检测系统转子范文

检测系统转子范文（精选12篇）

检测系统转子 第1篇

在超声检测中,一般情况下采用手工操纵超声探头方式,对被测对象进行检测。但是对于一些处于特殊工况下的被测对象,手工操纵探头将十分不便甚至无法实施检测,这时需要开发一种基于机械控制的超声检测系统来完成检测。

现有一种新型的发电机转子磁极挡块,处于机器中不便手工检测的位置,当其转动时,会受到切应力作用,为了检测磁极挡块可能因应力作用产生的裂纹,开发一套超声检测系统,来判断裂纹是否存在,当裂纹存在时,给出其长度当量。

1 磁极挡块基本情况

磁极挡块的形状和其在发电机中的位置示意图分别如图1,图2所示。

磁极挡块均匀分布在电机的顶部、中部和底部转子上(如图2所示),转子在转动时会对均布其中的磁极挡块产生切应力,在磁极挡块的凹槽侧壁与底璧交接处,将发生应力集中,有可能在此处产生损伤裂纹,因此需要对磁极挡块的一面(即超声探头检测面,如图1所示)定期检测,防止磁极挡块发生失效,出现事故。

由图2可以看出中部和底部转子中的磁极挡块,无法采用手工操纵探头的方式进行检测,因此本文介绍一种基于机械执行机构的超声检测系统,来实现对中部和底部转子上磁极挡块的检测。

2 机械执行系统

机械执行系统用于连接超声探头,并在在磁极挡块的超声探头检测面上执行检测。该超声检测系统的机械执行系统如图3-4所示。

机械执行系统的整体结构示意图如图3所示,主要由电机,螺旋传动机构,滑块组和外壳体组成。滑块组由多节滑块组成,其结构和相互连接方式示意图,以及图3中A处和B处的截面之后的界面图,如图4所示。最后一节滑块是探头,以用作检测磁极挡块的检测面。

机械执行系统要完成的动作过程如下。

(1)电机转动,带动螺旋传动机构,使得电机的旋转运动转变为垂直方向的直线运动,并把此运动传递到下方的滑块组,使其在外壳体中产生向下的直线运动。

(2)当滑块组运动到外壳体底部时,会在其位置处的弧形曲面作用下,向右侧方向扭转,随着螺旋传动机构的持续作用,滑块组会逐节从外壳体的右侧出口依次滑出,从而使得最后一节滑块(超声探头)产生水平方向的直线运动。

3 超声检测系统结构原理和检测过程

超声检测系统的组成结构原理如图5所示。

开发的超声检测系统主要由电机控制装置、机械执行系统以及超声信号发射接收器三大部分组成。其中,直接用于检测磁极挡块的超声探头,设计成滑块的形状,被连接在机械执行系统中的滑块组上。

以中部转子上的磁极挡块(如图2所示)检测为例,说明检测操作过程如下:

(1)通过电机控制装置,把机械执行系统中的滑块组复位,即使得滑块组全部缩进机械执行系统中的外壳体(如图3所示)内。

(2)使机械执行系统,穿过定子外壳和转子之间的空隙(如图2所示),抵达中部转子上磁极挡块外侧边缘。

(3)再次启动电机控制装置,通过机械执行系统,控制其内的滑块组带动滑块末端的探头,在磁极挡块的检测面上,依次从左往右完成第一轮检测(如图5所示)。

(4)为了验证检测结果的准确性,反转电机,控制超声探头从右往左运动,返回到机械执行机构的外壳体内,再次完成第二轮对磁极挡块的检测。

4 损伤裂纹的检测和其长度当量的确定方法

当超声探头依次从磁极挡块的左右两端各往返一次时,则完成了两轮对磁极挡块损伤裂纹的检测。此时超声信号发射和接收器会把脉冲反射回来的两轮超声信号记录下来,作为分析检测结果的依据。分析过程如下:

(1)如果磁极挡块的应力集中处不存在损伤裂纹,则第一轮回波信号中,一次回波很清晰,并且始波和一次回波之间不存在其它反射波。

(2)如果磁极挡块的应力集中处产生损伤裂纹,由于该损伤裂纹为水平条形且宽度和磁极挡块的检测面宽度相当,此时第一轮超声信号的一次回波将不会出现,或者一次回波很低,几乎不见,而在始波和原先一次回波处之间将会有一个明显高度的缺陷回波。此时可以采用超声检测中的6dB法[1](又名半波高度法)对该损伤裂纹进行定量,并得出损伤裂纹的长度当量。

(3)对记录的第二轮检测信号,再次按照(1)和(2)步骤进行分析处理,并把结果和和第一轮的检测分析结果对比,如果得出的结果一致,则检测结果可以被认可,如果两次结果不一致,则需要重新对磁极挡块进行检测。

5 实验验证和结果分析

为了验证开发的超声检测系统可以完成对磁极挡块损伤裂纹的检测和其长度当量的确定,本文通过以下实验来验证。

取一块同样形状和材料的磁极挡块(如图1所示),并在其应力集中处,人工加载切向应力,使其产生损伤裂纹,该损伤裂纹符合新型转子磁极挡块工况下可能产生的裂纹特点,其裂纹长度当量为178mm.

按照以上给出的检测操作方法,完成对磁极挡块的三次六轮检测,其结果如下表1所示。

由表1的数据进行分析,可以看出:

(1)每一次两轮测量之间的结果误差5mm,两轮检测结果满足一致条件(10mm),可视为有效检测。

(2)六次测量的结果与真实值的误差10mm,满足检测结果的误差允许范围(15mm),可视为正确的检测结果。

6 结束语

(1)通过开发基于机械执行系统的超声检测系统,可以实现在不便使用手工操纵探头的位置,对磁极挡块进行检测。

(2)该超声检测系统,利用6dB法对磁极挡块的损伤裂纹的长度当量进行定量,其误差在允许范围内,满足检测的精度要求。

(3)本次开发的超声检测系统对类似工况的检测具有一定的参考价值。

摘要：开发一套超声检测系统,用于检测处于不便于手工检测位置的新型转子磁极挡块,查看在其应力集中处的可能出现的应力损伤裂纹,并给出损伤裂纹的长度当量值,作为判断磁极挡块是否失效的参考数值。

关键词：磁极挡块,超声检测,损伤裂纹,长度当量

参考文献

特型涡轮转子耦合系统振动特性分析 第2篇

特型涡轮转子耦合系统振动特性分析

本文分析研究了特型涡轮转子多重耦合振动系统的固有特性.对分析计算中所用的单晶合金的弹性矩阵作了分析推导.全面研究了此涡轮转子耦合振动的`特性.在后处理中表述了多重耦合的模态特征.所引出的结论可供类似结构的耦合振动分析参考,有一定的工程实用价值.

作 者：程滔 张锦 CHENG Tao ZHANG Jin 作者单位：北京航空航天大学,405教研室,北京,100083刊 名：航空动力学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF AEROSPACE POWER年，卷(期)：15(4)分类号：V231.92关键词：镍基合金 单晶 粉末冶金 耦合振动

检测系统转子 第3篇

摘要： 针对转子滑动轴承系统发生松动故障进而引发松动碰摩耦合故障的诊断问题，基于非线性有限元方法，应用非线性短轴承油膜力模型、松动刚度模型及Hertz接触理论建立双盘松动碰摩耦合故障转子滑动轴承系统的动力学模型。首先，研究并分析了滑动轴承（油膜力）支撑下的健康转子系统的动力学特性；进而，通过对不同转速下耦合故障转子系统动力学特性的研究发现，滑动轴承支撑下的松动碰摩耦合故障常常以碰摩故障特征为主，时域波形呈现下密上疏的波动形状，轴心轨迹表现为多个嵌套的“半椭圆形”，这些故障特征可以作为诊断滑动轴承（油膜力）支撑下松动碰摩耦合故障的一个理论依据。

关键词： 故障诊断； 螺栓松动； 碰摩； 双盘转子； 油膜力

中图分类号： TH165+.3 文献标志码： A 文章编号： 1004-4523（2016）03-0549-06

DOI：10.16385/j.cnki.issn.10044523.2016.03.022

引 言

油膜振荡是滑动轴承转子系统中常见的现象。旋转机械中的油膜振荡会使轴系振幅急剧增大，容易引发轴承座与基础间的螺栓松动，进而引起转子与定子间的碰撞与摩擦，使其出现周期性的碰摩现象，这对机组的安全运行产生了直接影响。因此，为了提高旋转机械的工作稳定性与安全性，研究转子滑动轴承系统松动碰摩耦合故障复杂的动力学特性及其演变规律具有重要的意义。

