CN211317751U - 一种核电站用油膜式轴承油膜振荡的仿真装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于旋转机械滑动轴承振动诊断和分析仿真培训的技术领域，具体涉及一种核电站用油膜式轴承油膜振荡的仿真装置。为了让运行和设备维护人员充分地熟悉和了解发生油膜振荡时的振动特征、波形情况，设计本装置。本装置主要包括转子台和控制器两部分，控制器对转子台的转速信息和振动信息进行测控，从而发现正常情况下，在没有发生油膜振荡时，机组在过临界转速时，其振动的幅值是最大的。本实用新型是针对核电站特殊工况进行设计，充分考虑了其工况的特殊性，仿真效果明显。

Description

一种核电站用油膜式轴承油膜振荡的仿真装置

技术领域

本实用新型属于旋转机械滑动轴承振动诊断和分析仿真培训的技术领域，具体涉及一种核电站用油膜式轴承油膜振荡的仿真装置。

背景技术

旋转机械油膜式滑动轴承振动诊断和分析仿真的常规如下所述：

核电站中使用了大量大型的旋转机械，如：汽轮发电机组、泵轴泵组系统等，大型旋转机械一般都采用滑动轴承作为支撑轴承，支撑轴承的刚度和滑动轴承内部供轴承用的润滑油的运动粘度、闪点、密度、腐蚀度、硫含量、油膜厚度等因素会影响机组的振动，在正常的工业运行过程中，当这些因素满足某些条件时，滑动轴承会产生油膜振荡，油膜振荡一般发生在机组转速略小于第一临界转速的二倍。油膜振荡是一种高强度的振动，对机组的破坏力巨大，如果长时间地在发生油膜振荡的条件下运行，可能会导致机组设备的损坏，如转子的永久性弯曲、轴瓦的裂缝等损坏。随着核电站装机容量的不断增大，这些汽轮发电机组和泵轴泵组系统也越来越大，机组发生油膜振荡的概率也就越大。当机组发生油膜振荡时，当值的运行人员应该将机组立刻停下来，然后对机组的运行状况进行分析和检修。但由于机组运行时，情况非常复杂，反映在机组振动的指示值中，包含了许多因素的振动，尽管核电站的旋转机械上大部分都安装了机组的振动分析和诊断系统，但由于运行人员对油膜振荡的特征不够了解，在复杂的振动分析和诊断系统中无法快速判断是否发生了油膜振荡，从而延误了对机组发生故障原因的判断，造成机组损坏程度的扩大，有时会造成机组的毁灭性破坏，后果非常的严重。为了让运行和设备维护人员充分地熟悉和了解发生油膜振荡时的振动特征、波形情况，特别需要有一套能够模拟机组运行的仿真装置，对机组油膜振荡进行仿真，在平时，可以对运行和设备维护人员进行仿真培训，让运行和设备维护人员熟悉和了解发生油膜振荡时的振动特征和波形情况，这样当机组发生油膜振荡时，运行人员可以迅速判断机组是否发生了油膜振荡，减少由于运行机组发生油膜振荡后对机组的损坏程度，使损失降低到最小程度。

为此，我们设计制造了一套针对核电站机组油膜式轴承转子试验仿真装置，试验装置包括：转子台和控制器二部分。

目前，市场上的仿真装置，是针对通用机械的条件下设计的，没有对核电站机组的特殊性进行设计，从而对于仿真核电站机组的油膜振荡效果不明显，尤其对于核电站半速汽轮机组的仿真，效果更差。而我们设计的仿真装置就是针对核电站特殊工况进行设计，充分考虑了其工况的特殊性，所以仿真效果明显。

发明内容

1.目的：

本实用新型需要解决的技术问题是：设计了一套油膜式轴承转子试验仿真装置，试验装置包括：驱动电机的临界转速为2380～2420RPM，油膜振荡转速为 4780～4820RPM，驱动转子旋转的电机的最大转速为4980～5020RPM。

