段的汽轮机末级静叶(5)和汽轮机末级动叶(8)之间，将第一引压管(7)安装在第一传感器(6)上，第一传感器(6)安装在汽轮机内缸缸体(1)直管段的打孔处，第一引压管(7)位置位于汽轮机末级动叶(8)的75％叶高处，
在汽轮机内缸缸体(1)的扩张段处打孔，将第二引压管(11)安装在第二传感器(10)上，第二传感器(10)安装在在汽轮机内缸缸体(1)扩张段的打孔处，第二引压管(11)另一端位于转子表面至扩张段缸壁75％高度位置处；
步骤二：连接：
第一传感器接线(4)与24VDC稳压电源及第一数据采集板卡进行连接，第一数据采集板卡与数据采集服务器，
第二传感器接线(9)与24VDC稳压电源及第二数据采集板卡进行连接，第二数据采集板卡与数据采集服务器。
6.一种用于权利要求1汽轮机叶片颤振监测装置的监测方法，其特征在于：所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：数据采集：通过第一引压管(7)、第一传感器(6)、第一传感器接线(4)和第一数据采集板卡将数据传输至采集服务器上，
通过第二引压管(11)、第二传感器(10)、第二传感器接线(9)和第二数据采集板卡将数据传输至采集服务器上；
步骤二：数据整理：将步骤一中采集的数据整理为等时间间隔数据，并利用快速傅里叶分解，得到数据频谱分析结果；
步骤三：对比判断：通过两个传感器采集数据频谱分析结果分别与末级叶片固有频率相同区间内进行分析比较，两组数据频谱分析结果与末级叶片固有频率相同区间如果存在相应分量则判断汽轮机末级叶片发生颤振。
7.根据权利要求6所述汽轮机叶片颤振监测装置的监测方法，其特征在于：所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤三中在末级叶片固有频率相同区间，两组传感器采集数据频谱分析结果分别进行分析，两组数据分析结果中存在任意一组或两组都与末级叶片固有频率相同频域分量，则判断汽轮机末级叶片发生颤振。
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