近些年来，对于油膜振荡引起的失稳、松动和碰摩等耦合故障问题的研究一直是国内外相关学者关注的重大课题。褚福磊[1]等研究了基于短轴承油膜力模型的转子与定子发生弹性碰摩的动力学行为，分析后发现其具有明显的分叉与混沌运动现象。刘长利[2]对松动碰摩耦合故障转子轴承系统周期运动的稳定性进行了研究，分析了系统在不同参数域内分岔集的变化情况。陈果[3]通过对松动与碰摩故障耦合时转子系统响应特征的研究发现，松动故障会导致系统的振幅突然增加并产生混沌运动。Agnes Muszynska[4]研究了具有基座松动及转静子碰摩故障的转子系统非线性动力学行为，并结合转子系统的振动特性进行了相关实验。苏长青等[5]采用短轴承非稳态油膜力模型，研究了存在碰摩和支座松动耦合故障转子系统的随机响应问题。罗跃纲等[6]研究了具有松动碰摩耦合故障双跨转子轴承系统的周期运动过程，指出转子系统的响应以混沌运动为主。本文运用有限单元法建立了油膜力支撑下的松动碰摩耦合故障双盘单跨转子系统动力学模型，使用Newmarkβ迭代数值求解方法来获取故障转子系统相应节点的激励响应结果；并基于非线性短轴承油膜力模型和松动刚度模型理论研究并分析了在不同转速条件下，松动碰摩耦合故障转子滑动轴承系统周期运动的相关特性，为转子滑动轴承系统的耦合故障诊断提供了理论参考。

3 结 论

（1）健康转子系统在滑动轴承（油膜力）支承下，随着转速的提高，油膜涡动现象逐步显现，倍频及分频谐波系列成分较为丰富，并且分频逐渐取代转频成为主频，油膜振荡现象加剧。当转子系统发生松动碰摩耦合故障时，由于松动刚度和碰摩力的共同作用，油膜失稳现象被抑制；此时，随着转速的增大，系统碰摩现象加剧，逐步由周期1运动分岔进入周期N运动状态。

（2）通过研究在不同转速条件下转子系统的动力学特性后发现，滑动轴承（油膜力）支撑下的松动碰摩耦合故障常常以碰摩故障特征为主，频率成分较为丰富，转频长时间作为主频，时域波形呈现下密上疏的波动形状，轴心轨迹表现为多个嵌套的“半椭圆形”，这些故障特征可以作为诊断滑动轴承（油膜力）支撑下转子系统松动碰摩耦合故障的一个理论依据。

参考文献：

[1] Chu F L， Zhang Z S. Periodic， quasiperiodic and chaotic vibrations of a rubimpact rotor system supported on oil film bearings [J]. International Journal of Engineering Science， 1997， 35（1011）： 963—973.

[2] 刘长利， 姚红良， 罗跃纲， 等. 松动碰摩转子轴承系统周期运动稳定性研究 [J]. 振动工程学报， 2004， 17（3）： 336—340.

Liu Changli， Yao Hongliang， Luo Yuegang， et al. Dynamics of rotorbearing system with coupling faults of pedestal looseness and rubimpact[J]. Journal of Vibration Engineering， 2004， 17（3）： 336—340.

[3] 陈果. 含不平衡碰摩基础松动耦合故障的转子滚动轴承系统非线性动力响应分析 [J]. 振动与冲击， 2008， 27（9）： 100—104.

CHEN Guo. Nonlinear dynamic response analysis of rotorball bearing system including unbalancerubbinglooseness coupled faults [J]. Journal of Vibration and Shock， 2008， 27（9）： 100—104.

[4] Agnes Muszynska， Paul Goldman. Chaotic responses of unbalanced rotor/bearing/stator systems with looseness or rubs [J]. Chaos， Solitons & Fractals， 1995， 5（9）： 1683—1704.

[5] 苏长青， 张义民， 赵群超. 带有支座松动故障的转子轴承系统碰摩的可靠性分析 [J]. 工程设计学报， 2008， 15（5）： 347—350.

SU Changqing， ZHANG Yimin， ZHAO Qunchao. Reliability analysis for rubbing in rotorbearing system with pedestal looseness[J]. Journal of Engineering Design， 2008， 15（5）： 347—350.

[6] 罗跃纲， 杜元虎， 任朝晖， 等. 双跨转子轴承系统松动碰摩耦合故障的非线性特性 [J]. 农业机械学报， 2008， 39（11）： 180—183， 206.

LUO Yuegang， DU Yuanhu， REN Zhaohui， et al. Nonlinear characteristics of twospan rotorbearing system with coupling faults of pedestal looseness and rubimpact [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2008， 39（11）： 180—183， 206.

[7] Adiletta G， Guido A R， Rossi C. Chaotic motions of a rigid rotor in short journal bearings [J]. Nonlinear Dynamics， 1996， 10（3）： 251—269.

[8] 姚红良， 刘长利， 张晓伟， 等. 支承松动故障转子系统共振区动态特性分析 [J]. 东北大学学报（自然科学版）， 2003， 24（8）： 798—801.

Yao Hongliang， Liu Changli， Zhang Xiaowei， et al. Dynamics of pedestal looseness rotor system near the critical speed region [J]. Journal of Northeastern University （Natural Science）， 2003， 24（8）： 798—801.

[9] 韩清凯， 于涛， 王德友， 等. 故障转子系统的非线性振动分析与诊断方法 [M]. 北京： 科学出版社， 2010.

HAN Qingkai， YU Tao， WANG Deyou， et al. Nonlinear Vibration Analysis and Diagnosis Methods of Fault Rotor System [M]. Beijing： Science Press， 2010.

[10] Yang Liu， Xingyu Tai， Qinliang Li， et al. Characteristic analysis of loosenessrubbing coupling fault in dualdisk rotor system [J]. Journal of Vibroengineering， 2013， 15（4）： 1765—1777.

[11] Lesaffre N， Sinou J J， Thouverez F. Contact analysis of a flexible bladedrotor [J]. European Journal of Mechanics A/Solids， 2007， 26（2007）： 541—557.

[12] Barzdaitis V， Bogdevicius M， Didziokas R. Diagnostics procedure for identification of rubs in rotor bearings [J]. Journal of Vibroengineering， 2010， 12（4）： 552—565.

[13] 杨金福，杨晟博，陈策，等. 滑动轴承转子系统的稳定性研究 [J]. 航空动力学报， 2008， 23（8）： 1420—1426.

检测系统转子 第4篇

旋转机械通常是指含有回转运动部件的机械设备, 在机械、交通和能源等领域发挥着非常重要的作用。旋转机械中的双轴转子轴承系统是指在不同轴系中传递动力的机械部件, 其设备运行状态直接影响到旋转机械运行的稳定性[1,2,3]。目前针对大型旋转机械设备进行状态监测与故障诊断的系统可以分为两类:一类是在线式状态监测与故障诊断系统;另一类是以便携式数据采集系统为前端的计算机辅助状态监测与故障诊断系统。采用可携带式故障诊断系统具有重量轻、体积小、携带方便等优点[4]。基于此, 本文开发了适用于双轴转子系统的动态测试分析系统。

1 系统整体构成

本系统由PC工业计算机、数据采集模块、信号调理模块、ICP加速度传感器和转子实验台组成。转子实验台装置图如图1所示。

系统工作过程为:ICP加速度传感器拾取双轴转子轴承系统的振动信号, 经过信号调理电路滤波等处理以后把信号传递给数据采集卡模块, 采集卡对振动信号进行采集并将采集到的数据通过USB线传输到工业计算机内存中, 工业计算机通过虚拟仪器软件对采集到的数据进行分析处理, 并以波形的形式显示在系统界面上[5,6]。系统整体原理框图如图2所示。

1.1 ICP加速度传感器

传统的压电式传感器输出的是电荷需要经过电荷放大器转化成电压后再连接至数据采集器。ICP加速度传感器内置ICP (IEPE) 前置放大器, 它集成了传统的压电加速度传感器与电荷放大器的功能, 简化了测试系统, 提高了系统进度和可靠性。

1.2 信号调理模块设计

经过ICP加速度传感器输出的信号虽然幅值上满足数据采集的条件, 但是各种信号频率成分共存, 无法对其进行分析, 因此设计一款信号调理电路显得十分必要。本文对放大信号进行滤波处理, 采用四阶低通滤波电路对信号进行滤波, 除去信号中的高频成分, 使得输出信号在采集卡可识别的频率范围内。信号调理电路的实物图如图3所示。

1.3 数据采集模块

数据采集模块具有16位12路高速同步采集功能, 内置8M Byte DFIFO提供8s的采集数据缓冲, A/D部分采用软件自动零点、满度校正技术, 可以有效避免输入零点误差。