2.技术方案：

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一套油膜式轴承转子试验仿真装置包括转子台和控制器；转子台包括：驱动电机，键相传感器，油罐，循环油泵，探头安装支架，振动探头；键相传感器安装电机底座上，对着转子的一个键槽，键相传感器上安装有转速传感器，转速传感器将转速信息传输至控制器；转子台固定基座上两端分别安装油膜轴承，油膜轴承顶端均安装有油罐，循环油泵和油罐通过管道连接，通电后循环油泵自启动；油膜轴承内侧均固定安装有两个探头安装支架，每一个探头安装支架上固定一个振动探头，两个振动探头之间的夹角为90°，振动探头上安装有振动传感器，振动传感器将振动信息传输至控制器。油膜轴承整体为圆形，使润滑油位于轴承和转子之间。

所述的驱动电机的临界转速为2380～2420RPM，油膜振荡转速为 4780～4820RPM，驱动转子旋转的电机的最大转速为4980～5020RPM。

所述的转子台固定基座材质为不锈钢，厚度为30毫米。

所述的控制器包括“自动/手动选择”开关、“加速/保持/减速”选择开关、“快速/中速/慢速”选择开关、手动转速调节；其中，“自动/手动选择”开关切换转子转速控制模式；转子转速控制模式包括自动模式和手动模式。

所述的转子转速控制模式为自动模式时，“加速/保持/减速”选择开关控制转子转速；“快速/中速/慢速”选择开关控制转子转速快慢。

所述的转子转速控制模式为手动模式时，手动转速调节控制转子转速。

所述的驱动电机通过驱动电机电缆和控制器相连，传输驱动电机的编码信号。

3.效果：

油膜振荡导致的振动是油膜式轴承设备中特有的一种不稳定的振动，是因为油膜式轴承中的油膜涡动与临界转速引起共振造成的，一般是由轴承的几何结构或者油膜的特性所决定的。油膜振荡发生在转速一般是略小于第一临界转速的两倍，比轴承游隙更小的振动特性。使用通用的频谱分析仪，将四个振动传感器的一个振动信号接入频谱分析仪，或同时接入四个振动传感器的振动信号，观察振动信号的频谱特性，由于我们设计的仿真装置，其转子台的临界转速为2400(±20)RPM，所以当转子的转速升速至4800(±20)RPM时，转子台的振动明显变大，从频谱分析仪上可以观察到振动幅值是其他转速时的振动幅值的好几倍，比临界转速时的振动幅值还要大2-3倍，正常情况下，在没有发生油膜振荡时，机组在过临界转速时，其振动的幅值是最大的。油膜式轴承的油膜振荡是高强度的振动，会引起转子的弯曲、轴瓦的裂缝等损坏，长时间在油膜振荡的条件下运行可能会导致转子台的转子产生弯曲、轴瓦的裂缝等损坏，所以在做油膜振荡仿真试验时，仿真的时间尽量的短。

附图说明

图1设备连接结构框图

图2转子台结构示意图

图3控制器结构示意图

图中：1.驱动电机、2.键相传感器、3.油罐、4.循环油泵、5.探头安装支架、 6.振动探头、7.质量盘、8.油膜承轴、9.转子固定装置、10.电机和油泵的供电箱、11.电机底座、12.驱动电机电缆、13.数字显示屏、14.电源开关、15. “自动/手动选择”开关、16.“加速/保持/减速”选择开关、17.“快速/中速/ 慢速”选择开关、18.手动转速调节。

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

一种油膜式轴承转子试验仿真装置，可以实现对核电站用油膜式轴承油膜振荡的仿真。如图2所示，其转子台包含驱动电机1，键相传感器2，油罐3，循环油泵4，探头安装支架5，振动探头6，质量盘7，油膜轴承8，转子固定装置9，电机和油泵的供电箱10，电机底座11，驱动电机电缆12。

