一种带叶栅结构的轴系扭振阻尼效应的测试装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽轮机扭振实验系统，尤其涉及一种带叶栅结构的轴系扭振阻尼效应 的测试装置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力工业的发展，汽轮发电机组单机容量和功率密度不断增加，加之输电网 络的大容量化、长距化和电力负荷的多样化，导致轴系较易发生扭振，对汽轮发电机组造成 疲劳损伤甚至损坏，从而造成严重的经济损失甚至是安全事故。汽轮发电机组轴系扭振不 同于轴系的弯曲振动，它具有很强的隐蔽性，主要表现在：即使扭振幅值很大，也很少能传 递到地基上，现场人员很难发觉；而一旦轴系扭振增强到现场人员可以觉察的程度，轴系已 经受到损坏。阻尼是影响轴系疲劳寿命的重要因素，其大小反映了振幅的衰减状态，而大型 汽轮发电机组的轴系扭振是一种小阻尼谐振，一旦被激励起来，衰减很慢。可见，阻尼系数 对扭振稳定性影响很大，在稳定性分析中它比模态振型和模态质量更重要，但它很难计算 并且精度不高，现场测试是获得扭振模态阻尼比较好的方法。
[0003]目前国内还没有类似用于研究轴系扭振阻尼效应的带叶栅结构的实验装置。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种用于研究不同叶片结构、不同流体工况对轴 系扭振的阻尼效应的测试装置及方法。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种带叶栅结构的轴系扭振阻 尼效应的测试装置，其特征在于：包括基座，基座上设有转轴支座，转轴一端设于转轴支座 上，转轴另一端设有扭振扰动部件，汽缸设于转轴中部，汽缸两侧分别设有第一惯性轮盘、 第二惯性轮盘，测量模块设于扭振扰动部件、汽缸之间；
[0006] 扭振扰动部件包括设于转轴上的扰动部件支座，扭矩手轮同轴设于扰动部件支座 前侧，扰动部件支座上设有卡块；
[0007]测量模块包括传感器支架和伸出块；传感器支架设于基座上，用于安装电涡流位 移传感器；伸出块同轴设于转轴上，作为电涡流位移传感器测量的基准。
[0008] 优选地，所述扰动部件支座包括上扰动部件支座和下扰动部件支座，上扰动部件 支座和下扰动部件支座盖合后的通孔为刀口形式，刀口直径大于所述转轴直径。
[0009] 优选地，所述扭矩手轮上设有齿盘。
[0010] 优选地，所述汽缸包括汽缸支座构成，汽缸支座设于基座上，用于支撑上汽缸、下 汽缸，上汽缸、下汽缸配合安装在所述转轴上；上汽缸、下汽缸内壁设有衬套，动叶轮设于上 汽缸、下汽缸内的转轴上，动叶栅连接动叶轮。
[0011] 优选地，所述上汽缸、下汽缸和转轴之间通过汽封结构进行密封；上汽缸和下汽缸 的配合面之间加垫橡胶垫。
[0012] 优选地，所述汽缸上设有进气和排气接口；进气接口通过充气管路与流体源连接； 排气接口安装旋拧阀。
[0013] 优选地，所述转轴的末端通过键连接在转子支座上，转轴支座以悬臂形式支撑转 轴。
[0014] 本发明还提供了一种带叶栅结构的轴系扭振阻尼效应的测试方法，其特征在于： 采用上述的带叶栅结构的轴系扭振阻尼效应的测试装置，步骤为：
[0015] 步骤1 :传感器检查：
[0016] 调节电涡流位移传感器的探头与伸出块表面的距离，使所述探头的电压为电涡流 位移传感器供电电压的中间值；
[0017] 步骤2 :为动叶轮选用待测试的长度和形状的动叶栅；
[0018] 步骤3 :通过流体源向汽缸中充入设定压力的实验流体；
[0019] 步骤4 :旋转扭矩手轮，旋转卡块至卡块卡住扭矩手轮上的齿盘；
[0020] 步骤5 :松开卡块，转轴发生周期性扭转；同时记录转轴扭转的实验数据；