2 系统软件开发及方案设计

实验室虚拟仪器工程平台 (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, Lab VIEW) 是一个集数据采集系统各个环节于一身的智能开发应用软件平台。它具有多种仪器驱动应用程序和界面设计组件。应用Lab VIEW开发双轴转子系统的动态测试系统能够充分利用图形化编程的语言优势, 通过对数据采集来的初始化设置和数据采集系统程序设计, 就可以快速方便地构建数据采集系统[7]。

Lab VIEW是图形化的编程语言, 它所编写的交互界面操作相对简便、易于维护和扩展。Lab VIEW设计的双轴转子动态测试系统是由程序框图以及前面板组成。程序框图负责数据采集、测试、处理和分析等功能;前面板用于数据显示和人机交互。

基于模块化的设计思想, 将复杂功能系统从上到下、逐层分解成为若干功能比较简单的模块, 分别予以实现, 这样不仅简化了设计过程, 系统也更加便于维护和功能升级。本系统基于模块化的设计方法, 将双轴转子动态测试系统分为参数设置、信号采集和数据分析3个功能模块, 如图4所示。

参数设置模块包含文件的参数设置、采样通道设置以及采样信号设置等;信号采集模块具有波形显示和操作等功能;信号分析模块包含了振动信号的幅域分析、时域分析和频域分析等功能。

3 系统测试与结果分析

本文实验对某一双跨轴承转子实验台进行动力学特性测量, 得到正常运转状态下的振动信号, 利用本测试系统进行分析。分析所选参数设置为采样点数1 024, 分析频率1 024 k Hz, 采样时间100s。

通过对信号进行时频域分析 (如图5、图6) 可以得出轴承转子实验台正常运行时的时频域分布, 能够快速准确地对设备运行是否正常进行判断。

在旋转机械一类设备中, 各类故障频谱通常很接近, 单纯使用时频域波形图很难对特征信号进行提取。运用关联维数, 可以以定量的方式反映振动信号在相空间中的动力学特性, 反映轴承转子系统不同状态下的信号特征, 可以很明显地区分不同的故障状态。

实验过程中模拟基座松动和径向碰摩两种故障情况, 嵌入维数从1逐渐增加, 当嵌入维度为30时, 关联维数趋于稳定, 此时的关联维数是2.30, 图7是关联维数稳定时得到的拟合曲线。

基于上述数据的关联维数分析结果, 进行故障状态下轴承转子系统的统计分析。早前的研究资料表明, 有限故障的特征是相互重合的, 基座松动混沌吸引子的关联维数范围在2~2.5之间, 而径向碰摩故障的混沌吸引子的关联维数范围在2.2~3.0之间[8]。分析结果为:双跨轴承转子系统在松动与碰摩两种故障情况下的关联维数在故障置信区间范围内, 因此本系统可以准确地评价系统的故障特征与类型。

4 结语

针对双轴转子实验台的动力学行为, 进行了相关的实验测试, 开发了故障信号测试与分析软件系统。该系统具有对信号进行时频域以及关联维数等分析功能。测试运行表明, 通过分析得到的关联维数, 在进行转子系统运行动特性分析和故障类型诊断时具有良好的识别能力。此外, 该测试系统在对双轴转子实验台的动特性测试设计过程中, 运用设计模式进行软件规划, 使得系统在功能模块和算法模块有较强的复用性和扩展性。

参考文献

[1]Ma Hui, Li Hui, Zhao Xueyan, et al.Effects of eccentric phase difference between two discs on oil film instability in a rotor-bearing system[J].Mechanical Systems and Signal Processing, 2013, 41 (1/2) :526-545.

[2]Ma Hui, Li Hui, Niu Heqiang, et al.Nonlinear dynamic analysis of a rotor-bearing-seal system under two loading condi-tions[J].Journal of Sound and Vibrtion, 2013, 332 (23) :6128-6154.

[3]Dou Dongyang, Yang Jianguo, Liu Jiongtian, et al.A rulebased intelligent method for fault diagnosis of rotating machinery[J].Knowledge-Based Systems, 2012 (36) :1-8.

[4]郝建亮, 张彦江, 陈志勇, 等.便携式机械振动测试系统的设计与实现[J].组合机床与自动化加工技术, 2013 (5) :70-75.

[5]任伟, 马超, 王少红, 等.双轴转子系统非线性动特性测试研究与实现[J].测控技术, 2013, 32 (9) :28-31, 36.

[6]张龙, 曾国英, 赵登峰, 等.机床振动信号数据采集系统设计[J].机床与液压, 2012, 40 (15) :71-73, 110.

[7]雷振山, 肖成勇, 魏丽, 等.LabVIEW高级编程与虚拟仪器工程应用[M].北京:中国铁道出版社, 2013.

转子系统参数对碰摩转速的影响 第5篇

转子系统参数对碰摩转速的影响

通过对单盘转子系统碰摩运动规律的理论分析和仿真,得出了转子临界碰摩转速的解析表达式,并分析了阻尼、偏心距和间隙对转子临界碰摩转速的影响.当转子的偏心距与间隙的比值大于1时,碰摩临界转速随偏心距的`增大或间隙的减小而降低,随阻尼增大而提高.当转子的偏心距与间隙的比值小于1时,碰摩转速先随该比值增大而提高,当达到最大值后又减小,随阻尼增大而降低.

作 者：马建敏 张文 郑铁生 作者单位：复旦大学力学与工程科学系,上海,200433刊 名：西南交通大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY年，卷(期)：200338(5)分类号：O313.5关键词：转子 转速 参数 碰摩

检测系统转子 第6篇

【关键词】转子绕组；匝间短路；检测方法

前言

随着我国电力工业的发展，目前汽轮发电机的功率越来越大，特别是新建超临界燃煤发电机组和核电机组，基本上都是100MW及以上，其汽轮发电机往往转速高，电压等级高，电流负荷大。由于发电机容量大，转速高，如果在设计和制造上存在不足，或者运行检修工艺不当，则转子出现问题几率就比较大。转子绕组出现的问题主要有接地、开路和匝间短路等故障，其中转子绕组的匝间短路故障占有非常大比例，严重影响各机组安全运行。

1、转子绕组匝间短路故障研究的意义

1）转子绕组匝间短路的危害

发电机组可以在转子绕组一点接地的情况下短时间运行。但如果出现第二点接地则会在绕组、大轴之间形成环流，影响磁场对称性，从而引起机组强烈振动和转子轴磁化。若故障得不到有效控制，短路点局部过热会导致绕组绝缘烧毁接地，线棒过热会导致变形或烧熔，甚至会造成转子烧毁事故。对机组的安全、稳定和经济运行构成巨大威胁。

2）匝间短路产生的原因

制作工艺不良

在下线、整形等工艺过程中损伤匝间绝缘；铜线有硬块、毛刺，也会造成匝间绝缘损伤。

运行中，在电、热和机械等综合应力的作用下，绕组产生变形、位移，造成匝间绝缘断裂、磨损、脱落。

异物进入。异物的危害体现在以下三个方面：金属性异物会造成线棒绝缘磨损，造成转子接地；油类脏污加速绝缘材料的化学性老化；异物堵塞风道引起局部过热，从而引发绝缘失效。

3） 匝间短路的分类

转子绕组的匝间短路，按其短路的稳定性可分为稳定和不稳定两种。所谓稳定的匝间短路是指这种短路与转子的转速和温度等均无关。而不稳定的匝间短路，则与转子的转速和温度等有关，以及在高转速、低转速、高温或低温时才发生短路，或者在转速和温度同时作用下才出现短路。稳定与不稳定的匝间短路往往是相互牵连的，稳定的非金属短路常常＼是不稳定的金属短路征兆，而不稳定的短路最后都会发生成稳定的短路。

2、发电机转子绕组匝间绝缘诊断方法

发电机转子绕组匝间绝缘的诊断策略主要体现在：转子绕组绝缘监测和转子绕组匝间短路点定位。绕组绝缘监测包括绕组绝缘在线监测和离线电气试验检查。在线监测手段主要包括：气隙波形探测线圈和转子接地保护继电器。离线电气试验检查方法主要包括：绕组直阻测量、转子交流阻抗试验等。绕组匝间短路点的定位手段主要有直流压降定位法、电桥法、RSO试验法、交流电压分布法等。

2.1转子绕组绝缘监测

2.1.1转子绕组绝缘在线监测

转子绕组绝缘监测包括气隙探测线圈和转子接地保护继电器

某电厂发电机组在定子14、29槽分别安装了气隙波形监测线圈，每个线圈由轴向和径向线圈组成并程垂直分布。漏磁切割线圈产生相应波形，通过检测波形的形状、幅值的变化来判断转子线圈匝间绝缘状况，测量波形如下所示：