如图3所示，其控制器包含数字显示屏13，电源开关14，“自动/手动选择”开关15，“加速/保持/减速”选择开关16，“快速/中速/慢速”选择开关17，手动转速调节18。

其中，一种油膜式轴承转子试验仿真装置中各个部件的详细说明如下：

试验仿真装置包括：转子台和控制器二个部分组成。

一、转子台：

驱动电机1：驱动电机用来驱动转子旋转，驱动电机的最大转速为5000RPM。

键相传感器2：用来检测键相的传感器，它能输出的脉冲信号为1RPM。

油罐3:用于盛放润滑油。

循环油泵4:用来完成轴承中润滑油循环的泵。当控制器启动工作时，循环油泵也会自动开启。

探头安装支架5:在垂直,水平,或者成45°的方向,保证每个轴承上安装的二个振动探头之间的夹角为90°的支架上安装振动传感器来测量该方向上的相对振动。

振动探头6：用来检测转子振动的传感器，它能输出转子的振动信号。

质量盘7：通过它来模拟转子在失去一部分质量后的振动状态。

油膜轴承8：油膜轴承是高精度的圆形，将润滑油置于轴承与转子之间，实现4800(±20)RPM油膜振荡的现象。

转子固定装置9：用于转子在运输和储藏过程中的防护，将转子固定装置将转子与基座固定。

电机和油泵的供电箱10：通过电源线提供电机和油泵电源。

电机底座11：驱动电机的底座。

驱动电机电缆12：连接电机和控制器，传输驱动电机的编码信号。

二、控制器

数字显示屏13：显示转速。

电源开关14：带灯光指示的电源开关。

“自动/手动选择”开关15：用来切换转子转速控制模式。有自动、手动两种模式可以选择。

“加速/保持/减速”选择开关16：用来选择转子的转速是否加速，保持还是减速，只有当“自动/手动”开关选择自动时才能使用。

“快速/中速/慢速”选择开关17：用来控制转子加速度的大小。可以从快速 /中速/慢速三项中选择，只有当“自动/手动”开关选择自动时才能使用。

手动转速调节18。手动调节转子的转速，只有当“自动/手动”开关选择手动时才能使用。

一种核电站用油膜式轴承油膜振荡的仿真装置，包括以下步骤：

首先准备润滑油，润滑油的特性和要求如下：

制造商:IDEMITSU

型号:DAPHNE MAGPLUS AM20CS

注：滑动轴承内部供轴承用的润滑油的运动粘度、闪点、密度、腐蚀度、硫含量、等因素，会影响转子台的临界转速和发生油膜振荡的转速，我们上述描述的临界转速2400RPM和油膜振荡转速4800RPM，是采用上述油型而得到数据，如果采用其他的润滑油，其临界转速和油膜振荡转速会有所变化，但不影响仿真效果。

1.打开油罐的盖子，倒入润滑油直到罐体的黑线处，倒入的润滑油不要超过黑线，倒油结束后，盖上油罐的盖子。

2.使用通用的频谱分析仪，将四个振动传感器的一个振动信号接入(或同时接入)频谱分析仪，以便观察振动信号的频谱特性。

3.手动模式操作，如图3所示，电源开关打开。当打开电源时，先让油泵运行20分钟进行预热。将“自动/手动”选择开关置于手动位置。调整手动转速调节旋钮在0～5000RPM之间来设置转子的转速，手动转速调节旋钮的最大可以设置转10RPM，最大的转速时5000RPM。转子的转速会达到所设定的转速，并在控制器前面板的显示器上显示。

