CN205175667U - 用于研究密封动力特性的转子试验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于研究密封动力特性的转子试验台。现有的气封试验台对密封内气流力信号识别能力低，气封动力特性系数识别准确度低。本实用新型包括台板、支撑架、气缸、转子和轴承，所述支撑架固定在台板上，所述转子通过轴承连接在台板上，所述气缸套装在转子外，其特点在于：还包括压力传感器、加速度传感器和若干个弹性支撑件，所述压力传感器和加速度传感器均安装在气缸的内表面，所述气缸和支撑架通过弹性支撑件连接。本实用新型的气封动力特性系数识别准确度高、支撑刚度容易调整、结构简单，有效解决了密封内气流力信号识别能力低问题。

Description

用于研究密封动力特性的转子试验台

技术领域

本实用新型涉及一种用于研究密封动力特性的转子试验台，属于透平机械密封领域。

背景技术

随着我国电力工业结构调整，发展超临界和超超临界机组是火力发电节约能源、改善环保和降低发电成本的必然趋势，采用超超临界压力是提高汽轮机热效率的重要途径之一。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》将“高参数超超临界汽轮机组”列为优先发展主题，继2006年，我国第一台1000MW超超临界机组在华能玉环电厂成功投入商业运行以来，相继有10余台1000MW和600MW超超临界机组投产。超超临界机组进汽压力由亚临界16.7MPa提高到25MPa以上，机组热效率能够达到47％。然而，随着汽轮机蒸汽参数的提高，密封内气流激振问题越来越突出，近几年来国内外大型汽轮机上频繁发生该类自激振动故障，气流激振成为影响超临界和超超临界汽轮机可靠性的重要因素。因此，研究汽流激振故障机理及其防治措施有着十分重要的工程意义。

大量的研究表明，垂直于转子偏心方向上的切向力是导致密封系统气流激振故障的主要原因，是诱发转子轴承系统失稳的重要因素。如何识别不稳定根源的气流切向力是关键问题，试验研究是气流激振抑制技术研究的可靠手段，通过振动传感器测量气缸振动响应，识别出作用在气缸上的气流力，由识别出的气流力和气缸的振动响应求出气封动力特性系数。现有的气封试验台可以较好的完成气封系统静态特性分析，如：气封泄漏量研究、气封耐磨性研究等，但针对气封系统动力特性无法进行研究，原因是气缸与基础台面采用刚性连接，气缸振动响应灵敏度低，气流力信号识别能力较弱，容易被残余不平衡量和碰摩信号掩盖掉，分析误差较大甚至错误。

综上所述，现有的气封试验台对密封内气流力信号识别能力低，气封动力特性系数识别准确度低。

实用新型内容

针对上述技术不足，为解决密封内气流力信号识别能力低问题，本实用新型提供了气封动力特性系数识别准确度高、支撑刚度容易调整、结构简单的用于研究密封动力特性的转子试验台。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该用于研究密封动力特性的转子试验台包括台板、支撑架、气缸、转子和轴承，所述支撑架固定在台板上，所述转子通过轴承连接在台板上，所述气缸套装在转子外，其结构特点在于：还包括压力传感器、加速度传感器和若干个弹性支撑件，所述压力传感器和加速度传感器均安装在气缸的内表面，所述气缸和支撑架通过弹性支撑件连接。

作为优选，本实用新型所述转子试验台还包括第一螺杆和螺母，所述第一螺杆和弹性支撑件连接，该第一螺杆和支撑架通过螺母连接。

作为优选，本实用新型所述转子试验台还包括第二螺杆，所述气缸上设置有螺孔，所述第二螺杆的一端螺纹连接在气缸的螺孔上，该第二螺杆的另一端连接在弹性支撑件上。

作为优选，本实用新型所述转子试验台还包括用于消除转子存在的不平衡附加量的两个平衡盘，所述两个平衡盘均安装在转子上。

作为优选，本实用新型所述弹性支撑件呈竖直状或者水平状。

作为优选，本实用新型所述弹性支撑件包括橡胶套、盖板和用于实时监控弹性支撑件内部气体压力的压力腔压力传感器，所述橡胶套和盖板固定以形成封闭压力腔，所述压力腔压力传感器位于封闭压力腔内，所述盖板上设置有封闭压力腔进气孔、封闭压力腔排气孔和螺孔。

作为优选，本实用新型所述支撑架的数量为两个，两个支撑架沿气缸的轴向对称布置在气缸的两端，两个支撑架均为框型结构。

作为优选，本实用新型所述弹性支撑件的数量大于等于8个，其中，垂直方式布置的弹性支撑件的数量大于等于4个，水平方式布置的弹性支撑件的数量大于等于4个。

作为优选，本实用新型所述加速度传感器的数量为两个，一个加速度传感器到转子轴线的垂线与另一个加速度传感器到转子轴线的垂线相垂直。

作为优选，本实用新型所述转子试验台还包括垫片，所述垫片位于螺母和支撑架之间。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：(1)气缸采用弹性支撑方式，提高了振动响应灵敏度，放大了气流力信号，与现有刚性支撑方式相比，气流力识别能力增强，气封动力特性系数识别准确度高，为气封设计和气流激振抑制技术研究提供了基础。