13A-B 14A-B

15A-B 16A-B

波形判断依据如下：

a观察波形图与槽对应的各波峰的包络线是否连续平滑，凡在两各半周（指基波而言）的包络线对应各槽的波峰出现凹缩者，即认为对应的槽中存在短路匝。

b短路槽波峰凹缩时，同时与其相邻槽的波峰反而有所升高，凹缩的越深相邻槽的波峰越高，这是判断严重短路匝的一个特征。

c将测量波形与标准波形进行对照，判断有无匝间短路点存在。

转子接地故障监测继电器（在线）

某电厂机组转子接地报警继电器安装在正滑环上高阻接地，通过监测流经继电器的接地电流产生报警，接地电流报警值设定为30mA；某电厂发电机组接地保护继电器保护原理为：正常运行情况下，该继电器产生4.75Hz频率、8.5Vrms的交流低频电压信号，将该信号通过滤波电路接入转子。继电器通过电子探测回路来监测转子回路的对地绝缘电阻，当没有接地故障发生的情况下，8.5V电压维持在正常值，有故障发生，该电压发生变化，继电器动作。

2.1.2绕组离线电气试验检查

线圈直阻测量

直阻测量作为检查转子绕组是否寻在匝间短路的最基本方法。从理论上讲，当线圈存在匝间短路的情况下，线圈直阻会变小。但是由于转子绕组匝数较多，阻值较小，并受双臂电桥测量精度和误差限制，轻微的的匝间短路无法通过该方法准确判断，该法只能作为一种辅助性的检测手段。

交流阻抗试验

转子交流阻抗试验是一种检测绕组绝缘情况的常用手段，具有灵敏度高，判断较为准确的特点。试验过程中测量不同电流平台下的阻抗值进行绝缘情况分析。由于该检测方法易受外界因素如剩磁、转子位置等因素干扰，因此注重在外界条件相同情况下进行试验数据对比，从而判断绕组绝缘有无劣化趋势。

2.2转子绕组匝间短路点定位

直流压降定位法

直流压降定位法为绕组匝间短路故障点定位的常用方法，具有简单易行的特点，该法最大的优势在与能在转子转动的情况下进行，通过测量转子电压、转子绕组正负极电压判断故障点到端部的距离。

距正滑环L+= （1）

距负滑环L-=（2）

直流压降定位法能迅速判断故障点距端部的相对距离，但无法准确定位其所在的匝数。

电桥定位法

电桥定位法与直流压降定位法原理相同在发电机转子静止状态下，采用电桥法测量发电机转子接地故障点位置。测试方法如图所示，对发电机转子线圈施加一直流电流，调节滑线电阻器至电流表指示为零，测量滑线电阻器R1、R2的电阻值。

距正极L+=（3）

距负极L-=（4）

电桥定位法能判断故障点距端部的相对距离，但无法准确定位其所在的匝数。

RSO试验法

RSO测试方法是一种使用方便、灵敏度极高，判断较准确的无损检测新方法，它适用于分析发电机转子匝间金属性或非金属性短路故障，可以早期发现转子绝缘的潜在性故障。

RSO试验应用的是波过程理论（行波技术），在转子绕组的两端同时注入一个连续的前沿陡峭的低电压（5-10V）脉冲波。当脉冲在转子绕组传播时，一旦遇到任何在绕组的特性阻抗上有不连续的地方，就会产生一个反射脉冲，反射脉冲会重新回到注入点，示波器监视注入点的电压显示为注入波与反射波的合成波形。通过分析比较在转子线圈两端测得的合成波形的延时和电压幅值，来判断故障部位和故障电阻大小。

某电厂2号机组在大修时，测量转子的RSO试验，发现转子有匝间短路现象，如下图所示：

由故障点计算公式，T≈t≈20μs，因此故障点约在转子线圈的中间位置，即在负极的8号线圈上。

根据转子两极线圈的对称性，当发电机转子线圈一极的匝间绝缘发生短路时，若与之对称的发电机转子线圈另一极同时短路，则两线圈短路点的对地电容电感变化相同（即发电机转子线圈两极阻抗变化相同），依据RSO试验原理，RSO的高频脉冲信号在两极线圈的衰减相同，信号波形完全重叠。

鉴于此，我们在发电机转子线圈0PP-Z极第八槽各匝间不同位置进行人为的模拟匝间短路，当模拟短路位置在发电机转子OPP-Z极第八槽汽端第6-7匝间时，RSO的高频脉冲信号波形在同一位置发生反向变化，由此可以判断发电机转子线圈匝间绝缘缺陷发生在发电机转子Z极第八槽汽端第6-7匝间，波形如下图所示：

交（直）流电压分布法

交（直）流电压分布法是根据转子绕组电压的线性分布，向绕组中通入一定电流，

通过测量每槽线圈对地及同槽匝间电压对故障点进行定位。在绕组无匝间短路时，槽内匝间电压呈线性分布。

交（直）流电压分布测试图

电压分布数据及图示

3、实例应用转子绕组匝间短路故障点定位

某电厂2号主变B、C两相匝间短路，对发电机转子造成较大冲击。启机并网过程中出现转子接地报警，停机处理。转子护环拔出后发现，转子端部绕组有烧损现象。

绕组短路故障点性质判断及定位

1）绕组绝缘电阻测量

在发电机组与电网解列后，电气处为判断发电机转子接地故障点的性质，在发电机转子不同转速下，对发电机转子线圈的绝缘电阻进行测量，测量结果如上表。

从测量结果分析发电机转子接地点为不稳定的非金属接地故障。

2）直流压降法定位

在发电机组与电网解列后，为查找发电机转子接地点的位置，在发电机转子转速3000n/s下，电气处用自制工具对发电机转子滑环电压进行测量，测量结果如下：

从测量结果分析，发电机转子接地点的位置为：

距正滑环L+=

距负滑环L-=

根据发电机转子的几何尺寸分析，发电机转子接地故障点的位置在发电机转子线圈的中部偏负滑环处，即发电机转子线棒的第八、二十五槽上，因为发电机转子接地点为不稳定的非金属接地，故发电机转子接地点位置不能准确定位。

3）电桥法定位法

在发电机转子静止状态下，采用电桥法测量发电机转子接地故障点位置。测试方法如图所示，对发电机转子线圈施加一直流电流，调节滑线电阻器至电流表指示为零，测量滑线电阻器R1、R2的电阻值，R1=4.1Ω，R2=3.1Ω；

从测量的结果分析，发电机转子接地点的位置为：

距正极L+=

距负极L-=

根据发电机转子的几何尺寸分析，发电机转子接地故障点的位置在发电机转子线圈的中部偏负极处，即发电机转子线棒的第八、二十五槽上。

4）直流电压分布试验

为验证发电机转子接地点，在发电机转子护环拉出后，对发电机转子进行直流电压分布试验。如图所示，在发电机转子线圈上施加一个2.09V，22A的直流电压，首先测量每槽线棒对地电压分布，测量结果如下：

从电压分布上分析，发电机转子接地点在Z8槽线棒上。测量Z8槽线棒对地电压分布如下：

从电压分布上分析，发电机转子接地点在Z8槽线棒D点的第二匝上，即发电机转子第二十五槽汽端槽口处，其位置与击穿点位置相同。

为了进一步判断其他匝间短路点存在，将故障线棒抬出后进行了交流耐压试验，判断出除Z8槽线棒上的短路点外，还有其他一短路点。

5）交流电压分布试验

为确定发电机转子线圈故障位置，对发电机转子线圈进行交流电压分布试验。如图所示，在发电机转子线圈上施加一个16.14V、4A的交流电压，首先测量每槽线棒的电压分布，测量结果如下：

从电压分上分析，发电机转子故障点在OPP Z极的第七槽线棒上。测量OPP Z极第七槽线棒电压分布如下：

从电压分布上分析，发电机转子故障点在OPP Z极第七槽线棒D点的第四、第五匝上，即发电机转子第二十三槽汽端槽口处的第四、第五匝上。

4、总结

发电机转子匝间短路是发电机的常见故障，对机组的安全运行有着较大危害。发电机转子匝间短路的诊断策略主要体现在匝间绝缘的在线监测及事故后故障点的快速准确查找。本文介绍了某电厂发电机组转子绕组匝间绝缘的在线监测手段，归纳了匝间短路故障点查找的常用方法。结合某电厂历史的转子绕组短路事故，介绍了匝间短路点定位方法的实际应用，希望对以后类似故障的处理有一定借鉴意义。