[0021] 步骤6 :通过分析实验数据，获得转轴的扭转衰减曲线，进而获得阻尼系数。
[0022] 优选地，所述步骤1中，通过所述调节传感器支架的水平位置和电涡流位移传感 器探头的伸出长度，使在竖直方向上，电涡流位移传感器探头对准所述伸出块并控制在设 定的距离。
[0023] 本发明在转子轴的一端设置扭振扰动部件，另一端通过键连接在转子支座上；在 转子轴两端设有惯性轮盘，转子轴中央部位设置有汽缸，充入不同压力值的不同流体并作 为叶栅的回转扭振腔室；汽缸中有动叶轮、动叶栅和衬套，动叶轮上可以更换不同长度不同 形状的叶片，汽缸内可以更换不同厚度的衬套。转子系统所有部件均架设在基座上。阻尼 效应的测试方法是：通过扭振扰动部件使扭矩传递给转轴并使之做有阻尼自由振动；通过 软件记录的转轴扭振衰减曲线计算出阻尼系数；本发明可利用实验测试不同粘度不同密度 的流体以及不同叶片结构、不同惯量轮盘导致的不同扭振频率下流体对轴系扭振的阻尼效 应。
[0024] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0025] 1、无需采用驱动电机拖动转子系统；
[0026] 2、可以模拟不同流体粘度、不同流体压力、不同流体密度对转轴扭振的阻尼效 应；
[0027] 3、采用扭振扰动部件来驱动转轴的扭振振动；
[0028] 4、更换不同长度以及不同形状的叶片，更换不同厚度的衬套来形成较小的流体 腔；
[0029] 5、转轴上不安装滚动轴承，不引入其他阻尼；
[0030] 6、上扰动部件支座和下扰动部件支座盖合后的通孔为刀口形式，刀口直径约等于 转轴直径，转轴扭振中不会产生碰撞，尽量减小了除叶栅与流体之外发生的阻尼能量耗散。
【附图说明】
[0031] 图1为本实施例提供的带叶栅结构的轴系扭振阻尼效应的测试装置主视图；
[0032]图2为本实施例提供的带叶栅结构的轴系扭振阻尼效应的测试装置俯视图； [0033]图3为扭振扰动部件主剖图；
[0034] 图4为扭振扰动部件侧视图；
[0035] 图5为扭振扰动部件侧向俯视图；
[0036] 图6为测量模块结构示意图；
[0037] 图7为汽缸结构示意图；
[0038] 图8为带阻尼扭振幅度的衰减曲线。
【具体实施方式】
[0039] 为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0040] 一、带叶栅结构的轴系扭振阻尼效应的测试装置
[0041] 结合图1和图2,实验主体装置安装在基座8上，在基座8上，从左往右依次是：扭 振扰动部件1、测量模块2、第一惯性轮盘3-1、汽缸4、转轴5、第二惯性轮盘3-2、转轴支座 6,扭振扰动部件1、测量模块2、第一惯性轮盘3-1、汽缸4、第二惯性轮盘3-2均安装在转轴 5上，转轴5安装在转轴支座6上。
[0042] 基座由水泥基础和带燕尾槽的球墨铸铁基座构成，燕尾槽为扭振扰动部件、传感 器模块、转轴支座、汽缸提供了便于安装和调节的接口；各支座分别通过燕尾槽螺栓和基座 连接。
[0043] 结合图3~图5,扭振扰动部件1由扭矩手轮1-1、上扰动支座1-2、下扰动支座下 1-3和卡块1-4构成；上扰动部件支座1-2和下扰动部件支座1-3盖合后的通孔为刀口形 式，刀口直径大于转轴5直径。扭矩手轮1-1同轴安装在上扰动部件支座1-2前侧，上扰动 支座1-2上设有卡块1-4 ;扭矩手轮1-1用于产生一定的扭矩，松开卡块1-4激发转轴5的 扭振。
[0044] 结合图6,测量模块2包括传感器支架7和伸出块2-1，传感器支架7安装在靠近 扭振扰动部件1的轴端，通过燕尾槽螺钉固定在基座8上，用于安装电涡流位移传感器A; 伸出块2-1同轴设于转轴5上，伸出块2-1