(2)通过调节弹性支撑件的封闭压力腔内部的气体压力，能够方便的改变支撑刚度系数，即可以方便的改变弹性系数，以适应不同气流力下的测试工作，无需拆卸、更换弹性支撑件，采用压力传感器实时监测封闭压力腔内的气体压力，保证同一测试工作下弹性支撑刚度系数稳定。

(3)可以同时完成密封静态特性研究(如：气封耐磨性研究、泄漏量研究等)和动力特性研究，适用范围广。

附图说明

图1是本实用新型实施例中用于研究密封动力特性的转子试验台的主视结构示意图。

图2是图1中去掉支撑架和台板后的俯视结构示意图。

图3是本实用新型实施例中弹性支撑件的结构示意图。

图4是图3的俯视结构示意图。

图中：1、台板，2、支撑架，3、气缸，4、转子，5、第一螺杆，6、螺母，7、垫片，8、第二螺杆，9、螺孔，10、压力传感器，11、加速度传感器，21、轴承，22、平衡盘，30、弹性支撑件，31、橡胶套，32、盖板，33、封闭压力腔进气孔，34、封闭压力腔排气孔，35、螺孔，36、压力传感器，37、封闭压力腔。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图4，本实施例中用于研究密封动力特性的转子试验台包括台板1、支撑架2、气缸3、转子4、第一螺杆5、螺母6、垫片7、第二螺杆8、压力传感器10、加速度传感器11、轴承21、用于消除转子4存在的不平衡附加量的两个平衡盘22、以及若干个弹性支撑件30。

本实施例中的支撑架2固定在台板1上，转子4通过轴承21连接在台板1上，气缸3套装在转子4外，压力传感器10和加速度传感器11均安装在气缸3的内表面，气缸3和支撑架2通过弹性支撑件30连接，弹性支撑件30通常呈竖直状或者水平状。两个平衡盘22均安装在转子4上。

本实施例中的第一螺杆5和弹性支撑件30连接，该第一螺杆5和支撑架2通过螺母6连接，垫片7位于螺母6和支撑架2之间。气缸3上设置有螺孔9，第二螺杆8的一端螺纹连接在气缸3的螺孔9上，该第二螺杆8的另一端连接在弹性支撑件30上。

本实施例中的弹性支撑件30包括橡胶套31、盖板32和用于实时监控弹性支撑件30内部气体压力的压力腔压力传感器36，橡胶套31和盖板32固定以形成封闭压力腔37，压力腔压力传感器36位于封闭压力腔37内，盖板32上设置有封闭压力腔进气孔33、封闭压力腔排气孔34和螺孔35。

本实施例中弹性支撑件30的数量大于等于8个，其中，垂直方式布置的弹性支撑件30的数量大于等于4个，水平方式布置的弹性支撑件30的数量大于等于4个。

本实施例中支撑架2的数量为两个，两个支撑架2沿气缸3的轴向对称布置在气缸3的两端，两个支撑架2均为框型结构。加速度传感器11的数量为两个，一个加速度传感器11到转子4轴线的垂线与另一个加速度传感器11到转子4轴线的垂线相垂直。

与现有技术相比，本实施例采用弹性支撑的方式，将气流力放大，气封动力特性的识别结果更加准确；通过调节密闭压力腔37的气体压力可以快速调整弹性支撑刚度，以适应不同气流力下的测试，无需拆卸工作，具有结构简单，成本较低，支撑刚度调节方便等特点。

本实施例中气缸3的左右两侧通过弹性支撑件30与支撑架2采用水平方式连接，气缸3的顶部和底部通过弹性支撑件30与支撑架2采用垂直方式连接，该气缸3外部设有与第二螺杆8配合的螺孔9，该气缸3通过第二螺杆8与弹性支撑件30连接，支撑架2通过第一螺杆5以及与第一螺杆5配合的螺母6连接弹性支撑件30，通过调节螺母6的松紧程度可以调整气缸3与转子4的相对位置。转子4在两个轴承21支撑作用下旋转运动，轴承21固定连接在台板1上，该转子4上设有两个对称布置的平衡盘22，以消除转子残余不平衡量对测试结果的影响。气缸3内部同一环形截面内设有两个加速度传感器11和一个压力传感器10，加速度传感器11与转子中心连接线成直角方式布置，沿轴线方向，气缸3内部设有若干个类似作用的环形截面，通过加速度传感器11测量转子4与气缸3相对振动响应，识别出作用在气缸3上的气流力，由识别出的气流力和气缸3的振动响应求出气封动力特性系数，通过压力传感器10获取相邻密封体之间的气体压力，以研究密封泄漏特性。弹性支撑件30包括橡胶套31、盖板32以及由橡胶套31和盖板32组成的封闭压力腔37，在盖板32上设有封闭压力腔进气孔33、封闭压力腔排气孔34和与第二螺杆8相配合的螺孔35，在封闭压力腔37内设有压力传感器36，以实时监控封闭压力腔37内部的气体压力，保证同一测试工作下弹性支撑刚度系数稳定，通过调节封闭压力腔37内部气体压力的大小，能够改变弹性支撑刚度，以适应不同气流力下的测试工作，而无需拆卸更换支撑，节省了劳动力。

