汽轮机转子振动特性分析

实训四　汽轮机转子振动特性分析

一、实验目的

1.使学生了解汽轮机转子的振动特性。

2.掌握振动测试的基本方法和转子的临界转速特性。

3.实验室模拟常见振动故障并观察其振动现象。

二、实验器材

1.多功能挠性转子实验台，见图4-1

2.ZXP-F16D转子试验台振动数据采集仪见图4-2

3.电涡流传感器

4.速度传感器

5.加速度传感器

6.光电传感器

7.计算机

8.连接电缆

三、实验原理

多功能挠性转子实验台是一种用来模拟旋转机械振动的试验装置。主要用于实验室验证挠性转子轴系的强迫振动和自激振动特性。它能有效地再现大型旋转机械所产生的多种振动现象。通过不同的选择改变转子转速、轴系刚度、质量不平衡、轴承的摩擦或冲击条件以及联轴节的型式来模拟机器的运行状态，由配置的数据采集分析仪观察和记录转子的振动特性。

采用光电传感器，电涡流传感器，数据采集分析仪与试验台配套，使实验能很方便地描绘出波特图（幅频和相频特性曲线）、频谱图。该试验台在ZXP-F16D转子试验台振动数据采集分析系统上能模拟出各种旋转机械的故障，包括不平衡，松动，摩擦等。并通过棒图、振动通频值、数据列表、幅值趋势图、时域波形、频谱图、轴心轨迹、波特图、趋势分析图、极坐标图、轴中心线图、层叠图、瀑布图等多种振动监测、分析图表反映出来。

试验台调速器的使用，见附录说明。

四、实验内容及步骤

实验内容

1.使学生了解汽轮机转子的振动特性；

2.掌握振动测试的基本方法和转子的临界转速特性；

3.实验室模拟常见振动故障并观察其振动现象。

实验步骤

1.开机前的准备

本实验台转速高，为确保人员和设备的安全，开机前请做好下列工作：

（1）仔细阅读附录“模拟转子实验台调速器使用说明”内容；

（2）检查轴承座的安装是否牢固；

（3）检查转子与轴的安装是否紧固。

（4）如有问题请学生不要开机，请实验老师进行转子的紧固。

2.安装转速测量（键相）传感器

使用电涡流传感器或光电传感器探头作为转速计的输入信号源。用电涡流传感器探头时，轴上需装专用涡流键相套；用光电传感器探头时，轴上需粘贴一定宽度的反光铝箔，转子每转一周输出一个脉冲信号，此信号即用于转速计量。

光电传感器使用时其探头端面与被测表面之间的距离为20mm～50mm，电源电压为12VDC。使用时，请按下列步骤操作：

（1）用502胶把5mm宽、20mm长的铝箔作反光材料沿轴向粘贴于电机联轴节套的凹槽中，注意粘贴牢固，不致因转速高时飞脱。铝箔表面应平整不得有皱折；

（2）把光电传感器探头安装在电机座的传感器支架上，使光电传感器两只微型接收发射管呈水平方向对准联轴节套上铝箔标记；

（3）接通光电传感器与有关测振仪器及电源的连线，开启仪表于工作状态。

3.安装电涡流传感器

电涡流传感器用来测量轴对轴承座的相对位移或振动。安装前先检查转子外径的跳动量，然后按如下步骤操作：

（1）固定传感器支架于所需位置，使探头安装孔中心线沿转子法线方向；

（2）装上x、y方向的传感器探头；

（3）分别将探头与前置器、前置器与测量仪表之间的连线接好；

（4）接通仪表及传感器电源，使呈工作状态；

（5）调整探头前端面与转子外表面间的距离，使其约为1.0mm，调至前置器输出电压为-10V左右；

（6）借助于两个M10×1六角螺母紧固探头；

4.打开ZXP-F16D振动数据采集分析系统电源，打开调速器电源，低速启动使转子处于低速运转状态，检查转子运转声音是否异常，检查光电传感器和电涡流传感器的输出是否正常，并经实验老师确认后，方可继续升速。

5.打开计算机，点击桌面的“振动数据采集与分析系统”图标。启动振动数据采集分析软件，可以通过组态棒图、振动通频值、数据列表、幅值趋势图、时域波形、频谱图、轴心轨迹、波特图、趋势分析图、极坐标图、轴中心线图、层叠图、瀑布图等多种形式，观察转子的振动特性。

6.参考附录“模拟转子实验台调速器使用说明”要求，平稳改变实验台转速，观察转子振动特性和临界转速，并进行相关的实验记录。

7.可以根据学生情况进行摩擦和不平衡故障的模拟。

8.实验结束后，确保转子降速至零，关闭调速器电源和采集仪电源，关闭计算机。

五、注意事项

1.为保证实验的顺利进行，必须在实验前预习实验指导书。

2.实验准备阶段完成，传感器连接好后，必须请实验指导老师检查后方能开机实验。

3.多功能转子实验台为高速旋转精密设备，为保证实验设备和实验人员的安全，请仔细阅读附录“模拟转子实验台调速器使用说明”内容。

4.按实验要求作好测试记录并整理。实验做完后，整理实验报告。

六、成绩评定方法

实验实训70%，实习报告占30%，以上两项相加再扣除缺勤分即为最后成绩。迟到、早退每次扣5分；旷课1小时扣10分；病事假每天扣2分。

附录：

模拟转子实验台调速器使用说明

一、概述

该调速器为模拟台配套，用于ZD　2207直流电动机供给电源及无级调速之用。

采用调压器调压、桥式整流、滤波，将220VAC变为直流电动机驱动、调节电压，具有线路简单、可靠、调节范围宽、功率大、体积小、重量轻等特点，完全满足模拟台各种试验的需要。

二、技术参数

电源：220VAC，50Hz

输出励磁电压：220VDC

输出励磁电流：90mA

输出电枢电压：0VDC～240VDC

电枢电流：0A～1A

调速范围：0r/min～10000r/min（满负荷时）

三、使用方法

1.接线

接线时断开电源，按调速器面板所标接线，面板右边两对接线柱，上面一对接电枢，下面一对接电机励磁绕组，并分别以红色、橙色导线区分。

2.开机

开机后，看转子转动方向是否正确，由转子向电机方向看，顺时针方向为正确，若反时针转，可将电枢（或励磁）的两根线对调。

注意：每次启动前都要把调压器左旋到零位，即保证电枢电流从零开始往上调，以避免启动电流过大烧断保险丝。面板左边有两个3A保险丝，左边一个为电枢电路保险，右边一个为电源保险。

3.升速

接通电源开关，电源指示灯亮，微动调压器，电流表即有指示，负载较小时，转子即会转动。

升速时必须平滑地转动调压器旋钮，开始升得较慢，调压器转到某一位置后升速较快，这时必须注意要更平稳、缓慢地转动调压器，以保证瞬时电流不致过大。

降速时，同样要注意平缓，在高速状态停机，应通过平稳降速过程再切断电源，否则电机承受冲击较大。

【思考题】

1.利用波特图可以观察到振动的哪些特征？

2.大功率汽轮机设计的转子是属于挠性转子还是刚性转子？

3.汽轮机转子启动过程中，过临界转速应注意哪些问题？

4.转子出现摩擦故障，其振动现象有哪些特征？