参考文献

[1]李建明，朱康主编.高压电气设备试验方法，四川省电力试验研究院

伺服电动机转子初始位置检测方法 第7篇

随着机电技术的发展和生产需求, 伺服电机成为数字化控制的重要电气设备, 全数字交流伺服电机系统取代了直流伺服电机, 为控制对象提供直流伺服系统和采用模拟控制的交流伺服系统提供帮助。数字式交流伺服系统以系列新功能提高整个系统的功能, 如, 电子齿轮功能、自动辨识电机参数的功能、自动整定调节功能、自动诊断故障的功能等。数字式交流伺服系统作为一个自动化不可或缺的系统在数控机床、机器人系统等领域中都获得了成功。数字交流伺服系统为制造业和信息化实现高效率创造了条件。

从以往的经验看, 在电机交流伺服系统中通常采用的是绝对式的光电脉冲编码器或旋转变压器作为位置检测的器件, 其原因在于绝对式光电脉冲编码器和旋转式变压器可实时对转子进行检测, 并获得绝对位置。只有检测到转子的绝对位置, 系统才能正确地计算定子电流指令所处的相位, 这样才能保证定子磁场与转子磁场处在正交的位置上, 保证其运行良好。

不过, 无论是绝对式光电脉冲编码器还是旋转变压器都具有其特有的缺陷。如绝对式光脉冲编码器的价格偏高, 分辨率远远不如增量式光电脉冲编码器。而旋转变压器本质上是一种模拟式位置检测元件, 需要复杂的数字轴角变换电路, 而其检测的精度并不如增量式光电式光电脉冲编码器。因此研究的方向倾向于利用增量式光电脉冲编码器检测永磁同步电机转子的位置。

二、伺服系统的控制原理

要研究转子位置就应当先对永磁同步电机控制原理进行分析, 目前全数字交流伺服系统的核心控制对象是同步伺服电机, 主要控制的对象是三相正弦伺服电机, 从本质上看是自控变频矢量控制系统。在系统中定子电流是一种三相对称的正弦波, 可以利用三个不同角度的相电流来描述, 其中主要的参数包括相位角和定子电流幅值, 利用基本参数可以获得定子电流所产生的定子磁势, 而相关的参数则与定子绕组的有效匝数相关。

由此, 电机的运动规律就可以实时测定电机转子的位置角, 然后再利用这个机械位置来计算得到电角度, 通过对其进行控制就可以改变定子电流的相位角与转子的位置转角, 即电角度相等。如果保证定子磁势和转子磁势是正交位置, 就能获得电机的电磁转矩。由此就可看出, 必须实时地测出电机的转子的绝对位置角, 而这正是正弦波电机的控制特征。

在整个电机的控制环节中, 位置测量是对光电编码器输出的脉冲进行计数, 然后在电机转子的初始位置就可获得实时的转子位置角度。而控制器所输出的信号是速度控制器所给定的信号, 电机定子绕组的电流经过变换后, 旋转角度即可获得定子电流在两个轴向上的分量, 而此时电流调节器也会从两个轴向进行调节。在电机正常运行的时候, 电流的给定值是速度调节器的输出值, 为了让定子电流矢量与转子磁场方向为正交, 将另一个电流的给定值可以定为0。电流环的给定值与上述的正常连续运行的情况是不同的, 此时输入的两个轴向电压的分量是不同的, 作为参考值并转角, 经过一个2/3的转变, 即可获得定子的三相电压的参考值, 在比较器中将三角波与这三个相电压进行比较, 就获得了三路正弦波, 通过功放电路和主回路就可实现对电机的控制。

三、初始位置的测量机理

在进行控制的时候, 系统通电后电机还没有运行, 系统就会开始对转子的位置进行检测, 确定其初始位置。此过程中需要电流环投入工作, 根据伺服系统的需求在寻找初始位置的时候, 转子只能进行微小的抖动, 并且随机恢复到原位。

在定位的时候, 只有位置环和电流环进行工作, 速度处在开环位置。开始的时候系统根据电流调节器的给定值使得主要回路产生定子电流矢量, 矢量的方向为任意选定, 设此矢量相对转子的角度为指定角度, 因为转子的初始位置是待测的位置参数, 因此这个角度是未知的。此时要求这个角度不是零, 即只要电流没有和转子位置重合, 转子就会在此电流的作用下发生转动, 而转动开始电光脉冲编码器就会发出脉冲, 控制系统接收到此脉冲即可获知转子与电流没有重合, 此时系统会立刻取消电流调节器给定的电流, 从而消除提供的电流矢量, 转子在位置控制器的作用下就迅速地消除由此电流矢量引发的位置偏差, 使转子回到原来的位置, 此时就完成了检测转子初始位置的循环过程, 转子只是发生微小的抖动, 检测转子初始位置的系统将持续运行。

根据光电脉冲编码器所产生的脉冲就可以获得方向信息, 系统可以确定在电流矢量的哪一侧, 从而向着减小电流与转子夹角的方向来改变电流的矢量位置, 此时将发出第二个电流, 并重复前面的位置检测过程, 完成又一个初始位置的检测, 从而测定电流与转子夹角, 如果第二个夹角仍然不是零, 则次循环将继续, 向着减小夹角的方向不断地发出电流矢量, 直至定子电流矢量与转子重合, 此时转子不再发生抖动, 光电脉冲编码器即完成工作。这时定子电流矢量的相位角等于转子初始位置角, 也就确定了转子的位置。

将此过程简化就是利用定子的电流矢量对转子的位置进行测量, 利用脉冲信号来确定其与转子的夹角, 直至与转子重合, 以此确定转子的位置。此过程初始的时候, 定子电流矢量的相位角是任意取值, 但最终定子电流逐渐趋向于转子的位置。按照此种原理, 正弦波电机在连续工作的时候, 为了得到最大的电磁转矩, 定子电流矢量与转子是正交位置的, 而在初始定位的时候二者需要区域重合。在这一点上, 初始定位的过程和连续运行的过程是完全不同的。对于电流环来说, 连续正常运行的时候, 轴向给定的值可以为0, 以保证定子矢量电流和转子无限接近正交, 而另一个轴向电流给定值则由速度调节器的输出值为其提供控制转矩。

和连续运行的情况存在差异, 初始定位的时候不断在轴向上施加的是一种扰动的信号, 其大小应保证定子的电流矢量的作用强度不超过驱动转子的大小, 即在扰动信号的作用下转子可以离开原有位置, 但是认可在控制器的作用下恢复到原有的位置, 即产生一个抖动。

四、结论

塞尺检测法转子对中研究 第8篇

转子在安装过程中不对中会引起一系列有害于设备的情况, 比如轴承过早损坏、油膜失稳、轴弯曲等, 导致设备异常振动, 对设备运行危害很大。所以在设备安装过程中需要对转子进行对中检测, 转子对中检测主要分为直尺检测法、塞尺检测法、百分表检测法和激光检测法, 其中塞尺检测法是较为常见的对中检测方法之一, 为了确保对中效果, 需要对该方法工程化应用进行分析。

2 检测方法

使用塞尺检测法测量转子对中, 需要对两转子法兰之间的轴向、径向间隙进行反复测量, 而一般情况下两个转子法兰之间没有测量的定位基准, 无法直接准确地对两转子之间的轴向和径向间隙进行测量, 所以需要通过工装来完成测量。为了达到准确测量的目的, 工装必须固定在两转子端面, 并且确定测量位置, 经过分析研究设计出对中测量工装见图1。

同步旋转两转子, 每转过90°分别测量测点1和测点2的轴向间隙L和径向间隙b值 (见图2) , 并分别记录测量结果 (见表1) 。测量时可使用塞尺进行测量, 为了提高测量精度, 应确保每个测点测量位置统一, 避免测量位置不同造成的测量误差。

3 计算方法

3.1对中倾斜量计算

根据测点1和测点2在0°和180°位置的轴向间隙, 可以计算出两转子之间水平方向的端面倾斜量, 根据在90°和270°位置的轴向间隙, 可以计算出两转子之间天地方向的端面倾斜量。两转子每100mm端面倾斜量计算公式如下:

3.2对中倾斜量计算

根据测点1和测点2在0°和180°位置的径向间隙, 可以计算出两转子之间水平方向的径向偏移量, 根据在90°和270°位置的径向间隙, 可以计算出两转子之间天地方向的径向偏移量。两转子径向偏移量计算公式如下:

4 测量数据收集与对比分析

在塞尺检测法转子对中研究过程中, 针对某机组转子与传动齿轮两个转动体进行对中检测, 测量过程使用设计工装反复多次测量, 发现每组测量数据均存在偏差, 将每一组测量结果代入公式计算, 得出的转子端面倾斜量和径向偏移量也略有不同 (见表2) 。通过检测数据对比, 发现塞尺检测法检测结果不稳定, 检测结果可能受到转动体与轴承间隙影响和测量位置定位影响。所以在测量之前必须多次旋转转子, 确保转子归位, 并且工装正确定位。多次测量后, 在保证计算结果接近的情况下对多次测量结果取平均值, 确定两转子之间最终的端面倾斜量和径向偏移量。但是对比测量结果, 可以发现在天地方向上第一次测量的径向偏移量与第三次测量的径向偏移量基本相同, 所以可以确定转子与传动齿轮在天地方向上的径向偏移较大。