本实施例中用于研究密封动力特性的转子试验台具体原理分析如下。

以弹性支撑件30为研究对象，可以看成单自由度系统有阻尼强迫振动，简谐力作用下系统运动方程为：

令：

系统响应可写成如下形式为：

x＝Bsin(ωt-φ)

系统响应相位为：

系统响应幅值为：

其中：P₀为激振力幅值，k为支撑刚度，ω为激振力频率，ω_n为系统固有频率。

可以看出，简谐力作用下单自由度系统有阻尼强迫振动响应幅值与激振力、支撑刚度、系统阻尼和质量有关，当激振力、系统阻尼和质量一定时，支撑刚度越小，响应幅值越大，系统响应灵敏度越高。通过测量气缸3振动响应可以识别作用在气缸3上的气流力，由振动响应和气流力计算得到密封动力特性，振动响应灵敏度越高，气流力特征量就越明显，密封动力特性识别准确度越高。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于研究密封动力特性的转子试验台，包括台板（1）、支撑架（2）、气缸（3）、转子（4）和轴承（21），所述支撑架（2）固定在台板（1）上，所述转子（4）通过轴承（21）连接在台板（1）上，所述气缸（3）套装在转子（4）外，其特征在于：还包括压力传感器（10）、加速度传感器（11）和若干个弹性支撑件（30），所述压力传感器（10）和加速度传感器（11）均安装在气缸（3）的内表面，所述气缸（3）和支撑架（2）通过弹性支撑件（30）连接。

2.根据权利要求1所述的用于研究密封动力特性的转子试验台，其特征在于：所述转子试验台还包括第一螺杆（5）和螺母（6），所述第一螺杆（5）和弹性支撑件（30）连接，该第一螺杆（5）和支撑架（2）通过螺母（6）连接。

3.根据权利要求1所述的用于研究密封动力特性的转子试验台，其特征在于：所述转子试验台还包括第二螺杆（8），所述气缸（3）上设置有螺孔（9），所述第二螺杆（8）的一端螺纹连接在气缸（3）的螺孔（9）上，该第二螺杆（8）的另一端连接在弹性支撑件（30）上。

4.根据权利要求1所述的用于研究密封动力特性的转子试验台，其特征在于：所述转子试验台还包括用于消除转子（4）存在的不平衡附加量的两个平衡盘（22），所述两个平衡盘（22）均安装在转子（4）上。

5.根据权利要求1所述的用于研究密封动力特性的转子试验台，其特征在于：所述弹性支撑件（30）呈竖直状或者水平状。

6.根据权利要求1所述的用于研究密封动力特性的转子试验台，其特征在于：所述弹性支撑件（30）包括橡胶套（31）、盖板（32）和用于实时监控弹性支撑件（30）内部气体压力的压力腔压力传感器（36），所述橡胶套（31）和盖板（32）固定以形成封闭压力腔（37），所述压力腔压力传感器（36）位于封闭压力腔（37）内，所述盖板（32）上设置有封闭压力腔进气孔（33）、封闭压力腔排气孔（34）和螺孔（35）。

7.根据权利要求1所述的用于研究密封动力特性的转子试验台，其特征在于：所述支撑架（2）的数量为两个，两个支撑架（2）沿气缸（3）的轴向对称布置在气缸（3）的两端，两个支撑架（2）均为框型结构。

8.根据权利要求1所述的用于研究密封动力特性的转子试验台，其特征在于：所述弹性支撑件（30）的数量大于等于8个，其中，垂直方式布置的弹性支撑件（30）的数量大于等于4个，水平方式布置的弹性支撑件（30）的数量大于等于4个。

9.根据权利要求1所述的用于研究密封动力特性的转子试验台，其特征在于：所述加速度传感器（11）的数量为两个，一个加速度传感器（11）到转子（4）轴线的垂线与另一个加速度传感器（11）到转子（4）轴线的垂线相垂直。

10.根据权利要求2所述的用于研究密封动力特性的转子试验台，其特征在于：所述转子试验台还包括垫片（7），所述垫片（7）位于螺母（6）和支撑架（2）之间。