本發(fā)明涉及一種針對燃氣輪機壓氣機振動進行模擬分析的裝置，能夠?qū)θ細廨啓C壓氣機各種可能的振動因素進行模擬，并通過特征提取對振動進行分析，具體的是一種燃氣輪機壓氣機振動模擬試驗臺。

背景技術(shù)：

常用的振動模擬平臺是對常用轉(zhuǎn)動零部件進行振動和學(xué)習(xí)的最直接的重要手段，是進行轉(zhuǎn)動零部件診斷研究工作的重要試驗設(shè)備之一。通過電力拖動，將試驗件轉(zhuǎn)子拖動到各種轉(zhuǎn)速，配合振動監(jiān)測設(shè)備，對于各種轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)部件的振動特性進行學(xué)習(xí)和分析。但是，引起燃氣輪機壓氣機轉(zhuǎn)子振動的原因很多，通常的振動模擬平臺僅能夠模擬轉(zhuǎn)子不平衡、軸系不對中等簡單工況，對于壓氣機喘振無法進行模擬，對于因軸承供油及環(huán)境壓力等引起的振動也無法進行模擬。同時，由于壓氣機振動往往對壓氣機具有一定破壞性，因此在真實設(shè)備上很難進行復(fù)現(xiàn)，通過同步記錄各種影響壓氣機振動的參數(shù)變化與壓氣機振動的相關(guān)性，對壓氣機振動特性能夠進行更深一步認識。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對當(dāng)前模擬試驗臺無法全面進行模擬試驗的不足，本發(fā)明提供了一種試驗?zāi)M平臺，能夠模擬各種能夠?qū)簹鈾C造成振動的工況，并通過振動分析設(shè)備對各種類型振動的特征進行提取，既能夠掌握各種類型振動的壓氣機狀態(tài)，又能夠?qū)Ω鞣N類型振動進行識別。其技術(shù)方案是：一種燃氣輪機壓氣機振動模擬試驗臺，由以下主要部件組成：

--sfc變頻啟動器；sfc變頻啟動器通過整流和逆變，輸出頻率可變的交流電供給啟動電機，使啟動電機可以在0～10000rpm之間任意轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。

--啟動電機，該啟動電機為一臺交流變頻電動機；啟動電機輸出端，通過聯(lián)軸器與試驗壓氣機進氣端同軸相連。

--試驗壓氣機，是一臺有3路抽氣多級軸流式壓氣機；該試驗壓氣機進氣部位設(shè)有可調(diào)導(dǎo)流葉片，能夠通過調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉片角度，調(diào)節(jié)節(jié)流特性，進而調(diào)整壓氣機的進氣特性。該設(shè)計能夠在最小到最大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)壓氣機進氣流量及進氣沖角，對于各種流量狀態(tài)下試驗壓氣機的振動特性進行模擬。

--進氣部件；進氣部件入口百葉窗可以通過調(diào)節(jié)葉片角度來調(diào)節(jié)壓氣機入口壓力環(huán)境，用來模擬不同大氣環(huán)境壓力下試驗壓氣機的振動特性。

--排氣部件；排氣部件具有排氣調(diào)節(jié)閥，可以對壓氣機背壓進行調(diào)整，用來模擬不同壓氣機背壓環(huán)境下試驗壓氣機的振動特性。

--潤滑油系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有抽真空設(shè)備，可以控制油箱真空度；

--振動監(jiān)測系統(tǒng)；

--控制系統(tǒng)。

該振動模擬試驗臺中，sfc變頻啟動器通過電纜將頻率可變的交流電供給啟動電機，啟動電機與試驗壓氣機通過聯(lián)軸器同軸連接，保障啟動電機與試驗壓氣機同軸轉(zhuǎn)動。進氣部件出口與試驗壓氣機入口連接，試驗壓氣機出口，即壓氣機排氣端，與排氣部件入口連接。試驗壓氣機軸承由潤滑油系統(tǒng)進行潤滑，該系統(tǒng)除可以對供油壓力進行調(diào)整外，還能夠通過真空泵對油箱進行負壓控制，克服了現(xiàn)有試驗臺僅能夠調(diào)整軸承供油壓力的缺點。壓氣機中間級設(shè)置3處抽氣管路，可以在不同轉(zhuǎn)速分別通過調(diào)節(jié)抽氣閥門，模擬各類轉(zhuǎn)速下，不同部位抽氣對試驗壓氣機振動的影響。