为了调整天地方向的径向偏移量, 依据偏移0.1mm的结果, 经过分析, 我们对转子前轴承进行调整, 在轴承位置增加0.1mm垫片后, 再次依据上述方法测量转子与传动齿轮的对中情况, 经过计算发现转子天地方向径向偏移量降低了约0.7mm, 这说明测量方法虽然不能精确检测出对中偏差, 但是经过多次测量后取平均值得出的结果基本准确。

5 结论

根据塞尺检测法转子对中研究, 我们可以确定该方法能够用于检测两转子的倾斜量和径向偏差, 但是在工程化应用过程中不能仅仅通过一次检查结果判断对中结果, 必须经过多次测量, 在数据稳定的情况下对多次测量结果进行对比分析, 依据结果调整安装状态, 这种情况下塞尺检测法在转子安装过程中完全能够为转子对中提供较精确的依据, 为设备正确安装提供了保障。

摘要：利用塞尺检测法对机组安装过程中同轴系转子对中检测, 阐述了利用塞尺检测法对中检测和计算方法, 塞尺检测法虽然测量较为简单, 但是需要通过每90°位置的测量值进行计算确定对中结果, 一般情况下对中重复性不好, 需要反复测量, 取平均值后确定转子对中数值。塞尺检测转子对中方法在工程化应用过程中虽然结果不够精确, 但是可以判断转子对中的结果, 为对中调整提供依据。

汽轮机转子寿命损耗在线监测系统 第9篇

汽轮机转子是高速旋转部件,由于技术水平有限,对热应力进行直接测量非常困难[2,3],因此笔者采用检测调节级后蒸汽温度、压力等汽轮机运行工况并建立数学模型的方法,计算转子温度场和热应力场,实现对机组运行情况的监控。求解温度场与应力场的理论计算有两种方法[4,5]:一是有限元法[6],将转子几何体进行离散化,用代数方程代替微分方程,计算精度提高,但过程繁琐且时间长,很难满足工程需要[7];二是解析法,但该方法假设条件过于理想,且迭代过程复杂,精度相对较差。

笔者设计汽轮机转子寿命损耗在线监测系统时,采用有限元法,以转子应力集中区的应力表征汽轮机转子的受力情况,在减少计算量的同时满足了实时计算的要求,并用Matlab和组态王软件进行软件开发。

1 转子温度场和集中应力的计算①

1.1 转子温度场

在运用有限元方法进行汽轮机转子温度场的计算时,将汽轮机转子视为一根无限长、中心开孔、初温均匀的圆柱体[8],这样计算就满足了一维非稳态导热问题的条件。该圆柱体的边界条件:绝热条件是中心孔,对流换热条件是圆柱体外表面。综上,汽轮机转子温度场的计算模型如下:

式中a———导温系数;

R———转子任意点的半径,m;

R1———转子内径,m;

R2———转子外径,m;

t———转子温度,℃;

t0———转子初始温度,℃;

tf———蒸汽温度,℃;

α———放热系数,W/(m2·K);

λ———转子材料的热导率,W/(m·K);

τ———时间,s。

但是计算机难以直接求解这样的微分方程,需要将该计算模型进行离散化,将偏微分方程转换为代数方程。离散化方法:取汽轮机转子任一垂直于轴线的截面,将该截面沿径向等厚地分成n层,以分层圆上的一点温度代表这一层的温度。如果分层足够多,就可以求得足够精确的温度场。

1.2 转子应力场

汽轮机在运行过程中,转子除了承受热应力外还承受旋转产生的离心切向应力,其数量级较大,不能忽略,因此,对转子进行寿命评估时,需综合考虑热应力和离心力。实际运行过程中,在汽轮机转子外表面的叶轮根部圆角、轴肩及槽沟等部位都存在着不同程度的应力集中现象。因此,只需计算应力集中区的应力即可获得汽轮机转子的受力和应变情况。

根据热弹性理论,转子热应力σth的计算式如下:

式中E———材料弹性模量,MPa;

tm———外表面或中心部位温度,℃;

tv,m———体积平均温度,℃;

β———线膨胀系数,℃-1;

υ———泊松比。

体积平均温度的计算式如下:

任意转速N下的离心切向应力σt的计算式为:

式中N0———额定转速,N0=3kr/min;

σ0———额定转速N0下的离心切向应力,MPa。

根据第四强度理论,合成应力由Von-Mises公式确定,当量合成应力σeq的计算式如下:

对于机组安全性的判定使用应力裕度系数K表示,其计算如下:

式中σ———计算应力值,MPa;

[σ]———许用应力,由材料和工作温度确定,MPa。

应力裕度系数能反映当前机组应力水平和超限范围,控制人员可以据此合理控制机组的启停或增减负荷等,确保安全运行,延长使用寿命。

2 寿命损耗计算

汽轮机在运行过程中,针对转子的实际受力情况可知其寿命损耗应包括低周疲劳损耗和高温蠕变损耗两部分。

2.1 低周疲劳损耗

计算出热应力后,可进一步求得转子全应变。根据Miner法则,并结合转子材料的低周疲劳曲线,即可得到转子的低周疲劳损耗。但对于长周期服役机组,转子材料硬度会下降[9],进行寿命评估时必须考虑硬度下降带来的影响。为评价材料的软化程度,引入Larson-Miller参数P[10]:

计算时,首先计算转子监测部位的全应变Δεt[11]:

再依据考虑硬度修正的低周疲劳寿命预测Manson-Coffin公式,计算致裂循环周次Nc:

式中C2———弹性应变系数;

HV———维氏硬度,N/mm2;

α2———弹性项指数;

βi———材料的疲劳特性常数,i=1,2,3,4。

按照线性累计法则,汽轮机服役期内,转子累计疲劳寿命损耗[12]Φc为:

式中n———循环次数;

Nci———不同工况下致裂循环周次。

2.2 高温蠕变损耗

蠕变寿命损耗按温度分段进行统计,汽轮机服役期内,累计蠕变寿命损耗Φf为:

式中Tri———不同工况(温度和工作应力)下材料的蠕变断裂时间,s;

ti———与Tri相同工况下的累计时间,s。

对于一定工作应力σ下的转子,其LarsonMiller参数P计算如下:

其中A(σ)、B(σ)与应力、材料性质等因素有关。

依据线性累计法则,转子总寿命损耗M为:

当累计寿命损耗M=1时,表明转子的无裂纹寿命已经耗尽,转子表面有可能出现宏观裂纹,应引起重视并在检修时进行仔细排查。

3 转子寿命监测系统

汽轮机转子寿命监测系统(图1)采用组态王和Matlab软件构建开发,二者通过OPC接口通信,其中组态王为OPC服务器,负责接收寿命损耗计算结果并将计算结果及其趋势显示在显示界面;Matlab为OPC客户,负责得到基本工况数据后进行转子温度场、应力场和寿命损耗的计算。

3.1 计算单元读取数据

出于对数据安全的考虑,监测系统没有直接从数据库中读取主蒸汽温度、压力等基础数据,而是在数据库通过Web Service服务器端发布数据接口后,计算单元通过数据接口读取数据。读取数据的方式是在Matlab中使用Web服务。

在Matlab中,用createclassfromwsdl函数调用Web服务,这个函数的功能是创建一个基于Web服务程序接口方法的Matlab类,创建完成后即可在Matlab程序中调用Web服务程序接口。

3.2 Matlab计算单元

汽轮机转子寿命监测系统Matlab计算单元工作流程如图2所示。

3.3 OPC通信

OPC(OLE for Process Control)是把OLE(Object Linking and Embedding)应用于工业控制领域的技术,采用客户/服务器体系,目的是在客户和服务器之间建立通信和数据交换的工业标准机制[13]。OPC规范基于微软现有的OLE、组件对象模型COM(Component Object Model)和分布式组件对象模型DCOM(Distributed COM)技术[14~16]。OPC由OPC服务器和OPC客户组成,OPC服务器是数据的供应方,负责为OPC客户提供所需的数据;OPC客户是数据的使用方,功能是处理OPC服务器提供的数据[13]。

