CN111308343B - 模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟轴‑径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组,包括:底部固定板、底部固定架、直流驱动电机、联轴器和模拟发电机,其中模拟发电机包括:转子和定子;直流驱动电机通过联轴器与转子相连;且直流驱动电机和模拟发电机均固定在底部固定架上;底部固定架固定在底部固定板上;转子两端通过轴承盖和轴承底座固定在底部固定架上;其中,轴承盖和轴承底座之间安装有轴承,转子安装在轴承上;且轴承盖通过轴承盖固定螺栓固定在轴承底座上。本发明提供的模拟轴‑径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组,可模拟不同种类及不同程度三维气隙偏心故障的动模发电机组,填补了目前动模实验领域在对发电机气隙偏心故障模拟上的欠缺和不足。

Description

模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组
技术领域
本发明涉及模拟实验机组技术领域,更具体的说是涉及一种模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组。
背景技术
发电机作为电能生产的重要基础设备之一,关乎整个电力系统的安全稳定运行。由于制造、安装等诸多因素,大多数发电机都存在气隙偏心的状况。气隙偏心是一种常见的机械故障,是指定转子间气隙存在一定程度的不均匀(气隙在一侧多,在另一侧少)。目前通常所说的气隙偏心大多是指气隙静偏心,即气隙径向静偏心,而对于气隙径向动偏心方面的故障研究乏善可陈。气隙径向动偏心是指偏心后径向最小气隙位置会随着转子的旋转而发生变化的偏心,例如,转子表面圆度不齐所造成的径向偏心即属于动偏心。在很多情况下,发电机组除了气隙径向存在不均匀外,气隙在轴向方向上也会存在不均匀的情况,即气隙轴向偏心,例如转子由于各种原因产生了一定的轴向位移,导致定转子间磁感线有效切割区域的气隙一侧多另一侧少,从而形成气隙轴向偏心的情况。在水轮发电机中,气隙轴向偏心就比较常见。
气隙偏心故障将会使发电机的轴承工作情况恶化,同时加剧定转子振动,造成定子铁心变形、绕组磨损和绝缘破坏等危害。现有关于气隙偏心的研究绝大多数都是传统意义上的二维或三维气隙静偏心(即气隙径向静偏心)。并且现阶段针对气隙径向偏心故障的研究大多基于理论计算或计算机模拟仿真,少有能够同时进行气隙径向动偏心和气隙轴向偏心故障模拟的实验机组。
因此,如何提供一种能够同时进行气隙径向动偏心和气隙轴向偏心故障模拟的实验机组是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组,可模拟不同种类及不同程度三维气隙偏心故障的动模发电机组,填补了目前动模实验领域在对发电机气隙偏心故障模拟上的欠缺和不足。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组,包括:底部固定板、底部固定架、直流驱动电机、联轴器和模拟发电机,其中模拟发电机包括:转子和定子;
所述直流驱动电机通过所述联轴器与所述转子相连;且所述直流驱动电机和所述模拟发电机均安装在所述底部固定架上;
所述底部固定架安装在所述底部固定板上;
所述转子两端通过轴承盖和轴承底座固定在所述底部固定架上;其中,所述轴承盖和所述轴承底座之间安装有轴承,所述转子安装在所述轴承上;且所述轴承盖通过轴承盖固定螺栓固定在所述轴承底座上。
优选的,还包括:轴承垫片,所述轴承垫片用于进行气隙径向静偏心故障模拟时,安装在所述轴承与所述轴承底座之间。
优选的,还包括:偏心轴承,所述偏心轴承用于进行气隙径向动偏心故障模拟时替换所述轴承。
优选的,还包括依次连接的步进电机、丝杠、丝杠连接套筒和丝杠给进块;
所述丝杠连接套筒用于所述步进电机与所述丝杠固定配合。
所述丝杠给进块与所述底部固定架远离所述直流驱动电机的一侧相连。
优选的,所述底部固定架上,与所述轴承底座相对应的位置开设有轴向位移定位槽。
优选的,所述轴承底座通过轴承底座螺栓穿过所述底部固定架与所述底部固定板相连。
优选的,在进行气隙轴向静偏心故障模拟时,所述联轴器发电机转子侧的紧定螺钉为松开状态。
优选的,所述直流驱动电机通过直流驱动电机固定螺栓固定在所述底部固定架上。
优选的,还包括:角钢,所述角钢通过固定螺栓固定在所述底部固定架两侧,并通过固定螺栓与所述底部固定板相连。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明公开提供了一种模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组,实现了对不同种类和不同程度的气隙径向静偏心、气隙径向动偏心、气隙径向动静复合偏心、气隙轴向静偏心,以及不同种类的气隙径向及轴向组合三维气隙混合偏心故障的模拟,可填补目前动模实验领域在对发电机气隙偏心故障模拟上的欠缺和不足,为该类故障的实验研究奠定基础,值得推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组的俯视图;