該振動模擬試驗臺中，轉(zhuǎn)速傳感器、振動傳感器信號輸出到振動監(jiān)測系統(tǒng)，振動監(jiān)測系統(tǒng)同時將提取特征信號后的振動參數(shù)輸出到控制系統(tǒng)。與此同時，潤滑油系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)中的各項測量參數(shù)輸出到控制系統(tǒng)，便于對所采集數(shù)據(jù)進行進一步的相關(guān)性分析。

優(yōu)選的是，交流變頻電機通過sfc變頻啟動器帶動多級軸流壓氣機以0～10000rpm之間任意轉(zhuǎn)速運行，用來模擬壓氣機低速到高速全速段的振動特性。

優(yōu)選的是，在所述試驗壓氣機的每個軸承部位，還裝配有相互垂直的一對電渦流振動傳感器，用來對振動進行軸心軌跡分析。

優(yōu)選的是，在所述軸承部位安裝加速度振動傳感器，用來對振動進行頻譜分析，同時能夠?qū)簹鈾C喘振的低頻特征進行有效監(jiān)測。

優(yōu)選的是，所述試驗壓氣機還包括排氣端，在所述排氣端沿軸向安裝電渦流振動傳感器，用來模擬試驗壓氣機轉(zhuǎn)子軸向的振動以及試驗壓氣機喘振。

優(yōu)選的是，所述試驗壓氣機具有進口可調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉片，用來模擬壓氣機入口流量對壓氣機振動的影響，進而定量描述不同轉(zhuǎn)速下，不同可調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉片角度所對應(yīng)的振動特征。

優(yōu)選的是，所述進氣部件還包括百葉窗，所述百葉窗的角度調(diào)節(jié)范圍是0～90°。通過調(diào)節(jié)百葉窗角度，模擬不同環(huán)境壓力下，試驗壓氣機的振動特性。

優(yōu)選的是，所述的電渦流接近傳感器、加速度傳感器接入所述振動監(jiān)測系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果是，由于壓氣機振動具有誘因多，震動成分復(fù)雜，且具有一定破壞性，不易復(fù)現(xiàn)的特點，本發(fā)明可以對造成壓氣機振動的各種工況進行模擬，并對各種類型振動進行特征提取，從而能夠在燃氣輪機壓氣機出現(xiàn)振動異常的時候及時發(fā)現(xiàn)問題并進行調(diào)整。該發(fā)明解決了當(dāng)前由于燃氣輪機壓氣機采用設(shè)備廠商定型設(shè)計，無法對其振動特性進行定量分析的困難。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是對本發(fā)明的實施例的描述，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)技術(shù)方案進行簡單變形或者名稱變化，或者是采取慣用手段，也可以實現(xiàn)發(fā)明目的。

圖1燃氣輪機壓氣機振動模擬試驗臺系統(tǒng)構(gòu)成圖

圖2試驗壓氣機

圖3進氣部件圖

圖4排氣部件圖

圖5潤滑油系統(tǒng)圖

圖6測試系統(tǒng)圖

圖中：1—sfc變頻啟動器；2—啟動電機；3—進氣部件；4—試驗壓氣機；5—排氣部件；6—潤滑油系統(tǒng)；7—振動監(jiān)測系統(tǒng)；8—控制系統(tǒng)；9—基座；41-聯(lián)軸器；421、422-軸承；43-可調(diào)導(dǎo)流葉片；44-壓氣機轉(zhuǎn)子；45-壓氣機氣缸；461～463-壓氣機抽氣管路；471～473-抽氣閥門。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以下實施例是對本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實施例。