本设计中,以组态王为OPC服务器,以Matlab为OPC客户,Matlab将每次收到的基本工况数据和计算结果不断地写入组态王。OPC通信流程如图3所示。

3.4 将计算结果存入实时数据库

将数据存入数据库是组态王6.55的自有功能,此处不再赘述。需要注意的是:链接数据库之前需要配置ODBC数据源。

3.5 组态王工程的Web发布

Web发布也是组态王6.55的自有功能。但应该注意以下3点:

a.发布前,先添加Windows IIS服务。

b.组态王Web发布需要两个组态王工程,一个是数据服务器,一个是Web服务器。数据服务器负责提供数据,所以与Matlab进行OPC通信的是数据服务器,与实时数据库相连,不断将数据写入实时数据库的也是数据服务器。Web服务器负责提供画面、显示控件,所以最终通过浏览器浏览的是Web服务器的画面。

c.Web服务器发布完成后,需运行数据服务器,使Web服务器的画面中存在数值,同时也使OPC通信和数据库链接正常进行。

4 应用

目前,笔者设计研发的汽轮机转子寿命损耗在线监测系统已在某电厂投入运行,运行状况良好,系统界面如图4~6所示。

5 结束语

在汽轮机转子寿命评估理论分析的基础上,借鉴过程仿真和热力系统分析方法,采用模块化设计,开发了基于SIS数据平台的汽轮机转子寿命损耗在线监测系统。以转子应力集中区的应力表征汽轮机转子受力情况,减少了计算量,实现了实时计算,兼顾了理论创新和工程应用的需要;在计算单元和显示单元之间建立了OPC通信,使系统具有良好的人机交互界面,也弥补了组态王数据处理能力不足的缺点。

浅析电机转子动平衡试验检测方法 第10篇

在工业生产和现实生活中, 电机的应用范围都十分广泛, 但在实际使用过程中, 往往出现转子不平衡问题, 其主要原因是转子在设计特点、工艺精度、制造精度、材质不均匀以及安装误差等造成的质心偏离实际中心惯性主轴, 从而导致电机的转子在高速旋转时存在较大的不平衡力。转子不平衡的状态下做高速旋转, 转速越高, 惯性力越大, 转子的挠曲越大, 转子内部的内力越大, 挠曲的增大进一步加大转子的不平衡, 最终使整个机械产生剧烈的振动, 并发出噪声, 加快了机械内部零件的磨损, 降低了机械的精度和使用寿命, 严重时会引起焊缝的开裂, 这样不仅增加了维修成本, 还影响企业的正常生产, 给企业造成巨大损失, 所以解决转子的动平衡问题是企业研究人员的热门课题。文章以电机转子为试验对象, 用H40U型动平衡试验机为试验器材, 对电机转子动平衡试验检测的方法进行介绍分析。

2 转子动平衡试验检测方法分析

2.1 电机转子动平衡技术简介

电动机的转速由于功率不同, 其转速也各不相同, 文章以低于一阶临界转速的刚性转子为例进行动平衡技术分析。根据转子平衡技术的划分, 我们把低于一阶临界转速百分之六十的转子称为刚性转子。这种状态下的转子在旋转时产生的挠曲变形非常小, 其不平衡的主要因素是转子质心的偏离, 刚性转子的动平衡技术主要目的是消除转子的质量偏离, 由于转子的挠曲可以忽略, 所以通过离心力和离心力矩的平衡就可以进行动平衡的计算。转子的动平衡分析可以通过两个校正平面内的校正质量进行平衡, 当转子在这两个校正平面内达到平衡后, 其离心惯性力系就成为一个平衡力系, 其中心惯性主轴与旋转轴重合, 在一定的精度范围内, 对于任何转速这个平衡力系都是保持平衡的。

当转子出现质心偏离时, 需要寻找系统的平衡, 找平衡的方法文章介绍转子转动状态下加重和去重方法, 在使用动平衡机进行转动时, 通过测振仪测出转子不平衡的相位和振幅, 然后确定加重 (或去重) 的位置和大小。在反复进行测试后, 采取加重去重操作, 达到不平衡力变小, 最后消灭不平衡力, 直至理想状态。

2.2 动平衡试验机简介

动平衡试验机按照支撑的方式可分为软支撑平衡机和硬支撑平衡机两种, 软支撑平衡机是指平衡机的转速普遍高于转子支撑系统固有频率的动平衡机, 通常适用于轻小转子, 工作转速较高的平衡试验, 也叫做测位移式动平衡机;硬支撑平衡机则是指平衡机转子转速低于转子支撑系统固有频率的动平衡机, 常用于转子偏大, 速度偏低的平衡测试, 也叫做测力式平衡机。硬支撑平衡机来的测试原理是:质心偏离的转子转动时给支撑一个动载荷, 从而造成了支撑的振动, 且支撑的振动频率与转子转速一致, 振幅和相位也与转子的不平衡量成比例关系, 通过转子支撑的状态判断转子的不平衡状态。硬支撑动平衡机与软支撑动平衡机相比, 具有精度较高、结构坚固、适用范围较广的优点。

文章试验使用的是H40U型动平衡机就是硬支撑动平衡机。该动平衡机测量最大转子直径为1600mm, 最大转子质量为2000kg, 最高测量转速1250rpm。

2.3 电机转子平衡试验

试验对象:以160KW的电动机转子为研究对象, 其重量230kg, 转子总长1295mm, 额定转速2980rpm, 两轴承间距是990mm。

试验步骤: (1) 接通电源后电测箱自动自检; (2) 输入电机转子参数数据, 其中L1 240, L2 280, L3 470, D/2 150, (如图1所示) 去重方式;测量转速500rpm;要求定标试重20g, 定标相位0°; (3) 启动平衡机, 从0转达到转速500rpm在正常运转保持相对稳定后, 停车, 记录初始的数据R1; (4) 在左端定标相位0°适当处, 加试重20g; (5) 重启动动平衡机, 达到500rpm转速状态时保持相对稳定后停车, 记录当前状态下的数据R2; (6) 去掉左端加试重, 在右端定标相位0°适当处, 加试重20g; (7) 重启动动平衡机使其达到转速500rpm保持这转速状态相对稳定后停车, 记录此时数据R3; (8) 试验结束。 (9) 对该电机转子的试验数据与理论计算允许不平衡量数值进行比较, 如果数值在允许不平衡残余数据范围内, 符合标准要求就停止动平衡试验, 如果不符合要求就要去重后, 重新做 (3) - (7) 步骤, 直至电机转子数值达标准允许不平衡残余数值内, 试验结束。

2.4 电机转子一端允许不平衡量计算

2.4.1 计算电机转子允许不平衡度

式中:G平衡精度等级取6.3 n电机工作转数2980

2.4.2 计算允许残余不平衡量m

式中;M电机转子质量单位kg, r电机转子半径单位mm

电机转子试验振动评价标准:电机转子振动要求达到ISO1940-1转子平衡品质级别评价标准的G6.3级别, 即:在电机转子低速状态下 (n=500rpm) , 其单边的剩余不平衡量不能高于16.1克。

试验结果及分析:本次实验的电机转子经过平衡校正后, 在500rpm转速状态下的剩余不平衡量都符合ISO1940-1标准要求, 具体如表1所示。

通过实验数据与标准数据的对比分析发现, 经过H40U动平衡机的校正试验后, 电机转子的轴承位置的剩余不平衡量是毫克, 都远远小于16.1克, 符合标准的要求, 所以此次试验电机转子的不平衡量结果是合格的。

3 结束语

汽车转子发动机 第11篇

您好!

我是一名汽车爱好者，我想通过贵刊请教以下2个问题，希望您能在百忙之中给予解答。

1.转子发动机的结构和工作原理是什么?我没见过转子发动机，它一般在什么汽车上使用?

2.为何不同发动机要求使用不同标号的汽油?如果未按要求使用会有什么后果?

最后祝《大众汽车》越办越好!

(云南·宋耀武)

宋耀武车迷：

您好!

