CN202101851U - 基于转轴应变信号的汽轮发电机组轴承载荷识别装置 - Google Patents

基于转轴应变信号的汽轮发电机组轴承载荷识别装置 Download PDF

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郭玉杰
刘静宇
张文涛
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Abstract

本实用新型公开了一种基于转轴应变信号的汽轮发电机组轴承载荷识别装置，包括应变测量装置、应变信号传输装置和中央处理单元，所述应变测量装置和应变信号传输装置分别用于设置在转轴表面的每两个轴承之间，应变测量装置的信号输出端通过应变信号传输装置与中央处理单元的信号输入端连接。本实用新型通过测试转轴不同截面处的应变信号，了解转轴应力分布情况，识别出轴承载荷，帮助分析危险截面，由所识别出的轴承载荷可以分析汽轮发电机组实际运转过程中各轴承工作状态，进而帮助判断轴承瓦温高、碾瓦、碎瓦、失稳、振动大等故障原因，并可在此基础上进一步分析轴系校中情况。

Description

基于转轴应变信号的汽轮发电机组轴承载荷识别装置
技术领域
本实用新型涉及一种基于转轴的具有多跨多支撑模式的汽轮发电机组轴承载荷识别装置，尤其涉及一种基于转轴应变信号的具有多跨多支撑模式的汽轮发电机组轴承载荷识别装置。
背景技术
轴承是汽轮发电机组等旋转机械的重要部件，起着支撑转轴的重要作用，对于机组安全运行至关重要。大量的理论研究和工程实践表明，轴承所承受的载荷直接影响轴承工作状况：轴承载荷过重，轴承容易出现瓦温高、乌金碎裂、碾瓦等故障；轴承载荷过轻，容易出现油膜涡动和油膜振荡等故障。这两种情况下，轴系都会产生较大振动，从而影响机组安全运行。随着机组向大型化方向发展以及现代电力工业对机组安全运行的要求越来越高，识别轴承载荷、分析轴承工作状况，并在此基础上在机组安装和检修时对轴承载荷分配进行优化调整就显得越来越重要。
汽轮发电机组轴系通常是由多根转子（2个或2个以上）所组成的轴系，其上含有3个和3个以上的轴承，这是一个静不定***，各轴承所承受的载荷无法直接求出。轴承所承受的载荷与各轴承之间的安装标高等因素直接相关，影响因素众多，很难准确计算出来。目前所采用的测试方法主要有三种：（1）在轴承底部打孔，安装油压传感器，由实测轴承油膜压力反推，这种方法的准确度取决于轴承计算分析模型的准确性以及油膜压力测量位置、测试方法等，影响因素和不确定因素很多，工程实践表明，这种方法的识别误差较大；（2）在轴承座底部安装力传感器测试轴承载荷，由于轴承座底部面积较大，测量时需要在轴承座底部4个角上都安装力传感器，将轴承座“托”起来，这种方法改变了轴承座底部接触状态和轴系校中状态，与实际工作状况不符；（3）顶举法：在轴承附近转轴正下方安装千斤顶，转轴正上方安装百分表，测试千斤顶不同顶举力下百分表读数，由此求出轴承载荷。为了能准确求出轴承载荷，这种方法要求千斤顶必须将轴顶起一段距离，即将轴承“托”空。但是，由于轴承间隙通常很小，大多在0.2mm~0.5mm之间，顶举时很容易碰到上部轴瓦，从而产生一个来自于上瓦的、额外的反作用力，导致结果误差较大。而且，这种方法一次只能对一个轴承进行试验，无法同时求出各轴承载荷。此外，上述三种方法都无法求出轴承水平方向上所承受的载荷。因此，研究一种新的轴承载荷测试识别装置就显得很重要。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于转轴应变信号的汽轮发电机组轴承载荷识别装置，测试结果可以较为真实地反映轴系载荷分布情况。
本实用新型采用下述技术方案：一种基于转轴应变信号的汽轮发电机组轴承载荷识别装置，包括应变测量装置、应变信号传输装置和中央处理单元，所述应变测量装置和应变信号传输装置分别用于设置在转轴表面的每两个轴承之间，应变测量装置的信号输出端通过应变信号传输装置与中央处理单元的信号输入端连接。 
所述的应变信号传输装置包括无线发射装置和无线接收装置，应变测量装置的信号输出端与无线发射装置的信号输入端连接，无线发射装置与无线接收装置无线通信，无线接收装置的信号输出端与中央处理单元的信号输入端连接。
所述的应变测量装置为应变片，在每两个轴承之间的应变测量截面的任一直径两端均设置有应变片。
在每两个轴承之间的应变测量截面的任一直径两端各设置有两个应变片，每两个轴承之间的应变测量截面的四个应变片构成全桥测式模式。