實施例1

在圖1中，sfc變頻啟動器1輸出可變頻率交流電到啟動電機2，啟動電機2與試驗壓氣機4通過聯(lián)軸器41同軸連接，并良好對中。同時，該試驗壓氣機4進行良好的動平衡。由此排除由于轉(zhuǎn)子不平衡和轉(zhuǎn)子不對中造成的設(shè)備影響。進氣部件3的排氣口與試驗壓氣機2的入口部位連接。試驗壓氣機4的排氣口與排氣部件入口部位連接。試驗中，通過sfc變頻啟動器1驅(qū)動啟動電機2可以在轉(zhuǎn)速0～10000rpm之間任意轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。如圖2所示，試驗壓氣機4具有3級壓氣機抽氣管路，3路抽氣管路分別為461、462、463，每路抽氣管路設(shè)一個抽氣閥門，3個抽氣閥門分別為471、472、473。試驗壓氣機4同時具有可調(diào)導(dǎo)流葉片43。如圖3，進氣部件3可以通過調(diào)節(jié)進氣口百葉窗31角度調(diào)節(jié)進入試驗壓氣機4的進氣量模擬壓氣機環(huán)境氣壓。如圖4所示，排氣部件5可以通過排氣調(diào)節(jié)閥52調(diào)整試驗壓氣機排氣背壓與流量。啟動電機2、進氣部件3、試驗壓氣機4和排氣部件5均固定在基座9上。潤滑油系統(tǒng)6可以調(diào)整供給軸承的油壓以及軸承周圍的空氣負壓。系統(tǒng)通過調(diào)整sfc變頻啟動器的輸出頻率驅(qū)動電機變頻運轉(zhuǎn)，在不同轉(zhuǎn)速下可以分別測定壓氣機進氣壓力、進口可調(diào)導(dǎo)流葉片角度、壓氣機級間抽氣、壓氣機背壓、滑動軸承油壓、油箱真空度對轉(zhuǎn)子振動的影響。同時，就每種調(diào)節(jié)狀態(tài)下的振動，振動傳感器將振動輸入振動監(jiān)測系統(tǒng)7，對振動進行頻譜分析、軸心軌跡圖分析、瀑布圖分析等，并記錄每種振動的特征圖譜，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到控制系統(tǒng)8。

在圖2所示試驗壓氣機中，聯(lián)軸器41連接啟動電機2與試驗壓氣機4。該試驗壓氣機為通用軸流多級壓氣機經(jīng)過一定改造后滿足試驗需求，改造后的壓氣機具備如下功能具有以下功能。

具有壓氣機進口可調(diào)導(dǎo)流葉片43，可以將壓氣機進口氣流沿軸向在0°～40°之間調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉片角度，可以評估不同轉(zhuǎn)速下入口氣流角度對壓氣機振動的影響。

具有低壓級、中壓級和高壓級3級壓氣機抽氣管路461、462、463，每個管路上具有相應(yīng)可獨立控制的抽氣閥門471、472、473。在不同轉(zhuǎn)速下，獨立調(diào)節(jié)高、中、低壓抽氣閥門，可以評估不同轉(zhuǎn)速下各級抽氣對壓氣機振動的影響。

具有兩個滑動軸承421、422，每個軸承上布置有相互垂直的2個電渦流振動傳感器71、72和75、76，用來監(jiān)測轉(zhuǎn)軸振動，進行軸心軌跡分析。每個軸承同時布置1個加速度振動傳感器73、77，用來監(jiān)測軸承座振動，進行頻譜分析，瀑布圖分析。同時在軸承421處，安裝轉(zhuǎn)速傳感器74，實時監(jiān)測壓氣機轉(zhuǎn)速，軸承422處，安裝電渦流振動傳感器78，用來監(jiān)測各個時刻試驗壓氣機的軸向振動。軸承421、422通過潤滑油壓力調(diào)節(jié)閥64調(diào)節(jié)工作軸承的工作油壓，評估軸承供油壓力對軸系振動的影響。通過調(diào)節(jié)油箱抽真空調(diào)節(jié)閥67調(diào)節(jié)軸承工作氛圍的氣壓，評估軸承工作環(huán)境氣壓對軸系振動的影響。