图2为本发明提供的模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组的侧视图;
图3为本发明提供的底部固定架和底部固定板的俯视图;
图4为本发明提供的底部固定板的仰视图;
图5为本发明提供的步进电机丝杠结构示意图;
图6为本发明提供的正常轴承的截面示意图;
图7为本发明提供的偏心轴承的截面示意图;
图8为本发明提供的轴承垫片的结构示意图;
图9为本发明提供的转子的结构示意图;
图10为本发明提供的励磁端轴承底座的底部往下伸出的部分与槽的配合结构示意图。
在图1~9中:
1、底部固定板,2、步进电机,3、丝杠,4、轴承底座固定螺栓,5、轴承底座,6、轴承盖,7、转子,8、定子,9、联轴器,10、直流驱动电机,11、直流驱动电机固定螺栓,12、固定架螺栓,13、角钢,14、固定螺栓,15、底部固定架,17、定子固定螺栓,18、轴承盖固定螺栓,19、轴向位移定位槽,20、步进电机固定螺栓,21、底部固定板支座,22、轴承垫片,23、偏心轴承,3-1、丝杠连接套筒,3-2、丝杠的螺距,3-3、丝杠给进块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组,包括:底部固定板1、底部固定架15、直流驱动电机10、联轴器9和模拟发电机,其中模拟发电机包括:转子7和定子8;其中,定子8通过定子固定螺栓17安装在底部固定架15上;底部固定板1通过底部固定板支座21支撑起来。
直流驱动电机10通过联轴器9与转子7相连;且直流驱动电机10和模拟发电机均安装在底部固定架15上;
底部固定架15安装在底部固定板1上;其中,底部固定架15通过固定架螺栓12固定在所述底部固定板1上;
转子7两端通过轴承盖6和轴承底座5固定在底部固定架15上;其中,轴承盖6和轴承底座5之间安装有轴承,转子7安装在轴承上;且轴承盖6通过轴承盖固定螺栓18固定在轴承底座5上。
本发明提供了一种模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组,气隙轴向偏心故障、气隙径向静偏心故障和气隙径向动偏心故障均可以在上述实验机组的基础上实现。
为了进一步优化上述技术方案,还包括:轴承垫片22,轴承垫片22用于进行气隙径向静偏心故障模拟时,安装在轴承与轴承底座5之间。
为了进一步优化上述技术方案,还包括:偏心轴承23,偏心轴承23用于进行气隙径向动偏心故障模拟时替换轴承。
为了进一步优化上述技术方案,还包括依次连接的步进电机2、丝杠3、丝杠连接套筒3-1和丝杠给进块3-3;其中,丝杠连接套筒用于步进电机2与丝杠3固定配合,步进电机2通过步进电机固定螺栓20固定不动。
丝杠给进块3-3与底部固定架15远离直流驱动电机10的一侧相连。
为了进一步优化上述技术方案,底部固定架1上,与轴承底座5相对应的位置开设有轴向位移定位槽19。
为了进一步优化上述技术方案,轴承底座5通过轴承底座螺栓4穿过底部固定架15与底部固定板1相连。
为了进一步优化上述技术方案,在进行气隙轴向静偏心故障模拟时,联轴器9发电机转子侧的紧定螺钉为松开状态。
为了进一步优化上述技术方案,直流驱动电机10通过直流驱动电机固定螺栓11固定在底部固定架15上。
为了进一步优化上述技术方案,还包括:角钢13,角钢13通过固定螺栓14固定在底部固定架15两侧,并通过固定螺栓14与底部固定板1相连,保证整个装置的稳定性。
通过本发明提供的模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组能够实现:一、不同程度的气隙轴向静偏心故障模拟,二、不同程度的气隙径向静偏心故障模拟,三、不同程度的气隙径向动偏心故障模拟,解决这三个问题后,便可对这三种气隙偏心故障进行组合,从而模拟不同种类、不同程度的三维气隙混合偏心故障。
下面结合具体装置组成对各种模拟情况进行介绍。
1、实现对不同程度的气隙轴向静偏心故障模拟:
参见附图1~5和9,发电机定子8通过四枚定子固定螺栓17固定在底部固定架15上保持不动。底部固定架15通过多枚螺栓与底部固定板1相连,模拟发电机的转子7通过轴承盖固定螺栓18和轴承盖6固定在轴承底座5上。轴承底座5通过轴承底座固定螺栓4固定在底部固定板1上。
在进行轴向偏心时,在进气端轴承底座5通过轴承底座固定螺栓4与底部固定板1连接为一体,轴承底座5与轴承盖6处的轴承盖固定螺栓18需要松开,同时,还将联轴器9模拟发电机转子7侧的紧定螺钉松开,保证转子7在该侧能与固定不动的轴承底座5产生位移;而在励磁端,发电机的转子7与轴承底座5固定配合,不发生相对移动,两者同步移动;将以上的螺栓和螺钉松动后,通过步进电机2转动带动丝杠3的转动,丝杠3和步进电机2(本身位置不发生改变)的转动,使得转子7与轴承底座5进行一定的轴向位移,并通过底部固定板1底部的轴向位移定位槽19来对轴向位移进行保持方向和定位,从而模拟气隙轴向静偏心故障。其中,通过丝杠的螺距3-2可以判断轴向移动的距离。
