由軸頸揚度分布識別汽輪發電機組軸承承載分布的方法
2023-06-16 13:50:21
專利名稱：由軸頸揚度分布識別汽輪發電機組軸承承載分布的方法
技術領域：
本發明涉及一種大型旋轉機械多跨軸系中各軸承承載分布的識別方法，可以為技術人員分析複雜軸系各軸承承載情況提供試驗數據，並在此基礎上開展設備故障診斷工作，主要應用於電力、石化、航空等行業的大型旋轉機械，尤其適用於汽輪發電機組等這類具有複雜軸系的大型旋轉機械。
背景技術：
汽輪發電機組軸系是由多根轉 子和多個軸承所組成的複雜系統。軸承是這類系統的關鍵部件，它起著支撐轉子的關鍵作用，軸承性能和工作狀況對於保證機組的安全穩定運行至關重要。由滑動軸承潤滑理論可知，軸承承載決定了軸承工作狀態。軸承承載過重容易引起瓦溫高、碾瓦、碎瓦等故障，而軸承承載過輕則容易引起油膜振蕩故障，由於軸承承載不合理所引發的故障在大型火電廠屢見不鮮。大型汽輪發電機組對機組安全運行的要求很高，因此，識別軸承承載、分析軸承工作狀況，並在此基礎上對軸承承載進行優化調整具有
重要意義。在通常情況下，大型汽輪發電機組軸承承載識別比較困難。大型汽輪發電機組的軸系通常含有6 10個軸承，這是一個靜不定系統，導致軸承承載無法直接計算求解。目前，識別大型汽輪發電機組軸承承載的常用方法是(I)油壓測量法在軸承內表面加裝壓力傳感器，根據油膜壓力來識別軸承承載，但是，在實際操作中，由於油壓影響因素很多，直接導致該方法的識別誤差較大。(2)千斤頂法(頂舉法)採用頂舉法測量軸承承載時，如果對轉軸施加的力太輕，則轉軸的位移較小，因此無法將轉軸真正地頂起來；反之，如果對轉軸施加的力太重，則位移較大，轉軸很容易接觸到上瓦，此時，上瓦會對轉軸產生一個向下的附加力；所以，採用該種方法時，在施力太輕或者太重的情況下都會產生較大的識別誤差。( 3 )軸系找中法本方法是通過改變聯軸器對輪的張口和高低差來改變軸承承載，但是，軸承承載的絕對值很難由此求出。(4)連通管法或雷射法這兩種方法可以有效地監測機組不同工況下各軸承標高變化，並進而分析軸承承載的變化，但是這兩種方法無法求出軸承承載的絕對值。(5)應變法該方法是假設轉軸上的彎矩與軸承承載直接相關，在轉軸表面粘貼應變片，測量轉軸不同截面上的彎矩，進而由彎矩識別出軸承承載，但是，採用這種方法的成本較高。
發明內容
本發明的目的在於提供一種操作簡單、易於實施、識別結果準確、成本較低及可識別軸系中各軸承承載的由軸頸揚度分布識別汽輪發電機組軸承承載分布的方法。通過軸頸揚度分布和軸承高度分布、軸承承載分布之間的對應關係，由軸頸揚度分布識別汽輪發電機組軸承承載分布。本發明的上述目的通過以下的技術措施來實現一種由軸頸揚度分布識別汽輪發電機組軸承承載分布的方法，其特徵在於包括以下步驟⑴汽輪發電機組中各轉軸順次對接形成一個整體軸，構成待分析軸系，測量各軸承軸頸的揚度；⑵建立待分析軸系的軸系力學分析模型，輸入軸系模型參數，以整體軸位於各軸承處為截斷部位，形成若干待分析軸段；⑶建立待分析軸段左、右兩端的軸承狀態參數關係分析模型，求出位於該待分析軸段左端軸承的承載；⑷將由步驟⑶得到的軸承的承載作為集中質量，求出位於該待分析軸段右端的軸 承左端截面所承受的剪力和彎矩；(5)求出第I個軸承的承載；(6)將求出的軸承承載作為集中質量，順次計算後一個軸承左端截面的剪力和彎矩，求出該軸承的承載；(7)重複步驟(6)，直至求出N-I個軸承的承載；(8)計算得出第N個軸承的承載。本發明的基本原理是對於由相鄰兩個軸承所組成的軸段而言，軸段左、右端截面軸頸轉角差取決於左端截面上的彎矩、剪力、軸承承載和軸段參數，如均布質量、集中質量、外徑、內徑、長度等。對於實際機組而言，軸段參數是確定的，如果已知該軸段左端截面上的彎矩、剪力和左右端轉角差，就可以由材料力學理論求出左端軸承承載。在此基礎上，將該方法遞推到下一個軸段直至所有軸段，即可逐步求出所有軸承的承載。本發明可以同時識別出軸系各軸承的承載，識別結果準確，而且無需拆卸轉軸之間的連接對輪螺栓，因此，操作簡單、易於實施；本發明適用於大型旋轉機械，尤其適用於具有較多軸段和軸承的大機組，比如汽輪發電機組，對於大型旋轉機械而言，本發明更能突顯出識別誤差小的優勢。作為本發明一種優選方式，在所述步驟⑴中，採用高精度合像水平儀測量各軸承軸頸的揚度，記為G1, θ2，...，ΘΝ。採用高精度合像水平測量揚度，測量精準，方便快捷且