在圖3中，進氣道入口處百葉窗31可以在0°～90°之間調(diào)節(jié)，通過角度變化改變進入壓氣機的進氣量以及壓氣機入口壓力。空氣預(yù)處理單元32為一層粗效過濾網(wǎng)，后方為蜂窩狀整流單元。過濾網(wǎng)先對入口空氣進行簡單過濾，防止大顆粒異物以及灰塵損壞及污染壓氣機。然后蜂窩狀整流單元對氣流進行整流之后經(jīng)導(dǎo)流板33換向后進入壓氣機入口。進氣壓力變送器35和進氣溫度變送器36分別監(jiān)測試驗壓氣機4的入口環(huán)境溫度和壓力。以上百葉窗31、空氣預(yù)處理單元32、導(dǎo)流板33、進氣壓力變送器35和進氣溫度變送器36均安裝在進氣管道34上，構(gòu)成進氣部件3。

在圖4中，排氣調(diào)節(jié)閥52通過調(diào)節(jié)閥門開度控制壓氣機排氣背壓，用來評估壓氣機背壓對壓氣機振動的影響。排氣壓力變送器53和排氣溫度變送器54分別監(jiān)測試驗壓氣機4的出口環(huán)境溫度和壓力。以上排氣調(diào)節(jié)閥52、排氣壓力變送器53和進氣溫度變送器54均安裝在排氣管道51上，構(gòu)成排氣氣部件5。調(diào)節(jié)閥后的具有一定溫度和壓力的壓縮氣體可以供其它試驗設(shè)備取用。

在圖5中，潤滑油泵62和油箱抽真空泵67安裝在潤滑油箱61上。潤滑油泵62通過套裝進回油管路63給滑動軸承421、422供油，其壓力由潤滑油壓力調(diào)節(jié)閥64調(diào)節(jié)。油箱真空度由油箱抽真空泵67持續(xù)工作來保證，通過油箱抽真空調(diào)節(jié)閥68來調(diào)整油箱真空度，由于油箱與軸承通過套裝進回油管路63連接，因此油箱空間真空度等同于軸承周邊空氣真空度。潤滑油壓力變送器65和潤滑油溫度變送器66分別監(jiān)測滑動軸承421、422的供油溫度和壓力。油箱真空度變送器69監(jiān)測潤滑油箱61的內(nèi)部環(huán)境負壓。

在圖6中，振動監(jiān)測系統(tǒng)7分別采集以下幾類振動：(1)電渦流振動傳感器71、72和75、76分別獲得軸承421、422的相對振動。(2)加速度振動傳感器73和77分別獲得軸承421、422的振動烈度。(3)電渦流振動傳感器78獲得422軸承部位轉(zhuǎn)子的軸向振動。(3)轉(zhuǎn)速傳感器74獲得試驗壓氣機4轉(zhuǎn)速。并對振動進行處理，得到典型的振動特征，如頻譜圖、軸心軌跡圖、瀑布圖等?？刂葡到y(tǒng)8在接收振動監(jiān)測系統(tǒng)傳輸?shù)恼駝犹卣鞯倪^程中，同時接收以下幾類系統(tǒng)測量參數(shù)：(1)進氣壓力變送器35和進氣溫度變送器36分別監(jiān)測試驗壓氣機4的入口環(huán)境溫度和壓力。(2)排氣壓力變送器53和排氣溫度變送器54分別監(jiān)測試驗壓氣機4的出口環(huán)境溫度和壓力。(3)潤滑油壓力變送器65和潤滑油溫度變送器66分別監(jiān)測滑動軸承421、422的供油溫度和壓力。油箱真空度變送器69監(jiān)測潤滑油箱61的內(nèi)部環(huán)境負壓。將系統(tǒng)中傳感器的測量數(shù)據(jù)與振動特征相對應(yīng)，從而能夠?qū)⒏鞣N變化因素與相對應(yīng)導(dǎo)致的振動特征相對應(yīng)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。雖然本發(fā)明已以實施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明的保護范圍，任何熟悉該項技術(shù)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)所作的變動與潤飾，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。