总结起来,在设置气隙轴向静偏心时具体步骤为:
1)松开用于连接励磁端轴承底座5与底部固定板1的四枚轴承底座固定螺栓4,松开进气端轴承底座5与轴承盖6处的轴承盖固定螺栓18以及联轴器9模拟发电机转子7侧的紧定螺钉;
2)通电使步进电机2和丝杠3转动,带动励磁端轴承底座5和转子7沿着步进电机方向产生一定的轴向位移量,此位移量与需要设置的气隙轴向静偏心故障程度成正比;
3)将松动的各个螺栓和螺钉拧紧,对所设定的轴向位移量进行保持和固定。
在励磁端四个轴承底座固定螺栓4的旁边有一个轴向位移定位槽19,通过轴承底座5往下伸出的部分与轴向位移定位槽19配合,以此来保证正常情况时的定位和轴向偏移不会产生误差。
2、实现对不同程度的气隙径向静偏心故障模拟:
参见附图1~4和8,设置径向静偏心时,将两端的轴承盖6与轴承底座5的8个轴承盖固定螺栓18取下出,然后将轴承盖6取下,由于径向偏心设置一般很微小,将准备好的轴承垫片22(参见附图8)放置在两端轴承底座轴承的安放位置上,将转子7与轴承再放置在轴承垫片22上,因此,转子7整体往上移动,在安放确认无误后,需再次用8个轴承盖固定螺栓18将轴承底座5和轴承盖6固定在一起。具体使用时,可以更换不同厚度的轴承垫片22来模拟不同偏心程度的静偏心故障,从而实现发电机转子的径向偏心。
总结起来,在设置气隙径向静偏心时具体步骤为:
1)去除用于连接轴承盖6和轴承底座5的8个轴承盖固定螺栓18;
2)将准备好的轴承垫片22放置在轴承与轴承底座的连接处;
3)拧紧8个轴承盖固定螺栓18,使得轴承盖6和轴承底座5连接在一起,并对上步所设定的气隙径向静偏心值进行保持和固定。
3、实现对不同程度的气隙径向动偏心故障模拟:
参见附图1~7,设置径向动偏心时,将转子7两端的轴承盖6和轴承底座5处的8个轴承盖固定螺栓18松开,然后将两端的轴承盖6取下,将轴承从转子7上卸下,替换上事先准备好的偏心轴承23,参见图7,将偏心轴承23安装在轴承底座5上,再次用8个轴承盖固定螺栓18将轴承底座5和轴承盖6固定在一起。具体使用时,可以通过更换不同的偏心轴承23来模拟不同偏心程度的动偏心故障。
在实现气隙轴向静偏心、气隙径向静偏心,以及气隙径向动偏心故障模拟的基础上,便可对这三者组合,以模拟不同种类及不同程度的三维气隙混合偏心故障。例如,可以在设置一定程度的气隙径向静偏心后再设置一定程度的气隙径向动偏心,从而模拟气隙径向动静复合偏心故障;还可以在设置一定程度的气隙径向动偏心基础上再设置一定程度的气隙轴向静偏心,从而模拟气隙径向与轴向的三维气隙混合偏心;依此类推,还可以模拟不同程度的气隙径向静偏心与气隙轴向静偏心三维气隙混合偏心故障、气隙径向动静复合偏心与气隙轴向静偏心三维混合偏心故障。
本发明提供的技术方案可实现对不同程度的气隙径向静偏心、气隙径向动偏心、气隙径向动静复合偏心、气隙轴向静偏心,以及不同种类的气隙径向及轴向组合三维气隙混合偏心故障的模拟,可填补目前动模实验领域在对发电机气隙偏心故障模拟上的欠缺和不足,为该类故障的实验研究奠定基础,值得推广。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组,其特征在于,包括:底部固定板(1)、底部固定架(15)、直流驱动电机(10)、联轴器(9)和模拟发电机,其中模拟发电机包括:转子(7)和定子(8);
所述直流驱动电机(10)通过所述联轴器(9)与所述转子(7)相连;且所述直流驱动电机(10)和所述模拟发电机均安装在所述底部固定架(15)上;
所述底部固定架(15)安装在所述底部固定板(1)上;所述底部固定板(1)上,与轴承底座(5)相对应的位置开设有轴向位移定位槽(19);
所述转子(7)两端通过轴承盖(6)和轴承底座(5)固定在所述底部固定架(15)上;其中,所述轴承盖(6)和所述轴承底座(5)之间安装有轴承,所述转子(7)安装在所述轴承上;且所述轴承盖(6)通过轴承盖固定螺栓(18)固定在所述轴承底座(5)上;
还包括:偏心轴承(23),所述偏心轴承(23)用于进行气隙径向动偏心故障模拟时替换所述轴承,通过更换不同的偏心轴承(23)模拟不同偏心程度的动偏心故障;
还包括:轴承垫片(22),所述轴承垫片(22)用于进行气隙径向静偏心故障模拟时,安装在所述轴承与所述轴承底座(5)之间,通过更换不同厚度的轴承垫片(22)模拟不同偏心程度的静偏心故障;
还包括:依次连接的步进电机(2)、丝杠(3)、丝杠连接套筒(3-1)和丝杠给进块(3-3),用于模拟轴向静偏心故障,包括:所述丝杠连接套筒(3-1)用于所述步进电机(2)与所述丝杠(3)固定配合,所述丝杠给进块(3-3)与所述底部固定架(15)远离所述直流驱动电机(10)的一侧相连;