4.自动模式操作，如图3所示，电源开关打开。当打开电源时，先让油泵运行20分钟进行预热。将“自动/手动”选择开关置于自动位置。如果想要增加转速，设置“加速/保持/减速”选择开关到加速。如果想要保持转速，设置“加速/保持/减速”选择开关到保持。如果想要降低转速，设置“加速/保持/ 减速”选择开关到减速。转速变化的快慢有三挡(快速，中速和慢速)可以选择。油膜式轴承油膜振荡的仿真试验，如图3所示，检查转子台和控制器之间的接线都正确无误后，将电源置于开。将“自动/手动”选择开关置于自动。将“快速/中速/慢速”选择开关置于中速或慢速。将“加速/保持/减速”选择开关置于加速，直到转子的转速增加到5000RPM。避免在此状态下长时间运行, 防止引起转子的弯曲，造成转子损坏。将“加速/保持/减速”选择开关置于减速来降低转速直到停止。

在对油膜式轴承油膜振荡的仿真试验过程中，在频谱分析仪上观察振动信号的频谱特性，可以容易的看到，在转子升速过程中，当转子升速到2400RPM 时，可以观察到转子台的在临界转速时的振动值。当转子升速到4800RPM时，可以观察到转子台的在发生油膜振荡时的振动值。在整个升速过程中，在过临界转速时的振动值，明显大于其他转速时的振动值。在发生油膜振荡时，转子的相对振动幅值是其他转速时的振动幅值的好几倍，比临界转速时的振动幅值还要大2-3倍。

Claims (8)

1.一种核电站用油膜式轴承油膜振荡的仿真装置，其特征在于：包括转子台和控制器；转子台包括：驱动电机(1),键相传感器(2)，油罐(3)，循环油泵(4)，探头安装支架(5)，振动探头(6)；键相传感器(2)安装电机底座(11)上，对着转子的一个键槽，键相传感器(2)上安装有转速传感器，转速传感器将转速信息传输至控制器；转子台固定基座上两端分别安装油膜轴承(8)，油膜轴承(8)顶端均安装有油罐(3)，循环油泵(4)和油罐(3)通过管道连接，通电后循环油泵(4)自启动；油膜轴承(8)内侧均固定安装有两个探头安装支架(5)，每一个探头安装支架(5)上固定一个振动探头(6)，两个振动探头(6)之间的夹角为90°，振动探头(6)上安装有振动传感器，振动传感器将振动信息传输至控制器。

2.如权利要求1所述的一种核电站用油膜式轴承油膜振荡的仿真装置，其特征在于：所述的驱动电机(1)的临界转速为2380～2420RPM，油膜振荡转速为4780～4820RPM，驱动转子旋转的电机的最大转速为4980～5020RPM。

3.如权利要求1所述的一种核电站用油膜式轴承油膜振荡的仿真装置，其特征在于：所述的转子台固定基座材质为不锈钢，厚度为30毫米。

4.如权利要求1所述的一种核电站用油膜式轴承油膜振荡的仿真装置，其特征在于：所述的控制器包括“自动/手动选择”开关(15)、“加速/保持/减速”选择开关(16)、“快速/中速/慢速”选择开关(17)、手动转速调节(18)；其中，“自动/手动选择”开关(15)切换转子转速控制模式；转子转速控制模式包括自动模式和手动模式。

5.如权利要求4所述的一种核电站用油膜式轴承油膜振荡的仿真装置，其特征在于：所述的转子转速控制模式为自动模式时，“加速/保持/减速”选择开关(16)控制转子转速；“快速/中速/慢速”选择开关(17)控制转子转速快慢。

6.如权利要求4所述的一种核电站用油膜式轴承油膜振荡的仿真装置，其特征在于：所述的转子转速控制模式为手动模式时，手动转速调节(18)控制转子转速。

7.如权利要求1所述的一种核电站用油膜式轴承油膜振荡的仿真装置，其特征在于：所述的驱动电机(1)通过驱动电机电缆(12)和控制器相连，传输驱动电机(1)的编码信号。

8.如权利要求1所述的一种核电站用油膜式轴承油膜振荡的仿真装置，其特征在于：所述的油膜轴承(8)整体为圆形，使润滑油位于轴承和转子之间。

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