基于四端网络法的扭振监测与分析仪研制

　　对于旋转机械轴系,扭振是一种普遍存在的运动形式,它可能是由于机械的,也可能是由于电气的原因而引起;它可能是来源于动力的,也可能是来源于负载的干扰而产生。由于这些干扰多是一个短暂的过程,并且扭振表现形式不象弯振那样明显,使得由扭振造成的轴系损伤具有很大的隐蔽性。一旦由于扭振带来的轴系疲劳积累到一定程度,就可能导致轴系断裂、崩溃,其后果是灾难性的,损失也将极为惨重。因此,对汽轮发电机组轴系扭振进行监测,保证机组的安全经济运行,具有非常重要的现实意义。

　　1　扭振测量及扭振仪现状

　　测量旋转轴的扭振有很多种方法,按获取信号的方式可分为轴上法和非接触法两类。轴上法获得的信息纯粹、直接,但信号的传递有一定困难;利用非接触法检出扭振的方式则有调频法、调幅法、边频法以及时间脉冲法等[1]。其中,时间脉冲法获得了广泛的应用,它利用轴上安装的等分或不等分码盘,产生携带扭振信号的脉冲串,用晶振发生的时钟对各脉冲间隔加以计数,确定每一脉冲间隔的时间,并与无扭振时平稳角速度的脉冲间隔时间比较,从而获得转轴扭转的角度以及角速度等扭振信息。该方法信号传递容易,并且测量精度高,具有良好的应用前景。

　　汽轮发电机组轴系扭振监测与分析的装置,主要有扭振仪、扭应力分析仪和扭振监测系统等三种类型[2]。扭振仪(TVM)简单、价廉,便于广泛装设,但只能监测传感器所在位置的扭振情况。国内产品,如上海发电设备成套所的DTV-88型、东南大学的NZ-1型、清华大学的DK-II型等,都是这种类型的扭振仪;扭应力分析仪(TSA)结构复杂,价格昂贵,但功能齐全,该类装置国内外均有研制,并已有产品投入运行。扭振监测系统(TVMS)则是一种可同时对若干发电厂内若干机组的扭振进行监测的系统,其功能齐全,性价比相对较高。

　　2　四端网络法及其模型原理

　　在机-网相互作用的扭振分析中,轴系扭振模型和分析方法是必不可少的理论基础,也一直是汽轮发电机扭振研究的热点。目前常用的轴系扭振模型可分为两类,即分布质量模型和集中质量模型[3]。分布质量模型是对汽轮发电机组轴系扭振的精确描述,它一般用数值方法求解;集中质量模型常用于扭振的理论研究或定性分析中,模型本身精度差,计算结果可靠性不高。计算扭振固有频率和振型的数值方法主要有传递矩阵法和有限元法等,这些方法的模型均有一定简化,算法存在累积误差;而计算扭振瞬态响应的方法,主要有模态分析法、全振型法及数字仿真法等,这些方法虽可获得低阶模型,但离实际应用尚有一定距离。本文中的四端网络模型是一种精确的低阶分布质量模型、算法简便快捷;分析系统的机械阻抗,物理意义明显,因而是一种理想的汽轮发电机组扭振仿真方法。文献[1]通过对某200MW汽轮发电机扭振特性的仿真研究,证实了本方法的实用性和优越性。