汽轮发电机组轴系扭振的激光测试技术

　　随着大容量机组的快速发展,有关汽轮发电机组轴系的振动及稳定性的研究一直是人们面临的重要研究课题之一。以前人们在小机组上不曾遇到过的许多问题在大机组上出现了,比如扭转振动(以下简称扭振)问题。由于小机组轴系较短、扭转刚度较大,扭振问题并不突出。因此,人们通常只关心轴系的弯曲振动(以下简称弯振)问题,这在小机组上就足够了。随着机组容量的增大,轴系的加长,轴系扭转柔性的增大,扭振问题越来越突出。二十世纪七十年代以后,汽轮发电机组的扭振破坏事故不断发生。著名的美国Mohave[1]电站300MW机组(1970年)因扭振连续发生了两起严重的断轴事故;意大利一台600MW机组(1970年),英国两台机组(1972年),西德的一台600MW机组(1973年),日本一台600MW机组(1970年)等[2]的扭振破坏事故都造成了惨重的损失,从而引起世界电力工业界的高度重视,并开展了广泛的理论和实验研究。

　　许多扭振起因于短暂的冲击和瞬变过程,持续几秒、几分的时间就过去了,扭振发生时可能不会转化为较大的噪音和机组基础的振动,没有专门的仪器难以发现,所造成的暗伤也难以察觉。只要扭振造成的疲劳一次一次地加强,形成裂纹、切口,并逐渐扩散,总有一天将造成轴系的断裂和崩溃,其后果往往是毁灭性的恶性事故,损失极为惨重。此外,扭振还会引发其它形式的振动,这就更会掩盖它的存在,而引起误判。因此,解决扭振破坏问题,除了一方面在理论上研究扭振特性,使扭振各阶固有频率避开工作频率以外,另一方面就是要对在役设备用专门的仪器进行实测分析。

　　扭转振动的测量远较弯曲振动的测量困难[3]。最早的扭振测量仪是德国人于1916年发明的机械式扭振仪。这种测试仪无论从安装、校正、成功地使用到数据取得和整理都很麻烦,且精度低,功能差,易磨损,已逐渐被淘汰。二十世纪七十年代后,国内外逐渐开发出了一批电子式扭振仪。如美国亚特兰大科仪公司的2524、2538、SD25-380型,美国本特利公司的TVSC型,英国AEDL公司的TV型,日本PD-840型,国内东南大学的ANZT型、上海成套所的DTV-88型等[2]。它们都属于非接触式,其基本原理是借助装在轴上的齿轮或均布黑白反光带、码盘,利用磁电传感器或光电传感器输出的每转N个脉冲来测量扭振。当无扭振时,这些脉冲间隔是均匀的,而当转轴发生扭振时,轴的转速是在平均转速上迭加了一个交变的扭振转速,于是这些脉冲就会发生疏密相间的频率调制现象。通过专门的解调电路就可获得扭振信号。利用这些技术时,必须在机组上加装或改装齿轮、码盘等信号提取设备,同时在这些设备附近安装磁电传感器或光电传感器。而由于机组结构的原因,许多机组无法安装这些装置,则利用这些技术就无法测试机组扭振。即使有条件安装这些装置的机组,设备所有者和管理者对任何改动轴系的行为也极为慎重,因而给扭振测试带来困难。