转子发动机是三角活塞旋转式发动机的简称。在车用发动机的发展史中，虽然先后出现过各式各样的旋转式发动机方案，但最终都因气密性差而宣告失败。1954年德国NSU公司的工程师F·汪克尔在总结前人研究成果的基础上，提出了一个简单可行的转子发动机方案，并于1958年成功地制成了第一台转子发动机，所以该种发动机又叫汪克尔转子发动机。1964年，转子发动机正式开始在轿车上使用。

图1为双缸水冷汽油转子发动机的结构示意图。发动机气缸体的内壁表面是由双弧长短幅圆外旋轮线构成的特殊型面。气缸体的2个端面由端盖和中间隔板封闭，其中端盖和中间隔板是固定不动的。气缸内装有弧边三角形转子。在转子的一个端面上固定着与转子同心的内齿圈，而与内齿圈相啮合的外齿轮则固定在端盖上。发动机的主轴是一个偏心轴，它的主轴颈支承在与外齿轮同心的主轴承上，而偏心轴颈则套在与内齿圈同心的转子轴承内。当发动机运转时，转子上的内齿圈围绕固定的外齿轮啮合旋转作行星运动，即转子不仅绕固定的外齿轮中心(主轴承中心)公转，同时又绕其自身的回转中心(偏心轴颈中心)自转。由于内、外齿轮的齿数之比为3∶2，因此，转子自转速度与公转速度之比为1∶3，即主轴的转速为转子的自转转速的3倍。

三角转子的3个角顶与气缸型面紧密接触。3个弧面则与气缸型面构成3个工作腔。气缸体的一侧装火花塞，另一侧设置进、排气孔。发动机工作时，压缩气体膨胀做功将混合气体的爆发压力通过转子传给偏心轴颈并推动主轴旋转。转子转动时工作腔的容积变化(如图2中的AB)，其变化规律恰好符合四冲程内燃机对气缸容积变化的要求。转子每转一周，主轴就转三周，相应三角转子与气缸型面之间形成的3个工作腔各完成一个四行程工作循环，但是每一个行程对应的主轴转角不是往复活塞式发动机的180°而是270°

图2转子发动机四行程工作原理图

转子发动机与往复活塞式发动机相比，在油耗和污染方面改进并不显著，所需燃料来源一样，因而不可能在燃料消耗方面有很大的突破。因此转子发动机在近几年不会成为有影响的车辆用动力。转子发动机仅因为成本低而较受欢迎，但目前还存在如低速动力性和燃油经济性较差、起动性有待进一步改善等缺点，故不宜装在车辆上，预计近期将不会有大的发展。

马自达是目前世界各大公司中唯一还继续生产装转子发动机轿车的公司，这可以算作是马自达公司的一个特点。1961年马自达与德国NSU公司签订合约。1963年马自达转子发动机的样机开始装车试验，并在东京展出，同年4月成立了转子发动机开发部。1967年5月马自达装转子发动机的110S Coupe跑车上市，1969年推出装转子发动机的R100型轿车，1970年推出RX－2型车，在日本运动车大赛中获得1、2、3名。1978年推出装转子发动机的RX－7运动轿车，并获当年日本最好汽车奖。1982年马自达推出了增压转子发动机。目前马自达生产转子发动机的轿车也太多，最有代表性的是RX－7运动轿车，排量为1.308升(W2)，最大功率176kW(6500r/min)，最高车速250km/h，参考售价为86850马克。

检测系统转子 第12篇

现在三峡电站业主要求在线监测发电机转子励磁绕组线圈的温度分布, 以便保证机组的绝对安全运行。三峡电站招标标书上最重要的要求就是确保机组的安全稳定运行。因此, 国家水力发电设备工程技术研究中心在水力发电设备国家重点实验室进行了试验研究, 开发了一种采用无线式遥控传感技术的水轮发电机转子线圈温度的在线监测系统, 并成功地应用在三峡电站, 获得电站业主的好评。

1 测量方法

转子线圈温度分布在线测试系统直接测量法。采用符合耐压要求的特制温度传感器, 直接安装在励磁线圈需要测量的部位。在运行中的转子磁极线圈上测量得到的温度, 通过数据采集记录仪和工业总线并由无线式数据传输模块放送出去, 而由固定不动的定子上机架上装设的无线式数据传输模块通过非接触式的遥感技术接收这些温度数据, 并经过工业总线传输到上位计算机。

温度传感器布置在两个位置相距90°的磁极的线圈上, 每个磁极线圈上布置有12处测点, 在其通风系统中的背风面安装5点, 迎风面安装5点, 上端面安装1点, 下端面安装1点。每台发电机的测点总数为24点。

2 测试系统

开发的这种新型转子线圈温度分布实时在线测试系统, 主要由电源变换器、温度传感器、数据采集记录仪等组成。

2.1 电源变换器

采用的DC-DC电源变换器可把发电机的励磁电压直接转换为该测量系统所需要的稳定的直流电源。它解决了安装在旋转的转子上所有仪器的长期供电问题, 是检测系统的关键部分。它最显著的特点是:具有较高的可靠性、较宽的电压输入范围、较高的转换效率、较低的噪音、体积小、重量轻、电磁兼容性好等。

2.2 温度传感器

选用的Pt100型热电阻温度传感器的外形类似M6x8螺栓, 是工业应用中可靠而又成熟的测温元件。本系统温度传感器采用的是三线制工作方式, 其主要技术指标和特性如下: (1) 测量范围:-50℃—+200℃; (2) 非线性误差:0.35%FSL; (3) 传感器外壳与引线之间的耐压:2500V; (4) 工作可靠、技术成熟、稳定性好。

2.3 数据采集记录仪

自行研制开发的数据采集记录仪是水轮发电机转子线圈温度分布测量系统的核心仪器, 在计算机的控制下, 它将Pt100型温度传感器测得的温度信号, 经过数据处理后通过RS-485总线传输给计算机。它是一台数字式温度数据记录仪, 可以脱离计算机, 在程序的控制下自动巡检、采集接入其中的Pt100型温度传感器的温度信号, 同时记录下来采集温度数据时刻的绝对时间。

该数据采集记录仪采用了SOC片上的系统单片机, 所记录的试验数据, 只要不输入“清除”数据命令, 即使仪器断电后, 它所采集记录的数据仍然可以反复读取。它的主要功能和特性如下: (1) 测量范围:-50℃～+200℃; (2) 测量精度:0.5级; (3) 温度传感器输入通道数量:12通道; (4) 温度传感器输入方式:三线制电阻测量; (5) 仪器供电方式:采用“锂”的离子充电电池或直流输入。

2.4 无线式数据传输模块

无线式数据传输模块的应用是水轮发电机转子线圈温度分布测试系统的创新。它可以在工控计算机控制数据采集记录仪工作中, 把数据采集记录仪采集的温度测量值传送给上位工控计算机, 并显示在温度监测界面上, 从而实现发电机转子线圈温度分布的实时在线监测。

选用的无线式数据传输模块, 应用了超短波数字传输电台的原理。模块频率范围是223.000 MHz～235.000 MHz, 信号调制型式为16K0F3D (E) , 可以克服发电机内电磁场对数据传输的干扰, 实现安装在发电机内部固定的上机架与旋转的转子中心体上的无线式数据传输模块之间数据的可靠传输。

3 真机测试

为了深入研究发电机的通风冷却问题, 验证电机通风系统的冷却效果, 保证巨型水轮发电机运行安全, 在三峡右岸水轮发电机型式试验过程中, 采用了新开发的这种新型转子线圈温度分布实时在线测试系统进行了测试试验。受电站现场条件的限制, 发电机不具备在额定工况和最大工况下运行条件, 在发电机组输出功率分别为600MW、500MW的工况下, 进行了转子线圈温度分布测试试验。在试验过程中, 决定在相互之间构成90°的10号和70号2个磁极上安装温度传感器, 每个磁极上安装12个。

数据采集记录仪通过RS-485工业总线与无线式数据传输模块相连。无线式数据传输模块安装在发电机转子中心体上, 并随转子旋转。此外, 无线式数据传输模块还安装在发电机固定的定子上机架上。

三峡26号水轮发电机转子线圈温度分布测试试验数据如下:

(1) 当运行在有功功率为600MW、无功功率为140MVar工况下, 传感器位置共置于12处时, 10#磁极的温度数据 (℃) 为42.3～58.6;70#磁极温度数据 (℃) 为42.1～556.9。

(2) 当运行在有功功率为500MW、无功功率为140MVar工况下, 传感器位置共置于12处时, 10#磁极温度数据 (℃) 为41.5～556.7;70#磁极温度数据 (℃) 为41.3～553.4。

4 结论

(1) 水力发电设备工程技术研究中心在水力发电设备国家重点实验室研究开发的巨型水轮发电机转子磁极绕组线圈温度分布的实时在线监测系统, 填补了国内空白, 达到了世界先进水平。

(2) 这种新型的温度监测系统采用了现代化的非接触式遥感技术、无线式数据传输模块等最先进的技术。在三峡电站的应用实践证明, 数据的测量和传输, 既快速、准确而又及时, 完全能够保证发电机绝对不会因为转子绕组线圈温度过高而引发停机事故。

(3) 所开发的科研成果也可以推广应用于三峡电站以外的其它大型水轮发电机上, 而且对于新产品的设计、现有产品的运行维护和老产品的技术改造和更新换代都有很大启发。

摘要：为了保证水轮发电机组的安全稳定运行, 三峡电站业主要求监测转子线圈的温度分布。哈电自行研制开发了这种磁极线圈温度的实时在线监测系统, 填补了国内空白, 达到了世界先进水平。