所述步进电机(2)带动所述丝杠(3)转动,使所述转子(7)与所述轴承底座(5)进行一定的轴向位移,并通过所述轴向位移定位槽(19)对轴向位移进行方向保持和定位。
2.根据权利要求1所述的模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组,其特征在于,所述轴承底座(5)通过轴承底座螺栓(4)穿过所述底部固定架(15)与所述底部固定板(1)相连。
3.根据权利要求2所述的模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组,其特征在于,在进行气隙轴向静偏心故障模拟时,所述联轴器(9)发电机转子侧的紧定螺钉为松开状态。
4.根据权利要求1或3所述的模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组,其特征在于,所述直流驱动电机(10)通过直流驱动电机固定螺栓(11)固定在所述底部固定架(15)上。
5.根据权利要求4所述的模拟轴-径向三维气隙混合偏心故障的动模实验机组,其特征在于,还包括:角钢(13),所述角钢(13)通过固定螺栓(14)固定在所述底部固定架(15)两侧,并通过固定螺栓(14)与所述底部固定板(1)相连。
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GR01 Patent grant
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Application publication date: 20200619

Assignee: TIANJIN ZHENGFANG TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd.

Assignor: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University (BAODING)

Contract record no.: X2024980001910

Denomination of invention: A dynamic simulation experimental unit for simulating axial radial three-dimensional air gap mixed eccentricity faults

Granted publication date: 20220617

License type: Common License

Record date: 20240202

Application publication date: 20200619

Assignee: Tianjin Huanbo New Material Co.,Ltd.

Assignor: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University (BAODING)

Contract record no.: X2024980001909

Denomination of invention: A dynamic simulation experimental unit for simulating axial radial three-dimensional air gap mixed eccentricity faults

Granted publication date: 20220617

License type: Common License

Record date: 20240202

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
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Application publication date: 20200619

Assignee: Hebei Xiong'an Bowei Intelligent Technology Co.,Ltd.

Assignor: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University (BAODING)

Contract record no.: X2024990000155

Denomination of invention: A dynamic simulation experimental unit for simulating axial radial three-dimensional air gap mixed eccentricity faults

Granted publication date: 20220617

License type: Common License

Record date: 20240416