由于在不同的轴承载荷状态下，汽轮发电机组转轴弹性变形不同，各点应变和应力分布情况不同，所以本实用新型通过测试转轴不同截面处的应变信号，了解转轴应力分布情况，识别出轴承载荷，帮助分析危险截面，由所识别出的轴承载荷可以分析汽轮发电机组实际运转过程中各轴承工作状态，进而帮助判断轴承瓦温高、碾瓦、碎瓦、失稳、振动大等故障原因，并可在此基础上进一步分析轴系校中情况。与现有技术相比，具有如下优点：
（1）能够同时识别出轴系各轴承载荷，无须针对每一个轴承进行；
（2）不仅可以求出轴承垂直方向上的载荷，也可以求出水平方向上的载荷，两个方向上的载荷可以同时求出；
（3）测试时轴系所处状态即为轴系实际工作状态，无须在轴承座底部布置测力计和在轴瓦内表面打孔布置油压传感器等，测试结果可以较为真实地反映轴系载荷分布情况。
（4）一次测试大约只需10分钟即可完成，具有快速、方便特点，有效地帮助技术人员开展汽轮发电机组等旋转机械状态监测和故障诊断工作。
附图说明
图1为本实用新型的测试装置结构示意图；
图2为轴系应变片所处角度定义和全桥应变片布置方式图。
具体实施方式
本实施例是以某600MW汽轮发电机组轴系为例，进行基于转轴应变信号的轴承载荷识别分析，如图1所示，轴系上设置有高压缸1、第一低压缸3、第二低压缸5、轴承9、联轴器6、发电机7和励磁机8。本实用新型的轴承载荷识别装置包括应变片2、应变信号无线发射装置4、应变信号无线接收装置和中央处理单元，在每两个轴承之间的应变测量截面的任一直径两端各设置有两个应变片2，截面上的4四个应变片采用应变测量理论中的全桥测试模式，是应变的一种标准测量电路。四个应变片2的信号输出端与各应变信号无线发射装置4的信号输入端连接，各应变信号无线发射装置4的信号输出端均与应变信号无线接收装置的信号输入端无线连接，应变信号无线接收装置的信号输出端与中央处理单元的信号输入端连接。所述的中央处理单元采用计算机。
使用本实用新型时，首先在转轴上划分刻度：以每两个轴承之间的应变测量截面的顶点为0°，底点为180°，顺转动方向两侧水平位置分别为90°和270°，轴系各应变测量所处角度必须采用如上述所示同一个角度定义，如图2所示；然后在汽轮发电机组转轴每两个轴承之间黏贴应变片，即：从最左端开始，每跨过1个轴承，在转轴表面黏贴应变片，如图1所示。每一应变测量截面处的应变片采用应变测量理论中的全桥测试模式测试截面应变，即圆周表面0°和180°处各布置两片应变片，横截面上的4个应变片构成应变的一种标准测量电路，如图2所示。将每个应变信号无线发射装置固定到每个应变测量截面附近，将该截面处4个应变片的输出信号端接至应变信号无线发射装置的信号输入端，将无线信号接收装置的信号输出端与测量用计算机相连，进行测量各测量点的应变信号。盘动转轴，测量转轴旋转一周过程中0°标记旋转到0°、90°、180°和270°时各应变片输出信号；为消除误差，测试前可先将转轴连续盘动若干周，测试开始后，以若干周内的平均值作为相应角度处应变输出信号值。计算机接收到应变输出信号值后进行相应的计算，并且建立计算分析模型，最后求出轴承的水平载荷和垂直载荷，能够有效地帮助技术人员开展汽轮发电机组等旋转机械状态监测和故障诊断工作。

Claims (4)

1.一种基于转轴应变信号的汽轮发电机组轴承载荷识别装置，其特征在于：包括应变测量装置、应变信号传输装置和中央处理单元，所述应变测量装置和应变信号传输装置分别用于设置在转轴表面的每两个轴承之间，应变测量装置的信号输出端通过应变信号传输装置与中央处理单元的信号输入端连接。
2. 根据权利要求1所述的基于转轴应变信号的汽轮发电机组轴承载荷识别装置，其特征在于：所述的应变信号传输装置包括无线发射装置和无线接收装置，应变测量装置的信号输出端与无线发射装置的信号输入端连接，无线发射装置与无线接收装置无线通信，无线接收装置的信号输出端与中央处理单元的信号输入端连接。
3.根据权利要求1所述的基于转轴应变信号的汽轮发电机组轴承载荷识别装置，其特征在于：所述的应变测量装置为应变片，在每两个轴承之间的应变测量截面的任一直径两端均设置有应变片。
4.根据权利要求3所述的基于转轴应变信号的汽轮发电机组轴承载荷识别装置，其特征在于：在每两个轴承之间的应变测量截面的任一直径两端各设置有两个应变片，每两个轴承之间的应变测量截面的四个应变片构成全桥测式模式。
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