工作量小。本發明在所述步驟⑵中，軸系模型參數包括節點編號、軸段外徑、內徑、段長及集中質量等。採用不同的軸系力學分析模型，所輸入的軸系模型參數會有所差別。本發明各軸承截面所承受的剪力和彎矩分別為Qi, Mi, i = 1,2. ..,N ;軸承左右兩端的剪力和彎矩分別用上標L和R表示；本發明在所述步驟⑶中，建立所述待分析軸段左、右兩端軸承狀態參數關係分析模型包括如下步驟①在待分析軸段的變截面和集中質量點處設置分析節點，均布質量軸左、右兩端狀態參數之間的關係式為
權利要求
1.一種由軸頸揚度分布識別汽輪發電機組軸承承載分布的方法，其特徵在於包括以下步驟 ⑴汽輪發電機組中各轉軸順次對接形成一個整體軸，構成待分析軸系，測量各軸承軸頸的揚度； ⑵建立待分析軸系的軸系力學分析模型，輸入軸系模型參數，以整體軸位於各軸承處為截斷部位，形成若干待分析軸段； ⑶建立待分析軸段左、右兩端的軸承狀態參數關係分析模型，求出位於該待分析軸段左端軸承的承載； ⑷將由步驟⑶得到的軸承的承載作為集中質量，求出位於該待分析軸段右端的軸承左端截面所承受的剪力和彎矩； (5)求出第I個軸承的承載； (6)將求出的軸承承載作為集中質量，順次計算後一個軸承左端截面的剪力和彎矩，求出該軸承的承載； (7)重複步驟(6)，直至求出N-I個軸承的承載； ⑶計算得出第N個軸承的承載。
2.根據權利要求I所述的由軸頸揚度分布識別汽輪發電機組軸承承載分布的方法，其特徵在於在所述步驟⑴中，採用高精度合像水平儀測量各軸承軸頸的揚度，記為θ 1，θ 2，…，θ N。
3.根據權利要求2所述的由軸頸揚度分布識別汽輪發電機組軸承承載分布的方法，其特徵在於在所述步驟⑵中，所述軸系模型參數包括節點編號、軸段外徑、內徑、段長及集中質量。
4.根據權利要求3所述的由軸頸揚度分布識別汽輪發電機組軸承承載分布的方法，其特徵在於各軸承截面所承受的剪力和彎矩分別為Qi, Mi, i = 1，2. . .，N ;軸承左右兩端的剪力和彎矩分別用上標L和R表示； 在所述步驟⑶中，建立所述待分析軸段左、右兩端軸承狀態參數關係分析模型包括如下步驟 ①在待分析軸段的變截面和集中質量點處設置分析節點，均布質量軸左、右兩端狀態參數之間的關係式為
5.根據權利要求4所述的由軸頸揚度分布識別汽輪發電機組軸承承載分布的方法，其特徵在於在所述步驟⑶中，所述位於該待分析軸段左端的軸承為第i_l個軸承，求出第i-Ι個軸承的承載包括如下步驟 ①對於第i_l個軸承而言，其滿足以下公式
6.根據權利要求5所述的由軸頸揚度分布識別汽輪發電機組軸承承載分布的方法，其特徵在於在所述步驟⑷中，所述位於待分析軸段右端的軸承為第i個軸承，將所求出的前i-Ι個軸承載荷均看作集中質量，求出第i個軸承左端截面所承受的剪力和彎矩為
7.根據權利要求6所述的由軸頸揚度分布識別汽輪發電機組軸承承載分布的方法，其特徵在於在所述步驟(5)中，對於第I個待分析軸段，其& <由力和力矩平衡方程求出，已知Q1, θ2, 後，將Q1, θ2, "代入公式(7)，得到第I個軸承的承載。
8.根據權利要求7所述的由軸頸揚度分布識別汽輪發電機組軸承承載分布的方法，其特徵在於在所述步驟⑶中，第N個軸承的承載由整體軸總重求得
全文摘要
本發明公開了一種由軸頸揚度分布識別汽輪發電機組軸承承載分布的方法，包括以下步驟⑴各轉軸順次對接形成一個整體軸，測量各軸承軸頸的揚度；⑵建立軸系力學分析模型，以整體軸位於各軸承處為截斷部位，形成若干待分析軸段；⑶建立待分析軸段左、右兩端軸承狀態模型，求出位於該待分析軸段左端軸承的承載；⑷將軸承的承載作為集中質量，求出位於該待分析軸段右端的軸承左端截面所承受的剪力和彎矩；⑸求出第1個軸承的承載；⑹將求出的軸承承載作為集中質量，順次計算後一軸承左端截面的剪力和彎矩，求出該軸承承載；⑺重複步驟⑹，直至求出N-1個軸承承載；⑻計算得出第N個軸承承載。可準確識別各軸承承載，尤其適用於具有較多軸段和軸承的大機組。
文檔編號G01L1/00GK102944334SQ20121040868
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月23日 優先權日2012年10月23日
發明者高慶水, 馮永新, 鄧小文, 張楚, 劉石 申請人:廣東電網公司電力科學研究院